森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺研建與實踐探討
——以內(nèi)蒙古大興安嶺重點國有林區(qū)為例

高金萍,高顯連,杜 彬,趙炳柱,陳曉明,郭旭亮,明海軍,于慧娜

(1.國家林業(yè)和草原局調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院,北京 100714；2.內(nèi)蒙古大興安嶺重點國有林管理局,內(nèi)蒙古 牙克石 022150；3.內(nèi)蒙古大興安嶺森林調(diào)查規(guī)劃院,內(nèi)蒙古 牙克石 022150)

0 引言

我國地方林業(yè)部門在多年的調(diào)查監(jiān)測、林地年度變更、公益林管理以及年度生產(chǎn)經(jīng)營作業(yè)工作中產(chǎn)生了豐富的森林資源數(shù)據(jù),如森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查(簡稱二類調(diào)查)成果、林地年度變更成果、公益林管理數(shù)據(jù)、造林(撫育)作業(yè)驗收成果等。這些數(shù)據(jù)管理對象都是森林資源小班。實際工作中,由于工作目標(biāo)、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不同及歷史原因等,同一森林資源小班,出現(xiàn)“兩層皮”、“三層皮”,多套數(shù)據(jù)庫并存現(xiàn)象,給日常森林資源管理工作帶來困擾。此外,由于傳統(tǒng)的森林資源檔案更新數(shù)據(jù)與森林資源現(xiàn)狀數(shù)據(jù)脫節(jié),森林資源調(diào)查成果得不到及時更新,現(xiàn)勢性越來越差,3～5年后往往無法發(fā)揮其價值。2019年起,國家森林資源管理部門將林地一張圖擴展為森林資源管理一張圖,要求東北內(nèi)蒙古重點國有林區(qū)充分利用2016—2018年二類調(diào)查成果,先行開展森林資源管理一張圖建設(shè)。這意味著傳統(tǒng)的靜態(tài)、分散的多庫管理方式已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足管理需求,需要加速整合現(xiàn)存的多套森林資源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),開展森林資源更新關(guān)鍵技術(shù)研究,真正實現(xiàn)森林資源動態(tài)化管理。從文獻資料[1-3]上看,有少數(shù)地區(qū),如福建、山西等,開始探索森林資源一張圖更新的有效方法和技術(shù)。

內(nèi)蒙古大興安嶺重點國有林區(qū)是東北內(nèi)蒙古五大重點國有林區(qū)之一,借助2016—2018年完成新一輪二類調(diào)查契機,整合分散管理的森林資源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù),建立起一套適應(yīng)森林資源管理一張圖建設(shè)新形勢、新要求的森林資源數(shù)據(jù)管理和更新業(yè)務(wù)平臺,從源頭解決長期存在的森林資源數(shù)據(jù)“多層皮”、“多套數(shù)”互相打架以及數(shù)據(jù)更新難題。

1 平臺建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容

1.1 建設(shè)目標(biāo)

以東北內(nèi)蒙古重點國有林區(qū)森林資源管理一張圖為服務(wù)目標(biāo),以內(nèi)蒙古大興安嶺重點國有林區(qū)為示范區(qū),通過森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺建設(shè),實現(xiàn)森林資源“多庫合一”有效融合和森林資源“一張圖”、“一套數(shù)”管理和更新；有效提升森林資源調(diào)查成果現(xiàn)勢性和精度；在一個森林經(jīng)理周期內(nèi),實現(xiàn)對森林資源數(shù)據(jù)管理、林地變更管理、公益林管理及檔案更新等各項森林資源管理業(yè)務(wù)的有力支撐。

1.2 建設(shè)內(nèi)容

1) 森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)融合和基準(zhǔn)庫建設(shè)。以2016—2018年森林資源調(diào)查本底為基礎(chǔ),將這3年林地變更、公益林調(diào)整、經(jīng)營作業(yè)、林分自然生長產(chǎn)生的林地和資源變化數(shù)據(jù)更新進來,形成2018年森林資源“多庫合一”基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。“多庫合一”基準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫并非林地數(shù)據(jù)、資源數(shù)據(jù)和公益林?jǐn)?shù)據(jù)等在邏輯上的簡單關(guān)聯(lián),而是在物理上、內(nèi)涵上的整合和統(tǒng)一。

2) 研建森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺,圍繞森林資源管理一張圖建設(shè)目標(biāo),輔助開展森林資源調(diào)查成果管理、林地變更管理、國家公益林管理,以及森林經(jīng)營作業(yè)設(shè)計和年度檔案更新等森林資源管理業(yè)務(wù)。伴隨著這些業(yè)務(wù)流程,實現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)從本底獲取(二類調(diào)查)、變化采集(年度經(jīng)營作業(yè)),到年度更新(檔案更新)全流程的變化管理。

2 主要技術(shù)路線

研究內(nèi)蒙古大興安嶺國有林區(qū)森林資源“多庫合一”技術(shù)方法,重點開展主要技術(shù)指標(biāo)(面積、地類、林種、森林類別等)差異分析和銜接協(xié)同,融合形成兼顧國有林區(qū)歷史區(qū)劃和林地保護利用規(guī)劃要求的森林資源一張圖數(shù)據(jù)庫,并通過森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺開展森林資源管理、林地管理、公益林管理等多方面業(yè)務(wù)工作的同時,實現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)從本底調(diào)查—年度變化采集—數(shù)據(jù)更新的閉環(huán)流動和循環(huán)。其技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺建設(shè)技術(shù)路線Fig.1 The Business Platform of " Multi-databases into One" Management and Update for Forest Resources

3 森林資源“多庫合一”物理數(shù)據(jù)庫設(shè)計和實現(xiàn)

3.1 基于時空GIS的小班生命周期管理模型

森林資源小班是一個隨時間變化的空間對象:從二類調(diào)查區(qū)劃之日起小班被創(chuàng)建,隨著造林、采伐等日常生產(chǎn)經(jīng)營活動,發(fā)生空間形狀或林地、林分屬性的變化。基于時空GIS的小班生命周期管理模型,將小班的生命全過程分為兩類狀態(tài),即基態(tài)和修正態(tài)。小班新創(chuàng)建時空間和屬性狀態(tài)為其基態(tài)(即本底數(shù)據(jù)庫),每個年度生產(chǎn)經(jīng)營變化后的更新結(jié)果屬于其修正態(tài)(年度更新成果)。這種更新模式持續(xù)下去,直到本輪森林經(jīng)理期結(jié)束,重新開展新一輪二類調(diào)查。

按照該模型的小班生命周期管理模式,內(nèi)蒙古大興安嶺國有林區(qū)2018年完成為期3年的二類調(diào)查,建立了2018年森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)庫,即小班基態(tài)數(shù)據(jù)庫。2019年根據(jù)補充核(調(diào))查以及經(jīng)營作業(yè)變化更新得到2019年森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)庫,即2019年修正態(tài)數(shù)據(jù)庫。2020年、2021年……依次往復(fù),直到新一輪二類調(diào)查啟動,原有小班生命周期結(jié)束,新的小班生命周期開始。小班生命周期管理模式如圖2所示。

圖2 森林資源“多庫合一”小班數(shù)據(jù)庫生命周期管理Fig.2“Multi-database into One” database lifecycle management

3.2 森林資源“多庫”現(xiàn)狀分析

分析內(nèi)蒙古大興安嶺國有林區(qū)主要森林資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)和更新現(xiàn)狀及數(shù)據(jù)庫主要內(nèi)容,為森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)庫設(shè)計、標(biāo)準(zhǔn)化整合奠定基礎(chǔ)。具體情況如表1所示。

表1 主要森林資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)現(xiàn)狀分析Tab.1 Analysis of the construction status of main forest resource database

3.3 森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)設(shè)計

森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)庫分為國有林區(qū)和林業(yè)局兩級。林業(yè)局級“多庫合一”數(shù)據(jù)庫是基礎(chǔ),由二類調(diào)查成果數(shù)據(jù)、林地變更數(shù)據(jù)、公益林區(qū)劃成果數(shù)據(jù)融合而成,每年通過經(jīng)營作業(yè)數(shù)據(jù)、補充核(調(diào))查數(shù)據(jù)和生長模型進行更新；國有林區(qū)級“多庫合一”數(shù)據(jù)庫由林業(yè)局級數(shù)據(jù)庫匯集而成。數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫兩級體系架構(gòu)Fig.3 Database two-level architecture

3.4 森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)庫內(nèi)容設(shè)計

梳理森林資源二類調(diào)查、公益林、林地等多套數(shù)據(jù)庫因子劃分標(biāo)準(zhǔn)、編碼體系及物理結(jié)構(gòu)的異同,提出“多庫合一”建設(shè)方案。原則上保留各庫獨有字段；相同的字段根據(jù)所屬業(yè)務(wù)優(yōu)先級保留1個；字段內(nèi)涵相同但存在編碼規(guī)則、字段長度等差異的,根據(jù)內(nèi)在邏輯關(guān)系通過技術(shù)手段兼顧三者需求。關(guān)鍵因子(字段)設(shè)計的具體內(nèi)容如表2所示。

表2 森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)庫內(nèi)容設(shè)計Tab.2 “Multi-database into One” database content design

3.5 “多庫合一”數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化整合和建庫流程

梳理森林資源多套業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀以及邏輯關(guān)系,根據(jù)數(shù)據(jù)采集、更新等先后順序及繼承關(guān)系,確定效率高、技術(shù)難度小的標(biāo)準(zhǔn)化整合流程,并完成了統(tǒng)一到2018年底時間節(jié)點的森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化整合建庫。標(biāo)準(zhǔn)化整合建庫流程如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化整合和建庫流程Fig.4 Standardization integration and database building process of data

4 森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺建設(shè)和實施

基于大型GIS空間管理技術(shù)和C/S架構(gòu)建立“森工—林業(yè)局”兩級森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺,實現(xiàn)對“多庫合一”后森林資源數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和更新,為內(nèi)蒙古大興安嶺林區(qū)森林資源管理一張圖提供現(xiàn)代化管理工具。

4.1 功能框架

森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺功能框架如圖5所示。從功能模塊來看,提供林地年度變更、公益林管理、森林資源管理以及檔案管理等森林資源核心業(yè)務(wù)管理功能；從數(shù)據(jù)流看,該平臺通過各項森林資源管理業(yè)務(wù)的實施,實現(xiàn)了“多庫合一”后森林資源數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一管理和森林資源數(shù)據(jù)的全面更新。

圖5 森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺功能框架Fig.5 Functional framework of business platform for “Multi-database into One” database

4.2 林地因子變更管理

根據(jù)林地變更的技術(shù)規(guī)程要求,實現(xiàn)林地變更管理業(yè)務(wù),提供對林地數(shù)據(jù)更新、林地數(shù)據(jù)的查詢、專題分析以及統(tǒng)計分析。具體功能如表3所示。

表3 林地因子變更管理Tab.3 Forest land factor change management

4.3 公益林因子調(diào)整和管理

按照《國家級公益林管理辦法》(1)國家林業(yè)局、財政部.國家級公益林管理辦法.2017.要求,開展國家級公益林管理及統(tǒng)計分析。具體功能如表4所示。

表4 公益林因子調(diào)整和管理Tab.4 Adjustment and management of ecological protection forest

4.4 森林資源因子管理

根據(jù)內(nèi)蒙古大興安嶺森林資源調(diào)查成果和檔案更新管理要求,開展森林資源本底數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)和現(xiàn)狀數(shù)據(jù)管理。具體功能如表5所示。

表5 森林資源檔案管理和更新Tab.5 Management and update of forest resource

4.5 森林資源“多庫合一”檔案更新

檔案更新包括基于模型的自然生長更新、基于經(jīng)營活動的更新和補充核(調(diào))查更新3種形式。在當(dāng)?shù)厣仲Y源管理部門的支持下,將檔案管理的要求從單純的屬性變檔提升到“小班圖形和屬性同步變檔”,從工作機制上保障了檔案更新圖形屬性的一體化。

1) 基于經(jīng)營活動的數(shù)據(jù)更新。

基于經(jīng)營活動的數(shù)據(jù)更新實現(xiàn)森林撫育(采伐)、營造林、征收占用等林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動導(dǎo)致的森林資源數(shù)據(jù)更新。經(jīng)營活動數(shù)據(jù)獲取實質(zhì)是森林資源變化數(shù)據(jù)采集的過程,主要依托基層林業(yè)局森林資源三類調(diào)查作業(yè)設(shè)計系統(tǒng),在開展森林撫育(采伐)、營造林、征收占用等經(jīng)營活動同時,同步采集森林資源變化數(shù)據(jù)。基于經(jīng)營活動的數(shù)據(jù)更新如圖6所示。

圖6 基于經(jīng)營活動的數(shù)據(jù)更新Fig.6 Updates based on business activities

2) 基于模型的自然生長更新。

對沒有人為活動或沒受到災(zāi)害影響的森林資源數(shù)據(jù),根據(jù)本地區(qū)林分生長模型自動更新資源數(shù)據(jù)。生長模型分地區(qū)和樹種,參數(shù)采用開放式接口,可以適應(yīng)模型的升級和參數(shù)變化?；谀Ｐ偷淖匀簧L更新如圖7所示。

圖7 基于模型的自然生長更新Fig.7 Natural growth updates based on the model

3) 基于補充核(調(diào))查結(jié)果的更新。

以上兩種情形不能包含所有的資源變化狀況,有可能還會因為濫砍盜伐、破壞林地,雪災(zāi)、火災(zāi)、蟲災(zāi)(病蟲害)等自然災(zāi)害造成森林資源變化,需要通過補充核(調(diào))查來采集變化數(shù)據(jù),實現(xiàn)批量更新。補充核(調(diào))查變化數(shù)據(jù)采集界面如圖8所示。

圖8 補充核(調(diào))查變化數(shù)據(jù)采集界面Fig.8 Collection interface for supplementary survey

5 主要成果

1) 理論成果?；趦?nèi)蒙古大興安嶺國有林區(qū)森林資源數(shù)據(jù)特點,率先在國內(nèi)提出森林資源“多庫合一”融合形成森林資源管理一張圖技術(shù)方法,并應(yīng)用基于時空GIS的小班生命周期模型開展森林資源數(shù)據(jù)更新。該理論成果成功應(yīng)用于內(nèi)蒙古大興安嶺國有林區(qū)森林資源一張圖建設(shè)和年度更新工作,實踐性強、有較好的推廣應(yīng)用價值。

2) 實踐成果。通過森林資源“多庫合一”工作,建成內(nèi)蒙古大興安嶺2018年森林資源管理一張圖數(shù)據(jù)庫及業(yè)務(wù)支撐平臺,實現(xiàn)該地區(qū)森林資源數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理,支撐近3年來各項森林資源管理和更新業(yè)務(wù)順利、高效開展。

6 結(jié)論和討論

6.1 結(jié)論

本文通過森林資源“多庫合一”數(shù)據(jù)庫和軟件平臺建設(shè),徹底解決了困擾內(nèi)蒙古大興安嶺國有林區(qū)多年的森林資源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)“多套庫”不協(xié)調(diào)、不一致及更新難題。國家森林資源“一張圖、一套數(shù)”指導(dǎo)思想在該國有林區(qū)率先落地,森林資源數(shù)據(jù)管理進入動態(tài)管理新階段,為該地區(qū)森林資源管理一張圖工作提供了高效、實用的智能化工作平臺。該平臺針對性強、普適性好,可為東北內(nèi)蒙古其他幾個重點國有林區(qū),乃至全國其他地區(qū)森林資源管理一張圖建設(shè)提供行之有效的借鑒和經(jīng)驗。

6.2 討論

1) 本文的小班生命周期管理模式適用于近兩年剛完成森林資源普查(如二類調(diào)查等)的地區(qū),不適用于近幾年未開展調(diào)查的地區(qū)。 2) 森林資源數(shù)據(jù)的動態(tài)更新,需要精準(zhǔn)的生產(chǎn)經(jīng)營活動數(shù)據(jù)支撐。貫徹落實“林業(yè)信息化帶動林業(yè)現(xiàn)代化”發(fā)展理念,大力提升基層林業(yè)部門調(diào)查裝備的現(xiàn)代化水平,是有效解決源頭數(shù)據(jù)采集難的治本之道。3) 自然生長更新成果質(zhì)量取決于模型精度,需大力加強林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)表修編、主要樹種生長模型優(yōu)化等基礎(chǔ)性工作。