2010年為了加強(qiáng)對本國森林資源的管理，印尼在評價現(xiàn)有森林狀況、建立長效監(jiān)控機(jī)制過程中使用了一種創(chuàng)新技術(shù)——機(jī)載雷達(dá)技術(shù)(LiDAR)。政府部門、商業(yè)林業(yè)管理者以及非政府組織機(jī)構(gòu)在降低由森林砍伐和森林退化帶來的排放量(REDD)的過程中會遇到種種困難和挑戰(zhàn)，該技術(shù)對于克服這些困難和挑戰(zhàn)具有舉足輕重的作用。機(jī)載雷達(dá)的飛行器飛行高度比森林最高冠層還要高七百五十米，飛行速度約200km/h，因此，該技術(shù)具備快速收集高精度森林三維信息的能力。

　　印尼國家林業(yè)概述

　　印尼擁有東南亞40%的林地資源。早在1950年，印尼就開始大力植樹，但是在接下來的50年里，1950年形成的森林的40%就慢慢被砍伐了(根據(jù)全球森林觀察)。

　　在過去的幾年里，印尼將不少國際基金投資于本國林業(yè)。這些國際基金是針對發(fā)展中國家抑制森林砍伐造成溫室氣體的主要原因(GHG)而設(shè)的。這項計劃的目的是為降低發(fā)展中國家因森林砍伐和森林退化造成的碳排放量，被稱為REED(Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation in Developing Countries)計劃。該計劃在印尼取得了全球少有的成功——在過去的五年時間里，印尼森林覆蓋下降率由20世紀(jì)90年代的1.7%下降到0.7%。然而，REED要取得更大的成功，建立碳信用市場就需要更高精度的監(jiān)控技術(shù)。也就是說，必須要建立現(xiàn)實、客觀、透明的途徑來精確量測森林補(bǔ)償，監(jiān)控并量化森林實時變化。

　　機(jī)載雷達(dá)(LiDAR)技術(shù)

　　LiDAR(Light Detection and Ranging)量算距離或范圍的工作原理是：機(jī)載雷達(dá)傳感器發(fā)出一連串脈沖，然后記錄返回脈沖，根據(jù)光速將脈沖的往返時間轉(zhuǎn)換成距離。

　　機(jī)載雷達(dá)的測量環(huán)境是3維(X,Y,Z)環(huán)境。當(dāng)機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)從機(jī)載平臺(如固定機(jī)翼的飛機(jī)或者直升機(jī))往下測量時，系統(tǒng)就能以厘米級的精度繪制出地面、土地覆蓋、地面結(jié)構(gòu)(植被、建筑物、電線等)現(xiàn)狀。

　　目前的系統(tǒng)每秒可獲取超過100,000條的脈沖，一天內(nèi)可覆蓋10，000公頃的面積。其分辨率和精度與攝影測量相似(但高于衛(wèi)星數(shù)據(jù)精度)，可保證完整、精確的測量。

　　LiDAR的另一優(yōu)點是其測量環(huán)境是三維環(huán)境。即使激光脈沖不能穿透植被，有些激光還可以穿過樹冠間很小的間隙到達(dá)地面。每條發(fā)射出去的脈沖到達(dá)地面之后，就會產(chǎn)生大于一條的“返回”脈沖——如從樹冠頂部、樹杈、樹次冠以及地面。

　　機(jī)載雷達(dá)測量可以生成高度詳細(xì)的地面地圖，并可以提供附加信息，包括樹冠高度、郁閉度、水文流向和坡度等。相比之下，利用衛(wèi)星數(shù)據(jù)就不能解析這些類型的詳細(xì)信息，同樣不能應(yīng)用于精確監(jiān)控林分結(jié)構(gòu)和健康狀況。森林監(jiān)控應(yīng)用考慮的另一方面是激光數(shù)據(jù)的高像解率和精度帶來的可追溯性和可重復(fù)性的測量，這對任何實時監(jiān)控而言都是無價的，如MRV(測量、記錄和評價)。

　　機(jī)載雷達(dá)測量為印尼林業(yè)帶來很多益處，包括快速創(chuàng)建精確的遙遠(yuǎn)森林的3D地圖。這樣就免去了工作人員幾天或幾周的實地考察完成地面測繪帶來的挑戰(zhàn)和成本。此外，事實證明機(jī)載雷達(dá)測量精度更高，能夠避免實地測量中的很多難題。

機(jī)載雷達(dá)通過發(fā)射激光脈沖量測距離

　　生產(chǎn)和保護(hù)方面的應(yīng)用

　　值得注意的是：國際REED計劃并不是影響印尼林業(yè)的唯一因素。熱帶森林基金會(TFF)——致力于建立持續(xù)林業(yè)，保護(hù)熱帶森林的國際性非盈利教育組織——通過建立示范模型以及開設(shè)培訓(xùn)課程展示可持續(xù)林業(yè)管理的優(yōu)點和原則。目前，該組織已獲得了廣泛的認(rèn)可。TFF的區(qū)域計劃和減少圓木砍伐影響計劃(RIL)的推廣和培訓(xùn)內(nèi)容相似。RIL計劃由降低工業(yè)木材供應(yīng)對環(huán)境影響的相關(guān)技術(shù)和措施組成。

　　TFF在關(guān)于RIL標(biāo)準(zhǔn)的文檔中描述道：“在最近幾十年，人們已經(jīng)認(rèn)識到合理規(guī)劃收獲作業(yè)，恰當(dāng)應(yīng)用新技術(shù)能夠明顯減少傳統(tǒng)伐木工作對熱帶地區(qū)帶來的危害。”

　　良好的收獲作業(yè)規(guī)劃包括：提前收獲，保護(hù)水文功能，規(guī)劃、建設(shè)和維護(hù)道路、著陸以及滑行道，認(rèn)定和保護(hù)重要的文化和環(huán)境特征。這些活動都能對總體作業(yè)產(chǎn)生積極的影響。

　　為了制定可行的收獲規(guī)劃，森林的管理者必須掌握即將作業(yè)的森林信息。這就是為什么LiDAR技術(shù)可以為RIL展示出如此光明的前景。使用LiDAR進(jìn)行測量，就會得到如下的成果：

　　高精度的數(shù)字地面或者地形地圖，基于此可以得到1m的高程線和坡度信息;

　　森林的表面圖;

　　樹高地圖，包括每棵樹的編號、定位和量測;

　　水文流向圖，方便溪流和水道的設(shè)計。

　　RIL證實了森林作業(yè)能夠進(jìn)一步促進(jìn)印尼二氧化碳排放量的減少，因為事實證明道路、滑行道數(shù)量的減少以及圓木甲板的大小對降低項目碳排放有積極的影響。

　　案例研究

　　2010年6月，自然保護(hù)協(xié)會(TNC)、林業(yè)碳處理以及可信技術(shù)一起將印尼加里曼丹作為試點，開展了REDD林業(yè)碳項目。在合作伙伴TNC的幫助下，Credent獲得了試驗區(qū)的激光雷達(dá)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以象征整個區(qū)域的地形和土地覆蓋類型。這是首次在印尼嘗試激光雷達(dá)的量化方法。這種航空測量產(chǎn)生的信息可以用來幫助REED項目達(dá)到其既定的目標(biāo)。數(shù)據(jù)收集使用Optech 3100EA雷達(dá)系統(tǒng)，其運行速度為300km/h，飛行高度為高于地面700米。數(shù)據(jù)收集形式是單一獲取，為了方便數(shù)據(jù)的未來使用，收集數(shù)據(jù)的飛行線被劃成21個獨立的2km*2km大小的條帶。有了原始數(shù)據(jù)，Credent Technology就能生產(chǎn)出以下標(biāo)準(zhǔn)激光雷達(dá)測量產(chǎn)品：

　　數(shù)字地形模型(DTM)：利用可以貫穿森林到達(dá)地面的激光脈沖，就可以獲得地面模型;

　　數(shù)字表面模型(DSM)：這個模型表示發(fā)射出去的脈沖遇到的第一個物體，然后返回的信息，一般都指森林的最高處。

　　然而，為了提高收集到數(shù)據(jù)的價值和可用性，Crendent通過處理LiDAR數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)了數(shù)據(jù)其他的可用價值，并生產(chǎn)了如下地圖產(chǎn)品——這些產(chǎn)品在大自然保護(hù)協(xié)會的REED計劃中首次亮相，一般在數(shù)據(jù)收集后的30天內(nèi)才可獲得。

　　樹冠郁閉度圖：該產(chǎn)品可以生動的描繪出樹冠之間間隙的大小和位置。

　　樹高圖：該產(chǎn)品表示了單株樹木或者一組樹木的絕對高度。

　　水文流向圖：該產(chǎn)品描述了主要水道的位置和流向。

　　坡度圖：該產(chǎn)品用坡度表示了地形的起伏。

　　樹冠郁閉度圖：描繪樹冠之間間隙的大小和位置。

　　初步結(jié)果和益處

　　對加里曼丹數(shù)據(jù)進(jìn)行的初步分析表明LiDAR收集到很多有用的數(shù)據(jù)。在相當(dāng)短的時間內(nèi)，Credent不僅能夠生產(chǎn)出所有LiDAR的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，還能為林業(yè)管理者提供具有附加值的數(shù)據(jù)。

　　TNC和森林碳協(xié)會(Forest Carbon)正對與REED項目有關(guān)的信息做進(jìn)一步的分析。除此之外，2010年10月收集了LiDAR系統(tǒng)涵蓋的八個試點區(qū)域的信息，并將這些信息用于LiDAR數(shù)據(jù)的驗證分析。

　　光明前景

　　目前已經(jīng)初步證明了LiDAR數(shù)據(jù)可以以高效、低成本的方式針對現(xiàn)有森林狀況進(jìn)行測量。樹冠郁閉度圖記錄了樹冠之間存在的空隙，這在MRV和森林認(rèn)定活動中實時監(jiān)控森林變化方面十分有用。

　　Credent Technology及其合作伙伴繼續(xù)在LiDAR數(shù)據(jù)研究以及數(shù)據(jù)處理方法和軟件方面進(jìn)行投資，爭取為后繼的管理者提供所需的數(shù)據(jù)類型。2010年加里曼丹推進(jìn)了LiDAR數(shù)據(jù)采集計劃，加強(qiáng)激光雷達(dá)技術(shù)在熱帶雨林的應(yīng)用，主要包括：

　　數(shù)據(jù)采集戰(zhàn)略：標(biāo)定飛行器收集參數(shù)(如：點密度、激光強(qiáng)度、類似垂直飛行線的飛行方向)，加強(qiáng)激光穿透冠層、葉子的能力，更加真實地測量熱帶雨林的類型。

　　加強(qiáng)與地面點的聯(lián)系。加強(qiáng)從LiDAR數(shù)據(jù)集中快速、準(zhǔn)確地提取潛在信息的能力。再者，加強(qiáng)自動探測林木密集位置和大小的能力，這在生物量估算過程中非常有用。

　　將LiDAR測量的結(jié)果和基于衛(wèi)星影像的建模聯(lián)系起來，使更多的REED區(qū)域得益于LiDAR測量。免去以往測量需要100%覆蓋的成本，提高解決方案的能力。

　　過去一年對機(jī)載雷達(dá)測量的研究可以幫助REED組織的努力取得更好的成果，支持管理者制定的森林保護(hù)措施。2011年Credent Technology及其合作伙伴將會進(jìn)行另外的研究，旨在提高LiDAR信息的質(zhì)量和獲取數(shù)據(jù)的自動化程度。毫無疑問，對森林和地面進(jìn)行快速準(zhǔn)確的三維制圖為印尼的森林資源管理者提供了更多的機(jī)會。(編譯 李曉璐)