基于GIS的縣級森林病蟲害信息系統(tǒng)設計與應用探討

朱仲云

摘要? ? 本文基于GIS技術(shù)，結(jié)合工作實踐和理論學習，設計了一套縣級森林病蟲害信息系統(tǒng)，并對系統(tǒng)的設計環(huán)境以及系統(tǒng)架構(gòu)、功能設計方法進行了詳細敘述。本文所介紹的縣級森林病蟲害信息系統(tǒng)具有可行性，不僅充分發(fā)揮了GIS技術(shù)的優(yōu)勢，也能對森林病蟲害的發(fā)展趨勢進行跟蹤監(jiān)測，值得推廣應用。

關鍵詞? ? GIS技術(shù);縣級森林病蟲害信息系統(tǒng);系統(tǒng)架構(gòu);系統(tǒng)功能

中圖分類號? ? S763? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）09-0124-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

森林資源在現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的地位，在改善生態(tài)環(huán)境、維持物種多樣性中具有重要作用。但是，當前森林一直遭受病蟲害威脅，根據(jù)多年來的調(diào)查結(jié)果顯示，由病蟲害造成的直接損失達到數(shù)百萬元，所以必須要立足于現(xiàn)代信息技術(shù)尋找治理森林病蟲害的新路徑[1]。

1? ? 系統(tǒng)環(huán)境設計

在本文所介紹的縣級森林病蟲害信息系統(tǒng)中，系統(tǒng)環(huán)境設計具體包括以下幾點。一是系統(tǒng)硬件平臺。考慮到縣級單位的使用要求，對硬件的要求相對較低，所以設計的硬盤位40 G以上、內(nèi)存超過256 M的微機即可。二是操作系統(tǒng)平臺。以Windows系統(tǒng)為操作平臺，滿足Windows XP、2007等系統(tǒng)的操作要求。三是數(shù)據(jù)庫平臺。平臺采用Access 2000以上的版本，各種輸出報表采用Office 2003以上的版本。

2? ? 系統(tǒng)架構(gòu)設計

2.1? ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計

在本次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計期間，遵照一般系統(tǒng)的關系結(jié)構(gòu)概念，采用“自上而下，逐層展開”的結(jié)構(gòu)設計原則，強調(diào)不同模塊之間的功能耦合。同時，考慮到縣級單位對GIS系統(tǒng)的應用要求，除了必要的人機界面外，還應該具有基礎數(shù)據(jù)管理、查詢模塊、數(shù)據(jù)編輯等功能，并能與國家森林病蟲害防治體系相連接，確保整個系統(tǒng)的功能滿足預期。因此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設計采用了典型的垂直化功能設計模式，在GIS縣級森林病蟲害信息系統(tǒng)平臺的基礎上，將功能細分為專家知識庫模塊、預測數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、上傳國家軟件模塊、數(shù)據(jù)管理模塊等。

2.2? ? 數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫是整個地理信息系統(tǒng)的核心，由于應用目的存在差異性，會導致數(shù)據(jù)庫的組織方式不同。在本文的數(shù)據(jù)庫設計中，采用空間數(shù)據(jù)庫模式用來展示空間實體的位置、分布特征、大小等基本數(shù)據(jù)，符合森林病蟲害管理的標準。因此，考慮到縣級單位的需求，使用“級別到村”的行政區(qū)域劃分，數(shù)據(jù)格式為Shapefile，其中的關鍵內(nèi)容包括：①核心數(shù)據(jù)，是指森林資源分布數(shù)據(jù)，通過調(diào)查縣級單位森林資源的分布情況，形成閉合的空間分布圖;②行政區(qū)域劃分數(shù)據(jù)，指縣級行政區(qū)域劃分情況，坐標系統(tǒng)采用了WGS1984模式，閉合面狀為shp;③基礎地理數(shù)據(jù)，是指GIS系統(tǒng)采集到的各種數(shù)據(jù)，包括河流、森林、丘陵、病蟲害分布等;④柵格數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)能夠明確各種要素的分布情況，在外業(yè)調(diào)查期間能夠幫助用戶更好地了解自身所在的位置。

3? ? 系統(tǒng)功能設計

3.1? ? 基礎數(shù)據(jù)管理模塊

空間數(shù)據(jù)管理體現(xiàn)了用戶對系統(tǒng)功能的使用情況，其中的關鍵數(shù)據(jù)管理內(nèi)容包括以下幾點。①地圖文檔數(shù)據(jù)管理。地圖文檔管理包括文檔的打開、編輯、數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)保存等基本操作，同時也可以根據(jù)功能要求來選擇林業(yè)區(qū)域的空間劃分與基礎地理數(shù)據(jù)等。②數(shù)據(jù)導入與導出。是指將GIS采集到的野外數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中。③空間數(shù)據(jù)瀏覽。對數(shù)據(jù)對象的各項空間數(shù)據(jù)管理過程進行控制，包括空間信息的放大縮小、前后視圖與漫游等基本圖形操作[2]。④圖層合并。能夠?qū)?個圖層的區(qū)域合并一起，達到地形疊加與地圖輸入的目的。

3.2? ? 數(shù)據(jù)錄入模塊

縣級森林病蟲害管理必須要遵照“預防為主，綜合治理”的原則，所以在基于GIS的系統(tǒng)設計中，可以按照病蟲害防治的基本要求，各個監(jiān)測站及時發(fā)送與病蟲害有關的信息，并提出防治意見，為病蟲害的防治提供相應的數(shù)據(jù)支持。在模塊功能界定中，通過GIS確定目標地區(qū)的邊界之后，由測報員、監(jiān)測員來匯總調(diào)查數(shù)據(jù)，并按時上報各種數(shù)據(jù)資料，包括月報、季度報表或者年度報表等。同時在本文系統(tǒng)設計中，添加1個Access數(shù)據(jù)庫，數(shù)據(jù)庫中包含了各種詳細的數(shù)據(jù)處理資料，包括目標地區(qū)調(diào)查表、成蟲出現(xiàn)記錄、森林病蟲情況以及蟲害防治資料等。例如，可以在每年3—4月幼蟲活動期以及10月左右的越冬前期來統(tǒng)計森林的病蟲害情況。

3.3? ? 數(shù)據(jù)查詢模塊

數(shù)據(jù)查詢模塊的功能就是要顯示各種病蟲害的處理信息，并為管理層決策提供相應的數(shù)據(jù)支持，其中的關鍵功能包括：①屬性數(shù)據(jù)查詢模塊，在數(shù)據(jù)查詢階段，用戶可以設定的查詢條件可以是一個或者多個，當用戶提出相應的查詢標準之后，系統(tǒng)能夠自動匹配數(shù)據(jù)庫中的資料，并將數(shù)據(jù)導入到病蟲害防治的數(shù)據(jù)表中;②屬性圖查詢，該功能實現(xiàn)了從屬性到空間的數(shù)據(jù)處理，用戶在系統(tǒng)的支持下能夠直接選擇對目標區(qū)域進行數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)輸入等，或者在病蟲害發(fā)生之后直接在軟件上更改相關數(shù)據(jù)。

3.4? ? 病蟲害預測模塊

森林病蟲害的發(fā)生具有一定的規(guī)律，所以在系統(tǒng)設計上為了更好地滿足基于GIS的病蟲害系統(tǒng)處理要求，本文在軟件設計中采用了有效積溫法。該方法重點考慮了害蟲生長時期的各個因素，在了解氣候變化的基礎上來預測病蟲害的發(fā)生時間，其中的計算關系式為：

N=K/（T-C）

式中，N為害蟲生長所需要的時間;T為病蟲發(fā)育期間溫度;K是常數(shù)，表示總積溫指標;C為最低有效溫度，單位為 ℃。

在模塊設計中，可以按照上述方法來對病蟲害的發(fā)生時期進行預測，并結(jié)合GIS系統(tǒng)所采集的資料，對森林病蟲害的發(fā)生、發(fā)展作進一步預測。

3.5? ? 上傳數(shù)據(jù)模塊

按照我國的相關管理規(guī)定，森林病蟲害數(shù)據(jù)都應該統(tǒng)一上傳到國家林業(yè)局，方便國家深入了解病蟲害發(fā)生情況。因此，在功能模塊設計中，需要在數(shù)據(jù)預處理的基礎上來明確數(shù)據(jù)的傳輸過程[3]。在功能模塊設計上，其中的基本步驟為：采集縣級森林病蟲害的GIS數(shù)據(jù)→篩選病蟲種類并做好小班記錄→篩選發(fā)生病蟲害的面積，并根據(jù)種類分類處理→生成病蟲害發(fā)生的資料→上傳數(shù)據(jù)[4]。

一般在縣級病蟲害調(diào)查期間，需要將調(diào)查任務下發(fā)到具體的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因而在數(shù)據(jù)處理過程中，首先就需要對多個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)據(jù)進行合并，這樣才能獲得詳細的病蟲害發(fā)生資料。

4? ? 實例分析

在按照上述方法構(gòu)建基于GIS的縣級森林病蟲害系統(tǒng)之后，用戶通過人機交互界面登錄系統(tǒng)，此時系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)一樣，設置圖層管理窗口、鷹眼窗口、工具欄等。系統(tǒng)按月統(tǒng)計森林病蟲害數(shù)據(jù)，并將每月的調(diào)查結(jié)果輸入到本月數(shù)據(jù)庫中，設置“shp”圖層，每個圖層都是每次的調(diào)查結(jié)果，圖層名稱設計為“2019.X.XX”。在記錄時間的基礎上，設置關鍵詞，組成為“鄉(xiāng)代碼+村代碼+林班號+小班號+有害生物代碼”的模式，這樣保證數(shù)據(jù)庫中存在不同的記錄。

之后在圖片編輯環(huán)節(jié)，可以直接按照圖層的病蟲害分布情況形成GIS圖像。根據(jù)GIS圖像分布，可以直接了解病蟲害情況，在用鼠標點擊相應的區(qū)域之后，會直接提供與病蟲害有關的標簽，包括病蟲害的信息、小班號、林班號等，使相關人員能夠?qū)崟r了解森林病蟲害變化情況。同時，為了強化效果，在GIS的病蟲害分布上還可以通過地理信息符號的方法來調(diào)整表達方法，例如通過豐富的地圖符號與視覺標量來展示地理信息，降低工作人員分析數(shù)據(jù)的難度。

5? ? 結(jié)語

本文介紹了基于GIS的縣級森林病蟲害信息系統(tǒng)，從實例結(jié)果可以判斷，本文所介紹的系統(tǒng)具有理想的應用效果，能夠清晰展示森林病蟲害情況，具有先進性，因而應該成為未來森林病蟲害管理的首選方法。

6? ? 參考文獻

[1] 桑開軍.GIS技術(shù)林業(yè)應用實踐研究[J].綠色科技，2019（19）：121-122.

[2] 劉繼洲.林業(yè)生態(tài)環(huán)境建設中的森林病蟲害防治策略[J].吉林農(nóng)業(yè)，2019（18）：100.

[3] 李浩，鄭恒宇，陳學永.無人機遙感技術(shù)在森林病蟲害監(jiān)測中的應用[J].南方農(nóng)機，2019，50（17）：55.

[4] 張淑梅.黑龍江墾區(qū)森林病蟲害管理信息系統(tǒng)構(gòu)建及應用研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學，2009.