GIS技術在林業項目規劃設計中的應用

劉盛益 劉神舟 劉凱璇

摘要 地理信息系統（GIS）具有強大的數據計算、統計分析和圖表輸出功能，可以結合遙感技術（RS）、全球定位技術（GPS）等實現對林業資源和空間信息的采集、處理、管理、分析和表達等，簡稱3S技術，已被廣泛應用于林業外業調查和管理中，是一項先進的現代信息技術。本文以安徽省霍山縣國土綠化試點示范項目為例，簡要介紹了以GIS技術為核心的3S技術手段在林業項目規劃設計中的實操應用，以期為基層林業工作者提供借鑒與參考。

關鍵詞 GIS技術；林業項目；規劃設計；應用

中圖分類號 F326.2；TP311.52 文獻標識碼 A

文章編號 1007-7731（2023）14-0078-04

地理信息系統（GIS）作為林業信息化、數字化的重要的軟件系統，已被廣泛應用于森林資源規劃、林業工程項目規劃設計、森林防火、林業有害生物防治等各個方面。GIS技術的應用使林業專題地圖制作實現數字化，逐步取代傳統的紙質地圖。數字化地圖在動態性、交互性和直觀性及數據更新的現勢性、數據多樣性方面具有絕對優勢[1]。GIS可快速度、高精度、大批量地完成各類林業專題地圖的制作，還可利用專業圖的空間分析來派生出新的信息，將森林資源外業調查的文字、圖像、表格轉換為直觀的三維可視化立體模型，供決策者快速瀏覽第一時間拿出可行性方案[1]。GIS技術的應用實現了專業數據、原始數據以及地理信息等方面的動態融合，為林業調查規劃工作的科學化開展提供了重要的數據依據[2]，大幅提升了外業調查、數據編輯、成果制圖等工作的效率，為推動林業信息化、數字化建設提供支撐。

霍山縣位于安徽西部，地處大別山腹地、淮河一級支流淠河上游，屬北亞熱帶濕潤季風氣候區，季風氣候明顯，雨量充沛，四季分明。土壤以硅鋁質粗骨土和黃棕壤為主，屬于北亞熱帶常綠落葉闊葉混交林帶，珍稀名貴和大宗道地藥用植物有霍山石斛、安徽貝母、杜仲、厚樸、藥百合等，全縣林地總面積3 403 hm2，森林覆蓋率76%以上。霍山縣國土綠化試點示范項目著眼于大別山重點生態功能區、生態敏感脆弱區和生態問題突出區域，以全面提升國土綠化水平為核心，以不同功能區綠化發展目標為導向，以提升森林資源質量、增強水源涵養和水土保持能力、推動革命老區綠色發展為建設重點，布局開展“大別山區生態屏障建設工程”“革命老區林業共富工程”“城鄉綠化美化造林工程”三大建設工程。項目涉及16個鄉鎮（林場），小班459個，面積3 476.3 hm2

1 數據預處理

1.1 軟件準備

本次項目規劃設計主要運用Windows10操作系統、ArcGIS 10.6軟件、森林資源采集軟件（V1.58）。

1.1.1 ArcGIS 10.6軟件? ArcGIS是一款基于GIS技術的軟件，能高效地對各種空間數據進行管理、創建各種不同的地圖以及分析各種不同的地理環境等[3]。

1.1.2 森林資源采集軟件（V1.58）? 森林資源采集軟件（V1.58）是移動GIS系統，能全面進行森林基礎地圖方面信息的錄入、各類數據信息的導入和導出、森林資源位置的感知、森林資源的調查分析、違法督查管理數據的錄入、傳感器數據的錄入和展示等，能有效提升野外調查工作的便利性和自動化水平[4]。

1.2 數據準備

霍山縣1∶10 000電子地形圖、2022年衛星影像圖、霍山縣鄉鎮界、霍山縣村界、2021年度國土變更調查數據庫（基于三調）、2022年度國土變更調查第一次交部數據、2023新增耕地范圍線、霍山三區三線（霍山縣城鎮開發邊界、霍山縣生態保護紅線、一級基本農田保護圖斑）等。

1.3 數據預處理過程

數據預處理過程主要包括：地理配準、投影變換、誤差處理DEM數據分析等，以及將處理好的數據導入ArcGIS10.6軟件、森林資源采集軟件等。

1.4 數據格式

ArcGIS能夠加載2種類型的數據格式：矢量數據cad文件（dwg、dxf）和ArcGIS文件（shp、mdb、gdb）；柵格數據地形圖、影像圖、jpg、tif、png等。

2 數據庫和圖層的建立

ArcGIS支持常用的access數據庫（個人地理數據庫.mdb和文件地理數據庫.gdb），其中文件地理數據庫和個人地理數據庫是專為支持地理數據庫的完整信息模型而設計的，包含拓撲、柵格目錄、網絡數據集、terrain數據集、地址定位器等，在實際應用中根據需要進行選擇。

2.1 文件地理數據庫

每個數據集1 TB。每個文件地理數據庫可保存很多數據集。對于超大型影像數據集，可將1 TB限值提高到256 TB。每個要素類最高可擴展至每個數據集數億個矢量要素，數據庫可跨平臺使用，效率更高，容量可達1 TB，相同數據量的情況下其體積更小。

2.2 個人地理數據庫

每個Access數據庫2 GB。性能下降前的有效限制通常介于每個Access數據庫文件250～500 MB，數據庫僅支持Windows系統；微軟mdb標準，可用Access數據庫打開和編輯，最大支持2 GB。

2.3 shapefile圖層數據庫

Shapefile文件相當于一個要素類，創建方式和數據庫中要素類的創建方式一樣，打開Catalog，可以在文件夾中右擊直接創建。具有簡單、快捷、方便等優點，但缺點較明顯，如字段名最多只能夠有10個字符、數據超過200 M后不穩定、無法存儲空值和拓撲信息、對字段名或存儲值中的Unicode支持不理想、不支持樣條曲線，放大一定的比例會出現鋸齒等。

2.4 國土綠化試點示范項目數據庫建立

2.4.1 建立數據庫文件? 在電腦桌面新建“霍山縣國土綠化試點示范項目”文件夾，打開ArcMap軟件，在目錄窗口進行文件夾連接。

2.4.2 新建要素數據集? 在目錄窗口右擊“霍山縣國土綠化試點示范項目”文件夾，新建文件地理數據庫并命名（霍山縣國土綠化試點示范項目.gdb），右擊霍山縣國土綠化試點示范項目.gdb，新建要素數據集并命名為lh，選擇Gauss Kruger（高斯-克呂格投影），展開CGCS 2000，1∶10 000地形圖使用3°分帶，選擇CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E坐標系，確定。

2.4.3 新建要素數據集下要素類? 右擊l h要素數據集，新建要素類并命名為“霍山縣國土綠化試點示范項目”，根據需要選擇面要素、線要素、點要素等7類要素，本項目選擇面要素，添加字段名稱、數據類型后，點擊完成。添加字段根據需要選擇字段數據類型。文本型（Text）：數字字符存儲為字節，文本型主要記錄文字信息，如村組名、工程類別、樹種、林種、身份證號碼、林權證號等信息。雙精度（Double）：1個符號位、7個指數位和56個小數位，float和double用于記錄帶有小數位的屬性信息，如面積、蓄積等。浮點型（Float）：1個符號位、7個指數位和24個小數位。短整型（Short Integer）：1個符號位、15個二進制位，大約在-32 000～32 000。長整型（Long Integer）：1個符號位、31個二進制位，大約在-2 000 000 000～2 000 000 000。整型（short、long）用于記錄整數屬性，如編號、ID號、人口數量等。日期型（Date）：日期值基于標準時間格式存儲，日期型用于記錄時間信息，如采伐日期、更新日期、填表時間等。BLOB：復雜對象，如影像和視頻，BLOB只能在數據庫中創建，不支持shp文件，如采伐照片、現場錄音等。

2.4.4 數據導入外業調查平板? 內容列表窗口右擊“霍山縣國土綠化試點示范項目”圖層，導出數據，選中數據框，保存到指定文件夾并命名為“國土綠化項目外業調查”，保存類型選擇shapefile。將平板數據線與電腦連接，將文件夾復制粘貼至平板森林資源采集軟件Data文件夾。打開森林資源采集軟件，采集圖層，導入圖層，參數設置選擇編碼主要有GB2312、UTF-8等，在GIS10.4以下版本創建的shp選擇編碼GB2312、在GIS10.4以上版本創建的shp選擇編碼UTF-8，中文字符選擇編碼GB2312，否則屬性表出現亂碼。導入圖層后，即可進行小班外業調查。

3 小班外業調查

3.1 外業小班勾繪

打開平板森林資源采集軟件及GPS位置信息，選擇“國土綠化項目外業調查”圖層，結合地形圖、影像圖，同時打開國土變更數據、三區三線等紅線進行比對，利用電容筆進行小班勾繪，記錄小班屬性數據，拍攝現場照片、視頻并錄音等。

3.2 外業數據處理

外業調查結束后，將調查數據導出。打開平板森林資源采集軟件，長按“國土綠化項目外業調查”圖層，點擊屬性數據，點擊“DAYA”，全選屬性，選擇導出目錄，導出格式選shp，然后用數據線將平板與電腦連接，復制“國土綠化項目外業調查”數據粘貼至電腦指導位置，在ArcMap軟件中進行匯總處理。

4 矢量數據匯總

4.1 外業調查數據匯總

打開編輯器，選擇開始編輯，選擇霍山縣國土綠化試點示范項目，使該圖層處于編輯狀態，然后打開國土綠化項目外業調查圖層屬性表，選擇需要的小班，點擊工具欄“復制（Ctrl+c）”、點擊粘貼（Ctrl+v），粘貼目標霍山縣國土綠化試點示范項目圖層。按照以上方法將所有外業工作組數據進行匯總，進行下一步處理。

4.2 數據拓撲檢查

為修正小班外業調查中出現的圖層重疊和空隙問題，可以建立圖層拓撲進行修改完善。

4.2.1 建立拓撲? 打開ArcMap，選擇目錄窗口霍山縣國土綠化試點示范項目數據庫，右擊lh數據集，新建拓撲，然后根據提示新建lh-Topology，選中圖斑面后添加規則，先后選中添加規則（不能有空隙、不能重疊、不能有懸掛點），點擊“確定”完成[5]。

4.2.2 修改完善? 打開ArcMap，添加新建的lh-Topology，可見重疊和有縫隙的部分顯示紅色，需要修改。點擊編輯器開始編輯，然后在工具欄拓撲工具里點擊“選擇拓撲”，確定。修改一般采用“對齊邊”工具，點擊選擇“對齊邊”，再在圖面上單擊需要修改的邊，再單擊需要對齊的邊，這樣需要修改的邊就自動匹配到需要對齊的邊，對紅色部分逐個修改。修改效果可以通過拓撲工具中“驗證當前范圍的拓撲”進行驗證，修改完善，紅色部分自動褪去，尚未褪去的，則按以上方法繼續修改完善[5]。

4.3 數據比對處理

霍山縣國土綠化試點示范項目建設不能占用耕地（包括旱地、水田水澆地）、三區三線（城鎮開發邊界、生態保護紅線、一級基本農田保護圖斑），項目數據需要與國土變更調查耕地（包括旱地、水田水澆地）數據、三區三線（城鎮開發邊界、生態保護紅線、一級基本農田保護圖斑）數據進行比對，避免重疊。

4.3.1 國土變更調查數據屬性選擇? 在內容列表選擇國土變更調查數據（341525霍山縣.gdb）data數據集，選擇DLTB圖層，右擊圖層，選擇屬性，選擇定義查詢，點擊查詢構建器，雙擊“DLMC”，點擊“=”，獲取唯一值，雙擊“旱地”，點擊“OR”，雙擊“DLMC”，點擊“=”，雙擊“水田”，點擊“OR”，雙擊“DLMC”，點擊“=”，雙擊“水澆地”，確定。即選擇旱地、水田、水澆地3個圖層進行比對。也可在定義查詢對話框直接輸入公式：DLMC=‘旱地OR DLMC=‘水田OR DLMC=‘水澆地（必須選擇英文雙引號）。

4.3.2 國土變更調查第一次交部數據（2022年度）屬性選擇? 在內容列表選擇2022年度國土變更調查第一次交部數據（XYBASE.gdb）Dataset數據集，選擇DLTB-NMK圖層，右擊圖層，選擇屬性，選擇定義查詢，點擊查詢構建器，雙擊“DLMC”，點擊“=”，獲取唯一值，雙擊“旱地”，點擊“OR”，雙擊“DLMC”，點擊“=”，雙擊“水田”，點擊“OR”，雙擊“DLMC”，點擊“=”，雙擊“水澆地”，確定。即選擇旱地、水田、水澆地3個圖層進行比對。也可在定義查詢對話框直接輸入公式：DLMC=‘旱地OR DLMC=‘水田OR DLMC=‘水澆地（必須選擇英文雙引號）。

4.3.3 數據比對處理? 打開ArcToolbox，選擇分析工具，疊加分析，點擊相交，在輸入要素窗口下拉菜單選擇“霍山縣國土綠化試點示范項目”，再選擇相關紅線進行相交比對，相交圖層自動形成“霍山縣國土綠化項目矢量圖_Intersect”。點擊擦除，先后輸入需要比對的圖層、相交部分圖層，選擇保存位置，確定。

4.4 屬性表數據處理

屬性表數據處理一般要在編輯狀態執行，字段計算器可在編輯會話外執行計算，并且方法速度更快，但無法撤消結果。

4.4.1 添加字段? 圖層非編輯狀態點擊屬性表下拉菜單，輸入字段名稱、字段類型，確定。

4.4.2 按屬性選擇處理? 右擊項目圖層，打開屬性表，打開表選項下拉菜單，按屬性選擇，用獲取唯一值的方式對各字段進行分析。對記錄不完整、不規范的字段通過查找、替換或直接修改的方法進行處理完善。

4.4.3 字段計算器? 右擊選中字段，選擇字段計算器對屬性進行批量修改，對話框加載中文字段時須添加英文引號。

4.4.4 屬性表導入Excel? 方法一：右擊屬性表下拉菜單，點擊導出數據，保存類型選擇dBASE表，用Excel打開導出的dBASE表。方法二：打開工具箱ArcToolbox，選擇轉換工具，選擇Excel，打開表轉Excel對話框，按提示操作。

5 結語

隨著社會的進步和科技的發展，林業需要改變傳統的高強度、低效率人工作業模式。GIS技術在林業項目規劃設計中的應用，具有精確性、便捷性、可視化以及美觀化等優點[6]，降低了外業調查的勞動強度，提升了工作效率與成果的科學性。GIS作為一種現代信息技術，需要林業工作者不斷學習和探索，以便更好地運用于林業生產和管理實踐，推動林業科學化、信息化、數字化建設的快速發展。

參考文獻

[1] 李杰.GIS在林業專題圖中的制作與應用[D]. 成都：成都理工大學，2017.

[2] 吳鋒華，方必定.GIS技術在林業調查規劃中的應用分析[J]. 綠色科技，2017（23）：135-136.

[3] 陳小娣.ArcGIS在林業上的應用研究[J]. 農村科學實驗，2018（2）：52.

[4] 張麗楠，張粉粉，吳艷，等. 基于移動GIS技術的森林資源調查與督查系統[J]. 現代農業科技，2023（7）：120-123.

[5] 唐良東. ArcGIS 技術在林業調查區劃中的應用[J]. 現代農業科技，2020（16）：104-105.

[6] 潘鵬.GIS在林業工程規劃設計中的應用[J]. 花卉，2016（14）：72-73.

（責編：何 艷）