GIS技術(shù)在人工林資源信息管理中的應(yīng)用研究

方彥昊展

（廣西壯族自治區(qū)國(guó)有東門林場(chǎng)，廣西 崇左 532199）

人工林是通過(guò)人工種植而成的森林，能為市場(chǎng)提供優(yōu)質(zhì)、充足的木材，不僅能創(chuàng)造較大的經(jīng)濟(jì)效益，又能產(chǎn)生較好的生態(tài)效益。隨著信息化的迅速發(fā)展，人工林資源信息管理也進(jìn)入了現(xiàn)代化的信息管理模式，GIS的應(yīng)用成為人工林資源信息管理的一個(gè)強(qiáng)力支撐。但是當(dāng)前人工林資源信息管理并不完善，主要表現(xiàn)為動(dòng)態(tài)管理還未完全落實(shí)，調(diào)查材料未及時(shí)輸入數(shù)據(jù)庫(kù)，使用時(shí)多依賴紙質(zhì)版數(shù)據(jù)材料，數(shù)據(jù)更新緩慢，花費(fèi)時(shí)間和精力太多，數(shù)據(jù)表或圖都相當(dāng)簡(jiǎn)單，缺乏直觀形象感。那么，如何讓GIS技術(shù)在人工林資源信息管理中發(fā)揮其及時(shí)、準(zhǔn)確、快速、方便和有效的作用，加快人工林資源信息管理系統(tǒng)化、數(shù)字化的發(fā)展步伐？本文就此展開(kāi)研究。

1 加強(qiáng)人工林資源GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)設(shè)計(jì)

人工林資源GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建關(guān)鍵在于技術(shù)設(shè)置，因此，加強(qiáng)人工林資源GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的技術(shù)設(shè)計(jì)尤為重要，具體技術(shù)設(shè)計(jì)有以下2個(gè)方面。

1.1 層的設(shè)置

人工林資源信息管理的信息都可以單獨(dú)設(shè)置一個(gè)層，如人工林邊界、林區(qū)范圍、林中空地、伐區(qū)范圍、林區(qū)河流、林區(qū)道路和林區(qū)小班界等。每一層的信息要盡量詳細(xì)，如林區(qū)范圍層一般要有林地面積、樹(shù)種、造林方式、造林年月、林齡、造林密度、保存率、林地距離及撫育、除雜和施肥等信息。又如伐區(qū)范圍層一般要有輸入樣地編號(hào)、樣地面積、小班面積、品系、坡度、郁閉度、造林年月、樹(shù)高、平均高、脛階、規(guī)格材和出材等信息。這樣可以對(duì)人工林資源信息的動(dòng)態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為及時(shí)、有效和全面地獲取人工林資源信息奠定了基礎(chǔ)。

1.2 對(duì)各個(gè)層進(jìn)行編輯處理

人工林場(chǎng)邊界、林區(qū)范圍、林中空地、伐區(qū)范圍、林區(qū)河流和林區(qū)道路均可單獨(dú)設(shè)層處理。林區(qū)小班界層的處理要復(fù)雜一些，因?yàn)槠渑c河流、道路相重合，為避免河流、道路成為林區(qū)小班界的一部分，要另外設(shè)置河流、道路層。另外，人工林有其獨(dú)特的個(gè)性，不同于天然林，天然林是天然形成的森林，同一區(qū)域有多種樹(shù)種和其他如野草、野藤和苔蘚等植被，而且各類樹(shù)種的生長(zhǎng)參差不齊，人工林的樹(shù)種相對(duì)單一，同一區(qū)域一般只種一種林木，一般人工林多種植有較大經(jīng)濟(jì)效益的樹(shù)種，而且林木生長(zhǎng)基本一致。因此，人工林的各數(shù)據(jù)層都要下設(shè)小層，相應(yīng)地設(shè)為各種林木層，通過(guò)這樣的技術(shù)設(shè)置，可以使人工林場(chǎng)邊界、林區(qū)范圍、林中空地、伐區(qū)范圍、林區(qū)河流、林區(qū)道路和林區(qū)小班界等多層共同構(gòu)成完整而閉合的界層。

2 推進(jìn)人工林資源GIS屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展

屬性數(shù)據(jù)庫(kù)與空間數(shù)據(jù)庫(kù)相對(duì)，其在GIS系統(tǒng)中是更為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)庫(kù)，其數(shù)據(jù)信息是檢索、分析和應(yīng)用的基礎(chǔ)，但其主要靠鍵盤輸入，這樣屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)信息會(huì)存在不夠全面的現(xiàn)象，并且有些數(shù)據(jù)信息的存儲(chǔ)方式是非結(jié)構(gòu)化或半結(jié)構(gòu)化的存儲(chǔ)，極不利于各類數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計(jì)及對(duì)比分析。因此，推進(jìn)人工林資源GIS屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的發(fā)展勢(shì)在必行。首先，做好基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，對(duì)人工林各類信息進(jìn)行野外調(diào)查并作詳細(xì)記錄，比如記錄小班因子、幼樹(shù)情況、下木情況、植被情況、四旁樹(shù)、小班樹(shù)種組成、小班林木徑級(jí)分布、薪炭林、經(jīng)濟(jì)林、散生木、枯倒木、水土流失情況調(diào)查和病蟲(chóng)害等信息并作成數(shù)據(jù)表，為強(qiáng)大GIS系統(tǒng)應(yīng)用功能提供可靠的依據(jù)。其次，做好調(diào)查統(tǒng)計(jì)表，盡可能對(duì)人工林各類信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并制作成統(tǒng)計(jì)表，比如人工林土地面積、人工林蓄積、人工林按齡組面積蓄積、人工林樹(shù)種齡級(jí)劃分、人工林生長(zhǎng)枯損率和人工林樹(shù)種出材率等統(tǒng)計(jì)表。最后，把基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表和調(diào)查統(tǒng)計(jì)表的存儲(chǔ)方式轉(zhuǎn)化成結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)，即把文本類非結(jié)構(gòu)化和Excel類半結(jié)構(gòu)化的存儲(chǔ)方式通過(guò)GIS系統(tǒng)功能轉(zhuǎn)為結(jié)構(gòu)化存儲(chǔ)。這樣既擴(kuò)充了屬性數(shù)據(jù)庫(kù)信息，也為GIS系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)功能提供強(qiáng)有力的支撐。

3 加大GIS系統(tǒng)分析模型的開(kāi)發(fā)力度

目前GIS技術(shù)在人工林資源信息管理中已有所應(yīng)用，但多數(shù)都只是查詢、圖形顯示和常規(guī)地理空間分析，因此，加大GIS系統(tǒng)分析模型的開(kāi)發(fā)力度是促進(jìn)人工林資源信息管理的一個(gè)重要手段。GIS系統(tǒng)分析模型的開(kāi)發(fā)主要在技術(shù)層面進(jìn)行設(shè)計(jì)。針對(duì)人工林的特點(diǎn)，以GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)人工林各種樹(shù)種的空間分析模型，以桉樹(shù)為例，設(shè)計(jì)和構(gòu)建桉樹(shù)培育模型、桉樹(shù)生長(zhǎng)狀態(tài)模型及桉樹(shù)病蟲(chóng)害模型等，并建立人工林各類樹(shù)種的樹(shù)徑、樹(shù)齡、樹(shù)高和蓄積量等模型，從而便于分析人工林各類樹(shù)種生長(zhǎng)的因子，及時(shí)反映人工林資源的動(dòng)態(tài)變化。同時(shí)，運(yùn)用生長(zhǎng)函數(shù)，設(shè)計(jì)人工林各種樹(shù)種的決策分析模型，如桉樹(shù)預(yù)測(cè)模型、桉樹(shù)質(zhì)量評(píng)價(jià)模型和桉樹(shù)經(jīng)營(yíng)狀況模型等，為人工林的種植、采伐和經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)，促進(jìn)人工林生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的發(fā)展。然后把GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)及數(shù)值計(jì)算和建模平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，并進(jìn)行GIS平臺(tái)構(gòu)建與GIS模型分析，同時(shí)充分利用GIS功能優(yōu)勢(shì)，開(kāi)發(fā)用戶界面、制圖功能、數(shù)據(jù)運(yùn)算和應(yīng)用等分析模型。這些分析模型能將數(shù)據(jù)庫(kù)的圖形與處理、分析進(jìn)行有效的結(jié)合，并自動(dòng)更新和及時(shí)顯示分析結(jié)果，利于開(kāi)展GIS系統(tǒng)各類專業(yè)問(wèn)題的分析和研究。

4 做好人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的圖形制作及管理

過(guò)去人工林地圖的存儲(chǔ)多為紙質(zhì)版地圖，紙質(zhì)版地圖有其優(yōu)勢(shì)，如查閱方便，但也有極大的局限性，如不便攜帶，不宜存放。林業(yè)調(diào)查工作多為野外，一旦在野外工作中丟失地圖會(huì)使工作無(wú)法進(jìn)行，浪費(fèi)大量的時(shí)間及人力物力，因此，圖形制作及管理在人工林資源管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)中至關(guān)重要。那么，如何做好人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的圖形制作及管理呢？首先，獲取人工林場(chǎng)地形掃描圖，包括林場(chǎng)位置圖、林場(chǎng)按比例的地形圖，既可以用無(wú)人機(jī)進(jìn)行空中拍攝獲取，也可以用原有的紙質(zhì)版地圖獲取，然后儲(chǔ)存到電腦、手機(jī)等電子設(shè)備中，以便隨時(shí)用于制作電子地形圖。其次，將無(wú)人機(jī)所拍攝的新圖片與原有的舊圖片進(jìn)行拼接處理，主要方式是裁剪、校正和組合，然后整合到原有地圖上即獲得所需的分辨率極高、高度精準(zhǔn)和仿真效果極好的地圖。這樣可以在GIS系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)人工林資源信息的直觀化管理，繪制的新地圖可以在個(gè)人電腦或者手機(jī)上隨時(shí)查看和使用，極大地提高了林業(yè)的工作效率和生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的效能。

5 加強(qiáng)人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)需求的分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)需求的分析都是人工林資源管理信息數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)中的重要環(huán)節(jié)，那么，如何加強(qiáng)人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)和系統(tǒng)需求的分析呢？對(duì)人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)主要是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中各層數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，如人工林場(chǎng)邊界、林區(qū)范圍、林中空地、伐區(qū)范圍、林區(qū)河流和林區(qū)道路等層，對(duì)各層單獨(dú)設(shè)定數(shù)據(jù)模塊，并設(shè)定分析參數(shù)，這樣通過(guò)GIS系統(tǒng)中的統(tǒng)計(jì)功能，輸入關(guān)鍵詞或字段就能迅速地獲取統(tǒng)計(jì)信息，同時(shí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以出現(xiàn)多種顯示，如曲線、直線、柱狀和塊狀等，還可以出現(xiàn)統(tǒng)計(jì)記錄數(shù)值及各類值差等信息。

對(duì)系統(tǒng)需求的分析，主要考慮用戶的需求，一般用戶為林場(chǎng)管理人員或林業(yè)經(jīng)營(yíng)單位，這些用戶有些具有林學(xué)知識(shí)背景，有些卻是其他學(xué)科背景的，因此，系統(tǒng)操作一定要設(shè)計(jì)具有簡(jiǎn)單和快捷、實(shí)用的功能，主要操作為先創(chuàng)建新文件并更新數(shù)據(jù)，然后在系統(tǒng)中設(shè)置各種制圖的要素、文本標(biāo)注和屬性標(biāo)注，按地圖位置進(jìn)行潤(rùn)色，還需使地圖能自由擴(kuò)大或縮小，用空間分析軟件顯示動(dòng)態(tài)的、實(shí)時(shí)的信息，做到讓用戶隨時(shí)掌握數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息，如查看各個(gè)地塊的面積、道路情況、撫育情況、合同信息、二類圖歸類、樹(shù)種和土地坡度等信息，并按需要點(diǎn)擊相應(yīng)的功能鍵即可獲取統(tǒng)計(jì)表及專題圖，并能立刻輸出打印紙質(zhì)版材料。

6 加快人工林資源管理信息GIS的實(shí)現(xiàn)

如何加快人工林資源管理信息GIS的實(shí)現(xiàn)？主要有以下措施：

（1）設(shè)計(jì)各種文件功能，將這些功能和由客戶端及服務(wù)器端部件組成的空間相聯(lián)系。并設(shè)計(jì)地圖功能，添加人工林區(qū)樹(shù)種、邊界等屬性，建立各類標(biāo)注、查詢等，這一技術(shù)解決了傳統(tǒng)人工制圖的問(wèn)題，使得人工林制圖工作變得更加輕松。GIS的圖層功能可將人工林資源的位置、海拔、坡度、朝向，以及年降雨量、樹(shù)種、樹(shù)高和土壤酸堿性等信息繪制成圖片，這些圖片不僅清晰，且色彩逼真，信息還非常詳細(xì)，能直觀形象地反映人工林植被的情況。這些圖被設(shè)計(jì)在不同的圖層，使用時(shí)只打開(kāi)需要的圖層，圖片就會(huì)呈現(xiàn)，避免不同信息混雜疊加在一起。GIS還可以表達(dá)各個(gè)層面的不同屬性，制作用戶所需的人工林資源分布圖、植被分布圖和林相圖等各種專題圖，并且使這些專題圖結(jié)構(gòu)立體，輸出簡(jiǎn)單。

（2）建立多個(gè)數(shù)據(jù)組織。首先，建立主頁(yè)數(shù)據(jù)組織，可分為施業(yè)區(qū)信息、采伐區(qū)信息、小班信息、林班信息和描述信息等多個(gè)部分，通過(guò)超鏈接把數(shù)據(jù)連接起來(lái)。其次，建立地圖數(shù)據(jù)組織，將采集的圖片通過(guò)GIS的成圖功能顯示人工林區(qū)位置、樹(shù)種、樹(shù)高、道路、河流、山高和建筑物等面貌。再次，設(shè)立空間數(shù)據(jù)組織，空間數(shù)據(jù)包括林場(chǎng)區(qū)劃數(shù)據(jù)層、林區(qū)河流數(shù)據(jù)層、林區(qū)道路數(shù)據(jù)層和林區(qū)設(shè)施數(shù)據(jù)層。對(duì)于林場(chǎng)區(qū)劃數(shù)據(jù)層，主要把各層次人工林資源地理信息組織起來(lái)。林區(qū)河流數(shù)據(jù)層主要把各個(gè)河流的水文特點(diǎn)、觀測(cè)數(shù)據(jù)輸入河流屬性庫(kù)。對(duì)于林區(qū)道路數(shù)據(jù)層，設(shè)置公路、鐵路、車道及人行道等數(shù)據(jù)層，并輸入道路寬度、長(zhǎng)度和修建時(shí)間等屬性數(shù)據(jù)。對(duì)于林區(qū)設(shè)施數(shù)據(jù)層，設(shè)置圩鎮(zhèn)、農(nóng)村和工廠等數(shù)據(jù)層，并輸入街道、名稱、人口數(shù)和生活水平等信息。最后，設(shè)立元數(shù)據(jù)組織，元數(shù)據(jù)組織包括圖形信息、圖比例、圖幅地理位置、采集時(shí)間和更新日期等詳細(xì)信息。這4個(gè)數(shù)據(jù)組織通過(guò)GIS技術(shù)的超媒體、超鏈接進(jìn)行發(fā)布和共享。

7 結(jié)束語(yǔ)

人工林資源信息管理的GIS引入了地理空間信息，突破了傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)，單一數(shù)據(jù)信息的局限性，不僅提高了數(shù)據(jù)信息獲取的精確度，還能直觀、快速地發(fā)現(xiàn)變化范圍及類型，擴(kuò)大了信息廣度，加強(qiáng)了信息深度，極大地提高了工作效率，具有明顯的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，還能夠及時(shí)更新人工林資源信息，是一個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)，隨著信息時(shí)代的發(fā)展，要使數(shù)據(jù)信息得以更高質(zhì)量、高速度和高效率地輸入、分析和共享，GIS系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、利用和研究仍是任重道遠(yuǎn)，只有不斷地加強(qiáng)對(duì)人工林資源信息管理的GIS研究，才能適應(yīng)社會(huì)的需求，促進(jìn)人工林資源信息管理工作，從而加快人工林經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。