谷歌地球?qū)I(yè)版軟件和 GIS/GPS在古樹名木地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用初探
——以江西省橫峰縣古樹名木為例

劉發(fā)照

(江西省橫峰縣林業(yè)局,江西 上饒 334300 )

谷歌地球?qū)I(yè)版軟件和 GIS/GPS在古樹名木地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用初探
——以江西省橫峰縣古樹名木為例

劉發(fā)照

(江西省橫峰縣林業(yè)局,江西 上饒 334300 )

本文簡要介紹了谷歌地球(Google Earth Pro)和GPS、GIS的技術(shù)， 簡述谷歌地球?qū)I(yè)版軟件在簡易古樹名木地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用,結(jié)合GIS/GPS數(shù)據(jù)采集器現(xiàn)場定位采集古樹名木的地理信息數(shù)據(jù)，導(dǎo)入谷歌地球?qū)I(yè)版軟件制作毎株古樹名木在谷歌地球上的精準(zhǔn)地標(biāo),并建立古樹名木的毎木調(diào)查因子信息庫，實(shí)現(xiàn)對橫峰縣古樹名木的精準(zhǔn)化、數(shù)字化和信息化管理。

谷歌地球；GIS/GPS數(shù)據(jù)采集器；古樹名木地理信息系統(tǒng)；應(yīng)用初探

古樹是指樹齡在100年以上的樹木。名木是指稀有、珍貴樹木或者具有重要?dú)v史、文化、科學(xué)研究價值和紀(jì)念意義的樹木[1]。古樹名木是被稱為“綠色古董”,是活的文物、歷史的見證,是國家森林資源的瑰寶,它對歷史文化科學(xué)的研究和旅游事業(yè)的發(fā)展,以及城市綠化和城市景觀等方面都具有重要意義。

近年來，北京、南京中山陵園、廣東、武漢、三亞市等地相繼研建了古樹名木地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了古樹名木的信息化監(jiān)測管理。但這些專業(yè)系統(tǒng)對一般的縣級林業(yè)部門來講，要求具備較高專業(yè)知識的人員和高額資金費(fèi)用投入，研究開發(fā)難度較大。而本文以江西省橫峰縣古樹名木為例，利用開放的網(wǎng)絡(luò)資源、免費(fèi)的谷歌地球?qū)I(yè)版(Google Earth Pro)軟件，結(jié)合應(yīng)用GIS/GPS數(shù)據(jù)采集器等高新技術(shù),嘗試構(gòu)建簡易的古樹名木地理信息系統(tǒng),以低起點(diǎn)、低成本投入，一般專業(yè)知識人員,便可實(shí)現(xiàn)對古樹名木的信息化管理與保護(hù)。

1 橫峰縣古樹名木種類、分布及其特點(diǎn)

橫峰縣位于江西省東北部,閩浙(皖)贛省委、省蘇維埃政府、省軍區(qū)等舊址保存完好，被列為全國愛國主義教育基地，是寶貴的紅色資源。2013年橫峰縣古樹名木普查結(jié)果:全縣現(xiàn)存古樹名木共有13科16屬16種380株,主要有金錢松、南方紅豆杉、水杉、馬尾松、側(cè)柏、銀杏、香樟、楠木、楓香、重陽木、白櫟、栲樹、苦櫧、桂花樹、花櫚木和喜樹等。古樹名木分布在全縣9個鄉(xiāng)鎮(zhèn)(辦事處)和1個墾殖場(63個村委會，10個居委會)內(nèi),以公共綠地、居民區(qū)、私人庭院、村頭村尾、社公廟和來龍山等地為多。按健康狀況分:旺盛223株,占58.70%；一般148株, 占38.94%；較差7株占總株的1.84%；死亡2株占0.52%。按樹種分:香樟301株，占79.21%；紅豆杉26株，占6.84%；楓香18株，占4.74%；銀杏8株，占2.11%；馬尾松8株，占2.11%；羅漢松5株，占1.32%；桂花5株，占1.32%；其他樹種9株，占2.35%。按年齡結(jié)構(gòu)(保護(hù)級別)分:100～299 a(國家三級古樹)有188株，占49.47%；300～499 a(國家二級古樹)有88株，占23.16%；500 a以上(國家一級古樹)有104株，占27.37%。其中1 000 a以上的古樹有4株，占1.05%,在千年古樹中,樹齡最高的“狀元”羅漢松已有1 800多年歷史 。

2 谷歌地球?qū)I(yè)版軟件和GPS/GIS簡介

2.1 谷歌地球?qū)I(yè)版(Google Earth Pro)軟件

Google Earth是由Google 公司推出的一款虛擬地球儀軟件，將衛(wèi)星地圖、GIS 和航空照片整合在三維地球模型中，用戶可以直觀地瀏覽全球各地的地理地貌信息，功能強(qiáng)大，已在地質(zhì)、林業(yè)、測繪等諸多領(lǐng)域廣泛應(yīng)用[2]。

2015年01月31日,谷歌宣布Google Earth Pro免費(fèi)向公眾開放，目前谷歌專業(yè)版已經(jīng)可以免費(fèi)使用。

谷歌地球?qū)I(yè)版有查詢歷史圖像功能，在古樹名木管理中還可以還原古樹名木周圍的環(huán)境歷史現(xiàn)狀，這就為研究古樹名木周圍環(huán)境變遷而對其生長影響提供一把鑰匙。

2.2 GPS全球定位系統(tǒng)

GPS是英文(Global Positioning System)全球定位系統(tǒng)的簡稱,是一種利用衛(wèi)星支持的無線電導(dǎo)航系統(tǒng),它分空間、地面控制和用戶裝置等三個部分。這個系統(tǒng)的特點(diǎn)是全球覆蓋、全天候測量所測數(shù)據(jù)精度高、速度快。目前，隨著林業(yè)生產(chǎn)科技水平的不斷提高，GPS高科技在古樹名木管理中的應(yīng)用越來越廣泛。

2.3 地理信息系統(tǒng)(GIS)

地理信息系統(tǒng)(GIS)是一門新興的綜合性交叉學(xué)科,是集數(shù)據(jù)庫、地圖制圖、空間分析功能為一體,并能對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的功能特色為海量數(shù)據(jù)管理、多種成果表達(dá)形式和空間數(shù)據(jù)分析提供了最為快速、方便和準(zhǔn)確的方法和手段。利用GIS 技術(shù)的專題制圖功能,可以根據(jù)用戶需要自動生成各種分析評價圖,為管理人員建立古樹名木的空間概念。利用GIS 技術(shù)的空間分析功能,可以綜合考慮、正確判斷古樹名木的各種空間影響因素,獲得科學(xué)結(jié)論和決策方案,古樹名木地理信息系統(tǒng)的建立,可實(shí)現(xiàn)對古樹名木的信息化管理與保護(hù)[3]。

利用GPS/GIS數(shù)據(jù)采集器采集的地理數(shù)據(jù),通過谷歌地球?qū)I(yè)版軟件,可以隨時制作全縣古樹名木的精準(zhǔn)地標(biāo)、疊加古樹名木影像圖層和記錄古樹名木的各種信息等等,為查閱古樹名木的各種信息,提供直接便利。

3 簡易古樹名木地理系統(tǒng)的建立

3.1 古樹名木地標(biāo)數(shù)據(jù)外業(yè)采集和古樹名木每木調(diào)查

站在古樹名木樹蔸下,打開GIS/GPS數(shù)據(jù)采集器中采集軟件,選擇“點(diǎn)采集”,定位時首先等待接收衛(wèi)星信號穩(wěn)定后,數(shù)據(jù)采集軟件顯示 PDOP值(衛(wèi)星分布的空間幾何強(qiáng)度因子)小于3時,( 一般小于3為比較好,數(shù)值越小定位精度越高), 再按“開始”，等待定位2～3 min后并輸入古樹名木名外業(yè)編號確認(rèn)保存至以鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位命名的文件夾內(nèi),結(jié)束單株地標(biāo)數(shù)據(jù)采集工作,然后逐鄉(xiāng)鎮(zhèn)逐株采集全縣所有古樹名木的每木地標(biāo)數(shù)據(jù),完成地標(biāo)數(shù)據(jù)外業(yè)采集工作。

3.2 導(dǎo)出GIS/GPS數(shù)據(jù)采集器中的古樹名木每木地標(biāo)數(shù)據(jù)

GIS/GPS數(shù)據(jù)采集器—工具—數(shù)據(jù)管理—鄉(xiāng)鎮(zhèn)為單位的文件夾名稱—導(dǎo)出某鄉(xiāng)鎮(zhèn)kml格式采集地標(biāo)數(shù)據(jù)—確認(rèn)保存,然后用數(shù)據(jù)線轉(zhuǎn)存到電腦中去。

3.3 在谷歌地球上建立古樹名木位罝地標(biāo)

3.3.1 采用GIS/GPS數(shù)據(jù)采集器采集古樹名木定位數(shù)據(jù)創(chuàng)建地標(biāo) 在谷歌地球?qū)I(yè)版軟件中打開kml格式的地標(biāo)文件,在谷歌地球上自動生成某鄉(xiāng)鎮(zhèn)(或全縣) 所有古樹名木的精準(zhǔn)地標(biāo),然后可逐鄉(xiāng)鎮(zhèn)逐株以古樹名木每株編號命名地標(biāo)名稱,完成某鄉(xiāng)鎮(zhèn)(或全縣) 所有古樹名木地標(biāo)創(chuàng)建工作。用GIS/GPS數(shù)據(jù)采集器采集地標(biāo)數(shù)據(jù), 直接導(dǎo)入谷歌地球?qū)I(yè)版軟件不僅減少了人工錄入地理坐標(biāo)的工作量,而且還可以減少因?yàn)槭止び涗浐弯浫雽?dǎo)致的地理坐標(biāo)誤差。古樹名木最重要的屬性是對其進(jìn)行精準(zhǔn)定位,方便后期管理。

3.3.2 利用古樹名木普查資料記載的地理坐標(biāo)創(chuàng)建地標(biāo) 連接互聯(lián)網(wǎng),打開谷歌地球?qū)I(yè)版軟件,在主界面上點(diǎn)擊“添加”工具—地標(biāo)—地標(biāo)命名(可命名為古樹名木編號)—人工錄入每株古樹名木的地理坐標(biāo)(采用加偏糾偏軟件處理后的經(jīng)緯度數(shù)值)—確定保存—完成每株地標(biāo)創(chuàng)建,并以古樹名木編號命名地標(biāo)名稱。然后逐株錄入某鄉(xiāng)鎮(zhèn)(或全縣)所有的古樹名木地理坐標(biāo),完成創(chuàng)建古樹名木名地標(biāo)工作。但采用普查資料記載的地理坐標(biāo)創(chuàng)建地標(biāo)時,地理坐標(biāo)還必須要用加偏糾偏軟件進(jìn)行處理,否則,每株地標(biāo)的位置和實(shí)際位置相差甚遠(yuǎn)。

3.4 建立古樹名木每木調(diào)查因子數(shù)據(jù)庫

《全國古樹名木普查建檔技術(shù)規(guī)定》第十一條規(guī)定:古樹名木每木調(diào)查內(nèi)容主要包括:古樹名木編碼、樹種、樹齡、樹高、胸圍(地圍)、冠幅、生長勢、樹木特殊狀況描述(含病蟲害情況等)、立地條件、權(quán)屬、管護(hù)單位或個人、傳說記載、保護(hù)現(xiàn)狀及建議等[4]。

圖1 谷歌地球上顯示的岑陽鎮(zhèn)部分古樹名木地標(biāo)

建立每木調(diào)查因子數(shù)據(jù)庫具體操作方法: 打開谷歌地球?qū)I(yè)版軟件,用鼠標(biāo)放在“古樹名木編號(地標(biāo)名稱)”上點(diǎn)擊右鍵,出現(xiàn)對話框,點(diǎn)擊“屬性”工具—再點(diǎn)擊“說明”,在“說明”欄中錄入每木調(diào)查所有內(nèi)容,并確定保存,逐株完成每木調(diào)查內(nèi)容錄入工作，例如(如圖1)。同樣方法還可以在“某鄉(xiāng)鎮(zhèn)(或橫峰縣)地標(biāo)文件夾”上建立各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(或全縣) 古樹名木概況數(shù)據(jù)庫(圖2)。

圖2 谷歌地球上顯示的9060137號每木調(diào)查情況

3.5 建立古樹名木全景彩照疊加層

《全國古樹名木普查建檔技術(shù)規(guī)定》第十四條規(guī)定:古樹名木要用全景彩照，一株—照。古樹群的古樹，從三個不同角度整體拍照,單株拍照。奇特怪異木要體現(xiàn)“奇”、“怪”特色。照片編號與古樹名木編號要—致[4]。建立古樹名木全景彩照疊加層具體操作方法:打開谷歌地球?qū)I(yè)版軟件,用鼠標(biāo)放在“古樹名木編號(地標(biāo)名稱)”上點(diǎn)擊右鍵,出現(xiàn)對話框,點(diǎn)擊“添加”工具—再點(diǎn)擊“圖像疊加層”— 圖像疊加層命名為“古樹名木編號”—從本地傳入古樹名木的全景彩照—調(diào)整圖像大小和位置—確認(rèn)保存(見圖3)。在同一株古樹名木地標(biāo)上可疊加不同角度的多張整體照片。還可以利用谷歌地球?qū)I(yè)版軟件的“圖像疊加”功能,通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為所需要的平面直角坐標(biāo),(坐標(biāo)轉(zhuǎn)換有很多種軟件和方法,這里不在一—列舉),以1∶1萬谷歌衛(wèi)星影像圖作為基礎(chǔ)地圖與1∶1萬的“北京54”或“西安80”地形圖疊加,制作成既有衛(wèi)星影像圖又具有地形圖的古樹名木位罝分布圖(見圖4)。

圖3 谷歌地球上顯示的 9060137 號古樹全景彩照

圖4 谷歌地球上顯示的橫峰縣古樹名木概況

3.6 古樹名木地標(biāo)文件保存格式選擇與共享

地標(biāo)保存格式有mkl和kmz兩種, mkl用于描述和保存地理信息,可以通過谷歌地球用戶分享地標(biāo)與信息。kmz文件是壓縮過的mkl文件,它不僅包含mkl文件,還包含其他類型文件。古樹名木地標(biāo)描述中鏈接了古樹名木圖像和每木調(diào)查因子內(nèi)容等數(shù)據(jù),保存地標(biāo)時,保存類型應(yīng)選擇kmz而不選mkl。谷歌地球?qū)I(yè)版軟件會把古樹名木地標(biāo)鏈接了古樹名木圖像和每木調(diào)查因子內(nèi)容等數(shù)據(jù)文件復(fù)制到一份kmz壓縮文件，如把這個格式的地標(biāo)文件用電子郵件發(fā)給省、市古樹名木主管部門, 在電腦屏幕上用谷歌地球?qū)I(yè)版軟件就可以直觀地瀏覽橫峰縣每株古樹名木的詳細(xì)信息。

4 簡易古樹名木地理系統(tǒng)主要功能的實(shí)現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)管理

用谷歌地球?qū)I(yè)版軟件打開橫峰縣古樹名木kmz格式地標(biāo)數(shù)據(jù)文件,在地標(biāo)面板“我的地點(diǎn)”欄中,可以完成對古樹名木圖像和每木調(diào)查因子內(nèi)容數(shù)據(jù)的查詢、添加、刪除、修改、保存等操作，實(shí)現(xiàn)古樹名木的動態(tài)管理。

4.2 古樹名木的地標(biāo)管理

通過谷歌地球?qū)I(yè)版軟件地標(biāo)面板“我的地點(diǎn)”中地標(biāo)管理，實(shí)現(xiàn)瀏覽橫峰縣古樹名木的位置、每木的全景照片和每木調(diào)查因子內(nèi)容等。在該軟件左側(cè)欄中的“我的地點(diǎn)”，把古樹名木編號(地標(biāo))和照片地標(biāo)等勾選上，通過是否勾選，達(dá)到控制地標(biāo)顯示的目的。例如在“我的地點(diǎn)”中勾選“9060137和9060137全景彩照”，并雙擊“9060137”,谷歌地球自動轉(zhuǎn)動并放大到一定層級，就會顯現(xiàn)照片和每木調(diào)查因子內(nèi)容，還可以勾銷“9060137全景彩照”地標(biāo)圖層,放大谷歌地球影像圖,察看古樹名木周圍的環(huán)境和地形。

5 結(jié)論與討論

橫峰縣簡易古樹名木地理信息系統(tǒng)將谷歌地球?qū)I(yè)版軟件和GPS/GIS數(shù)據(jù)采集器應(yīng)用到古樹名木管理中是一種新技術(shù)。通過該簡易系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)：(1)古樹名木地標(biāo)數(shù)據(jù)與每木調(diào)查因子數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合管理，使各種枯燥無味的表格數(shù)據(jù)可視化。(2)通過放大、縮小谷歌地球,在電腦屏幕上就可以直觀地瀏覽橫峰縣所有古樹名木電子檔案資料。(3)查看每株古樹名木的地理位置、周圍環(huán)境、地貌、海拔高度、視角海拔高度(即模擬人從空中看地面的高度),合理規(guī)劃實(shí)地瀏覽古樹名木的線路,實(shí)現(xiàn)保存、輸出和打印等功能[5]。(4)與古樹名木多方位的全景彩照數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來，更形象生動地了解古樹生長狀況。

基于谷歌地球?qū)I(yè)版軟件建立簡易古樹名木地理信息系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn) GIS 的一般功能,具有生動形象、開放的特色，系統(tǒng)易學(xué)、易用、方便、快捷。對一般縣級古樹名木管理部門可操作性強(qiáng),非常適用。但由于簡易系統(tǒng)是依托谷歌地球?qū)I(yè)版軟件開發(fā)建設(shè)，因此存在系統(tǒng)組成分散、不夠?qū)I(yè)化等缺點(diǎn),有待于進(jìn)一步開發(fā)與完善。

[1] 江西省人民代表大會常務(wù)委員會公告第54號.《江西省古樹名木保護(hù)條例》第二條規(guī)定[S].2004.11.26

[2] 楊爍，曹政飛,薛淵元,等.手機(jī)版Google Earth定位功能在中藥資源普查中應(yīng)用[J].亞熱帶植物科學(xué), 2016,45(3): 275-278

[3] 林孝松.城市古樹名木地理信息系統(tǒng)建設(shè)初步研究[J].福建林業(yè)科技, 2007,34(2):210-214

[4] 全國綠化委員辦公室.全國古樹名木普查建檔技術(shù)規(guī)定[S].2005

[5] 陳黎磊.資溪縣簡易古樹名木地理信息系統(tǒng)的開發(fā)與研究[J].華東森林經(jīng)理,2013,27(3):210-214

1005-5215(2017)02-0103-04

2016-12-20

劉發(fā)照(1963-)，男,江西橫峰人，工程師，從事林業(yè)有害生物防治和檢疫、林業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)、林業(yè)行政案件現(xiàn)場勘查、林業(yè)司法鑒定等工作

P228.4

A

10.13601/j.issn.1005-5215.2017.02.039