4种绿化造林面积验收方法的比较研究——以张家口地区为例.pdf

第 卷 第 期 年 月林 业 调 查 规 划 :/种绿化造林面积验收方法的比较研究 以张家口地区为例王 奇付卓新(国家林业和草原局林草调查规划院北京)摘要:为有效解决大规模绿化造林面积验收精度差、效率低成果信息化、可视化程度低的问题以张家口地区为例对比分析 种常用绿化造林面积验收方法 结果表明奥维互动地图软件勾绘验收和利用无人机技术验收是适用性较强的两种方法 当地势平缓地标地物明显时奥维互动地图软件勾绘验收方法灵活、准确、易操作当地形复杂造林地块多位于山区、沟壑地带时无人机技术验收精度高、外业劳动强度低成果信息化、可视化程度高关键词:绿化造林验收方法面积测量奥维互动地图软件无人机技术张家口地区中图分类号:文献标识码:文章编号:()引文格式:王奇付卓新 种绿化造林面积验收方法的比较研究 林业调查规划():/.():/():.:收稿日期:第一作者:王奇()男北京人工程师 主要从事森林资源调查监测和评估工作 林 业 调 查 规 划 近年来我国大力开展绿化造林工作习近平总书记连续 年参加首都义务植树活动全国森林覆盖率稳步提高已由上世纪 年代的增长到如今的 为切实保障大规模绿化造林效果面积验收是大规模绿化造林的重要工作任务 一般来说林业项目常用的面积验收方法主要包括传统仪器测量、全球定位系统()以及近年来出现的奥维互动地图软件勾绘法和无人机测量法 目前种绿化造林面积验收方法在实践工作中均被广泛使用但其适用性仍然缺少对比研究 鉴于此以张家口地区为例通过对比分析 种常见面积验收方法提出不同绿化造林面积验收方法的优势与不足为大规模绿化造林面积验收提供借鉴 研究背景绿化造林面积直接影响到造林工程量的核算如何保证大规模绿化造林面积验收精度提高面积验收效率增加面积验收成果的信息化这对绿化造林面积验收方法和技术手段提出了更高要求传统、繁琐、低效率的造林面积测量方法已不能满足现代林业工程需要信息化、多元化、立体化、可视化的验收方法正逐渐走上舞台目前对于造林绿化面积验收的研究主要以探索和推广新技术为主对于从实际应用的角度考虑如何选择适当的验收方法研究较少 笔者在张家口地区多次主持、参与了区(县)级的绿化造林工程验收工作对于常用的绿化造林面积验收方法有一定的认识和了解 现将几种常用的面积验收方法从验收精度、工作效率、验收成本、验收成果应用 个方面进行比较从实际应用的角度为后续的绿化造林验收工作提供理论支持 张家口地区绿化造林面积验收现状 张家口市位于北京西北方向外接内蒙古和山西不仅是京津冀水源涵养功能区更是我国北方阻挡风沙南侵的重要生态屏障地理区位和生态功能极其重要 加快该区域绿化造林步伐改善生态环境提高生态服务功能对推进京津冀协同发展筹办 年冬奥会实现碳达峰、碳中和目标具有极其重要的战略意义 冬奥筹办工作启动以来仅崇礼区就新增造林面积 万森林覆盖率达到 张家口市地势西北高、东南低阴山山脉横贯中部将张家口市划分为坝上、坝下两大部分 坝上高原区属内蒙古高原的南缘占张家口总面积的/坝下低中山盆地地势西北高东南低山峦起伏沟谷纵横 张家口市近年来大力开展绿化造林工作绿化造林工程的标准和要求虽然较以往均有很大提升但社会各界关注的重点却只限于栽植苗木的规格和种类对于绿化造林工程验收的要求和标准还停留在比较基础和粗糙层面 随着绿化造林工程规模的发展造林面积越来越大造林地块越来越多尤其是经过多年的绿化造林工作后集中成片、连续的宜林地越来越少绿化造林地块也呈现细碎状 绿化造林工程实施后需要由第三方对绿化造林工程进行全面验收核实工程的实施情况包括苗木栽植种类、规格、数量和位置信息等这其中最重要的是面积验收 种绿化造林面积验收方法 传统测量仪器方法传统林业确定面积的方法主要有 种包括地形图勾绘、皮尺或测绳丈量、罗盘仪闭合导线测量地形图勾绘确定面积方法在地形地物较为明显、地块面积较大时误差较小不适用于小面积或地形地物不明显的地块 皮尺或测绳丈量确定面积的方法只适用于小面积地块在进行测量时要先进入地块内部不仅费时费力而且测量精度无法保障 罗盘仪闭合导线测量方法不受地块面积、地形地物的限制同时又比皮尺和测绳丈量的方法节约时间在测量时存在闭合误差对测量结果是否精确能够有效地掌握 总体来说以上几种传统测量仪器方法设备成本低但测量过程较为繁琐适用性不高而且需要一定的操作经验和技术水平测量工作效率不高测量成果信息化程度较低 全球定位系统()方法全球定位系统()是一种以人造地球卫星为基础的无线电导航的定位系统 林业行业常用的 仪器有手持式 和精度更高的差分()两种 均可以实现对某一闭合区域面积的求测在大规模绿化造林面积验收工作中使用较多的是手持式 其原理是利用航迹实时记录功能采取航迹绕测或记录航点的方法来实现面积测量 因需要测量人员手持 绕测地块所以实际的工作效率受地形的复杂程度和天气状况影响较大 当地形较为平缓、简单时测量效率高当地形较为复杂第 卷王 奇等:种绿化造林面积验收方法的比较研究时例如山区、沟壑等地貌测量效率较低 遇绿化造林地块内栽植情况复杂存在建筑物、裸岩等未施工区域时因需要扣除未施工面积要单独绕测未施工区域手持式 的单点定位精度为 面积测量精度与测量地块面积大小有关在测量面积大于 区域时其测量误差可控制在 以内对于面积比较小的地块手持式 的测量误差较大 奥维互动地图软件勾绘方法随着科技的进步智能手机、平板电脑的推广北京元生华网公司基于 与 开发出了奥维互动地图跨平台地图浏览器进而形成了奥维互动地图软件 奥维互动地图软件融合了谷歌卫星图 功能支持导入多种格式的信息数据实现了 技术融合应用对比常规调查工作需要随身携带地形图与 等多种图件与设备大幅提高了工作效率具体操作方法也简单直观在加载四维地球卫星图后利用软件的实时定位功能进行勾绘、绕测造林地块最后使用软件计算勾绘面积 外业工作结束后还可以通过软件将数据导入电脑中方便下一步工作 相较于手持式 奥维互动地图软件能够通过卫星图直观地看到建筑物、裸岩等地物的位置和分布现场核实后可在图中直接扣除无需单独绕测极大地提高了栽植情况复杂地块的面积验收效率 使用奥维互动地图软件在野外测量后还可以用软件将勾绘的图形导入电脑中通过 软件对比卫星图进行修补完善测量边界能够极大地降低测量误差提高精度 使用奥维互动地图软件来测量地块面积具有灵活、便捷、直观的优势但因同样要大量进行野外作业工作效率也受到天气因素的影响测量精度受卫星图分辨率影响奥维互动地图卫星图在 级层面的分辨率为 由于造林地块一般地处偏远奥维互动地图的卫星图往往达不到 级层面一般在 层以内而且影像的更新较慢影像与现地匹配度无保障测量误差至少可控制在 以内 利用无人机技术开展造林面积验收方法无人机()或更广义上的无人机系统()是指其上未载有操作人员或飞行员的飞行器 随着社会各界对无人机的深入研究无人机技术也从最初的军事领域逐步发展到了包括林业调查等多个民用领域 无人机依据不同的标准可划分为不同种类常见的分类可按照结构和起降方法分为固定翼式无人机和旋翼式无人机 固定翼式无人机操作简单在执行飞行任务时巡航速度快有效覆盖范围广、续航时间长适合执行大范围的造林地面积验收 小型旋翼式无人机具有良好的机动性和操作便利性具有较强的抗风性能但是在执行任务时飞行速度较低、动力需求大续航时间短覆盖面积有限适合作为固定翼式飞机航拍的补充手段验收跨界和变更地块利用无人机技术开展造林验收的实施步骤主要包括现场踏查、无人机航拍、正射影像生产、造林验收因子判读、现地核实与补充调查等内容 应用无人机开展造林验收重点解决了造林面积圈测难度大、精度低跨界或变更造林地随意性强、验收难等难题将大量的野外测量工作改在室内进行不仅极大地降低了山区复杂地形条件下造林验收工作的外业劳动强度也减少了天气因素对野外工作的影响提高了整体验收工作效率和精度利用无人机技术开展造林面积验收前需掌握绿化造林地块的位置信息和分布情况便于申请空域和规划航飞路线减少无效面积 无人机航拍的测量精度与影像的分辨率有关可根据验收的具体情况选择影像分辨率常用无人机航拍的分辨率可达厘米级 张家口地区的绿化造林工程种植穴整地方法一般为穴坑或鱼鳞坑整地规格多为 通过航拍后种植穴的分布和位置非常清晰在光线和天气情况较好的条件下甚至可以看到栽植的苗木 种绿化造林面积验收方法的比较影响造林面积验收的因素有很多这里从实际应用的角度考虑主要因素包括验收精度、工作效率、验收成本和验收成果应用 验收精度是验收工作的核心内容关系到验收工作的质量 工作效率关系到验收工作的进度影响到验收合同的履约情况 对于验收成本站在经济实用的角度根据造林绿化项目的实际情况来选择面积验收方法才能保证面积验收工作的质量和进度外业人员每日的差旅费用包括住宿费用标准 元/(实际住宿费用支出以发票为准)伙食交通补助标准 元/野外普查津贴 元/每人每天外业成本约为 元车辆租用费用 元/(车辆为 不包括油费、司机)人均外业测量面积工作量(综合考虑平第 期林 业 调 查 规 划缓地区和山区分布)约 /验收成果的应用关系到下一步绿化造林成果上图、入库报告图件绿化造林成果展示等是将验收结果信息化、可视化的关键步骤也是业主衡量验收工作的主要途径 张家口地区绿化造林面积验收常用方法的比较如表 表 张家口地区 种绿化造林面积验收方法比较 常用验收 方法验收精度工作效率验收成本验收成果应用适用情况传统测量仪器方法测量存在闭合误差可以很直观地知道结果是否准确目前已形成一套系统、完整的方法但步骤繁多工作效率较低需要一定的操作经验和技术水平成本主要为测量人员的差旅费用外业时间越久成本费用越高验收成果多为纸质版不利于绿化造林成果入库和展示适用于以森林资源调查为目的小面积地块全球定位系统()方法手持式 在测量面积大于 的区域时其测量误差可控制在 以内对于面积比较小的地块误差较大为 左右面积测量的方法为航迹或航点绕测 当绿化造林地块边界清晰地形平缓时工作效率较高当地形复杂地块边界不规则地块内存在未栽植情况时工作效率较低 野外工作期间受天气因素影响较大成本主要为测量人员的差旅费用外业时间越久成本费用越高验收成果可通过软件导入电脑形成验收地块图显示绿化造林面积和位置信息适用于地形平 缓 造 林地块内部清晰、完 整 的绿化造林工程验收奥维互动地图软件勾绘方法手机导航功能定位精度能够控制在 现场定位后根据周围的地标地物和高精度影像底图对地块进行修补、完善奥维互动地图卫星图在 级层面的分辨率为 但由于造林地块一般地处偏远奥维互动地图的卫星图往往达不到 级层面一般在 层以内误差至少可控制在 以内面积测量方法与手持 方法类似需要对边界进行绕测 当地块边界清晰地形平缓时可通过卫星图直接勾绘工作效率较高当地形复杂地块边界不规则时工作效率较低 与手持 方法相比当地块内存在未栽植情况时可核对现地情况后根据卫星图直接勾绘扣除面积无需单独绕测 野外工作期间受天气因素影响较大软件可免费在常见智能 手 机 上 运 行成本主要为测量人员的差旅费用外业时间越久成本费用越高验收成果可以通过软件导入电脑结合卫星图可用于验收成果上图显示地块面积和位置信息适用于地形平缓、简单地标地物明显的绿化造林工程验收利用无人机技术开展造林面积验收方法无人机航拍精度可选择性较高根据栽植苗木的规格选择影像的分辨率即可一般精度可达厘米级利用无人机技术开展造林面积验收可将大量的外业测量工作改在室内进行具有速度快、精度均匀、劳动强度低、不受天气因素影响的优点验收工作效率较高根据造林地块的集中程度和航拍影像分辨率的不同价格为 元/成本优势在于获得航拍影像后可在室内根据设计图纸进行勾绘将大量的外业工作转为内业可大幅降低人员劳动成本验收成果和航拍影像均可通过加工处理用于验收报告、成果上图不仅能够显示地块面积和位置信息还能够直观地看到造林绿化成果便于向社会各界宣传展示适用于有设计图纸或造林地块矢量图 地 形 较为复杂的绿化造林工程验收 在面积测量方面传统测量仪器方法工作效率较低不适合当前张家口地区的大面积、多地块工程化造林面积验收工作手持式 测量方法局限性较大张家口地区地形复杂平原、山区、沟壑交错造林地块内部情况不一存在各种未栽植情况使用手持式 测量面积效率较低精度无保障奥维互动地图软件勾绘方法较为灵活与手持式 相比更加直观工作效率更高但受天气因素影响较大利用无人机技术开展验收工作的精度和效率都很高但需要扎实的内业工作和前期投入在测量成果下一步应用方面传统测量仪器方法的测量成果仅能以纸质版存档不便于展示和调用手持式 测量方法的测量成果为航迹或航点虽然也能够显示造林地块的位置信息但不够直观内业处理工作量大奥维互动地图软件勾绘方法的测量成果可通过软件导入电脑中造林地块的位置信息很直观但由于卫星图更新缓慢会存在造林地块内部影像仍为荒山荒地的情况不便于宣传展第 卷王 奇等:种绿化造林面积验收方法的比较研究示使用无人机航拍后的影像结果不仅可以直观地显示造林地块的位置信息还可看到绿化苗木栽植情况便于下一步造林地块上图和绿化宣传工作是将绿化造林成果实现立体化、信息化、可视化的保障 典型案例和应用分析 典型案例在 年宣化区利用中国农业发展银行贷款建设储备林基地项目检查验收工作中采用的面积验收方法以奥维互动地图软件勾绘方法为主以手持式 方法为辅 年宣化区储备林项目设计造林面积 涉及 个乡镇共 个标段根据面积和造林地块分布共投入 人组成验收项目组外业工作由 年 月 日至 月 日完成期间包括人员食宿、差旅、租用车辆等验收外业工作共持续了 在 年宣化区利用中国农业发展银行贷款建设储备林基地项目检查验收第二标段工作中采用无人机技术开展造林面积验收先进行内业勾绘再进行现场复核为主以奥维互动地图软件勾绘和手持式 方法为辅 年宣化区储备林项目验收第二标段设计造林面积 涉及 个乡镇共 个标段根据面积和造林地块分布共投入 人组成验收项目组外业工作由 年 月 日至 月 日完成期间包括人员食宿、差旅、租用车辆等验收外业工作共持续了 案例应用比较 年宣化区的储备林项目与 年储备林项目相比虽然涉及的乡镇少了项目实施范围相对集中了但是设计面积、标段和地块数量均增加了验收方法由奥维互动地图软件勾绘转变为利用无人机技术开展造林面积验收极大地提高了野外工作效率降低了野外工作强度缩短了外业工作时间避免了天气因素的影响 在缩短野外工作强度的同时还提高了造林面积验收精度增加了造林绿化验收成果的可视化和信息化使得业主、施工方对于造林地块的情况一目了然也更加认可验收结果为对比奥维互动地图软件勾绘和利用无人机技术开展面积验收两种方法的优劣选取了同一地块进行比较分析(图 图)图 中红色线条为验收人员勾绘的绿化造林地块小班边界 可以看出同样是在 的比例尺下利用无人机航拍影像可以更直观地看到绿化图 奥维互动地图卫星图()()图 无人机航拍影像图()()造林地块边界和苗木栽植情况验收人员只需在现场核对地块边界即可奥维互动地图卫星图影像分辨率较差不易通过卫星图分辨地块边界而且因卫星图影像未及时更新无法直观地看出绿化造林痕迹需要验收人员在现场进行绕测核实 结 论)传统测量仪器方法因其繁琐的操作方法和诸多使用限制已不适用于类似张家口地区的大规模绿化造林工程面积验收可作为样方面积测量方法使用 手持式 测量方法适用广泛、门槛低但当前绿化造林地块面积大小不一栽植情况复杂测量时精度无保障测量工作效率较低受天气因素影响较大人工成本高)当造林地块位置分散地势较平缓地块周围有明显的地标地物时可使用奥维互动地图软件第 期林 业 调 查 规 划来勾绘面积 通过借助汽车、摩托车等交通工具快速记录地块拐点坐标信息可有效提高野外工作效率降低劳动成本 内业工作时可利用明显的地标地物作为参考在计算机平台修补勾绘图形再通过 软件计算即可得到地块面积 对于地块面积较小周围无明显边界的复杂地形地块测量精度无保障)当造林地块位置相对集中地形较为复杂外业人员工作强度大测量精度难以保障时可利用无人机技术航拍测量将大量外业工作转变成内业工作从而提高测量精度增加工作效率降低外业人员劳动强度 航拍影像成果可广泛用于下一步成果入库、展示和宣传 大规模绿化造林验收时可先使用固定翼无人机进行全面航拍内业勾绘后开展现地核实工作遇到地块变更、跨界时可使用小型旋翼无人机航拍作为补充验收方法灵活、快捷参考文献:徐超 张家口地区复杂地形冬季山谷风特征观测分析 低碳世界():赵学荣傅文华杨李军 罗盘仪闭合导线测量确定退耕地面积的新方法 林业实用技术():吴文友刘培超 手持 测量林地面积的应用东北林业大学学报():张冲 浅谈奥维互动地图在实际测量中的应用 大科技():马宇晓高向峰杨旭超等 奥维互动地图交叉定位坐标的精度分析 科学技术创新():张军国闫浩胡春鹤等 无人机在林业中的应用及前景展望 林业工程学报():责任编辑:许易琦(上接第 页)():陈尔学李增元谭炳香等 高光谱数据森林类型统计模式识别方法比较评价 林业科学():():陈尔学李增元谭炳香等 高光谱数据森林类型统计模式识别方法比较评价 林业科学():王璐范文义 基于高光谱遥感数据的森林优势树种组识别 东北林业大学学报():侯逸晨赵鹏祥杨伟志等 基于 的资源三号影像林地分类及精度评价研究 西北林学院学报():.():():李明泽张培赢 基于 算法的遥感影像湿地植被分类 森林工程():任冲鞠洪波张怀清等 多源数据林地类型的精细分类方法 林业科学():责任编辑:许易琦第 卷