GIS技術在人工林資源信息管理中的應用研究

方彥昊展

（廣西壯族自治區(qū)國有東門林場，廣西 崇左 532199）

人工林是通過人工種植而成的森林，能為市場提供優(yōu)質、充足的木材，不僅能創(chuàng)造較大的經濟效益，又能產生較好的生態(tài)效益。隨著信息化的迅速發(fā)展，人工林資源信息管理也進入了現(xiàn)代化的信息管理模式，GIS的應用成為人工林資源信息管理的一個強力支撐。但是當前人工林資源信息管理并不完善，主要表現(xiàn)為動態(tài)管理還未完全落實，調查材料未及時輸入數(shù)據(jù)庫，使用時多依賴紙質版數(shù)據(jù)材料，數(shù)據(jù)更新緩慢，花費時間和精力太多，數(shù)據(jù)表或圖都相當簡單，缺乏直觀形象感。那么，如何讓GIS技術在人工林資源信息管理中發(fā)揮其及時、準確、快速、方便和有效的作用，加快人工林資源信息管理系統(tǒng)化、數(shù)字化的發(fā)展步伐？本文就此展開研究。

1 加強人工林資源GIS空間數(shù)據(jù)庫的技術設計

人工林資源GIS空間數(shù)據(jù)庫的構建關鍵在于技術設置，因此，加強人工林資源GIS空間數(shù)據(jù)庫的技術設計尤為重要，具體技術設計有以下2個方面。

1.1 層的設置

人工林資源信息管理的信息都可以單獨設置一個層，如人工林邊界、林區(qū)范圍、林中空地、伐區(qū)范圍、林區(qū)河流、林區(qū)道路和林區(qū)小班界等。每一層的信息要盡量詳細，如林區(qū)范圍層一般要有林地面積、樹種、造林方式、造林年月、林齡、造林密度、保存率、林地距離及撫育、除雜和施肥等信息。又如伐區(qū)范圍層一般要有輸入樣地編號、樣地面積、小班面積、品系、坡度、郁閉度、造林年月、樹高、平均高、脛階、規(guī)格材和出材等信息。這樣可以對人工林資源信息的動態(tài)進行實時監(jiān)測，為及時、有效和全面地獲取人工林資源信息奠定了基礎。

1.2 對各個層進行編輯處理

人工林場邊界、林區(qū)范圍、林中空地、伐區(qū)范圍、林區(qū)河流和林區(qū)道路均可單獨設層處理。林區(qū)小班界層的處理要復雜一些，因為其與河流、道路相重合，為避免河流、道路成為林區(qū)小班界的一部分，要另外設置河流、道路層。另外，人工林有其獨特的個性，不同于天然林，天然林是天然形成的森林，同一區(qū)域有多種樹種和其他如野草、野藤和苔蘚等植被，而且各類樹種的生長參差不齊，人工林的樹種相對單一，同一區(qū)域一般只種一種林木，一般人工林多種植有較大經濟效益的樹種，而且林木生長基本一致。因此，人工林的各數(shù)據(jù)層都要下設小層，相應地設為各種林木層，通過這樣的技術設置，可以使人工林場邊界、林區(qū)范圍、林中空地、伐區(qū)范圍、林區(qū)河流、林區(qū)道路和林區(qū)小班界等多層共同構成完整而閉合的界層。

2 推進人工林資源GIS屬性數(shù)據(jù)庫的發(fā)展

屬性數(shù)據(jù)庫與空間數(shù)據(jù)庫相對，其在GIS系統(tǒng)中是更為基礎的數(shù)據(jù)庫，其數(shù)據(jù)信息是檢索、分析和應用的基礎，但其主要靠鍵盤輸入，這樣屬性數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)信息會存在不夠全面的現(xiàn)象，并且有些數(shù)據(jù)信息的存儲方式是非結構化或半結構化的存儲，極不利于各類數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計及對比分析。因此，推進人工林資源GIS屬性數(shù)據(jù)庫的發(fā)展勢在必行。首先，做好基礎數(shù)據(jù)表，對人工林各類信息進行野外調查并作詳細記錄，比如記錄小班因子、幼樹情況、下木情況、植被情況、四旁樹、小班樹種組成、小班林木徑級分布、薪炭林、經濟林、散生木、枯倒木、水土流失情況調查和病蟲害等信息并作成數(shù)據(jù)表，為強大GIS系統(tǒng)應用功能提供可靠的依據(jù)。其次，做好調查統(tǒng)計表，盡可能對人工林各類信息進行統(tǒng)計并制作成統(tǒng)計表，比如人工林土地面積、人工林蓄積、人工林按齡組面積蓄積、人工林樹種齡級劃分、人工林生長枯損率和人工林樹種出材率等統(tǒng)計表。最后，把基礎數(shù)據(jù)表和調查統(tǒng)計表的存儲方式轉化成結構化存儲，即把文本類非結構化和Excel類半結構化的存儲方式通過GIS系統(tǒng)功能轉為結構化存儲。這樣既擴充了屬性數(shù)據(jù)庫信息，也為GIS系統(tǒng)的統(tǒng)計功能提供強有力的支撐。

3 加大GIS系統(tǒng)分析模型的開發(fā)力度

目前GIS技術在人工林資源信息管理中已有所應用，但多數(shù)都只是查詢、圖形顯示和常規(guī)地理空間分析，因此，加大GIS系統(tǒng)分析模型的開發(fā)力度是促進人工林資源信息管理的一個重要手段。GIS系統(tǒng)分析模型的開發(fā)主要在技術層面進行設計。針對人工林的特點，以GIS系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為基礎，開發(fā)人工林各種樹種的空間分析模型，以桉樹為例，設計和構建桉樹培育模型、桉樹生長狀態(tài)模型及桉樹病蟲害模型等，并建立人工林各類樹種的樹徑、樹齡、樹高和蓄積量等模型，從而便于分析人工林各類樹種生長的因子，及時反映人工林資源的動態(tài)變化。同時，運用生長函數(shù)，設計人工林各種樹種的決策分析模型，如桉樹預測模型、桉樹質量評價模型和桉樹經營狀況模型等，為人工林的種植、采伐和經營提供依據(jù)，促進人工林生產經營的發(fā)展。然后把GIS開發(fā)平臺及數(shù)值計算和建模平臺進行對接，并進行GIS平臺構建與GIS模型分析，同時充分利用GIS功能優(yōu)勢，開發(fā)用戶界面、制圖功能、數(shù)據(jù)運算和應用等分析模型。這些分析模型能將數(shù)據(jù)庫的圖形與處理、分析進行有效的結合，并自動更新和及時顯示分析結果，利于開展GIS系統(tǒng)各類專業(yè)問題的分析和研究。

4 做好人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的圖形制作及管理

過去人工林地圖的存儲多為紙質版地圖，紙質版地圖有其優(yōu)勢，如查閱方便，但也有極大的局限性，如不便攜帶，不宜存放。林業(yè)調查工作多為野外，一旦在野外工作中丟失地圖會使工作無法進行，浪費大量的時間及人力物力，因此，圖形制作及管理在人工林資源管理信息數(shù)據(jù)庫建設中至關重要。那么，如何做好人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的圖形制作及管理呢？首先，獲取人工林場地形掃描圖，包括林場位置圖、林場按比例的地形圖，既可以用無人機進行空中拍攝獲取，也可以用原有的紙質版地圖獲取，然后儲存到電腦、手機等電子設備中，以便隨時用于制作電子地形圖。其次，將無人機所拍攝的新圖片與原有的舊圖片進行拼接處理，主要方式是裁剪、校正和組合，然后整合到原有地圖上即獲得所需的分辨率極高、高度精準和仿真效果極好的地圖。這樣可以在GIS系統(tǒng)中實現(xiàn)人工林資源信息的直觀化管理，繪制的新地圖可以在個人電腦或者手機上隨時查看和使用，極大地提高了林業(yè)的工作效率和生產經營的效能。

5 加強人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和系統(tǒng)需求的分析

數(shù)據(jù)統(tǒng)計和系統(tǒng)需求的分析都是人工林資源管理信息數(shù)據(jù)庫建設中的重要環(huán)節(jié)，那么，如何加強人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和系統(tǒng)需求的分析呢？對人工林資源管理信息數(shù)據(jù)的統(tǒng)計主要是對數(shù)據(jù)庫中各層數(shù)據(jù)的統(tǒng)計，如人工林場邊界、林區(qū)范圍、林中空地、伐區(qū)范圍、林區(qū)河流和林區(qū)道路等層，對各層單獨設定數(shù)據(jù)模塊，并設定分析參數(shù)，這樣通過GIS系統(tǒng)中的統(tǒng)計功能，輸入關鍵詞或字段就能迅速地獲取統(tǒng)計信息，同時統(tǒng)計結果可以出現(xiàn)多種顯示，如曲線、直線、柱狀和塊狀等，還可以出現(xiàn)統(tǒng)計記錄數(shù)值及各類值差等信息。

對系統(tǒng)需求的分析，主要考慮用戶的需求，一般用戶為林場管理人員或林業(yè)經營單位，這些用戶有些具有林學知識背景，有些卻是其他學科背景的，因此，系統(tǒng)操作一定要設計具有簡單和快捷、實用的功能，主要操作為先創(chuàng)建新文件并更新數(shù)據(jù)，然后在系統(tǒng)中設置各種制圖的要素、文本標注和屬性標注，按地圖位置進行潤色，還需使地圖能自由擴大或縮小，用空間分析軟件顯示動態(tài)的、實時的信息，做到讓用戶隨時掌握數(shù)據(jù)庫中的信息，如查看各個地塊的面積、道路情況、撫育情況、合同信息、二類圖歸類、樹種和土地坡度等信息，并按需要點擊相應的功能鍵即可獲取統(tǒng)計表及專題圖，并能立刻輸出打印紙質版材料。

6 加快人工林資源管理信息GIS的實現(xiàn)

如何加快人工林資源管理信息GIS的實現(xiàn)？主要有以下措施：

（1）設計各種文件功能，將這些功能和由客戶端及服務器端部件組成的空間相聯(lián)系。并設計地圖功能，添加人工林區(qū)樹種、邊界等屬性，建立各類標注、查詢等，這一技術解決了傳統(tǒng)人工制圖的問題，使得人工林制圖工作變得更加輕松。GIS的圖層功能可將人工林資源的位置、海拔、坡度、朝向，以及年降雨量、樹種、樹高和土壤酸堿性等信息繪制成圖片，這些圖片不僅清晰，且色彩逼真，信息還非常詳細，能直觀形象地反映人工林植被的情況。這些圖被設計在不同的圖層，使用時只打開需要的圖層，圖片就會呈現(xiàn)，避免不同信息混雜疊加在一起。GIS還可以表達各個層面的不同屬性，制作用戶所需的人工林資源分布圖、植被分布圖和林相圖等各種專題圖，并且使這些專題圖結構立體，輸出簡單。

（2）建立多個數(shù)據(jù)組織。首先，建立主頁數(shù)據(jù)組織，可分為施業(yè)區(qū)信息、采伐區(qū)信息、小班信息、林班信息和描述信息等多個部分，通過超鏈接把數(shù)據(jù)連接起來。其次，建立地圖數(shù)據(jù)組織，將采集的圖片通過GIS的成圖功能顯示人工林區(qū)位置、樹種、樹高、道路、河流、山高和建筑物等面貌。再次，設立空間數(shù)據(jù)組織，空間數(shù)據(jù)包括林場區(qū)劃數(shù)據(jù)層、林區(qū)河流數(shù)據(jù)層、林區(qū)道路數(shù)據(jù)層和林區(qū)設施數(shù)據(jù)層。對于林場區(qū)劃數(shù)據(jù)層，主要把各層次人工林資源地理信息組織起來。林區(qū)河流數(shù)據(jù)層主要把各個河流的水文特點、觀測數(shù)據(jù)輸入河流屬性庫。對于林區(qū)道路數(shù)據(jù)層，設置公路、鐵路、車道及人行道等數(shù)據(jù)層，并輸入道路寬度、長度和修建時間等屬性數(shù)據(jù)。對于林區(qū)設施數(shù)據(jù)層，設置圩鎮(zhèn)、農村和工廠等數(shù)據(jù)層，并輸入街道、名稱、人口數(shù)和生活水平等信息。最后，設立元數(shù)據(jù)組織，元數(shù)據(jù)組織包括圖形信息、圖比例、圖幅地理位置、采集時間和更新日期等詳細信息。這4個數(shù)據(jù)組織通過GIS技術的超媒體、超鏈接進行發(fā)布和共享。

7 結束語

人工林資源信息管理的GIS引入了地理空間信息，突破了傳統(tǒng)的管理信息系統(tǒng)，單一數(shù)據(jù)信息的局限性，不僅提高了數(shù)據(jù)信息獲取的精確度，還能直觀、快速地發(fā)現(xiàn)變化范圍及類型，擴大了信息廣度，加強了信息深度，極大地提高了工作效率，具有明顯的經濟效益。同時，還能夠及時更新人工林資源信息，是一個開放系統(tǒng)，隨著信息時代的發(fā)展，要使數(shù)據(jù)信息得以更高質量、高速度和高效率地輸入、分析和共享，GIS系統(tǒng)的開發(fā)、利用和研究仍是任重道遠，只有不斷地加強對人工林資源信息管理的GIS研究，才能適應社會的需求，促進人工林資源信息管理工作，從而加快人工林經濟的發(fā)展。