森林資源年度監(jiān)測變化小班提取及數(shù)據(jù)檢查工具開發(fā)

代 勁 松

森林資源年度監(jiān)測變化小班提取及數(shù)據(jù)檢查工具開發(fā)

代 勁 松

（浙江省森林資源監(jiān)測中心 浙江杭州 310020）

借助ArcGIS強大的功能擴展能力，使用Python腳本語言，定制了一套專門的工具，主要功能包括：矢量數(shù)據(jù)多部件檢查、小班號重復檢查、因子邏輯關(guān)系檢查、小班拓撲檢查和年度監(jiān)測變化小班提取等，作為森林資源年度監(jiān)測的專用擴展工具，以減少更新數(shù)據(jù)中的各種問題。

森林資源；年度監(jiān)測；GIS開發(fā)；Python

作為地球上最重要的資源之一，森林資源處于長期不斷變化當中。積極開展森林資源動態(tài)監(jiān)測，及時準確地掌握森林資源狀況，可以為更加科學合理地制定林業(yè)方針政策提供數(shù)據(jù)支撐[1, 2]。在森林資源動態(tài)監(jiān)測方面，浙江省近年來開展了大量的工作，其整個監(jiān)測體系分為省、市、縣三級，其中省市級采用樣地抽樣的方式，而縣級監(jiān)測以二類小班區(qū)劃為基礎(chǔ)，結(jié)合每年度的林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營檔案、兩期遙感判讀變化圖斑與現(xiàn)地核實的方式逐年更新變化小班[3]?？h級森林資源年度監(jiān)測在經(jīng)過了幾年試點后，從2018年開始在87個縣（區(qū)、縣級市）全面開展。ArcGIS軟件作為開展這項工作使用較為廣泛的數(shù)據(jù)處理軟件之一，為了保證更新數(shù)據(jù)質(zhì)量，減少數(shù)據(jù)中的錯誤，借助ArcGIS強大的擴展能力，開發(fā)專為森林資源年度監(jiān)測服務(wù)的擴展工具十分必要。

研究基于ArcGIS for Desktop平臺進行功能定制，使用Python計算機編程語言為其開發(fā)一套專門的工具，以期減少更新數(shù)據(jù)中的各種問題。

1 開發(fā)環(huán)境

由美國ESRI公司開發(fā)的ArcGIS地理信息系統(tǒng)軟件，具有空間分析、數(shù)據(jù)管理、制圖可視化、地理編碼等方面的功能，同時還具備高度靈活的定制功能。在ArcGIS for Desktop中，可以使用Python、NET、Java等計算機編程語言通過Addin或調(diào)用ArcObjects組件的方式來添加和移除按鈕、菜單項、?？抗ぞ邫诘?，能夠輕松定制用戶界面，或者使用ArcGIS Engine開發(fā)定制GIS桌面應(yīng)用[4]。

Python是由荷蘭科學家Guido van Rossum于1989年設(shè)計的一門計算機編程語言，具有以下優(yōu)點：（1）開源、解釋性、面向?qū)ο?、跨平臺的編程語言；（2）把其它語言制作的各種模塊輕松地聯(lián)結(jié)在一起的膠水語言；（3）歷史悠久，成熟穩(wěn)定，具有腳本語言中最豐富和強大的類庫；（4）簡潔清晰的語法，代碼強制要求縮進換行；（5）開發(fā)效率高[5]。ArcGIS中已經(jīng)對Python進行了高度集成，主要包括ArcPy包、Python window、Python script tool及Python Addin。ArcPy包是一個Python包，包含對地圖操作和地圖代數(shù)的支持，支持編輯處理和幾何操作；Python window使得ArcGIS中可以訪問Python，靈活調(diào)用GP（Geoprocessing）工具；Python script tool用于創(chuàng)建自定義的GP工具（本研究的擴展工具通過其實現(xiàn)）；Python Addin可以利用Python創(chuàng)建自定義的插件。

2 關(guān)鍵技術(shù)與運行界面

2.1 工具總體設(shè)計

整個工具的設(shè)計流程如圖1所示。擴展工具包括“年度監(jiān)測變化小班提取”“多部件檢查”“小班號重復檢查”“因子邏輯檢查”及“小班拓撲檢查”。輸入數(shù)據(jù)包括“前期小班”“本期小班”及“標準縣界”，均為面狀矢量數(shù)據(jù)。“小班邏輯條件配置文件”和“變化圖斑邏輯條件配置文件”作為輔助輸入數(shù)據(jù)，為文本文件格式?！拜敵鼋Y(jié)果”中包含了各種檢查工具的運行結(jié)果，對應(yīng)的輸出格式見表1。其中“多部件檢查”及“小班號重復檢查”輸出格式為標準的DBF文件格式，可以直接用Excel打開查看?！耙蜃舆壿嫏z查”工具輸出為CSV文件格式，同樣可以直接用Excel打開查看。“小班拓撲檢查”工具輸出為ArcGIS的文件型地理數(shù)據(jù)庫（File Geodatabase）格式。

圖1 變化小班提取及數(shù)據(jù)檢查流程圖

表1 數(shù)據(jù)檢查工具輸出文件格式

2.2 數(shù)據(jù)檢查工具

數(shù)據(jù)檢查工具設(shè)置界面如圖2所示?！岸嗖考z查”工具的結(jié)果中包含2個字段，“tempUID”字段中記錄存在多部件小班的唯一標識，“FREQUENCY”字段中記錄該小班的多部件數(shù)量（示例見表2）?！靶“嗵栔貜蜋z查”工具輸出結(jié)果中包含6個字段，“XIAN”“XIANG” “CUN”“LIN_BAN”及“XIAO_BAN”，分別對應(yīng)小班的縣代碼、鄉(xiāng)鎮(zhèn)代碼、村代碼、林班號及小班號，“FREQUENCY”記錄“縣代碼+鄉(xiāng)鎮(zhèn)代碼+村代碼+林班號+小班號”組合的重復個數(shù)（示例見表2）?！耙蜃舆壿嫏z查”工具根據(jù)“邏輯配置文件”中的SQL語句查詢錯誤記錄數(shù)，輸出結(jié)果中每一條錯誤對應(yīng)一行信息，包含邏輯條件的序號、錯誤解釋說明、SQL條件查詢語句、涉及的錯誤記錄條數(shù)（示例見表2）?！靶“嗤負錂z查”工具主要檢查2個方面的內(nèi)容，分別為小班是否有重疊及小班與縣界范圍是否完全一致，輸出的文件型地理數(shù)據(jù)庫中包含了小班及縣界的矢量數(shù)據(jù)、需滿足的拓撲關(guān)系和錯誤信息，可以用ArcGIS打開直接查看。

圖2 數(shù)據(jù)檢查工具設(shè)置界面

表2 數(shù)據(jù)檢查工具輸出結(jié)果示例

2.3 變化小班提取

“年度監(jiān)測變化小班提取”工具設(shè)置界面如圖3。通過設(shè)置“提取條件”“最小變化面積”“變化面積小數(shù)位數(shù)”，該工具將對“前期小班”和“本期小班”矢量數(shù)據(jù)進行疊加分析，生成符合浙江省森林資源年度監(jiān)測格式要求的小班變化矢量數(shù)據(jù)。“提取條件”為符合ArcGIS標準的SQL查詢語句，以9大主要小班因子（地類、起源、優(yōu)勢樹種、樹種組成、林種、森林類別、事權(quán)等級、林地保護等級、國家級公益林保護等級）發(fā)生變化為例，其格式可以參考：。

圖3 變化小班提取設(shè)置界面

3 結(jié)語

研究以浙江省森林資源年度監(jiān)測要求為依據(jù)[6]，借助ArcGIS的強大擴展能力，使用Python語言定制了一套專門的年度監(jiān)測工具，包括“多部件檢查”“小班號重復檢查”“因子邏輯檢查”“小班拓撲檢查”及“年度監(jiān)測變化小班提取”。與以往基于開源[7, 8]或商業(yè)GIS組件[4, 9-12]的二次開發(fā)獨立的森林資源管理系統(tǒng)相比，研究所用的方法不僅可以更好地利用現(xiàn)有軟件的強大功能，還能夠快速地定制出所需的功能模塊，更好地應(yīng)對需求多變的應(yīng)用場景[13]。

[1] Wang W, Wei X, Liao W, et al. Evaluation of the effects of forest management strategies on carbon sequestration in evergreen broad-leaved (Phoebe bournei) plantation forests using FORECAST ecosystem model[J]. Forest Ecology and Management, 2013,300(2013): 21-32.

[2] 張婉潔, 潘瑤, 王俊, 等. 亞太森林資源可持續(xù)發(fā)展探析[J]. 西南林業(yè)大學學報(社會科學), 2018,2(2): 61-65.

[3] 陶吉興, 季碧勇, 張國江, 等. 浙江省森林資源一體化監(jiān)測體系探索與設(shè)計[J]. 林業(yè)資源管理, 2016,(3): 28-34.

[4] 李超, 羅傳文. 基于ArcGIS Engine的森林資源管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 森林工程, 2013,29(1): 15-20+25.

[5] 連高欣, 王琪, 沈岳峰. Python語言在CIMISS中的應(yīng)用[J]. 氣象科技, 2018,46(4): 699-706.

[6] 浙江省林業(yè)廳. 浙江省森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查技術(shù)操作細則[M]. 2014.

[7] 糜新宇. 基于開源WebGIS的時態(tài)森林資源管理系統(tǒng)研建[D]: 中南林業(yè)科技大學, 2017.

[8] 代勁松, 曹林, 溫小榮, 等. 基于開源GIS的森林資源管理信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)——以江蘇省云臺山為例[J]. 南京林業(yè)大學學報（自然科學版）, 2012,36(5): 174-178.

[9] 任怡, 許等平, 趙彬柱, 等. 內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)森林資源管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 林業(yè)資源管理, 2018,(4): 112-119.

[10]張揚. 基于WebGIS在森林資源管理系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[J]. 中國林業(yè), 2012,(13): 57.

[11]于麗珠, 范文義, 金森, 等. 基于SuperMap IS.NET的分布式森林資源管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 東北林業(yè)大學學報, 2011,39(06): 119-124.

[12]葛榮, 高心丹. 基于WEBGIS的塔河林業(yè)局森林資源管理系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 中國林業(yè)經(jīng)濟, 2008,(2): 54-56.

[13]Omran A, Dietrich S, Abouelmagd A, et al. New ArcGIS tools developed for stream network extraction and basin delineations using Python and java script[J]. Computers & Geosciences, 2016，94(2016): 140-149.

2019-07-11

代勁松（1985-），博士，工程師，主要從事森林資源監(jiān)測及GIS、RS林業(yè)應(yīng)用研究；E-mail: 441736944@qq.com。

仙居縣2018年度森林資源監(jiān)測項目(191018-1)

TP319

B

1004-7743（2019）04-0065-04