林木種質(zhì)資源精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)建設(shè)與應(yīng)用

王麗麗

(阜新市林業(yè)發(fā)展服務(wù)中心，遼寧 阜新 123000)

種業(yè)是我國林業(yè)和農(nóng)業(yè)的戰(zhàn)略性、高技術(shù)性核心產(chǎn)業(yè)，我國林業(yè)、農(nóng)業(yè)的核心競爭力均需通過良種培育水平的高低來體現(xiàn)[1]。種質(zhì)資源庫建設(shè)是發(fā)展種業(yè)的一項重要工作，我國的種質(zhì)資源庫建設(shè)是先從林業(yè)方面發(fā)展起來的，一直以來在林業(yè)和農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源的建設(shè)方面進(jìn)行的研究較多，如李斌等[2]通過建立種質(zhì)資源庫和對比試驗林，對引進(jìn)的各柳樹品種(品系)的生長量、形態(tài)、抗性等指標(biāo)進(jìn)行記錄分析，得出可以作為用材樹種予以推廣的品種；席忠誠等[3]結(jié)合慶陽市林木種質(zhì)資源調(diào)查開展蘋果種質(zhì)資源調(diào)查研究工作，探討了蘋果的樹種資源、砧木資源等內(nèi)容。目前與現(xiàn)代軟件相結(jié)合的林木種質(zhì)資源庫精準(zhǔn)管理模式方面的研究尚少，本文在前人研究的基礎(chǔ)上，深入探討了基于ArcGis軟件的林木種質(zhì)資源庫精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)的建立與工作過程。

1 建設(shè)意義與必要性

林木種質(zhì)資源庫精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)是基于ArcGis軟件形成的精準(zhǔn)林業(yè)管理系統(tǒng)，是為解決林木種質(zhì)資源信息管理繁雜、林木種質(zhì)資源收集保存信息不完整、物候觀測不及時，檔案保存雜亂而建設(shè)的精準(zhǔn)林業(yè)管理系統(tǒng)。在目前的林業(yè)發(fā)展形勢下，非常有必要建立該系統(tǒng)。

1.1 是種質(zhì)資源持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展的必然趨勢

早期林木種質(zhì)資源信息管理工作采用的方式比較傳統(tǒng)，利用卡片登記方式開展工作，紙質(zhì)檔案占用大量空間資源，為種質(zhì)資源管理工作帶來諸多不便，不利于信息查詢。隨著科學(xué)技術(shù)水平的提高，林木種質(zhì)資源信息管理工作中精準(zhǔn)林業(yè)管理系統(tǒng)技術(shù)的開展與應(yīng)用，是林木種質(zhì)資源庫建設(shè)的必然趨勢。

1.2 促進(jìn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)和生態(tài)建設(shè)發(fā)展

我國林業(yè)發(fā)展水平的高低將直接受到林木種質(zhì)資源好壞的影響。對林木種質(zhì)資源及時開展有效的管理，可為林木行業(yè)快速發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ)，促進(jìn)我國林木行業(yè)持續(xù)穩(wěn)定地向前發(fā)展。利用精準(zhǔn)林業(yè)管理系統(tǒng)，建立配套的種苗繁育技術(shù)體系，可以實現(xiàn)對生產(chǎn)過程的調(diào)控，合理進(jìn)行施肥、灌溉、施藥等措施，為林木種質(zhì)創(chuàng)新、資源培育和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供豐富的遺傳材料和技術(shù)基礎(chǔ)，為實現(xiàn)林木種質(zhì)資源科學(xué)保護(hù)和評價利用做出貢獻(xiàn)。

1.3 檔案精準(zhǔn)化管理的需要

林木種質(zhì)資源工作是國家級項目，基地建設(shè)管理的好壞，關(guān)系林木種質(zhì)資源收集保存質(zhì)量。精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)，將林木種質(zhì)資源檔案工作全面提升，有效地履行檔案保管利用兩種職能，利用提高檔案精準(zhǔn)服務(wù)水平，確保檔案實體安全和信息安全，更為建成林木種質(zhì)資源的收集保存、林木良種的選育研發(fā)、科學(xué)研究的合作交流提供完善的信息。

2 精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)建設(shè)

精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)對林木種質(zhì)資源庫管理實現(xiàn)兩大功能。一是精準(zhǔn)定位管理，通過對每一株林木的定位，更精確林木種質(zhì)資源信息；二是林木種質(zhì)資源庫檔案電子化，將原來的紙質(zhì)檔案變成電子檔案，實現(xiàn)每一株種質(zhì)資源的收集、管理、觀測信息的儲存，更好地利用檔案信息并實現(xiàn)全過程的管理。

2.1 平臺建設(shè)

依托ArcGis軟件，開發(fā)精準(zhǔn)林業(yè)定位管理系統(tǒng)。ArcGis軟件是由美國Esri公司為構(gòu)建完善的GIS系統(tǒng)，設(shè)計的一套完整的軟件產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于測繪、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、國土、交通、水利等領(lǐng)域，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理、管理、分析、輔助決策等服務(wù)。本文研究中分別使用了軟件中的移動GIS、嵌入式GIS服務(wù)進(jìn)行外業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)開發(fā)和形成內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，并實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化無縫集成作業(yè)。該平臺將數(shù)據(jù)查詢從辦公室延伸到了輕便靈活的智能終端和便攜設(shè)備(車載、手持)之上，極大地擴(kuò)展了數(shù)據(jù)調(diào)閱與修改的靈活性。除了測量、收集、上傳等功能，還可執(zhí)行路徑規(guī)劃、空間分析等高級分析功能。林木種質(zhì)資源庫工作人員可輕松完成各項信息化操作，實現(xiàn)精準(zhǔn)化林業(yè)管理。檔案管理信息化，便于檢索和利用操作。

利用ArcGis軟件建立平臺的具體操作包括：在ArcCatalog/NEW/new Personal Geodatabase下面先新建空數(shù)據(jù)庫;再建要素數(shù)據(jù)集New Feature Dataset,依次輸入數(shù)據(jù)集名稱，選擇坐標(biāo)系，輸入數(shù)據(jù)集容差Tolerance;然后建立要素類，利用Import工具的Feature Class to Geodatabase(multiple)把各項shp數(shù)據(jù)(行政區(qū)XZQ，行政區(qū)界線XZQJX，新植樹苗點位XZSMDW，注記ZJ，衛(wèi)片WP)導(dǎo)入數(shù)據(jù)集中。最后，利用Import工具的Table to Geodatabase (multiple)把各擴(kuò)展屬性表(每株苗屬性結(jié)構(gòu)描述序號XH、編號BH、地塊名DKM、樹種SZ、株行距ZHJ、行株數(shù)HZS、栽植地ZZD、栽植時間ZZSJ、收集地區(qū)SJDQ等各種因子)導(dǎo)入mdb數(shù)據(jù)庫中，至此mdb格式的林木種質(zhì)數(shù)據(jù)庫建立完畢。

2.2 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

2.2.1 獲取衛(wèi)星影像圖

選取四旋翼航拍一體機(jī)大Inspire 2旗艦級無人機(jī)，1 240萬像素，主、從遙控器的連接距離在80～100 m，數(shù)據(jù)庫建立過程中通過無人機(jī)分區(qū)拍照，再將拍攝照片導(dǎo)入計算機(jī)，嵌入圖層，并采用2000國家大地坐標(biāo)系，形成全貌衛(wèi)片影像圖。

2.2.2 矢量圖配準(zhǔn)

加載全貌衛(wèi)片影像圖，對整個區(qū)域進(jìn)行矢量配置，地理配準(zhǔn)，生成柵格地圖。操作中形成的衛(wèi)片影像如圖1所示，可明顯看出各樹株清晰完整，完全是實際分布狀況的縮影，與實際情況完全符合。

圖1 衛(wèi)片影像圖

形成的矢量圖配準(zhǔn)如圖2所示，可以看出各個對象所在位置與實際完全相符，通過對象坐標(biāo)計算出的任意兩個對象之間的距離也與實際測量值完全吻合，因此所得到的適量配準(zhǔn)圖也能夠完美地反映實際狀況，很好地服務(wù)精準(zhǔn)林業(yè)。

圖2 矢量圖配準(zhǔn)

2.2.3 形成林木數(shù)據(jù)信息

根據(jù)衛(wèi)片選取樹盤定點，最后形成區(qū)域地塊。將每株苗的序號、編號、地塊名、樹種、株行距、行株數(shù)、栽植地、栽植時間、收集地區(qū)等各種因子信息輸入完整，設(shè)置詳細(xì)字段類型，字段長度。得到林木數(shù)據(jù)信息(圖3)，還可隨意調(diào)取任意林木的信息。

圖3 林木數(shù)據(jù)信息

2.2.4 建立林木種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫

繪制整個區(qū)域的矢量圖，對矢量圖進(jìn)行校準(zhǔn)，形成收集區(qū)、測定區(qū)、擴(kuò)繁區(qū)等不同模塊區(qū)域。各個區(qū)塊的性質(zhì)為種質(zhì)資源長期科學(xué)保存、評價提供依據(jù)，將測量數(shù)據(jù)及時錄入計算機(jī)，為種質(zhì)創(chuàng)新利用提供基礎(chǔ)。

2.2.5 多維手段調(diào)取與更新數(shù)據(jù)庫

利用網(wǎng)絡(luò)將精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)與手持式移動終端機(jī)同步，只需將作業(yè)內(nèi)容直接加載到軟件中就可以在區(qū)域作業(yè)塊中機(jī)械布點，科學(xué)調(diào)查成活率、保存率，精確定位每株苗木。對于發(fā)現(xiàn)的問題可以隨時記錄，拍攝影像，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)問題現(xiàn)場更正。保存數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，可隨時查看更改記錄，無需統(tǒng)計匯總就可得到造林保存率。

2.2.6 準(zhǔn)確實現(xiàn)工程的線上驗收

林木種質(zhì)資源庫的竣工驗收工作，需要根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對工程質(zhì)量進(jìn)行現(xiàn)場確認(rèn)，上級林業(yè)主管部門對施工單位上報的面積、樹種、林木株數(shù)以及質(zhì)量情況到現(xiàn)場進(jìn)行核實驗收。精準(zhǔn)林業(yè)管理系統(tǒng)摒棄了傳統(tǒng)的紙質(zhì)設(shè)計圖紙、驗收表格、手持GPS工作等驗收方式，代之以手持式移動終端機(jī)，只需將精準(zhǔn)林業(yè)管理數(shù)據(jù)庫直接加載到軟件中，就可以在現(xiàn)場核對各項工程質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

3 推廣與應(yīng)用

林木種質(zhì)資源精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)是基于ArcGis軟件開發(fā)的管理系統(tǒng)，將地理信息管理系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用于種質(zhì)資源庫信息管理中，所提供的信息可有效提升林木種質(zhì)資源保存性能，還可以大幅度改善評價以及管理工作的質(zhì)量和效率，提供的決策信息也變得更加準(zhǔn)確。阜新市五角楓、蒙古櫟國家林木種質(zhì)資源庫于2016年被原國家林業(yè)局確定為遼寧省第一批國家級林木種質(zhì)資源保存庫，將精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)有效應(yīng)用于林木種質(zhì)資源信息管理領(lǐng)域中。利用該系統(tǒng)進(jìn)行精準(zhǔn)林業(yè)試驗區(qū)劃分，形成林木種質(zhì)資源信息航拍衛(wèi)星定點圖(圖4)?？梢郧逦闯龈沸率形褰菞?、蒙古櫟種質(zhì)資源庫建設(shè)中的收集區(qū)、測定區(qū)、擴(kuò)繁區(qū)等不同模塊區(qū)域劃分。整個阜新市五角楓、蒙古櫟林木種質(zhì)資源庫的模塊區(qū)域結(jié)構(gòu)緊湊，實驗區(qū)域較多，整體布局較為合理，總體上能夠保證準(zhǔn)確的實驗結(jié)果。

圖4 五角楓、蒙古櫟種質(zhì)資源庫航拍衛(wèi)星定點

4 結(jié) 論

精準(zhǔn)林業(yè)管理信息系統(tǒng)是林木種質(zhì)資源庫生產(chǎn)管理、檔案等項目使用的必然趨勢，為林木種質(zhì)創(chuàng)新、資源培育和產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供豐富的遺傳材料和技術(shù)基礎(chǔ)，為林木種質(zhì)資源科學(xué)保護(hù)和評價利用做出貢獻(xiàn)。