遼寧省森林資源信息處理技術(shù)

先文娟

(遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測院，遼寧 沈陽 110122)

1 研究背景

國家對森林資源信息化建設(shè)工作高度重視，近年來國家林業(yè)局頒布了多個(gè)森林資源信息化工作相關(guān)文件，如《全國林業(yè)信息化建設(shè)綱要(2008-2020年)》、《全國林業(yè)信息化建設(shè)技術(shù)指南(2008-2020年)》、《全國林業(yè)信息化發(fā)展“十二五規(guī)劃”(2011-2015)》、《全國林業(yè)信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃(2016-2020)》[1-2]等；出臺了森林資源信息化相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如LY/T 2184-2013《森林資源數(shù)據(jù)庫分類和命名規(guī)范》、LY/T 2893-2017《林地變更調(diào)查技術(shù)規(guī)程》等。

遼寧省自2005年建立森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫以來，森林資源信息量日益增大。2011年森林資源數(shù)據(jù)庫中共有1 668 250個(gè)小班，2017年遼寧省年度林地變更結(jié)果顯示，森林資源小班數(shù)量增至2 100 091個(gè)，相比2011年森林資源二類調(diào)查結(jié)果，遼寧省森林資源在總體數(shù)量和質(zhì)量上都有了顯著的提高。如此龐大的森林資源必然需要高效合理的信息處理技術(shù)。

現(xiàn)有森林資源信息化工作多是一項(xiàng)工作配備一套方案，一套方案配備一套軟件，造成了資源的極大浪費(fèi)。因此，有必要根據(jù)遼寧省森林資源信息處理流程研制一套可執(zhí)行性強(qiáng)的通用森林資源信息處理方案，并開發(fā)一款集各類調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測設(shè)計(jì)核查工作于一體可擴(kuò)展性好的森林資源信息處理系統(tǒng)，方便地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、處理、同步更新及共享等任務(wù)，為遼寧省各類森林資源調(diào)查、征占用林地、采伐作業(yè)設(shè)計(jì)、營造林作業(yè)設(shè)計(jì)、營造林核查、森林督查等林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測設(shè)計(jì)及核查工作提供技術(shù)保障。

2 技術(shù)路線與關(guān)鍵技術(shù)

遼寧省森林資源信息處理技術(shù)包含森林資源信息處理方案和森林資源信息處理系統(tǒng)，囊括了本省森林資源信息處理的所有技術(shù)，包括數(shù)據(jù)批量預(yù)處理、外業(yè)數(shù)據(jù)采集、桌面端數(shù)據(jù)管理等多項(xiàng)技術(shù)內(nèi)容，其技術(shù)路線如圖1所示，涉及的關(guān)鍵技術(shù)主要包括移動端數(shù)據(jù)讀取及關(guān)鍵技術(shù)兩部分。

圖1 遼寧省森林資源信息處理技術(shù)路線

2.1 移動端數(shù)據(jù)讀取

考慮到設(shè)備成本及系統(tǒng)通用性，本技術(shù)使用安卓移動設(shè)備作為外業(yè)采集平臺，移動端數(shù)據(jù)主要包括柵格數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)，技術(shù)難點(diǎn)主要是柵格及矢量數(shù)據(jù)的讀取。

移動端柵格數(shù)據(jù)主要使用Tiff文件。安卓SDK雖然支持利用BitmapFactory.Options通過對原始圖像進(jìn)行重采樣的方法快速加載高分辨率的圖片，但只支持對JPEG、PNG、GIF等各種位圖文件的快速加載，不支持GeoTiff格式等遙感影像文件的快速加載。因此，我們使用GDAL(Geospatial Data Abstraction Library)讀取影像文件，以在安卓移動設(shè)備上快速加載GeoTiff影像。為配合柵格數(shù)據(jù)的快速讀取，我們使用GDAL的分支ORG(OpenGIS Simple Feature Reference Implementation)模塊來實(shí)現(xiàn)移動端矢量數(shù)據(jù)的讀取[3-4]。

2.2 關(guān)鍵技術(shù)

關(guān)鍵技術(shù)主要涉及數(shù)據(jù)批量預(yù)處理、移動端數(shù)據(jù)庫選擇、外業(yè)采集字段自定義。我們使用Python語句完成數(shù)據(jù)的批量預(yù)處理，選用SQLite數(shù)據(jù)庫作為移動端數(shù)據(jù)庫，通過將調(diào)查字段的屬性信息存儲在SQLite數(shù)據(jù)庫的方式來完成外業(yè)采集字段的自定義工作。

其中，Python作為一種開源軟件被封裝在ArcGIS軟件中，通過對ArcGIS多個(gè)地理處理工具集的調(diào)用，可快速完成數(shù)據(jù)的批量預(yù)處理工作。SQLite數(shù)據(jù)庫占用資源非常低，存儲容量足夠大，能為外業(yè)采集字段自定義技術(shù)提供工具。通過對SQLite數(shù)據(jù)庫的字段控制，我們可根據(jù)需求自定義移動端的外業(yè)采集業(yè)務(wù)。

3 功能實(shí)現(xiàn)

功能實(shí)現(xiàn)包括數(shù)據(jù)批量預(yù)處理、移動端功能實(shí)現(xiàn)、桌面端功能實(shí)現(xiàn)3部分。

3.1 數(shù)據(jù)批量預(yù)處理

數(shù)據(jù)批量預(yù)處理包括柵格數(shù)據(jù)鑲嵌壓縮、Python實(shí)現(xiàn)影像裁切、Python實(shí)現(xiàn)tpk制作。

柵格數(shù)據(jù)鑲嵌壓縮主要使用ArcGIS工具集，包含新建鑲嵌數(shù)據(jù)集、添加?xùn)鸥裼跋瘛⑷ズ谶?、精?xì)去黑邊、導(dǎo)出鑲嵌數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)。

使用Python實(shí)現(xiàn)影像裁切時(shí)，我們只需提供縣區(qū)1∶10 000標(biāo)準(zhǔn)圖幅框的Shapefile圖層、需要裁切的柵格影像存放路徑、裁切后圖幅框shp文件存放路徑、裁切后柵格tif文件存放路徑，即可完成影像的自動裁切。實(shí)踐表明，圖幅裁切速度平均為1張·s-1左右，全省6 483張1∶10 000標(biāo)準(zhǔn)圖不到2 h即可裁切完成。

使用Python制作tpk時(shí)，我們先批量制作1∶10 000標(biāo)準(zhǔn)圖的mxd文檔，然后利用mxd文檔批量生成tpk文件。實(shí)踐表明，利用三臺工作站制作全省6 483張1∶10 000圖幅的tpk文件共用時(shí)20 h，tpk切片等級為17級，單張切片平均用時(shí)3 min。

3.2 移動端功能實(shí)現(xiàn)

通過對SQLite數(shù)據(jù)庫的控制，移動端系統(tǒng)可適用于造林設(shè)計(jì)、采伐設(shè)計(jì)、造林核查、征占用林地設(shè)計(jì)等多種森林資源外業(yè)調(diào)查工作。

移動端系統(tǒng)的基本模塊有工程管理、地圖操作、矢量數(shù)據(jù)編輯、屬性數(shù)據(jù)編輯、應(yīng)用工具、設(shè)置等。除地圖縮放、影像批量加載、點(diǎn)位采集、數(shù)據(jù)分割合并修邊挖面等基本功能外，移動端系統(tǒng)還包含屬性因子復(fù)制、行政樹定位查詢、在線地圖離線加載、影像糾偏、Google影像自動糾偏、調(diào)查軌跡記錄、現(xiàn)地拍照等便捷輔助功能，部分功能見圖2、3。

圖2 屬性因子復(fù)制、填寫

3.3 桌面端功能實(shí)現(xiàn)

桌面端系統(tǒng)基于Windows系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，利用C#、ArcGIS engine開發(fā)，除基本的移動端數(shù)據(jù)接收分發(fā)功能外，還可導(dǎo)出調(diào)查所需的各類圖件、調(diào)查表，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行各項(xiàng)分析工作。

森林資源信息處理桌面端系統(tǒng)可對接多種現(xiàn)有的桌面端森林資源處理軟件，如遼寧省森林經(jīng)營方案輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)(獲遼寧省林業(yè)科學(xué)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng))、遼寧省森林資源數(shù)據(jù)整合系統(tǒng)(獲遼寧省林業(yè)科學(xué)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng))、遼寧省森林資源年度更新系統(tǒng)(獲遼寧省林業(yè)科學(xué)進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng))等，從而完成對移動端采集數(shù)據(jù)的處理分析及成果統(tǒng)計(jì)匯交工作，實(shí)現(xiàn)從外業(yè)采集到內(nèi)業(yè)接收分析處理的一體化工作流程。

圖3 設(shè)置功能及底圖糾偏

4 結(jié) 論

遼寧省森林資源信息處理技術(shù)是我省開展森林資源信息化管理工作以來形成的一套完整的、程序化的技術(shù)體系。由于該技術(shù)體系的實(shí)施，我們能為各級部門提供更加迅速、準(zhǔn)確、科學(xué)的森林資源信息服務(wù)，服務(wù)效率較數(shù)字林業(yè)最初實(shí)施階段有很大提高。例如，省級森林資源信息統(tǒng)計(jì)匯總在技術(shù)發(fā)展初期需要1～2個(gè)月，目前技術(shù)可以在3～5天內(nèi)完成，并且成果信息豐富。

本技術(shù)綜合了森林資源信息(圖形、屬性)從數(shù)據(jù)預(yù)處理、外業(yè)采集到內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析的全過程管理。整個(gè)處理過程實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化和程序化的質(zhì)量控制。在每個(gè)環(huán)節(jié)中，都有自主研發(fā)的程序模塊做支撐，實(shí)現(xiàn)了全省森林資源的動態(tài)管理，最重要的是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的開放性、可擴(kuò)展性，使其能適應(yīng)不斷增加的業(yè)務(wù)需求，如2018年新增的國家公益林界定工作、2019年新增的退耕還林落界工作，我們的管理系統(tǒng)在3～5天內(nèi)完成了新模塊定制，立即投入使用，大大提高了工作效率和質(zhì)量。

森林資源信息管理工作的發(fā)展空間無限，技術(shù)日新月異。未來我們設(shè)想不斷豐富數(shù)據(jù)庫，整合林、草、濕地、沙化荒漠化土地的一體化管理，深度挖掘數(shù)據(jù)潛力，立足林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測工作，向政府、公眾提供優(yōu)質(zhì)高效的森林資源信息服務(wù)。