福州市古樹名木測量建庫實踐

摘要：古樹名木是珍貴的自然與文化遺產，它的養護管理意義非常重要。古樹名木測量及數據庫建設是城市古樹名木養護管理的有效措施和重要數據支持，基于工作實踐探討了福州市古樹名木測量建庫工作，對福州市古樹名木測量建庫的整體設計及技術路線進行探討并闡述了具體實施流程，通過數據分析和挖掘，對數據庫結合各種信息技術的拓展使用進行了展望，為城市園林制定科學的保護和管理措施提供依據，具有一定的實用價值。

關鍵詞：古樹名木；自然與文化遺產；養護；數據庫

一、前言

古樹名木是珍貴的自然與文化遺產，被稱為“活的文物”“綠色化石”[1]。福州市自然條件優越，擁有豐富的古樹名木資源，古樹名木同時承載著豐富的歷史文化和生態價值，是城市綠化系統的重要組成部分。近年來，福州市積極推進生態文明城市建設，但隨著城市建設的快速開展，不可避免地影響到古樹名木的原生環境，且福州位于東南沿海，每年都會遭遇臺風，古樹名木受臺風災害影響較大。同時，福州市古樹名木區域分散，原有的古樹名木基礎數據庫陳舊，受到破壞或移栽等信息均未及時得到更新維護，數據存在大量缺漏和錯誤，造成部分古樹名木長期得不到監管和養護，生長現狀較差甚至死亡。隨著數字福州建設的推進，福州市已經建立數字園林系統和綠化養護監管系統等基于地理信息技術來幫助城市園林綠化管理工作。傳統的古樹名木管理方式已難以滿足現代化城市管理的需求，因此，與時俱進地建立科學、高效的古樹名木數據庫成為當務之急，以求更好地將古樹名木保護起來，隨時掌握古樹名木的最新狀況，讓管理者更好了解每一株古樹名木的生長環境和生存情況。

二、研究綜述

通過對國內古樹名木建庫相關文獻的研讀，發現古樹名木數據庫建設在技術上已日趨成熟，但在實際應用中仍存在數據更新不及時、信息共享程度低等問題。福州市在古樹名木保護和管理方面具有一定的實踐經驗，但現有的數據庫系統已不能滿足當前管理的需要。因此，本次實踐旨在通過測量建庫的方式，實現對福州市主城區掛牌古樹名木資源的全面、準確掌握。建立古樹名木地理信息數據庫，使園林管理部門可以在地理信息系統的幫助下，實現快速準確查詢古樹名木的空間分布、生長環境、生存狀態等，通過信息化技術手段提升古樹名木管理和日常養護的工作效率[2]。

三、建設內容與技術路線

本次實踐的建設內容主要包括對福州市主城區范圍內的掛牌古樹名木進行實地調查、測量及數據庫建設。技術路線上，采用了測繪、遙感、激光雷達掃描等先進技術，以獲取古樹名木的位置、高程、樹高、冠幅等關鍵信息。同時，結合已有的古樹名木數據庫及相關資料，對測量數據進行整合與分析，形成一套完整的古樹名木數據庫系統。在數據采集過程中，注重技術創新與應用。例如，利用機載激光點云數據快速獲取樹高信息，提高了測量精度和效率；通過航飛影像繪制樹冠投影面，量取冠幅，實現了對古樹名木形態特征的準確描述。這些技術的應用不僅提升了數據采集的準確性和效率，也為后續的數據處理和分析提供了有力支持。總體技術路線圖如圖1所示。

四、數據庫建設與應用

數據庫建設按照統一的標準和規范，對收集到的古樹名木數據進行整理、分類和存儲。同時，利用地理信息技術對數據庫進行可視化展示和查詢分析，實現了對古樹名木空間分布、生長環境、生存狀態等信息的快速獲取和展示。

（一）數據庫設計

福州市古樹名木地理信息數據庫建庫遵循標準化、規范化的原則進行，根據不同數據類型建立多個數據子類，包括基礎數據、專題數據等。同時，數據庫又利用先進的技術，實現各分散信息之間的有機聯系，實現非空間數據與空間數據之間、非空間數據與非空間數據的集成與融合，為實現信息共享、服務等提供基礎的信息支撐。

基礎數據：用福州市已有的電子地圖數據做數據庫的基底數據。通過軟件功能優化數據可視化功能，使古樹名木專題數據展示更加直觀、易懂，可以實現快速準確的定位分析，為制定科學的保護和管理措施提供依據。

專題數據：古樹名木專題數據獲取可分為外業調查測量采集與內業資料整理兩大工序，前者主要進行相關資料的收集、外業數據測量采集，后者則是在前者基礎上進行資料數據規范化整理等。

數據庫設計包括數據組織結構和數據屬性表結構設計兩部分，設計滿足項目所需的數據庫圖層及其相應的數據屬性表[4]。

1.數據組織結構設計

采用ArcGIS File GeoDatabase（GDB）實現空間數據存儲，所有的空間地理信息數據都被存儲在數據庫中，數據庫既保存了屬性數據又保存了空間數據[3]。古樹名木外業現狀圖采集數據以jpg文件目錄格式存儲，為廣泛使用的圖片格式，便于后期應用系統快速調用顯示數據。通過文件名與圖層建立關聯。具體數據有基礎數據庫、古樹名木數據（點）、保護區范圍數據（面）和外業現狀圖采集照片（JPG格式）。

2.數據屬性表結構設計

此次項目涉及的數據屬性表結構設計包含古樹名木數據屬性表和保護區范圍數據屬性表。古樹名木數據屬性表包括古樹名木的掛牌號、位置、樹高、樹圍、樹種、樹齡等相關屬性信息。保護區范圍數據指的是古樹名木樹冠四至外擴5米的范圍面，其屬性表主要包括掛牌號和面積兩個屬性信息。古樹名木數據（點）表數據表結構示例見表1。

（二）主要數據源分析

根據本項目的建設內容，搜集了下列數據資料：

1.福州市最新1：500比例尺地形圖（DLG）：dwg數據格式。該類數據要素類型全面、精度高，可用于部分古樹名木平面位置及樹底高程數據的采集。

2.福州市最新正射影像數據（DOM）：img數據格式，分辨率0.20米，此數據精度高、信息豐富、直觀真實。可用于部分古樹名木位置、樹冠及冠幅數據的測量采集。

3.福州市數字高程模型（DEM）：用于地面高程數據采集。

4.福州市激光雷達點云數據：密度為las數據格式，10點/平方米，可用于古樹名木樹高、冠幅、樹底高程等內業采集。

5.福州市園林中心古樹名木臺賬清單：word、excel格式。用于市管、區管的古樹名木界定，樹齡、樹種、保護級別等屬性的提取。

（三）外業調查測量

外業調查測量內容主要包括古樹名木的平面位置定位、樹底高程量取、樹圍測量、生長狀況、現狀圖數據采集和外業調查草圖等。根據園林中心提供的古樹名木臺賬分析整理列出調查清單，準備外業調查表。利用地形圖、影像圖等資料將古樹名木定位點展示在影像底圖上，制作調查底圖；結合古樹名木現有的養護管理方式，將調查區域進行合理劃分，有效開展外業調查測量工作。

1.平面位置、高程測量方法

使用GNSS接收機，用網絡RTK法直接測量。

（1）對于樹底信號較弱，無法直接用RTK法測量的，則根據附近GNSS測量控制點，用全站儀對古樹名木進行平面位置和高程的測量。

（2）交匯法。根據實地情況，結合調查底圖，將古樹名木位置標記在調查底圖上，現場測定2至3個地形特征點與古樹名木實際位置的距離，將距離描繪在草圖上，內業時采用距離交會法確定古樹名木的平面位置。

2.樹底高程測量

在儀器測量的基礎上，采用福州市勘測院的GNSS綜合服務系統進行似大地水準面精化，得到準確的樹底高程值。對于有基底的古樹名木，需要記錄基底的高度，在內業量測樹底高程時可以利用附近的地面高程加上基底高度，得到準確的樹底高程值。

3.樹圍測量

統一在離地面以上1.3米高處對樹圍進行測量，用皮尺等工具沿樹徑圍成一圈量取周長，有多個主干時，分別量取記錄各主干的樹徑周長。

4.現狀圖數據采集

調查人員需從5個不同角度拍攝古樹名木現狀，分別為古樹名木的樹牌照片（對于無牌古樹名木可不采集）、古樹名木的全貌照片一（遠景拍攝）、古樹名木的全貌照片二（盡量在第2角度的斜對角方向進行取景）、古樹名木的基底照片（反應根部的保護現狀）、古樹名木的樹干第一級分叉位置（由下往上拍攝）。古樹名木外業采集現狀圖存儲路徑設為二級目錄，一級目錄為“樹牌號”，5張圖片保存在對應“樹牌號”目錄下方，以一樹一檔的方式保存。

5.填寫外業調查表

將上述調查內容：樹牌號、位置（繪制草圖）、樹圍、基底高度、生長狀況、場地類型等信息記錄在外業調查表上，供內業整理入庫。

（四）內業測量

內業測量內容主要包括古樹名木的平面位置轉繪、高程、樹高、冠幅、保護區范圍等屬性信息。

1.古樹名木平面位置轉繪

以地形圖或高清影像圖為基礎，根據外業調查草圖或RTK、全站儀直接測量出來的坐標，將古樹名木平面位置準確展繪在空間數據中。

2.高程、樹高測量

以激光點云數據為基礎，用點云查看軟件查看古樹名木的剖面圖，在剖面上量取古樹名木的樹頂高程和地面高程，如圖2所示。當樹基底高度不為零時，需要將量取的地面高程加上基底高度作為樹底高程，樹高=樹頂高程-樹底高程。

3.冠幅測量

以高清影像圖為基礎，根據影像特征，繪制樹的樹冠范圍面，量取該面最長的兩點距離作為古樹名木的冠幅。

4.保護區范圍

在古樹名木樹冠范圍面的基礎上向外延伸5米，作為古樹名木保護區范圍面。

（五）屬性補充錄入與數據建庫

1.內業屬性補充錄入

因數據各類屬性分別通過不同方式獲得，故需要內業通過規范化、標準化來整理屬性信息。選擇一款合適的地理信息軟件，如ArcGIS為數據采集平臺，參照基礎電子地圖數據、高分辨率影像圖等數據按照信息化建庫標準對各屬性信息進行內業采集整理，將相關屬性信息等錄入軟件中并用關鍵字進行對應匹配，具體如下：

（1）將外業量測獲取的樹徑周長錄入屬性表樹圍字段中。

（2）對通過外業獲取的屬性信息還有掛牌號、長勢、生長地點、場地類型等進行規范補錄。

（3）屬性字段樹底高程則是內業通過激光點云數據量測古樹名木附近地面高程加上外業量測的基底高度來獲取樹底高程的。

（4）屬性字段樹高則是內業通過激光點云數據量取古樹名木的樹頂高程減去樹底高程來獲取樹高的。

（5）冠幅則是內業通過高清影像圖量測古樹名木的樹冠范圍面中最長的兩點距離來獲取冠幅屬性。

（6）其他樹種、樹齡、科類、屬類、保護級別、管護責任單位[5]等屬性信息是通過與市、區園林局提供的古樹名木臺賬資料進行關聯獲取。

總之就是將各類外業調查量測數據、內業量測數據等均按照信息化建庫標準對古樹名木的點、面、照片及其相關屬性等信息進行內業規范化整理。

2.圖形編輯處理

對內外業等各種數據進行圖形和屬性的接邊、合并等編輯處理，如層名字段規范性、數據完整性、數據錯漏、圖屬關聯及接邊等處理。最后在ArcGIS平臺下對數據進行重復面、碎面等拓撲檢查、修改處理。

3.數據建庫

采用ARCGIS File GeoDatabase（GDB）實現空間數據存儲。對空間數據和屬性進行圖形拓撲編輯、圖屬關聯、層名及字段規范化等檢查入庫。本步驟可利用各種信息技術軟件功能，取長補短對數據進行交互檢查修改，并且可以檢查數據中如圖屬關聯、唯一性、重錯漏等肉眼不好判斷的問題。最后，各數據圖層按要求導入建立福州市古樹名木信息數據庫（GDB）。數據庫同時具備空間數據和屬性數據，便于利用地理信息系統對數據庫進行瀏覽、查詢等。

（六）數據應用

古樹名木數據庫為制定科學的保護和管理措施提供依據，還可根據管理部門實際需求進行拓展使用：比如制定“二維碼身份掛牌”向公眾展示古樹名木的信息；結合360全景拍攝及種植樹木芯片技術，可更加全面地記錄古樹名木信息，記錄其移植管理等全生命周期信息，為古樹名木日常養護提供更加詳細的參考數據；可按需求開發專門程序實現批量生成定制的屬性表和圖片，同時輸出圖文并茂的古樹名木一樹一檔成果檔案等。

五、結語

本次福州市古樹名木測量建庫實踐通過綜合運用多種先進技術，實現了對古樹名木資源的全面調查和準確測量，建成了福州市主城區1521棵主要古樹名木的調查測量和建庫工作，形成完善的古樹名木地理信息數據庫，為城市園林管理提供了有力的數據支持。項目成果結合各部門地理信息系統可實現古樹名木的分級分區、精細化、差異化管理等需求，實現對古樹名木有效、針對性養護管理，有力推動古樹名木保護和管理工作的科學化和規范化發展。

參考文獻

[1]劉鵬.我國古樹名木保護法律制度研究[D].長沙：湖南師范大學，2011.

[2]吳潔.現代測量技術在古樹名木保護中的應用[J].測繪與空間地理信息，2014，37（02）：206-208.

[3]張中南.城市排水防澇數據普查及數據建庫探析[J].資源信息與工程，2018，33（01）：153-154.

[4] 王發亮，林康.基于物聯網與GIS的智慧園林系統設計與實現[J].北京測繪，2021，35（02）：280-284.

[5]鄢然.長沙市古樹名木資源分析與研究保護[D].長沙：中南林業科技大學，2007.

作者單位：福州市勘測院有限公司

責任編輯：王穎振、鄭凱津