基于ViewGIS的森林資源清查樣木位置圖繪制

張 國 華

（福建省柘榮縣林業(yè)局 355300）

基于ViewGIS的森林資源清查樣木位置圖繪制

張 國 華

（福建省柘榮縣林業(yè)局 355300）

在森林資源清查中，樣木位置圖是樣地的調(diào)查成果之一，也是復(fù)位的重要依據(jù)。良好的樣木位置圖有助于樣地與樣木的復(fù)位與調(diào)查。通過應(yīng)用ViewGIS與Excel軟件，自動生成樣木位置圖，規(guī)范樣木位置測量數(shù)據(jù)管理，避免了傳統(tǒng)手工繪圖的粗放與錯漏，從而提高樣木位置圖的分辨率，更加易于保存、易于使用，提高了樣地樣木復(fù)位的效率與精度。

ViewGIS；Excel；樣木位置圖；繪制

前 言

國家森林資源清查（一類清查）是以掌握宏觀森林資源現(xiàn)狀與動態(tài)為目的，利用固定樣地為主進行定期復(fù)查的森林資源調(diào)查方法，其調(diào)查的主要內(nèi)容包括固定樣地調(diào)查、遙感圖像判讀、生態(tài)定位監(jiān)測等。在固定樣地調(diào)查中，樣地復(fù)位、周界測量與樣木因子調(diào)查是最重要的組成部分，樣地與樣木位置示意圖（以下稱為樣木位置圖）是調(diào)查成果之一，也是復(fù)位的重要依據(jù)。

長期以來，基層調(diào)查工組在樣木位置圖的繪制中大多還是采用人工手段草繪，或利用量角器、直尺輔助繪制，繪制繁瑣且修改起來麻煩，需要花大量的時間，最終的位置圖精度也難以提高，給樣地的外業(yè)調(diào)查和內(nèi)業(yè)整理帶來了一定的影響。本次福建省開展了第八次全國森林資源連續(xù)清查，本人參加了寧德市柘榮縣21個省級固定樣地的調(diào)查，在實踐中采用了計算機軟件Excel和ViewGIS進行樣木位置的數(shù)據(jù)管理與樣木位置圖的繪制，實現(xiàn)了樣木位置圖的計算機生成，大大提高了樣地、樣木調(diào)查的效率與定位的精度。

1 本次清查樣地與樣木調(diào)查相關(guān)技術(shù)規(guī)定

固定樣地形狀為正方形，邊長25.82米，面積0.0667公頃（1畝）。調(diào)查中，不得改變樣地的形狀、方向和邊長。

樣地定位點為測定樣木位置之起點，包括樣地的西南、西北、東北、東南和中心點，現(xiàn)場繪制樣木位置圖時，根據(jù)地貌、樣木分布等情況確定定位點后，采用羅盤儀定向、皮尺量距測定樣木的方位角、水平距，并記錄在樣木“每木檢尺記錄表”相應(yīng)欄目內(nèi)。每個樣地要實測1/4數(shù)量以上的樣木定位并備注，并采用量角器、三角板在樣木位置圖上標(biāo)示其點位和樣木號。其余樣木在現(xiàn)場確定相對位置，標(biāo)注在圖上，同時要求做好內(nèi)業(yè)記錄，即每株樣木都要填寫定位點、方位角和水平距。

2 樣木位置圖

2.1 樣木位置圖的基本格式

樣地位置圖為正方形，以1:200比例尺記載，四角為角樁點號(即Sw、Nw、Ne、Se),分為西南、西北、東北、東南四個象限，西側(cè)與北側(cè)附有邊長距離標(biāo)尺，圖內(nèi)按間隔每米以虛線繪制，由四個角點向中線及中心點也各有斜虛線，以方便樣木位置的現(xiàn)場繪制。

2.2 樣木位置圖繪制現(xiàn)狀

長期以來，基層調(diào)查工組在樣木位置圖的繪制中大多還是采用手工現(xiàn)場草繪，或沿用前期繪制的位置圖，依賴于調(diào)查人員個人的繪制能力，繪圖質(zhì)量參差不齊，容易出現(xiàn)樣木位置錯漏、移位、字體潦草、樣地特征標(biāo)注不全等現(xiàn)象，給現(xiàn)場辨認帶來困難。按技術(shù)規(guī)定，在內(nèi)業(yè)階段用量角器、直尺輔助繪制，繪制繁瑣且修改起來麻煩，需要大量的時間，最終位置圖精度也難以提高。并且，調(diào)查人員為了加快調(diào)查進度、減少后期處理的麻煩，普遍不愿意對前期的樣木位置圖進行修改，內(nèi)業(yè)階段直接照抄前期圖紙，造成了數(shù)期調(diào)查下來，樣木位置圖與現(xiàn)地出入較大。

2.3 樣木位置圖的意義

樣木位置圖不僅是針對樣地內(nèi)每株樣木的位置進行標(biāo)示，也是進行樣地復(fù)位的重要依據(jù)。樣地復(fù)位要求中規(guī)定，若不能找到完整的角樁和邊界，但樣地內(nèi)樹木編號、胸徑紅漆線尚在，且能確定保留木、進界木等樣木類型，通過測定能恢復(fù)樣地四條邊及四個角樁原來位置的，可視為樣地復(fù)位。

樣木位置圖不能僅僅理解為繪制樣地內(nèi)樣木位置的圖紙，實際上還應(yīng)該包括樣地內(nèi)、外的其它位置因素，如樣地標(biāo)志特點、樣地內(nèi)固定標(biāo)志物如定位樹、石頭、土壤坑、墳?zāi)沟?、特殊地形如公路、小路、流水坑、河流、水壩、樣地?nèi)不同地類的明顯界線，以及樣地外可用于樣地查找的其它因素，如電桿、高壓線、通訊線路等，應(yīng)將其概念拓展為樣地與樣木的綜合位置圖。

良好的樣木位置圖，可以幫助調(diào)查人員迅速找到邊界線與角樁的位置，對提高樣地復(fù)位率具有指示意義，在樣木因子調(diào)查中，更可以起到加快調(diào)查速度、事半功倍的作用。電腦繪制樣木位置圖示例見圖2－1。

圖2－1 電腦繪制樣木位置圖示例

3、數(shù)學(xué)模型與數(shù)據(jù)交換設(shè)計

3.1 樣木位置圖自動繪制的數(shù)學(xué)模型

自動繪制樣木位置圖離不開坐標(biāo)系統(tǒng)的表示。按規(guī)定，樣木位置圖是將樣地劃分為西南、西北、東北、東南四個區(qū)域，以四個角樁點進行各自區(qū)域內(nèi)的樣木測定，這實際上是以四個角樁點各自建立一個以定位點為極點、磁北針方向為極軸，由樣木方位角與距離構(gòu)成極徑的順時針極坐標(biāo)系；而在圖形繪制軟件中，若要完全的表示一個樣地內(nèi)樣木的位置情況，又需要以樣地整體作為一個平面的四角樁點象限對應(yīng)樣木方位角與坐標(biāo)的函數(shù)關(guān)系，即采用平面直角坐標(biāo)系（笛卡爾坐標(biāo)系），更加直觀，更易處理。在ViewGIS中，可以將樣地自西往東方向設(shè)為x軸，自南往北方向設(shè)為y軸，與林業(yè)地形圖的規(guī)定方向一致。

圖3-1 四個象限對應(yīng)樣木方位角與坐標(biāo)的基礎(chǔ)函數(shù)換算關(guān)系

3.2 ViewGIS數(shù)據(jù)交換形式

ViewGIS自身主要以.lay和.vmg圖層文件形式對圖象數(shù)據(jù)進行處理，但也提供了多種數(shù)據(jù)交換接口。其中Arc/info（.gen）文件形式最為簡便。.

Gen文件實際是一個純文本文件，以ViewGIS點狀圖層形式，輸出.gen文件，可用任一文本處理軟件打開，其格式如下：

點狀圖層.gen文件中，每行為一個點位置坐標(biāo)，由“點號(樣木號) X(坐標(biāo)) Y(坐標(biāo))”三要素構(gòu)成，中間為分隔符。最后一行則為“End”，表示點狀數(shù)據(jù)結(jié)束。

文本結(jié)構(gòu)的.gen文件，可以方便的將點狀數(shù)據(jù)（樣木坐標(biāo)）復(fù)制輸入到Excel中。同樣的，Excel中的樣木數(shù)據(jù)也可以很方便地復(fù)制、粘貼保存到一個文本文件中，并將其擴展名改為.gen即可。本次應(yīng)用中，ViewGIS與Excel的數(shù)據(jù)交換，默認采用本方式進行。

3.3 樣木位置數(shù)據(jù)格式

樣木位置數(shù)據(jù)采用Excel來管理，為統(tǒng)一數(shù)據(jù)處理工作與打印輸出，需要對表格形式進行設(shè)計。

方位角距離記錄樣木位置的數(shù)據(jù)格式：

A列為樣木號，B列表示角樁點號，C列為方位角，數(shù)值格式、保留一位小數(shù)，D列為水平距，數(shù)值格式、保留一位小數(shù)。（見圖3-2）

角樁點號為西南點、西北點、東北點、東南點、中心點，以代碼1、2、3、4、5表示。

當(dāng)以坐標(biāo)來記錄樣木位置的數(shù)據(jù)格式：

A列為樣木號，B列為x坐標(biāo)，C列為y坐標(biāo)。（見圖3-3）

圖3-2 以方位角記錄樣木位置

圖3-3以平面坐標(biāo)記錄樣木位置

4 ViewGIS繪圖的實現(xiàn)

4.1 構(gòu)建樣木位置圖底圖圖層

4.1.1 樣木位置圖底圖圖層的建立以“樣地調(diào)查記錄卡”為基礎(chǔ)，結(jié)合掃描方式與矢量化方式，采用三度帶投影，重新在ViewGIS構(gòu)建樣木位置圖底圖（見圖4-1）。這樣可以與往期的樣木位置圖繪制與使用習(xí)慣相一致，調(diào)查人員不必去適應(yīng)新的位置圖標(biāo)準，且打印輸出的圖紙大小與原底圖一樣，可直接套用粘貼到“樣地調(diào)查記錄卡”的對應(yīng)位置上，也可單獨使用。

圖4-1 ViewGIS中使用的樣木位置圖底圖（四角象限對應(yīng)坐標(biāo)基準）

4.1.2 樣木位置圖底圖的一些改進

在樣木位置的實際測定中，多以角樁點為測站架設(shè)儀器，就近測量各自區(qū)域內(nèi)的樣木方位角、距離。出于這一習(xí)慣，本人將位置圖邊界標(biāo)尺修改為由角點兩端出發(fā)，到樣地邊界中線會合的形式。即西南點向北的標(biāo)尺為“2 4 6 8 10 12”，向東的標(biāo)尺為“1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12”，相對應(yīng)的，西北點向南的標(biāo)尺也變更為“2 4 6 8 10 12”，添加了東南點向西的標(biāo)尺為“1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12”，其它角點位也以同樣方式添加標(biāo)尺。改進后，在樣地現(xiàn)場測量樣木位置與畫圖變得更加容易。與原底圖相比，免去了現(xiàn)場繪圖還需要反向換算的弊病。

4.1.3 樣木位置圖底圖圖層的坐標(biāo)系基準

以底圖為坐標(biāo)系，比例尺設(shè)為1:10000，樣地中任一點（樣木）的坐標(biāo)用P(x,y)表示，西南點坐標(biāo)P(xSw,ySw)為[100,100]，西北角坐標(biāo)為P(xNw,yNw)為[100,1400]，東北點坐標(biāo)為P(xNe,yNe)為[1400,1400]，東南角坐標(biāo)為P(xSe,ySe)為[1400,100]，中心點坐標(biāo)設(shè)為[750,750]。圖上每間距50個坐標(biāo)點，對應(yīng)實地距離1m，即換算間隔單位為50。

4.2 樣木位置點狀圖層

4.2.1 建立點狀圖層

ViewGIS加載底圖圖層后，為每個樣地建立一個點狀圖層，用于樣木位置的標(biāo)記顯示。點符號樣式使用“⊙”（或其它符號），字體任意，大小設(shè)置為20，在樣木位置圖顯示較為醒目。

建立點狀圖層后，立即對該點狀圖層建立數(shù)據(jù)庫。在點狀圖層文件名上單擊鼠標(biāo)右鍵，在跳出的菜單中選擇“建立圖層數(shù)據(jù)庫”即可。

4.2.2 點狀圖的顯示設(shè)置

在ViewGIS工程文件中，對復(fù)合圖名稱上單擊鼠標(biāo)右鍵，在跳出的菜單中選擇“復(fù)合圖屬性…”，在“復(fù)合圖顯示參數(shù)”中選定顯示方式為“制圖方式”并確定。

建立樣木點狀圖層并建立數(shù)據(jù)庫后，應(yīng)對該圖層設(shè)置顯示復(fù)合標(biāo)記，在點狀圖層文件名上單擊鼠標(biāo)右鍵，在跳出的菜單中選擇“圖層顯示參數(shù)” ，使用黑體10號字、向下顯示、偏移量35，顯示效果較，生成的樣木位置圖美觀、大方、易于辨認。

4.2.3 樣木位置的輸入與顯示

采用人工方式初次輸入樣木位置時，建議先在菜單“地圖制作-＞符號選擇…”中設(shè)定好點的符號形式（如“⊙”），然后再輸入，可以提高速度。輸入樣木位置，只需選定點狀圖層，以鼠標(biāo)在底圖上的對應(yīng)位置單擊，相應(yīng)的樣木符號與號碼將直接在屏幕上顯示出來。

這里注意輸入的點號即為顯示樣木號，若與實際號不一致，可修改該點號，或者直接丟棄該點號繼續(xù)錄入，可加快速度。若輸入點位有所偏移，可直接鼠標(biāo)選取該點位符號并拖動到合適的位置以糾正偏差，然后繼續(xù)輸入其它點位。

若已有樣木坐標(biāo)數(shù)據(jù)，則可以采用自動輸入方式，方法是將.gen交換文件直接在ViewGIS讀入，并建立點狀圖層數(shù)據(jù)庫，全選所有點后，設(shè)置點符號形式與顯示參數(shù)如上。

若已有樣木方位角、水平距數(shù)據(jù)，則可以Excel將其轉(zhuǎn)換成坐標(biāo)數(shù)據(jù)，保存為.gen交換文件，再由ViewGIS讀入，操作如上述。

以上兩種方式綜合使用，還可以幫助逐步糾正樣木位置的一些小錯誤。

4.3 標(biāo)注圖層

用于地物、地標(biāo)、說明等標(biāo)記，包括樣地標(biāo)志特點、樣地內(nèi)固定標(biāo)志物如定位樹、石頭、土壤坑、墳?zāi)沟?，特殊地形如公路、小路、流水坑、河流、水壩、樣地?nèi)地類的明顯界線，以及樣地外可利用于查找的其它因素，如電桿、通訊線路等。

若在添加繪制樣木點狀圖層之前，就在樣地底層上完成標(biāo)注圖層（混合圖層）各項地物、地標(biāo)的繪制，可幫助其后的樣木位置點狀圖繪制更準確，速度更快。

4.4 樣木位置的數(shù)據(jù)交換

樣木位置點狀圖層繪制完畢，即可在該圖層上單擊鼠標(biāo)右鍵，在跳出的菜單中選擇“圖層另存為…”，在文件名對話框中填寫合適的.gen數(shù)據(jù)交換文件名稱，其下的文件類型選擇“Arcinfo (*.gen)”，然后點擊“保存”確定。交換文件即生成完畢，并可用于Excel進行換算處理。（參見第“3.2 ViewGIS數(shù)據(jù)交換形式”）

5 程序?qū)崿F(xiàn)

采用Excel進行樣木位置坐標(biāo)與方位角、距離的計算，程序用Excel自帶的VBA編程語言編寫，由“平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方位角與距離”與“方位角與距離轉(zhuǎn)換平面坐標(biāo)”兩個模塊分別實現(xiàn)坐標(biāo)與方位角、距離的互換。

由平面坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方位角與距離的核心算法

vDist = Sqr(vdx ^ 2 + vDy ^ 2) / vDw '斜邊(距離)值，帶單位間隔（設(shè)為50）換算

vJd = Atn(vdx / vDy) * 57.29578 '默認SW弧度轉(zhuǎn)角度(*180/Pi)，精度不另換算

'若要保留精度0.5，可用公式：Round(角度*2,0)/2

由方位角與距離轉(zhuǎn)換平面坐標(biāo)的核心算法

vJd = Cells(vi, jJd): vDist = Cells(vi, jDist) * vDw '取極坐標(biāo)角度與距離值(直接換算成(弧度及)間隔單位）

vDa = vDist * Sin(vJd / 57.29578): Vdb = vDist * Cos(vJd / 57.29578) '以弧度換算，不計象限改算

If vJd ＜= 90 Then 'SW點，樁點判斷依據(jù)角度而非樁號，算法比較簡潔

程序中，由于VBA對角度計算使用的是弧度，因此需要對其進行換算為方位角，其公式為：方位角 = Arctan(弧度值)*180/Pi。在VBA中體現(xiàn)為vJd = Atn(vdx / vDy) * 57.29578。

實際調(diào)查中有可能存在樣木位置測量與記錄錯誤，還可以對應(yīng)設(shè)計樣木位置坐標(biāo)對角樁點、方位角的換算查錯模塊，從而進一步提高測量結(jié)果與成圖精度。

6 應(yīng)用總結(jié)

6.1 本文應(yīng)用的優(yōu)點

(1)使用計算機繪制樣木位置圖，不僅是實現(xiàn)一次調(diào)查中的樣木位置圖的繪圖，而且在下一期的調(diào)查中，能夠依據(jù)前期的樣木位置圖進行樣木復(fù)位的查找、核對，以及對期間變動情況的增刪和錯誤的修改，將靜態(tài)的樣木位置圖的繪圖拓展為動態(tài)的樣木復(fù)位管理，變更更加容易。樣木位置圖可輸出多份，調(diào)查人員可以在調(diào)查時任意標(biāo)注，不怕樣木位置圖在外業(yè)調(diào)查中損壞。

(2)本應(yīng)用出發(fā)點是充分利用當(dāng)前林業(yè)部門運用較為廣泛、基礎(chǔ)較好的ViewGIS軟件與電子表格Excel來進行繪圖操作及數(shù)據(jù)管理，無需花費成本另尋其它專門的軟件，有利基層技術(shù)人員的學(xué)習(xí)與操作。

(3)由于使用了標(biāo)注圖層（或混合圖層），樣地內(nèi)的地物、地標(biāo)、說明得以保存并可重復(fù)再利用和調(diào)查對比復(fù)位，豐富了樣木位置圖的內(nèi)容。

(4)樣木數(shù)量越多，ViewGIS繪制樣木位置圖的效果越好。當(dāng)樣木達到230株時，電腦繪制的樣木位置圖仍能清晰地顯示每株樣木的位置與號碼，易于辯認。而手工繪制的樣木位置圖，在樣木數(shù)達到100左右時，已明顯繪制困難，辯認費勁。

(5)可以將多個樣地的樣木數(shù)據(jù)集中保存在一份Excel電子表格文件中，而不是分散在各樣地調(diào)查記錄卡里，方便了統(tǒng)一管理與提取使用。打印輸出也顯得美觀。

(6)由于數(shù)據(jù)交換采用的文本格式的.gen文件，本方法也可以很容易地推廣到Arcinfo、ArcGIS、Mapinfo、AutoCAD等軟件中去。

6.2 不足的地方

(1)本應(yīng)用方法不是以單一的軟件如Excel來同時實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理與繪圖功能，因此繪圖效率上可能無法與編制專門的程序相比。也要求調(diào)查人員對電腦比較熟練，熟悉ViewGIS操作。

(2)調(diào)查精度上，首次繪圖仍然需要依賴手工，故而精度也需要在后續(xù)的調(diào)查中逐步修正。若實測的樣木，尤其是邊界附近的樣木測定數(shù)據(jù)越齊全，則成圖的精度也越高。

(3)對樣地內(nèi)樣木較少的情況，使用計算機繪制樣木位置圖的意義不大。

6.3 討論

(1)樣木位置點狀圖層建議數(shù)據(jù)庫后，數(shù)據(jù)庫.dbf文件已包含了樣木號、x坐標(biāo)，y坐標(biāo)三要素，而Excel可直接打開.dbf文件進行操作，但本次應(yīng)用出于通用性考慮，未采取本方法。

(2)如條件許可，甚至可以對樣木數(shù)據(jù)庫.dbf添加樹種名稱、胸徑、樹高、GPS坐標(biāo)、備注等內(nèi)容并在圖上顯示，進一步豐富樣木位置圖的內(nèi)容。

參考資料：

[1] 福建省林業(yè)廳. 第八次全國森林資源清查福建省森林資源清查操作細則. 2013.

[2] 王小萍，王桂鳳，王曉東. 自動輸出樣木位置圖程序設(shè)計[J]. 黑龍江科技信息，2010，32：41-42.

[3] 李欣，李志鵬，舒明燦. 計算機技術(shù)在“連清”樣木位置圖成圖等方面的應(yīng)用研究[J]. 貴州林業(yè)科技，2010，38（3）：49-53.

[4] 北京資信電子技術(shù)開發(fā)公司. ViewGIS3.0使用手冊. 2000.

TP751

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1004-7743（2013）04-0063-06

2013-10-17