天津市數字林業現狀及發展對策和前景

張　潔　趙占豐　楊會春　宗晶瑩　張曉達　劉　杉　張慶輝　郝連君

摘要:介紹了數字林業的相關概念和天津市數字林業的現狀,針對存在問題,制訂了提高基礎設施和人才隊伍建設、規范林業標準進行數據集成、建立空間動態數學模型的發展對策,并提出保護生物種群的多樣性、虛擬生態旅游規劃、優化林業投資決策的應用前景。

關鍵詞:天津市;數字林業;現狀;發展對策;前景

中圖分類號:F326.2文獻標識碼:A文章編號:1006-6500(2009)02-0033-04

Situation, Development Countermeasures and Prospect on Digital Forestry in Tianjin

ZHANG Jie1, ZHAO Zhan-feng2,YANG Hui-chun1,ZONG Jing-ying1,ZHANG Xiao-da1,LIU Shan1,ZHANG Qing-hui3,HAO Lian-jun3

(1.Tianjin Forestry Bureau,Tianjin300061,China;2.Jixian County Forestry Bureau,Jixian County, Tianjin 301900,China; 3.Dagang District Agriculture and Forestry Bureau,Dagang,Tianjin 300270,China)

Abstract:The related concepts of digital forestry and present situation, problems of digital forestry in Tianjin were introduced, and development countermeasures and application prospect were also suggested.

Key words: Tianjin;digital forestry;present situation;development countermeasures;prospect

進入21世紀,生態環境問題已成為全世界關注的焦點問題之一。森林是陸地生態系統的主體,森林問題關系到人類社會的生存與發展,森林資源具有涵養水源、保持水土、凈化空氣、美化環境、防止土地沙漠化等生態效益。有效的培育、保護和開發利用森林資源,實現林業資源的良性增長已成為各國發展經濟、改善生態環境的首要條件。隨著數字地球、數字林業概念的提出,林業行業構造一個統一的、立體的、開放式信息集成系統,推動營林、森林保護、林業管理、林產工業等技術的信息化進程,為林業提供信息服務、信息決策,確保資源可持續發展已勢在必行。

1數字林業概況

1.1數字林業定義

1988年時任美國副總統的戈爾首先提出了“數字地球”的概念,希望將地球上所有信息數字化,讓地球上各種信息無縫鏈接,他將地球設想成為以地球坐標為依據、有多種分辨率、由海量數據庫組成并能立體表達的虛擬地球。數字地球建設很快得到了各國的重視,各層面各行業在其理解的基礎上提出了自己的“數字”理念,于是出現了如“數字城市”、“數字農業”、和“數字林業”等概念。

數字林業是指在數字地球大框架指導下,應用遙感技術、計算機技術、數字化技術、網絡技術、智能技術和可視化技術,把地球上的各種林業信息用地理坐標確定與連接起來,實現標準化、規范化采集與更新數據,實現數據共享的過程,用數字化手段再現真實的林業狀況,推動林業管理的精確化、科學化。

1.2數字林業涵義

數字林業主要有兩方面的涵義,一是基于3S(遙感RS、地理信息系統GIS、全球定位系統GPS)技術的林業信息數字化;二是對這些數字信息的儲存、處理、傳輸和應用。也就是說,數字林業不僅可以將林業的各種特征用數字化的形式表述,還能對這些信息進行整合、集成和處理。同時從信息來源和技術手段上改變數據不準確、資源消長監測不及時、生產面積不夠真實等實際問題,實現森林經營管理水平的有效提升。

1.3我國數字林業的研究現狀

目前,“數字地球”、“數字中國”被我國列為科技興國的戰略平臺和技術創新的跨越點。“數字技術”已成為國內熱門的科技領域,重慶市于2000年通過建設“數字重慶”的論證;海南省于1998年開始建設“智能島”,并制定了2010年的長遠目標;隨后先后出現了“數字福建”、“數字河南”、“數字貴州”、“數字湖北”、“數字杭州”等省、市級數字技術體系。“數字林業”是國家林業局在“數字化”理念的基礎上于2001年提出的。2001年4月,國家林業局科學技術委員會在國家林業局召開專家論證會,順利通過了《國家林業局數字林業建設可行性報告》,這為我國數字林業的進程、基礎數據、中長期規劃奠定了技術和理論基礎。2002年,國家林業局就把四川省、貴州省、江西省、吉林省及內蒙古自治區作為5個數字林業工程的試點省區,在這5個省區內選定l0個地區、30個縣開展數字林業的試點工作,建立數字林業公共平臺。2003年由國家林業局確定的“十五”期間重大科研項目“數字林業”在北京通過專家論證,提出了《數字林業標準與規范(一)》,標志著我國數字林業建設邁出了關鍵的一步。

2數字林業在天津市的應用

“十五”期間,天津市緊抓林業發展戰略機遇,先后啟動了京津風沙源治理工程等國家林業重點工程,順利實施了市級造林工程以及外環線外側綠化帶工程和“625”工程等,進一步調整和優化了天津市林業生產力布局和林業產業結構,使森林資源得到較快增長,林分質量得到較大改善,林業發展步入快速軌道。截止到“十五”末期,天津市林業用地面積已達18萬hm2,活立木蓄積達到524.9萬m3,林木覆蓋率達到17.5%。

天津市從2002年開始進行林業信息數字化的采集、存儲、利用工作,主要體現在以下幾個方面。

2.1建立了森林資源管理與監測地理信息系統

隨著社會經濟的迅速發展,森林資源的開發、利用和保護需要隨時跟上經濟發展的步伐,掌握資源動態變化,及時做出決策就顯得異常重要。常規的森林資源監測,從資源清查到數據整理成冊,最后制定經營方案,需要的時間較長,造成經營方案和現實情況不相符。這種滯后現象勢必會出現管理方案的不合理,與實際情況脫節等。2002年初,天津市開展了森林資源監測地理信息系統建設,主要利用ETM影像數據和GPS定位系統對全市的森林資源狀況進行監測,利用GIS系統的數據處理功能,建立屬性數據庫及空間數據庫,總結出森林資源現狀與特征,解決林業資源信息管理、林業規劃決策的計算機化,分析森林資源的空間分布狀況和演變規律,使資源管理科學化。解決林業資源調查的內業整理工作,建立森林資源圖庫和數據庫、制作內業圖形和統計報表。進行林業地籍管理,隨時對有關圖形庫和數據庫更新,制作有關林業地籍管理的專題圖和報表,實現林業資源檔案(圖形、數據)動態管理,及時了解森林資源的現狀和動態變化的規律,為林業決策提供依據。解決伐區設計的內業處理,實現設計圖形、表格制作的計算機化,分析林業生產力布局與其他國民經濟生產力布局之間的關系。

2.2利用衛星遙感技術進行天津市森林資源連續清查工作

森林資源連續清查作為一種同時掌握森林資源現狀與發展的動態調查技術方法,引進我國已經有30多年了,已經建立了基本覆蓋全國的森林資源連清體系。天津市連清體系始建于1988年,傳統的資源連清主要以人工為主,人力物力消耗較大,時間較長,準確性不夠。在2002年開展的資源連清中,為了避免傳統工作中的不足,提高清查成果的準確性和可靠性,提高工作效率,我們在清查工作中采用了衛星遙感技術,通過遙感圖像信息與野外定點踏查相結合的手段,依據不同林相圖、各種地類類型分布與其在TM影像上反映的特征之間的相關關系,描述形成統一的判讀標準,建立目視遙感判讀解譯標志,供判讀工作人員參考。同時遙感圖象還可在計算機中打開,進行各項因子判讀,并進行判讀結果登記。通過判讀工作完成了天津市市域范圍內11 889個遙感判讀樣地的信息獲取,查清了近5年來天津市各類森林蓄積數量和動態消長變化、各類土地面積以及沙化荒漠化類型、濕地類型等寶貴的資源信息。為全面了解天津市現有生態資源狀況提供了寶貴的資料,同時向國家及天津市林業部門進行決策提供了依據。

2.3利用2S技術進行天津市沙化和荒漠化監測工作

近年來,沙化和荒漠化問題已成為天津市主要的環境問題之一,為了解和掌握天津沙化和荒漠化分布狀況,分析沙化和荒漠化擴展成因,為沙化和荒漠化的防治決策提供科學依據,天津市從1994年開始荒漠化監測,當時采用的是外業用1/10 000地形圖現地調繪,內業通過網點法和求積儀法求面積,然后手工上圖的方式。1999年進行了天津市第2次沙化和荒漠化監測,對圖斑面積計算的精度要求有所提高。2004年進行了第3次天津市沙化和荒漠化監測工作。隨著數字林業(林業信息數字化)在天津市林業工作中的廣泛應用,在前兩次監測的基礎上,考慮到天津全市的沙化、荒漠化土地面積不多,且分布散,不適合采用RS技術。本次監測工作結合了2S技術,即以GPS定位為輔,內業則通過GIS進行圖斑錄入和面積求算工作,節省了人力物力,并提高了計算精確度。經求算,天津市沙化土地面積達到了15 614.551 hm2,荒漠化土地面積達到10 761.891 hm2,全市沙化土地圖斑共計754個,荒漠化土地圖斑共計415個,通過圖斑數據庫可以直接對鄉級、區(縣)級及市級的沙化和荒漠化土地的面積及其它屬性數據進行統計,并可進行各鄉、區(縣)間的比較分析,并綜合各種自然、氣候條件來分析沙化和荒漠化土地的形成原因,為尋找治理對策提供了可靠的依據。

2.4建立了天津市山區森林防火地理信息系統

森林火災是威脅森林資源安全的首要災害,隨著京津風沙源治理工程在薊縣的實施,截止到“十五”末期,薊縣林業用地面積已達5.9萬hm2,林木覆蓋率達到了41.2%。由于山區地勢復雜,如不能及時掌握森林火災發生發展規律、林火周邊地形、地物狀況、救火資源分布等信息,將會對及時撲救工作造成阻礙,另一方面也會造成人力與財力的浪費。2002年初,天津市開展了山區森林防火地理信息系統建設,主要利用遙感技術獲取山區火情的TM影像信息,利用GPS定位系統進行觀測站點、森林火點以及火災發生時撲救隊伍的行動路線方向的坐標定位,并且通過GIS技術平臺將接收的數據直接反映到系統界面中與地圖疊加顯示,達到進行林火監測、確定火險等級、進行實時的指揮和分析決策、分析火災造成的損失、部署災后的資源恢復措施工作及完善防火設施規劃布局的目的,全面針對山區地域進行森林防火的規劃、評估、分析、決策和管理。

3天津市數字林業存在的問題

3.1基礎建設薄弱

數字林業建設是一項系統工程,需要投入較多資金。天津市數字林業建設時間較短,基礎設施還比較薄弱,軟硬件條件都比較缺乏。由于網絡環境較差,造成了市級數據和區縣級數據交換與系統運行管理各為一體,沒有有效地發揮網絡的作用,無法實現市級和縣級數字林業的信息共享,從而造成資源浪費、數據使用率較低,許多有價值的數字林業信息尚未被合理使用。

3.2人才隊伍建設不到位

目前,天津市專門從事林業信息管理的人員仍然得不到保障,全市從事林業信息管理工作的人員只有20多人,尤其是基層人員的工作長期處于不穩定狀態,多數人員仍兼有其他工作,無法及時完成數據采集、更新、維護與共享,且人員素質水平不一,缺乏正規培訓,技術力量薄弱。數字林業的高新技術目前大多屬于“專家”技術,沒有較深的專業知識是無法掌握的,各種軟件的英文就讓多數人望而卻步,結果造成雖然高新技術層出不窮,但是人員專業知識更新不到位,難以及時落實到實際工作中。

3.3數字林業表現手段單一

由于數字林業目前還是一個較新的領域,天津市的數字林業還僅處于起步階段,呈現手段大多還處于一種靜態的、書面的形式,對森林資源管理和經營動態顯示僅在理論階段,如何建立一些動態的數學模型和算法對森林經營進行模擬和仿真還需要今后進一步的研究。此外,關于數字林業技術的網際交流還不夠完善,網—網合作資源共享、優勢互補還有賴于各省市、各部門的通力合作,這些都制約了天津市數字林業的綜合性智能化決策。

4數字林業在天津市的發展對策及應用前景

4.1發展對策

4.1.1加強基礎設施及人員隊伍建設積極爭取財政資金投入,改善軟硬件及網絡條件。各區縣林業部門應成立專門的信息管理部門,擁有一批既精通林業技術知識,又能熟練掌握計算機等現代化管理設備操作技能的專業技術人員。每年開展各級技術人員數據信息采集、處理、更新、維護、分析和管理的技術規范或規程、管理制度、設備和軟件使用的培訓工作,確保相關數據和資料的及時、準確收集和更新,形成一支技術領先、團結合作、分工負責的建設隊伍。同時,通過加強人才交流、引進,跟蹤國內外信息化技術的先進水平,全面提高數字林業建設者的創新能力和技術應用能力。

4.1.2按照數字林業標準與規范進行數據集成為了實現與國家及各區縣級數據交換網絡連接,應建立一個全面共享的基礎數據公共平臺和系統應用平臺。要實現數據完全共享就要求采集的數據具有一定的標準和規范,易于交換。我國林業行業及相關行業都有現行的國家標準或行業標準,在數字林業建設中,首先應盡可能按照已通過專家論證的《數字林業標準與規范(一)》進行基礎數據的采集和存貯。遵照有關的數據標準規范,可以使數據庫的開發者依此來實施數據庫的統一建設、維護和更新,從而減低數據庫的冗余度,并增加整個數據庫的完整性。

4.1.3建立空間動態數學模型通過虛擬森林防火、森林病蟲害防治、樹木生長和智能化種苗培育等林業問題,在相關軟件系統平臺上,建立基于統計分析與數值模擬的模型庫、專家知識庫、方法庫、參數庫等。通過綜合分析、評價、模擬、預測和仿真,為森林災害監測預警評估、生態環境建設、林木種苗培育等工程,提供科學合理規劃的平臺和信息,評價工程和建設成效,為決策層提供基礎材料和備選方案。

4.2數字林業在天津市的應用前景

4.2.1生物多樣性保護利用氣候、植被、動物群落結構變化動態、遺傳資源變化等方面的數據,模擬環境變化對天津市瀕危生物的影響,將有利于及時采取有效措施來保護生物種群的多樣性。

4.2.2生態旅游設計用數字林業的信息管理及模擬能力,通過虛擬現實技術,可以在數字林業系統上作虛擬生態旅游規劃及設計,以確定決策的正確性、可能的發展前景以及虛擬綠色旅行等。

4.2.3優化林業投資決策針對天津市森林資源缺乏的現狀,利用數字林業信息,合理利用天津市其它資源及信息、自動化控制技術等,揚長避短,精確地調整各項土壤和林木作物管理措施,最大限度地優化各項投入,以獲取最需要產品的最高產量和最大經濟效益。同時,通過數字林業信息反映出的森林景觀變化特征,可以掌握森林健康及對環境效應影響等方面的數據,提高森林健康水平及其生產能力。

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