組件式森林生態區位管理系統關鍵技術的研究和實現

陳杰，洪端芳，譚芳林，林立更

(1.福建省林業科學研究院，福建 福州 350012；2.福建省森林資源管理總站，福建 福州 350003)

區位表征了一個事物在一個相互聯系的體系中所處的地位及其與相鄰事物的關系，同時說明了它在這個體系中的重要性。森林是陸地生態系統的主體，森林生態區位是指一定面積的森林的空間位置及其生態重要性的標志。森林具有強大的生態功能，但是位于不同區域的森林發揮的生態作用卻有很大的不同，處于一定位置的森林生態區位表現為具有一定面積分布的森林對維持區域生態安全的重要性程度，是其對生態功能影響力大小的標志[1，2]，體現了該森林生態系統對維持區域生態安全的重要程度[3]。森林生態區位由其所處空間位置和與之相關的空間要素所決定的。這些空間要素包括地形地貌、海拔、坡度、坡位、坡向等，因此，森林生態區位必須在地理信息系統技術支持下，采用一定的體系和標準和基礎數據進行區劃界定，建立森林生態區位空間數據庫。為了動態管理森林生態區位數據，提取生態區位小班，本文研究利用地理信息組件開發森林生態區位管理系統，為優化生態公益布局提供可視化的空間決策支持。

1 需求分析

由于森林生態區位是根據不同的保護對象進行動態調整并提取相應林班小班數據作為優化生態公益林管理的基礎，因此生態區位管理系統集成了生態區位區劃數據、DOM數據、掃描地形圖、森林資源分布圖、基礎地理信息等空間和屬性數據統一管理，實現基于地理信息技術的森林生態區位修改、編輯、查詢和分析，以及基于空間分析技術的森林資源小班區位信息的提取等主要功能。系統面對基層林業工作人員，針對用戶的特點，要求用戶交互界面簡單明確，系統集成度高、耦合性強。

2 數據庫設計

系統采用微軟SQLserver和ArcGISGeoDatabse數據庫存儲屬性和空間數據，通過ADO.NET和ArcGISSDE技術實現屬性和空間數據的管理(圖1)[2，4]。系統需要的數據如下：

2.1 基礎地理數據

基礎地理數據包括行政區劃、交通、水系等。其中行政區劃數據包括省、設區市、縣(縣級市、區)、鄉(鎮)、行政村5級行政區劃數據及各級政府駐地；國道、省道、高速公路、鐵路、高速鐵路系統組成的陸路交通數據；閩江、九龍江、敖江、汀江、晉江、龍江、木蘭溪、交溪等“六江兩溪”重點流域的水系數據。

2.2 遙感和掃描地形圖

SPOT5遙感衛星影像經過預處理和數據融合，按照1:10000的比例尺分幅鑲嵌裁切生成數字正射影像(DOM)，以及1∶10000掃描地形圖數據，統一存儲為ArcGISGeodatabase。

2.3 林業生態區位分布數據

林業生態區位是根據森林要素分布的自然地理特點結合森林資源自身的特點，以及對國土生態安全、生物多樣性保護和經濟社會發展具有重要作用，以發揮森林生態和社會服務功能為主要經營目的界定的林地區域范圍，主要包括世界自然遺產保護地，國家級和省級自然保護區，森林公園，“六江兩溪”源頭及兩岸保護地帶，沿海防護林及基干林帶，飲用水源保護區，重點水庫和湖泊保護周邊保護林地，國道、高速公路和鐵路周邊一重山林地等區劃形成面狀數據圖層，并根據其保護級別確定其重要性等級。

2.4 森林資源分布數據

根據《福建省森林資源規劃設計調查技術規定》調查制作森林資源分布數據，包括地類、林種、樹種、年齡等關鍵信息。

3 關鍵技術

COM架構是基于面向對象技術構建，將程序開發過程中經常使用的功能按照面向對象的原則，采用匯編或C++等語言編寫并編譯成動態鏈接庫文件(DLL)或可執行文件，這些文件即為組件。ArcGISEngine是基于MicrosoftCOM規范設計提供的一個面向桌面開發地理信息系統類庫產品，其核心代碼采用C++語言編寫，提供了兼容多種開發語言的GIS應用開發控件。[5-7]

圖2生態區位查詢菜單

系統開發在VisualStudio平臺和C#語言支持下，采用面向對象的開發方法和基于C/S兩層架構體系開發。數據層采用.Net和ArcGISSDE技術實現對屬性和空間數據的增、刪、改、查等基本操作。表現層采用JanusWinFormsControls組件和ArcGISEngine提供的控件為基礎，構建Ribbon風格的用戶交互界面。在此基礎上實現圖層管理、地圖顯示、查詢統計、制圖輸出、數據管理等功能(見圖1[8-10])。

圖1體系結構

4 功能實現

根據使用對象和需求分析，在關鍵技術支撐下，系統的表現層由區位查詢和統計、森林資源小班區位代碼提取、空間與屬性數據交互查詢、生態公益林決策支持等模塊組成。在用戶交互界面實現上，利用JanusWinformsControlsRibbon控件將各模塊工具和菜單集成一個Ribbon組，優化命令和工具的操作流程。

4.1 區位查詢和統計

生態區位查詢可以按照使用單位和地區不同，在初次使用系統時，根據用戶所管理的生態區位類型動態配置，并生成相應的配置文件，實現基于行政區劃、空間位置等查詢和統計。利用ArcGISEngine提供的查詢工具接口生成的查詢條件從數據層查找相關數據，并反饋給表示層，以GIS圖層顯示查詢結果，統計結果以報表形式表現(見圖2，實現的系統過程見圖3)。

圖3 生態區位查詢流程圖

4.2 森林資源小班區位代碼提取

森林資源小班區位代碼提取和賦值使用ArcGISEngine中Geoprocessing(地理處理)模塊進行操作。由于各生態區位可能在空間上存在相互重疊的情況，落在這些的生態區位上的林地小班根據生態區位重要性等級采用從低到高的“迭代賦值法”對小班的區位代碼字段進行賦值(見圖4)。

圖4森林資源小班區位代碼提取模型

4.3 空間與屬性數據交互查詢

基于ArcGISSDE技術的空間數據存儲尚未實現對地理數據屬性表的自動加載，為解決這一問題，系統基于Ado.Net“數據感知”技術編寫了一個ForeDataTable實現對屬性表的訪問與空間數據的交互查詢(圖5)。

圖 5 ForeDataTable 類結構圖

在空間數據與屬性數據交互查詢中，首先獲取當前操作的圖層名稱，實現基于ILayer接口申明的圖層對象，調用類中的靜態方法CreateDataTable或CreateDataTableAll兩個方法，分別實現翻頁調用和全部記錄，通過CreateDataTableByLayer方法，實現從空間數據屬性表到DataTable的轉變并作為DataGridView數據源。在DataGridView中單擊某一條屬性，則在“地圖窗口”中，自動定位到該屬性關聯的空間要素。

4.4 優化生態公益林布局決策支持

生態公益林管理護政策要求一定區域的生態公益林保護面積保持相對穩定，但由于基礎設施建設、保護對象及生態公益林內部因子的改變，導致生態公益林是動態變化的，區劃并建立森林生態區位數據庫主要是為了優化生態公益林布局。本系統基于空間分析的技術基礎上，可以根據非區位內的森林資源小班的區位等級、面積、起源，綜合地形地貌等空間分布的等因子為生態公益林優化布局提出完善的調整方案，為生態公益林日常管理提供決策支持。

5 結論和討論

本文運用組件開發技術，在ArcGISEngine地理信息系統二次開發組件和JanusWinForms組件，在MicrosoftVisualStudio平臺上，開發了基于地理信息系統的森林生態區位管理系統，系統運用空間建模技術，將區位代碼的提取集成到系統中，可以實時更新小班的生態區位信息，實現了生態區位動態管理和森林資源小班區位代碼的提取功能等，為生態公益林的日常管理提供決策支持。系統構建Ribbon風格的交互體系，將地理信息技術常用的功能做了歸納和整理，為基層林業管理人員提供了友好的交互界面。系統在ArcGISRuntime的支持下，可以獨立安裝部署，降低了的軟件部署的成本和難度。

森林生態區位和生態公益林的管理是省、市、縣三級聯動的管理體系，系統管理的對象不僅包括森林生態區位數據，還包括森林資源小班數據以及其他的基礎地理信息，還需進一步完善與其他相關管理系統的銜接，建立三級聯動更新生態區位管理系統。森林生態區位與空間位置和特征關系密切，系統還要進一步開發三維功能，進一步完善生態區劃功能。

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