1、数字化森林资源监测技术提名意见该项目面向国家林业信息化doc数字化森林资源监测技术一、 提名意见：该项目面向国家林业信息化建设的行业重大需求， 从森林资源监测技术、 可视化模拟技术与经营管理技术出发，突破了森林资源信息获取时间长、精度低，可视化程度低、 预测模拟困难等技术难点， 实现了森林资源高时效、 高精度监测，直观模拟与预测， 为林业科研、 生产和科学决策提供了技术支持与模拟平台， 便于森林经营管理者从宏观、全局和空间角度了解和掌握森林生长与变化动态。该项目成果解决了森林资源动态监测研究中存在的不确定性、 低精度、低效率、单一尺度、不能直接应用于森林经营管理的问题，其中，基于多尺度嵌套抽样
2、方法的大区域森林生物量 / 碳密度反演、多源数据协同信息提取、树木形态结构与生长耦合模拟、 基于工作流的林分生长与经营交互模拟等多项技术处于国际领先水平，基于多源多维遥感的多尺度森林资源动态监测技术填补了国内空白。成果的应用提高了工作效率， 降低了劳动强度， 具有巨大的潜在生态、 社会和经济效益。该项目发表学术论文 141 篇，其中 SCI/EI 收录 37 篇（SCI 收录 12 篇，EI收录 25 篇）；申请专利 42项（发明专利 33 项，实用新型专利 9 项），其中授权专利 26 项（发明专利 17 项，实用新型专利 9 项）；获得软件著作权登记 60 项；编制行业标准 2 项；出版专
3、著 2 部；成果在 9 个省（自治区、直辖市）开展了推广应用，全面提高了我国森林资源监测科学技术水平。该项目提供的材料经审查， 符合国家科学技术进步奖提名和申报要求， 公示无异议。提名该项目为国家科学技术进步奖二等奖。二、项目简介 :1. 主要技术内容该项目面向现代森林资源监测业务需求，突破了森林资源信息获取时间长、精度低、可视化程度低、 预测模拟困难等技术难点， 实现了森林资源的精准监测、直观模拟与高效管理，提高了我国森林资源监测技术与业务应用水平。1.1 数字化森林资源监测关键技术研究1利用中低分辨率遥感影像，开展了大尺度森林覆盖信息快速提取技术研究，实现了区域尺度的森林分布和覆盖信息的准
4、确提取； 利用时间序列数据开展了森林类型识别与提取技术研究， 研发了大尺度森林物理参数反演方法， 开发了相应软件模块，分析了全国与区域性大尺度森林资源的时间和空间变化状况。1.2 数字化森林模型与可视化模拟关键技术研究针对森林可视化模拟关键技术， 重点研究了树木数字化模型与可视化模拟技术、林分数字化模型与可视化模拟技术、 森林景观数字化模型与可视化模拟技术、森林经营可视化模拟技术，为林业科研、生产和科学决策提供了直观、形象、全新的三维森林可视化模拟平台。1.3 数字化森林经营管理关键技术研究开展了森林生境因子精准获取与评价、 森林经营管理决策支持等关键技术研究，以及森林经营管理决策支持系统的开
5、发与应用， 研发了数字化森林经营管理决策支持平台，实现了森林生境因子快速精准获取与经营管理决策。2. 授权专利情况授权专利 26 项（发明专利 17 项，实用新型专利 9 项）。3. 技术经济指标大区域森林资源信息监测周期 90%，区域森林生物量 / 碳密度反演精度 80%，有效提升了我国森林资源监测水平；研发了 21 个树种的三维可视化模型， 为森林可视化模拟提供了基础模型，提出了交互式经营可视化模拟技术，具备经营单位级 / 林场级森林可视化经营管理能力；基于云的森林生境因子数字化智能采集系统， 实现了 1 年中林分生境因子的实时连续监测；森林多维形式决策支持模型为国内首创， 处于国际领先水
6、平，直接服务于我国森林资源管理工作，提高了决策水平。4. 应用推广及效益情况该项目研发的技术方法、 软件系统等已在北京市、 河北省 （塞罕坝机械林场总场）、河南省、内蒙古自治区、湖南省、福建省、云南省、黑龙江省、海南省等地开展了应用推广。数字化森林资源监测技术的突破提高了森林资源信息获取效率和水平， 减少了野外地面调查工作，减少了损失，节约了人力、物力和财力。对于提高现代林业信息化水平、 保障国家生态安全、 践行绿色发展理念以及提升我国林业及相关2产业的竞争力具有非常重要的意义，生态、社会、经济效益显著。三、客观评价 :1. 该项目验收结论（其他附件 114 ）科技部 863 现代农业领域办组
7、织专家对该项目进行了验收，通过质询与讨论，形成了如下意见：（1）以实现森林资源高效精准监测为研究目标，重点围绕森林资源信息快速获取、 精准识别、 参数反演和森林防火实时监测与智能预警系统构建方面开展了系统研究， 取得了显著进展。 研发的森林资源信息遥感快速提取系统模块， 能实现数据的快速处理，更新周期小于 0.5 年。（2）以树木、林分、森林景观、森林经营为主要研究对象，成果为研究和揭示森林结构与生长变化规律， 开展高效森林经营、 规划、 调控和决策提供了关键技术支撑， 成果应用将促进森林数字化、 可视化和智能化经营管理， 提升森林生长与经营模拟预测水平。（3）以实现数字化森林信息快速精准获取
8、与构建经营管理决策支持系统为研究目标， 重点围绕野外生境因子精准获取、 数字化森林立地评价、 经营决策模型研究与森林经营决策支持系统的集成与应用等开展了系统研究， 尤其在野外生境因子实时采集与森林经营决策模型的耦合方面具有明显创新。2. 该项目查新结论（其他附件 115 ）结论指出：国内已有利用卫星遥感技术进行森林生物量和碳储量监测方面的研究，和嵌套抽样方法在森林更新调查中的应用， 但未见嵌套抽样方法在大区域森林生物量 / 碳密度反演中的应用。国内文献虽有关于工作流技术和可视化模型在森林遥感领域应用的报道， 但未见“实现林分生长与经营交互过程可视化模拟”的描述。该委托项目在以下 3 方面具有新
9、颖性：（1）提出一种多尺度嵌套抽样方法， 并利用该方法实现大区域森林生物量 /碳密度反演。（2）构建幂函数形式的树木冠形模型及冠形参数动态生长模型，提出冠形控制下树木结构可视化模拟方法，形成树木形态、结构与生长耦合方法。（3）基于工作流技术，构建自定义活动图形化可视化模型，交互式建立林分生长与经营交互过程可视化模型，实现林分生长与经营交互过程可视化模拟。3综上所述，该项目在上述方面具有文献新颖性。3. 该项目成果综合报道（其他附件 116 ）科技日报 2016年 3 月 13 日聚焦版面以“鞠洪波：数字化森林资源监测守护丛林”为题，综合报道了该项目研究与应用成果。报道指出：（1）在高精度森林类
10、型识别技术方面，科研人员研究出基于高分辨率影像的森林类型自动提取算法，总体分类精度达到 90%以上。（2）研究人员完成了区域性森林时空变化与特征分析技术研究，全面开展了树木、林分、经营、森林景观模型与可视化模拟方法的研究工作，完成了森林生境因子精准获取与评价技术、森林经营管理决策支持技术等。（3）项目团队开展了试验示范区的野外调查和示范应用，完成了相关试验示范区数据的收集、 整理、加工、处理和建库等工作， 完成了相关应用示范工作，取得了良好的应用示范效果。4. 该项目获奖情况（其他附件 117 、118 ）（1）2017 年 4 月，获“梁希林业科学技术奖”一等奖，项目名称：数字化森林资源监测
11、技术。（2）2017年 12月，获“中国林业科学研究院重大科技成果奖” ，项目名称：数字化森林资源监测技术。5. 国内外相关技术比较（1）国内外的森林资源监测体系均以五年左右为周期，大区域森林覆盖信息快速提取技术实现了全国大区域森林资源信息的快速获取， 数据获取更新周期小于 0.5 年，总体精度达到 85%以上，处于国际领先水平。（2）提出了顾及多尺度嵌套抽样方法，解决了固定样地大小和遥感影像空间分辨率匹配的问题， 将混合像元分解与序列高斯协同模拟相结合， 解决了中低分辨率混合像元分解与区域估计的问题，区域森林生物量 / 碳密度反演精度达80%以上，处于国际先进水平。（3）结合高分影像和面向对
12、象方法的林分类型自动识别技术，获得林场尺度的森林类型分类精度均达到 90%以上，过去国内外学者采用不同空间分辨率和光谱分辨率传感器数据进行温带森林树种分类， 整体分类精度大都在 72%-88%之间。该技术处于国际领先。（4）多源数据森林参数提取技术弥补了传统调查方法的不足，解决了目前4森林资源动态监测中不确定性、低精度、低效率、单一尺度、不能直接应用于森林经营管理的问题， 填补了国内外应用多源多维遥感进行多尺度森林资源动态监测的技术空白。（5）树木形态结构三维可视化模拟方法，较国内外同类树木建模方法，具有更逼真的树木可视化模拟效果， 突破了交互式树木模型耦合方法， 实现了冠形控制下树木参数化动
13、态建模。该方法处于国际领先地位。（6）利用工作流技术，构建了量化经营措施的森林经营可视化模型，与国内外同类方法相比，具有经营方案可视化设计、调整、辅助决策分析、结果可视化表达等突出优点， 实现了森林经营规划、 设计、实施和评价的可视化模拟与分析。该方法处于国际领先地位。（7）森林生境因子采集技术可对一年中林分二氧化碳、空气温湿度、土壤温湿度与太阳照度的变化进行精准测量， 并用以评价经营效果。 该方法处于国内首创，达到国际先进水平。（8）人工林生长收获模型自动更新算法与技术保证了建模数据变化后，不必手动建模也无需重新编程， 即可完成决策支持模型的重新拟合与更新。 该技术处于国际领先水平。四、推广
14、应用情况 :1推广应用情况该项目成果先后在多个试验区进行了应用推广， 包括：河北省塞罕坝机械林场总场、内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗桦木沟林场、 黑龙江省佳木斯市孟家岗林场、国有平江县芦头林场、 北京松山国家级自然保护区管理处、 湖南省平江县福寿国有林场、 攸县黄丰桥国有林场、 河南鸡公山国家级自然保护区管理局、 海南霸王岭国家级自然保护区管理局、 黑龙江省林业监测规划院、 黑龙江省第三森林调查规划设计院、 内蒙古绰源林业局、 普洱市林业科学研究所、 云南省普洱市国家公园管理局、福建省将乐国有林场等。具体应用情况如下：五、主要知识产权证明目录 :知识产权知识产权具体名称国家（地授权号授权日期证书
15、编号权利人 发明人发明专利有效5类别 区） 状态一种基于地面激光雷达三维扫描的树木枝干参数提取方法中国ZL201310136260.72016年 5月25 日2080554中国林业科学研究院资源信息研究所张怀清、高士增、刘闽、鞠洪波、蒋娴发 明 有 效专专利 利一种基于自适应分形算法的树木形态模拟方法中国ZL201310752559.5中国林业科学研究院资源信息研究所刘闽、张怀清、鞠洪波、陈永富、蒋娴发 明 有 效专2017年3 2406专利 利月8 日 487一种森林经营决策支持模型自动更新方法中国ZL201310362330.02016年 8月19 日2106710北京林业大学吴保国、郭艳
16、荣、韩焱云发 明 有 效专专利 利基于激光三维扫描数据的树木三维矢量模型构建方法中国ZL201210266887.X2015 年11 月 18日1838604中国林业科学研究院资源信息研究所孟献策、鞠洪波、张怀清、蒋娴、刘华、凌成星、肖鹏发 明 有 效专专利 利一种基于多源遥感数据的复杂异质林分平均高估测方法中国ZL201310556077.22017 年06 月 06日2505567北京林业大学张晓丽、赵明瑶、白金婷、王金兰发 明 有 效专专利 利发 明专利一种合轴分枝树木形态结构三维可视化模拟方法中国ZL201410313510.42017年 2月15 日2380484中国林业科学研究院资
17、源信息研究所张怀清、刘闽、白静、蒋娴有 效专利6基于摄影测量的树木形态模型参数快速获取方法中国ZL201310112054.22017年 5月10 日2482199中国林业科学研究院资源信息研究所刘闽、张怀清、鞠洪波、蒋娴、陈永富发 明 有 效专专利 利一种基于最 中国林小空间结构单元的林分空间结构自相似可视化中国ZL201310449460.82016年 8月17 日2184139业科学研究院资源信息研究蒋娴、张怀清、刘闽、李凡发 明 有 效专专利 利模拟方法 所中国林一种小班边界三维可视化编辑方法中国ZL201410854977.X2017年 5月24 日2492668业科学研究院资源信息
18、研究李永亮、张怀清、刘闽、蒋娴发 明 有 效专专利 利所利用遥感、发 明专利地理信息系统技术检测小班林业资中国ZL201310204498.92016年 6月8 日2107474北京林业大学吴保国、郭恩莹、张瀚有 效专利源的方法7六、主要完成人情况 :行 技 工姓 排 政 术 作 对本项目贡献名 名 职 职 单务 称 位中国 在主要科技创新第一、二项创新点中做出了创造林 性贡献，“数字化森林资源监测技术” 项目总负责人。业 提出了基于多源数据的林地类型精细分类方法（其他科学附件49 ），林分结构参数反演与精度评价方法（其他附件40 ），一种基于分层次边界拓扑搜索模型的 研鞠 研 究栅格转矢量系
19、统 （其他附件 9 ），基于FPGA构建的分层次栅格转矢量处理方法（其他附件 10 ），研建了 洪 究1 无院 二维图像与三维遥感数据相结合的森林垂直结构参数 波 员资 提取方法，实现了基于多源遥感数据的森林蓄积量估源测与对比分析。 授权发明专利 4项（其他附件 1 ，9 ，信10 ，38 ），取得软件著作权登记 2项（其他附件 85 ，息104 ）。曾获国家科技奖励情况： 2013年获“国家科研 学技术进步奖”，二等奖，森林资源综合监测技术究体系，排名第 1，证书号2013-J-202-2-03-R01 。所中 在主要科技创新第四、五项创新点中做出了创造国 性贡献。“数字化森林模型与可视化模
20、拟关键技术研 研林 究”课题负责人，提出了一种基于地面激光雷达三维张 究 研业扫描的树木枝干参数提取方法（必备附件 ，其他 11怀2室 究科附件 ），一种合轴分枝树木形态结构三维可视化 48清 主 员学模拟方法（其他附件 11 ），一种基于自适应分形算任 研法的树木形态模拟方法（必备附件 12 ），一种基于究 最小空间结构单元的林分空间结构自相似可视化模拟8院方法（其他附件 3 ），获得软件著作权登记 4项（其资他附件56 ，58 ，78 ，107 ）。曾获国家科技奖源励情况：2013年获“国家科学技术进步奖” 1项，二等信奖，森林资源综合监测技术体系，排名第 2，证书息号2013-J-202
21、-2-03-R02 。研究所在主要科技创新中第七、八项创新点的研究中做出了创造性贡献，“数字化森林与牧场经营管理关键技术研究”课题主持人。设计了经营决策支持系统的北 知识库、数据库、模型库和方法库，提出了适用于特京 定树种培育经营全过程的决策流程与决策技术（其他 吴教 林附件47 ），设计了森林培育专家决策支持系统集成 保3 无授 业 平台功能结构，开发了森林培育专家决策支持系统集国 大成平台， 组织系统推广示范。 制定行业标准 1项（其他学附件50 ）；获得发明专利授权 2项（必备附件 13 ，其他附件 4 ）；获得软件著作权 4项（其他附件 71 ，88 ，89 ，110 ）；发表学术论文
22、 9篇，其中 EI论文4篇。中在主要科技创新中第一项创新点的研究中做出了国林创造性贡献，根据森林植被生长受环境影响的规律，研业提出了按植被区划将全国分为 8 个区域进行森林覆盖究 副科学信息快速提取的构思；基于 MODIS等低分辨率遥感数刘华4室副研究研究院据研究利用时间序列影像进行大区域森林覆盖与森林类型信息快速提取的技术方法，信息提取精度达到主 员资源85%以上，实现了森林面积、 森林覆盖率、 森林类型等 信息任信息的快速获取，信息提取周期小于 0.5 年；解决了研究森林资源信息获取周期长，缺乏连续、实时监测数据 所9等技术难点。获得授权发明专利 4 项（其他附件 1 ，9 ，10 ，33
23、 ），取得软件著作权登记 2 项（其他附件85 ，104 ）。林业在主要科技创新中第一、三项创新点的研究中做 遥出了创造性贡献，提出了基于物候的植被覆盖类型提 感 中取技术（其他附件 40 ），基于回归分析与光谱分解 信 南方法，改进了森林碳储量估计方法 （其他附件 42 ）， 息 林 提出了一套森林生物物理参数多分辨率影像反演制图林 工 教 业5样地布设和调查方案，实现了森林碳密度制图与精度 辉 程 授 科估计（其他附件 45 ），服务于大区域森林面积、类 研 技型与结构等信息的快速与高精度提取， 申请发明专利 2 究 大项（其他附件 35 ，39 ），出版专著1部（其他附件 中 学52 ）
24、，取得软件著作权登记 9项（其他附件 63 ，64 ， 心66 ，67 ，82 ，83 ，84 ，95 ，111 ）。 主任在主要科技创新中第二项创新点的研究中做出了创造性贡献，提出了主被动遥感数据协同林分类型识 东别技术与高分结合面向对象的林分类型自动识别技 北范术，提高了林分类型信息识别精度 （其他附件 36 ）， 教 林文6 无 获得授权发明专利 6项（其他附件 13 ，26 ，27 ，授 业义 大32 ，34 ，36 ），实用新型专利 2项（其他附件 20 ，22 ），发表论文 13篇（其中 SCI、EI论文1篇）（其 学他附件43 ），取得软件著作权登记 3项（其他附件68,69,9
25、6 ）。张 北 在主要科技创新中第二、第三项创新点的研究中 教晓 京7 无 做出了创造性贡献， 提出了高精度、 快速估测LAI的新授丽 林方法、基于高分辨率遥感的单木信息提取算法、 MODIS10业LAI和OLI LAI 之间的尺度转换模型、高分影像和极化大 雷达生物量与蓄积量协同反演模型，改进了郁闭度、学 林分平均高估算模型，完成了森林结构参数提取关键技术研究，开发了森林植被参数提取系统，实现了森林结构参数高精度快速提取，获得授权发明专利 2项（其他附件 6 ，8 ），发表论文22篇（其中SCI、EI论文2篇）（其他附件 44 ），取得软件著作权登记 7项（其他附件 65 ，95 ，97 ，
26、98 ，99 ，100 ，101 ）。曾获国家科技奖励情况： 2004年获“国家科学技术进步奖” 1项，二等奖， 森林资源精准监测广义 3S 技 术 研 究 ， 排 名 第 5 ， 证 书 号2004-J-202-2-05-R05 。中国林在主要科技创新第六项创新点中做出了创造性贡 业献。提出了参数化林木个体可视化模拟方法，构建了 科林分整体信息到林木个体信息估计的可视化模拟方 学助 法，基于工作流技术，研发了林分生长与经营交互过研李 理 程可视化模拟技术与林分交互式经营措施方法决策可究 永8 无 视化模拟技术（其他附件 24 ），研建了基于森林资研院亮 究 源调查数据的森林景观可视化模拟技术，实现了大区资员 域森林景观的三维可视化模拟以及经营单位级森林经源营方案的可视化编制。授权发明专利 2项（其他附件 信2 ，12 ），取得软件著作权登记 5项（其他附件 息105,106,107,108,109 ）。 研究所刘 9 研 副 中 在主要科技创新中第七、八项创新点的研究中做11鹏 究 研 国 出了创造性贡献，提出了基于传感器网络、智能移动举 室 究 林 终端与视频监测协同的森林火险气象与环境因子动态副 员 业 采集、模型模拟、小班火险综合评测与预警技术，完主 科
