基于GIS的縣級(jí)森林病蟲(chóng)害信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討

朱仲云

摘要? ? 本文基于GIS技術(shù)，結(jié)合工作實(shí)踐和理論學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)了一套縣級(jí)森林病蟲(chóng)害信息系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)環(huán)境以及系統(tǒng)架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了詳細(xì)敘述。本文所介紹的縣級(jí)森林病蟲(chóng)害信息系統(tǒng)具有可行性，不僅充分發(fā)揮了GIS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，也能對(duì)森林病蟲(chóng)害的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)，值得推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞? ? GIS技術(shù);縣級(jí)森林病蟲(chóng)害信息系統(tǒng);系統(tǒng)架構(gòu);系統(tǒng)功能

中圖分類(lèi)號(hào)? ? S763? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼? ? A

文章編號(hào)? ?1007-5739（2020）09-0124-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開(kāi)放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

森林資源在現(xiàn)代生態(tài)系統(tǒng)中占據(jù)著舉足輕重的地位，在改善生態(tài)環(huán)境、維持物種多樣性中具有重要作用。但是，當(dāng)前森林一直遭受病蟲(chóng)害威脅，根據(jù)多年來(lái)的調(diào)查結(jié)果顯示，由病蟲(chóng)害造成的直接損失達(dá)到數(shù)百萬(wàn)元，所以必須要立足于現(xiàn)代信息技術(shù)尋找治理森林病蟲(chóng)害的新路徑[1]。

1? ? 系統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)

在本文所介紹的縣級(jí)森林病蟲(chóng)害信息系統(tǒng)中，系統(tǒng)環(huán)境設(shè)計(jì)具體包括以下幾點(diǎn)。一是系統(tǒng)硬件平臺(tái)。考慮到縣級(jí)單位的使用要求，對(duì)硬件的要求相對(duì)較低，所以設(shè)計(jì)的硬盤(pán)位40 G以上、內(nèi)存超過(guò)256 M的微機(jī)即可。二是操作系統(tǒng)平臺(tái)。以Windows系統(tǒng)為操作平臺(tái)，滿足Windows XP、2007等系統(tǒng)的操作要求。三是數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)。平臺(tái)采用Access 2000以上的版本，各種輸出報(bào)表采用Office 2003以上的版本。

2? ? 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1? ? 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在本次系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)期間，遵照一般系統(tǒng)的關(guān)系結(jié)構(gòu)概念，采用“自上而下，逐層展開(kāi)”的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則，強(qiáng)調(diào)不同模塊之間的功能耦合。同時(shí)，考慮到縣級(jí)單位對(duì)GIS系統(tǒng)的應(yīng)用要求，除了必要的人機(jī)界面外，還應(yīng)該具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理、查詢(xún)模塊、數(shù)據(jù)編輯等功能，并能與國(guó)家森林病蟲(chóng)害防治體系相連接，確保整個(gè)系統(tǒng)的功能滿足預(yù)期。因此，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用了典型的垂直化功能設(shè)計(jì)模式，在GIS縣級(jí)森林病蟲(chóng)害信息系統(tǒng)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，將功能細(xì)分為專(zhuān)家知識(shí)庫(kù)模塊、預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)模塊、數(shù)據(jù)輸出模塊、上傳國(guó)家軟件模塊、數(shù)據(jù)管理模塊等。

2.2? ? 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)地理信息系統(tǒng)的核心，由于應(yīng)用目的存在差異性，會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)的組織方式不同。在本文的數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中，采用空間數(shù)據(jù)庫(kù)模式用來(lái)展示空間實(shí)體的位置、分布特征、大小等基本數(shù)據(jù)，符合森林病蟲(chóng)害管理的標(biāo)準(zhǔn)。因此，考慮到縣級(jí)單位的需求，使用“級(jí)別到村”的行政區(qū)域劃分，數(shù)據(jù)格式為Shapefile，其中的關(guān)鍵內(nèi)容包括：①核心數(shù)據(jù)，是指森林資源分布數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)查縣級(jí)單位森林資源的分布情況，形成閉合的空間分布圖;②行政區(qū)域劃分?jǐn)?shù)據(jù)，指縣級(jí)行政區(qū)域劃分情況，坐標(biāo)系統(tǒng)采用了WGS1984模式，閉合面狀為shp;③基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，是指GIS系統(tǒng)采集到的各種數(shù)據(jù)，包括河流、森林、丘陵、病蟲(chóng)害分布等;④柵格數(shù)據(jù)，柵格數(shù)據(jù)能夠明確各種要素的分布情況，在外業(yè)調(diào)查期間能夠幫助用戶(hù)更好地了解自身所在的位置。

3? ? 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1? ? 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)管理模塊

空間數(shù)據(jù)管理體現(xiàn)了用戶(hù)對(duì)系統(tǒng)功能的使用情況，其中的關(guān)鍵數(shù)據(jù)管理內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)。①地圖文檔數(shù)據(jù)管理。地圖文檔管理包括文檔的打開(kāi)、編輯、數(shù)據(jù)管理以及數(shù)據(jù)保存等基本操作，同時(shí)也可以根據(jù)功能要求來(lái)選擇林業(yè)區(qū)域的空間劃分與基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)等。②數(shù)據(jù)導(dǎo)入與導(dǎo)出。是指將GIS采集到的野外數(shù)據(jù)輸入到系統(tǒng)中。③空間數(shù)據(jù)瀏覽。對(duì)數(shù)據(jù)對(duì)象的各項(xiàng)空間數(shù)據(jù)管理過(guò)程進(jìn)行控制，包括空間信息的放大縮小、前后視圖與漫游等基本圖形操作[2]。④圖層合并。能夠?qū)?個(gè)圖層的區(qū)域合并一起，達(dá)到地形疊加與地圖輸入的目的。

3.2? ? 數(shù)據(jù)錄入模塊

縣級(jí)森林病蟲(chóng)害管理必須要遵照“預(yù)防為主，綜合治理”的原則，所以在基于GIS的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以按照病蟲(chóng)害防治的基本要求，各個(gè)監(jiān)測(cè)站及時(shí)發(fā)送與病蟲(chóng)害有關(guān)的信息，并提出防治意見(jiàn)，為病蟲(chóng)害的防治提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持。在模塊功能界定中，通過(guò)GIS確定目標(biāo)地區(qū)的邊界之后，由測(cè)報(bào)員、監(jiān)測(cè)員來(lái)匯總調(diào)查數(shù)據(jù)，并按時(shí)上報(bào)各種數(shù)據(jù)資料，包括月報(bào)、季度報(bào)表或者年度報(bào)表等。同時(shí)在本文系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，添加1個(gè)Access數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)中包含了各種詳細(xì)的數(shù)據(jù)處理資料，包括目標(biāo)地區(qū)調(diào)查表、成蟲(chóng)出現(xiàn)記錄、森林病蟲(chóng)情況以及蟲(chóng)害防治資料等。例如，可以在每年3—4月幼蟲(chóng)活動(dòng)期以及10月左右的越冬前期來(lái)統(tǒng)計(jì)森林的病蟲(chóng)害情況。

3.3? ? 數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊

數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊的功能就是要顯示各種病蟲(chóng)害的處理信息，并為管理層決策提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)支持，其中的關(guān)鍵功能包括：①屬性數(shù)據(jù)查詢(xún)模塊，在數(shù)據(jù)查詢(xún)階段，用戶(hù)可以設(shè)定的查詢(xún)條件可以是一個(gè)或者多個(gè)，當(dāng)用戶(hù)提出相應(yīng)的查詢(xún)標(biāo)準(zhǔn)之后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)匹配數(shù)據(jù)庫(kù)中的資料，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入到病蟲(chóng)害防治的數(shù)據(jù)表中;②屬性圖查詢(xún)，該功能實(shí)現(xiàn)了從屬性到空間的數(shù)據(jù)處理，用戶(hù)在系統(tǒng)的支持下能夠直接選擇對(duì)目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，包括數(shù)據(jù)查詢(xún)、數(shù)據(jù)輸入等，或者在病蟲(chóng)害發(fā)生之后直接在軟件上更改相關(guān)數(shù)據(jù)。

3.4? ? 病蟲(chóng)害預(yù)測(cè)模塊

森林病蟲(chóng)害的發(fā)生具有一定的規(guī)律，所以在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上為了更好地滿足基于GIS的病蟲(chóng)害系統(tǒng)處理要求，本文在軟件設(shè)計(jì)中采用了有效積溫法。該方法重點(diǎn)考慮了害蟲(chóng)生長(zhǎng)時(shí)期的各個(gè)因素，在了解氣候變化的基礎(chǔ)上來(lái)預(yù)測(cè)病蟲(chóng)害的發(fā)生時(shí)間，其中的計(jì)算關(guān)系式為：

N=K/（T-C）

式中，N為害蟲(chóng)生長(zhǎng)所需要的時(shí)間;T為病蟲(chóng)發(fā)育期間溫度;K是常數(shù)，表示總積溫指標(biāo);C為最低有效溫度，單位為 ℃。

在模塊設(shè)計(jì)中，可以按照上述方法來(lái)對(duì)病蟲(chóng)害的發(fā)生時(shí)期進(jìn)行預(yù)測(cè)，并結(jié)合GIS系統(tǒng)所采集的資料，對(duì)森林病蟲(chóng)害的發(fā)生、發(fā)展作進(jìn)一步預(yù)測(cè)。

3.5? ? 上傳數(shù)據(jù)模塊

按照我國(guó)的相關(guān)管理規(guī)定，森林病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)都應(yīng)該統(tǒng)一上傳到國(guó)家林業(yè)局，方便國(guó)家深入了解病蟲(chóng)害發(fā)生情況。因此，在功能模塊設(shè)計(jì)中，需要在數(shù)據(jù)預(yù)處理的基礎(chǔ)上來(lái)明確數(shù)據(jù)的傳輸過(guò)程[3]。在功能模塊設(shè)計(jì)上，其中的基本步驟為：采集縣級(jí)森林病蟲(chóng)害的GIS數(shù)據(jù)→篩選病蟲(chóng)種類(lèi)并做好小班記錄→篩選發(fā)生病蟲(chóng)害的面積，并根據(jù)種類(lèi)分類(lèi)處理→生成病蟲(chóng)害發(fā)生的資料→上傳數(shù)據(jù)[4]。

一般在縣級(jí)病蟲(chóng)害調(diào)查期間，需要將調(diào)查任務(wù)下發(fā)到具體的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，因而在數(shù)據(jù)處理過(guò)程中，首先就需要對(duì)多個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行合并，這樣才能獲得詳細(xì)的病蟲(chóng)害發(fā)生資料。

4? ? 實(shí)例分析

在按照上述方法構(gòu)建基于GIS的縣級(jí)森林病蟲(chóng)害系統(tǒng)之后，用戶(hù)通過(guò)人機(jī)交互界面登錄系統(tǒng)，此時(shí)系統(tǒng)與GIS系統(tǒng)一樣，設(shè)置圖層管理窗口、鷹眼窗口、工具欄等。系統(tǒng)按月統(tǒng)計(jì)森林病蟲(chóng)害數(shù)據(jù)，并將每月的調(diào)查結(jié)果輸入到本月數(shù)據(jù)庫(kù)中，設(shè)置“shp”圖層，每個(gè)圖層都是每次的調(diào)查結(jié)果，圖層名稱(chēng)設(shè)計(jì)為“2019.X.XX”。在記錄時(shí)間的基礎(chǔ)上，設(shè)置關(guān)鍵詞，組成為“鄉(xiāng)代碼+村代碼+林班號(hào)+小班號(hào)+有害生物代碼”的模式，這樣保證數(shù)據(jù)庫(kù)中存在不同的記錄。

之后在圖片編輯環(huán)節(jié)，可以直接按照?qǐng)D層的病蟲(chóng)害分布情況形成GIS圖像。根據(jù)GIS圖像分布，可以直接了解病蟲(chóng)害情況，在用鼠標(biāo)點(diǎn)擊相應(yīng)的區(qū)域之后，會(huì)直接提供與病蟲(chóng)害有關(guān)的標(biāo)簽，包括病蟲(chóng)害的信息、小班號(hào)、林班號(hào)等，使相關(guān)人員能夠?qū)崟r(shí)了解森林病蟲(chóng)害變化情況。同時(shí)，為了強(qiáng)化效果，在GIS的病蟲(chóng)害分布上還可以通過(guò)地理信息符號(hào)的方法來(lái)調(diào)整表達(dá)方法，例如通過(guò)豐富的地圖符號(hào)與視覺(jué)標(biāo)量來(lái)展示地理信息，降低工作人員分析數(shù)據(jù)的難度。

5? ? 結(jié)語(yǔ)

本文介紹了基于GIS的縣級(jí)森林病蟲(chóng)害信息系統(tǒng)，從實(shí)例結(jié)果可以判斷，本文所介紹的系統(tǒng)具有理想的應(yīng)用效果，能夠清晰展示森林病蟲(chóng)害情況，具有先進(jìn)性，因而應(yīng)該成為未來(lái)森林病蟲(chóng)害管理的首選方法。

6? ? 參考文獻(xiàn)

[1] 桑開(kāi)軍.GIS技術(shù)林業(yè)應(yīng)用實(shí)踐研究[J].綠色科技，2019（19）：121-122.

[2] 劉繼洲.林業(yè)生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的森林病蟲(chóng)害防治策略[J].吉林農(nóng)業(yè)，2019（18）：100.

[3] 李浩，鄭恒宇，陳學(xué)永.無(wú)人機(jī)遙感技術(shù)在森林病蟲(chóng)害監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用[J].南方農(nóng)機(jī)，2019，50（17）：55.

[4] 張淑梅.黑龍江墾區(qū)森林病蟲(chóng)害管理信息系統(tǒng)構(gòu)建及應(yīng)用研究[D].哈爾濱：東北林業(yè)大學(xué)，2009.