智能手機(jī)與“3S”技術(shù)在林業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用

郭樟清

(福建省永泰縣林業(yè)局，福建 永泰 350700)

近年來，隨著國家各項(xiàng)公共基礎(chǔ)設(shè)施、公共事業(yè)和民生項(xiàng)目建設(shè)迅速發(fā)展，建設(shè)項(xiàng)目使用林地森林資源調(diào)查和現(xiàn)場查驗(yàn)已成為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)的一項(xiàng)重要工作，然而如何在現(xiàn)場準(zhǔn)確界定建設(shè)項(xiàng)目的紅線范圍、各個小班地塊的位置卻較困難，傳統(tǒng)上依靠地形圖判讀不僅需要豐富的經(jīng)驗(yàn)，而且費(fèi)時費(fèi)力，準(zhǔn)確度也不高。在建設(shè)項(xiàng)目使用林地森林資源調(diào)查中的外業(yè)調(diào)查都是在野外進(jìn)行，山高路陡，植被茂密，人跡罕至，而且大多沒有路，外業(yè)調(diào)查十分艱苦，全貌觀察十分困難且難以做到，導(dǎo)致小班地塊地類區(qū)劃與勾繪工作量大且精度不高。

“3S”技術(shù)是遙感信息技術(shù)(RS)、地理信息系統(tǒng)(GIS)和全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)(GPS)的簡稱。近年來，“3S”技術(shù)發(fā)展迅速，在林業(yè)工作中應(yīng)用越來越廣泛，成為動態(tài)掌握森林資源狀況、進(jìn)行林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要武器[1]。本文嘗試?yán)弥悄苁謾C(jī)基于“3S”平臺，通過搭載OruxMaps地圖軟件，導(dǎo)入高分辨率的衛(wèi)星影像圖及校準(zhǔn)的林業(yè)地理信息圖，疊加ArcGIS中處理導(dǎo)出的KML文件，利用OruxMaps的GPS功能，實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)對建設(shè)項(xiàng)目使用林地調(diào)查準(zhǔn)確的定位，結(jié)合高分辨率的衛(wèi)星影像圖及校準(zhǔn)的林業(yè)地理信息圖，準(zhǔn)確高效地完成小班地類界線的調(diào)繪[2]。

1 “3S”技術(shù)準(zhǔn)備

1.1 智能手機(jī)

智能手機(jī)是指像個人電腦一樣，具有獨(dú)立的操作系統(tǒng)，可以由用戶自行安裝軟件、游戲等第三方服務(wù)商提供的程序，通過此類程序不斷對手機(jī)的功能進(jìn)行擴(kuò)充，并可以通過移動通訊網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)接入的這類手機(jī)的總稱。在科技高速發(fā)展的今天，智能手機(jī)已成為人人擁有的智能設(shè)備，且機(jī)不離身，使用十分便捷。

1.2 OruxMaps地圖導(dǎo)航軟件

OruxMaps地圖是安裝在智能手機(jī)Android系統(tǒng)上的一款優(yōu)秀戶外導(dǎo)航地圖軟件，可以利用智能手機(jī)GPS功能準(zhǔn)確定位空間位置，記錄航點(diǎn)經(jīng)緯度坐標(biāo)、航跡，特別是在使用離線地圖、KML、KMZ、GPX文件方面有著優(yōu)異的表現(xiàn)。網(wǎng)上免費(fèi)下載OruxMaps_downyi.apk(版本7.1.4 Donate)到智能手機(jī)，安裝在智能手機(jī)上。

1.3 遙感數(shù)據(jù)準(zhǔn)備——獲取高分辨率的衛(wèi)星影像圖

遙感是指在不與目標(biāo)物直接相接觸的情況下獲取目標(biāo)及其環(huán)境信息，并對目標(biāo)性質(zhì)進(jìn)行測定、測量、分析的技術(shù)。即：從不同高度的平臺使用傳撼器接收地面物體的電磁波信息，再將這些信息傳輸?shù)降孛娌⒓右蕴幚?，從而達(dá)到對地物的識別與監(jiān)測[3]。20世紀(jì)70年代后期，航天遙感技術(shù)開始引入林業(yè)，今天可以在谷歌地球上瀏覽到高清衛(wèi)星地圖，但不能直接下載到可供OruxMaps使用的離線衛(wèi)星地圖，OruxMaps支持的地圖格式有使用OruxMaps Desktop工具制作生成的OruxMaps離線地圖(單層地圖，地圖文件夾包含2個類型的文件：地圖名.Otrk2.xml、OruxMapsImages.db地圖數(shù)據(jù)文件)；還有通過在線方式創(chuàng)建的.mbtiles、.rmap、.map等格式的多層地圖，從版權(quán)保護(hù)與技術(shù)水平角度考慮，建議選擇從互聯(lián)網(wǎng)提供地圖服務(wù)的公司訂制購買所需行政區(qū)域的OruxMaps多層離線衛(wèi)星地圖。筆者訂制購買了福建省福州市永泰縣行政區(qū)域的OruxMaps10-18層離線衛(wèi)星地圖，復(fù)制到OruxMaps安裝目錄下的mapfiles文件夾。使用時打開手機(jī)的OruxMaps，點(diǎn)擊菜單欄的“切換地圖”圖標(biāo)，選擇“切換地圖”—“offline”，再選擇“永泰縣.mbtiles”，即可顯示永泰縣區(qū)域內(nèi)的無偏移高分辨率、高精度的衛(wèi)星影像圖。

1.4 制作可供 OruxMaps使用的林業(yè)地理信息圖

OruxMaps軟件不能直接導(dǎo)入使用帶地理坐標(biāo)的柵格數(shù)據(jù)，OruxMaps軟件本身提供了專門的工具OruxMaps Desktop用于制作生成可供 OruxMaps使用的離線地圖，該工具需要使用GlobalMapper軟件輸出的同名“.tif”文件和“.jpg”文件進(jìn)行制作。OruxMaps離線地圖制作過程如下：在ArcGIS軟件的ArcMap組件中打開林業(yè)地理信息圖文檔，林業(yè)地理信息圖包含無縫拼接的多張分幅地形圖，還整合了林業(yè)基本小班界、林班界、村界、鄉(xiāng)界、縣界、縣鄉(xiāng)村行政區(qū)位置、小班代碼等多個圖層的復(fù)合元素，設(shè)置好各圖層符號，在布局視圖中設(shè)置好所需地圖頁面大小，地圖比例尺設(shè)為1∶10000，以永泰縣南城區(qū)為例，導(dǎo)出位圖“永泰縣南城區(qū).png”文件。再運(yùn)用GlobalMapper軟件，選擇投影坐標(biāo)系為Geographic[latitdre/longitude]/WGS84/arcdegrees進(jìn)行地圖校準(zhǔn)，分別輸出同名的“永泰縣南城區(qū).tif”文件和“永泰縣南城區(qū).jpg”文件。之后使用OruxMapsDesktop工具制作生成OruxMaps離線地圖文件夾“永泰縣南城區(qū)”(地圖文件夾包含2個類型的文件：永泰縣南城區(qū).Otrk2.xml、OruxMapsImages.db地圖數(shù)據(jù)文件)，復(fù)制到OruxMaps安裝目錄下的mapfiles文件夾。使用時打開手機(jī)的OruxMaps，點(diǎn)擊菜單欄的“切換地圖”圖標(biāo)，選擇“切換地圖”—“offline”，再選擇“永泰縣南城區(qū)”，即可顯示永泰縣南城區(qū)的林業(yè)地理信息圖。

2 項(xiàng)目使用林地調(diào)查應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目使用林地?cái)?shù)據(jù)處理

1)打開AutoCAD軟件，將國土局測繪部門提供的項(xiàng)目規(guī)劃條件附圖調(diào)入，以永泰縣城峰鎮(zhèn)湯洋村小湯山E5-1地塊儲備項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)條件附圖為例(以下簡稱“小湯山地塊”)，選擇項(xiàng)目規(guī)劃紅線，并復(fù)制；在AutoCAD中新建“小湯山地塊”文檔，選擇“粘貼到原坐標(biāo)”并保存。

2)在ArcGIS的ArcMap中打開林業(yè)地理信息圖文檔，選擇“添加數(shù)據(jù)”，將“小湯山地塊.dwg”文檔加入，選擇“小湯山地塊.dwgpolygon”圖層，右擊“數(shù)據(jù)”—“導(dǎo)出數(shù)據(jù)”，導(dǎo)出“小湯山地塊.shp”圖層。

3)在ArcGIS的ArcMap中，選擇“地理處理”—“裁剪”，“輸入要素：永泰縣2016年小班”，“裁剪要素：小湯山地塊.shp”，“輸出要素類：E：林地小湯山小湯山地塊小班.shp”。在導(dǎo)出的“小湯山地塊小班.shp”圖層右擊，選擇“打開屬性表”，添加“面積”字段，計(jì)算各小班地塊面積，然后連接永泰縣2016年小班一覽表，導(dǎo)出項(xiàng)目使用林地因子調(diào)查表，采用Excel軟件編輯排版。

4) OruxMaps軟件不能直接識別矢量數(shù)據(jù)，必須將矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成KML文件，因此在ArcGIS的ArcMap中，選擇“ArcToolbox”—“轉(zhuǎn)換工具”—“轉(zhuǎn)為KML”—“圖層轉(zhuǎn)KML”，“圖層：小湯山地塊小班.shp”，“輸出文件：E：林地小湯山小湯山地塊小班KML.kmz”。注意圖層的投影坐標(biāo)系必須是2000國家大地坐標(biāo)系，導(dǎo)出的KML文件才能與地圖坐標(biāo)一致。

5)將“小湯山地塊小班KML.kmz”復(fù)制到智能手機(jī)的OruxMaps安裝目錄下的“overlay”文件夾中。使用時打開手機(jī)的OruxMaps，點(diǎn)擊菜單欄的“切換地圖”圖標(biāo)，選擇“overlay options”—“加載KML”，再選擇“小湯山地塊小班KML.kmz”，即可顯示小湯山地塊小班紅線。

2.2 項(xiàng)目使用林地森林資源現(xiàn)場調(diào)查

2.2.1 現(xiàn)場調(diào)查前準(zhǔn)備

1)外業(yè)調(diào)查表采用Excel軟件編輯排版“建設(shè)項(xiàng)目使用林地因子調(diào)查表”(表1)；在ArcMap中打開林業(yè)地理信息圖文檔，選擇“添加數(shù)據(jù)”，將“小湯山地塊.shp”、“小湯山地塊小班.shp”加入，并進(jìn)行必要的符號設(shè)置后，打印“小湯山地塊項(xiàng)目使用林地現(xiàn)狀圖”(圖1)作為外業(yè)調(diào)查圖。

表1 建設(shè)項(xiàng)目使用林地因子調(diào)查(“二類”小班數(shù)據(jù))

圖1 小湯山地塊項(xiàng)目使用林地現(xiàn)狀圖(“二類”小班數(shù)據(jù))

2)打開智能手機(jī)的OruxMaps，點(diǎn)擊菜單欄的“切換地圖”圖標(biāo)，選擇“切換地圖”—“offline”，再選擇“永泰縣.mbtiles”或“永泰縣南城區(qū)”，即可顯示永泰縣區(qū)域的高分辨率的衛(wèi)星影像圖或永泰縣南城區(qū)的林業(yè)地理信息圖；點(diǎn)擊菜單欄的“切換地圖”圖標(biāo)，選擇“overlay options”—“加載KML”，再選擇“小湯山地塊小班KML.kmz”，即可顯示“小湯山地塊”小班紅線(圖2、圖3)。

3)根據(jù)智能手機(jī)的OruxMaps中加載了項(xiàng)目紅線KML的高分辨率衛(wèi)星影像圖，可以大致了解項(xiàng)目區(qū)森林資源現(xiàn)狀并規(guī)劃調(diào)查路線，對各小班地塊有明顯地類區(qū)別的進(jìn)行內(nèi)業(yè)調(diào)繪，然后到現(xiàn)場有針對性的調(diào)查。以地塊序號1小班周邊有明顯地類區(qū)別的進(jìn)行了內(nèi)業(yè)調(diào)繪為例，分別見圖4、圖5。

2.2.2 現(xiàn)場調(diào)查

1)打開智能手機(jī)的OruxMaps，切換顯示永泰縣區(qū)域的高分辨率衛(wèi)星影像圖和“小湯山地塊”小班紅線；根據(jù)衛(wèi)星影像圖上的“小湯山地塊”位置，可導(dǎo)航至小湯山地塊。

2)打開OruxMaps的GPS，地圖上小箭頭顯示位置即是調(diào)查者所處的實(shí)地位置。以調(diào)查者進(jìn)入“小湯山地塊”序號1小班時為例，根據(jù)OruxMaps地圖上小箭頭顯示位置可以判斷調(diào)查者已進(jìn)入“小湯山地塊”序號1小班以及此時所處的方位(圖6、圖7)。

3)當(dāng)分別進(jìn)入“小湯山地塊”補(bǔ)充區(qū)劃林地小班及邊界進(jìn)行調(diào)查時，根據(jù)OruxMaps地圖上小箭頭顯示位置，可以隨時查看調(diào)查者所處的地圖位置。

4)在調(diào)查建設(shè)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)古樹名木及珍稀保護(hù)植物時，可以使用OruxMaps記錄航點(diǎn)功能在地圖上標(biāo)示古樹名木及珍稀保護(hù)植物分布點(diǎn)位置，這樣可以方便制作“建設(shè)項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)古樹名木及珍稀保護(hù)植物分布點(diǎn)位置圖”。

5)對處于建設(shè)項(xiàng)目紅線邊界的古樹名木及珍稀保護(hù)植物進(jìn)行調(diào)查時，根據(jù)OruxMaps地圖上小箭頭顯示位置與地圖上項(xiàng)目紅線相對位置，可以準(zhǔn)確判斷該株樹木是否落在界內(nèi)，這個功能十分實(shí)用而且準(zhǔn)確高效。

圖2 “小湯山地塊”小班-衛(wèi)星影像圖圖3 “小湯山地塊”小班-林業(yè)地理信息圖圖4 “小湯山地塊”小班內(nèi)業(yè)調(diào)繪-衛(wèi)星影像圖圖5 “小湯山地塊”小班內(nèi)業(yè)調(diào)繪-林業(yè)地理信息圖圖6 調(diào)查者在“小湯山地塊”序號1小班-衛(wèi)星影像圖圖7 調(diào)查者在“小湯山地塊”序號1小班-林業(yè)地理信息圖

3 項(xiàng)目使用林地調(diào)查成果

3.1 項(xiàng)目使用林地?cái)?shù)據(jù)處理

根據(jù)“小湯山地塊”項(xiàng)目使用林地森林資源現(xiàn)場調(diào)查，結(jié)合高分辨率衛(wèi)星影像圖，對小班地塊有明顯地類區(qū)別的進(jìn)行內(nèi)業(yè)調(diào)繪，將原80-801小班地類同1-13小班一致的部分判斷為原小班區(qū)劃錯誤，將這部分非林地補(bǔ)充區(qū)劃成林地并劃入相鄰的1-13小班，圖紙繪制及小班面積計(jì)算采用ArcGIS軟件完成，表格數(shù)據(jù)采用Execl軟件統(tǒng)計(jì)匯總。

3.2 項(xiàng)目使用林地調(diào)查成果

建設(shè)項(xiàng)目使用林地因子調(diào)查見表2，“小湯山地塊”項(xiàng)目使用林地現(xiàn)狀圖見圖8。

表2 建設(shè)項(xiàng)目使用林地因子調(diào)查結(jié)果

圖8 “小湯山地塊”項(xiàng)目 使用林地現(xiàn)狀圖

4 結(jié)論

通過多年來數(shù)十起的建設(shè)項(xiàng)目使用林地森林資源調(diào)查實(shí)踐，可以總結(jié)出智能手機(jī)搭載OruxMaps地圖軟件，導(dǎo)入高分辨率的衛(wèi)星影像圖及校準(zhǔn)的林業(yè)地理信息圖，疊加ArcGIS中處理導(dǎo)出的KML文件，利用OruxMaps的GPS功能，可以實(shí)現(xiàn)在現(xiàn)場準(zhǔn)確界定項(xiàng)目的紅線邊界，并準(zhǔn)確定位所處小班地塊的位置，解決了地形圖判讀困難和精度不高的問題。在建設(shè)項(xiàng)目使用林地森林資源外業(yè)調(diào)查工作量巨大，全貌觀察十分困難且難以做到，導(dǎo)致小班地塊地類區(qū)劃與勾繪工作量大而且精度不高，使用智能手機(jī)OruxMaps地圖軟件，在現(xiàn)場調(diào)查中結(jié)合高分辨率的衛(wèi)星影像圖及校準(zhǔn)的林業(yè)地理信息圖，可以準(zhǔn)確高效地完成小班地類界線的調(diào)繪，輕松應(yīng)對艱苦的野外調(diào)查。因此基于“3S”技術(shù)智能手機(jī)在項(xiàng)目使用林地調(diào)查中的應(yīng)用前景十分廣泛，基本可以替代手持GPS功能，調(diào)查中無需額外購置和另行攜帶設(shè)備，不僅節(jié)省了費(fèi)用，也減輕了行動時裝備重量。