幾種地理信息工具在林業(yè)項目管理中的應用

王 強，范小莉，梁 玉，房 用*

(1.山東省林業(yè)外資與工程項目管理站,山東濟南250014； 2.山東省林業(yè)科學研究院，山東濟南250014)

1 林業(yè)項目管理的特點和需求

1.1 林業(yè)項目特點

本文所討論林業(yè)項目主要指政府投資建設的造營林項目， 屬于建設項目范疇。 原國家林業(yè)局2002年制定的《造林質量管理暫行辦法》規(guī)定，造林項目要嚴格按照國家規(guī)定的基本建設程序進行管理[1]。 然而，相對于建筑類項目，林業(yè)項目天然具有分布廣、環(huán)節(jié)多、周期長、量化難、變化快等特點，直接套用建設項目流程有很多不適宜的地方。 實際上，《造林質量管理暫行辦法》已經(jīng)于2016年廢止[2]，但專門針對林業(yè)項目管理的規(guī)范性文件還沒有出現(xiàn)，項目申請及審批等環(huán)節(jié)多沿襲舊例，大體按“按工程投資、按規(guī)劃設計、按設計施工、按工程管理”的原則，向依國家基本建設程序規(guī)定的全過程管理發(fā)展，林業(yè)行業(yè)特色體現(xiàn)不足，林業(yè)項目的特色化、系統(tǒng)化管理有待加快成熟。

基本建設程序指建設項目從規(guī)劃、設計、評估、決策、施工到竣工驗收、投產(chǎn)使用的全過程。 具體到林業(yè)項目實施，涉及項目篩選、建議書申報、可行性研究報告申報、資金申請報告申報、實施方案制定、項目實施、監(jiān)督指導、檢查驗收、竣工報告編寫等多個環(huán)節(jié)。 項目有其自身特點，如周期性、獨立性、綜合性等，這些特點決定了林業(yè)項目管理的范疇要遠大于單純的造營林活動， 是一種綜合的管理工作（表1）。

我國林業(yè)項目管理的特點與改革開放以來經(jīng)濟社會管理調整的變化是一致的，經(jīng)歷了從“總體性支配”到“技術性治理”的變化過程[3]。 面向未來，現(xiàn)代林業(yè)項目的管理更需要強化“技術性”與“總體性”的結合，以“精準化”為主要特征推進林業(yè)建設工作。

表1 項目的幾個特點

1.2 林業(yè)項目管理的需求

按照項目生命周期，林業(yè)項目在不同階段有不同的需求。 項目啟動階段包括規(guī)劃、設計、評估、決策等環(huán)節(jié)，需要落實地塊、樹種、密度及栽植方式等內容。 按精準管理要求， 造營林信息要具體到小班—在啟動前即計劃好每一個小班的位置、 大小、樹種、栽植方式等信息。 項目造林要避免像傳統(tǒng)的計劃造林，僅確定造林面積等大而化之的信息。 明確的小班信息更能夠保證項目規(guī)劃涉及的嚴肅性和評估決策的針對性。

項目實施中，即項目施工階段，按照落實的小班、樹種、造林模式進行造林，保證符合項目可行性研究報告的要求；投入和產(chǎn)出也可以以小班為基本單位進行及時的記錄、匯總及分析。 實施中如有調整項目內容的需要，同樣可以按規(guī)定報批后進行小班尺度上的調整。 規(guī)劃的精準和項目執(zhí)行中的靈活性并不相違背。

項目竣工檢查或執(zhí)行中監(jiān)測時，管理人員可以以小班數(shù)據(jù)庫和電子地圖為基礎，保證監(jiān)測的真實性和抽查的隨機性。 符合要求的小班數(shù)據(jù)庫和電子地圖也保證了項目工作的穩(wěn)定性和延續(xù)性，能保證深刻的“機構記憶”，不會因為人員變動而影響項目實施。 另一方面，各級使用的數(shù)據(jù)具有一致性，對項目執(zhí)行的效果，可以從不同角度通過小班數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計分析，高效方便。

本文針對林業(yè)項目的造林過程，介紹相關地理信息工具在項目管理中的應用，展示其提高管理效率、提高管理精度的作用。

2 山東沿海防護林工程項目

山東沿海防護林工程項目是山東省首個對立對接歐洲投資銀行實施的林業(yè)外資項目，貸款3300萬歐元， 在全省4 市15 縣營造防護林約3.3hm2，項目于2017年3月正式啟動實施。

在項目的管理過程中，涉及省、市、縣級項目辦及造林實體等多個層次，要符合國內、國外兩方面的要求。 通過利用數(shù)據(jù)庫和電子地圖，有效提高了項目管理管理的效率和精度，以“精準化”為主要特征實踐了以項目的形式利用外資實施林業(yè)建設工作。

項目啟動之初，落實了全部造林地塊，在全省劃定1997 個造林小班，共31369.38hm2。涉及4 種造林模型、5 種造林實體。 所有小班全部上圖（ArcGIS）， 并將小班信息納入Excel 表格中作為管理數(shù)據(jù)庫。 之后的項目執(zhí)行、調整均以其為基礎，保證項目執(zhí)行的連貫性和嚴肅性。

ArcGIS 電子圖中各小班包含數(shù)據(jù)庫中的關鍵信息， 每一個小班均有唯一的歐投行ID 編號，與Excel 數(shù)據(jù)庫小班信息一一對應（圖1）。 劃定的小班信息可以導入Google 地球、奧維地圖等電腦端或移動端地理信息工具，方便項目執(zhí)行管理、檢查驗收等工作。 截至2018年底，項目已基本完成。

圖1 項目造林小班電子圖全省匯總

3 地理信息工具介紹和應用

3.1 林業(yè)項目對地理信息工具的要求

地理信息工具首先分為硬件工具和軟件工具。硬件工具主要指外業(yè)調查中需要專業(yè)GPS 手持設備， 以及目前已經(jīng)普及的帶有GPS 功能的手機、平板等，其特點及差別見表2。不論專業(yè)設備還是普通設備，都應該具有移動性好、性能可靠的特點。 軟件工具則指在電腦或移動設備上運行的能夠處理地理信息系統(tǒng)的軟件或應用。

本文主要介紹幾種軟件工具在實現(xiàn)項目管理目標中的應用。

表2 地理信息工具硬件工具特點

3.2 ArcGIS 確定項目小班所在

ArcGIS 是由ESRI 公司出品的一個地理信息系統(tǒng)系列軟件的總稱。 按應用平臺劃分有桌面版本、服務器版本和移動版本，其中一般用戶常用的是桌面版本，主要作用是畫出小班圖，掌握小班面積、位置等信息[4]。當前，ArcGIS 已經(jīng)是林業(yè)工作中常用的軟件，在林業(yè)項目管理中ArcGIS 的應用主要涉及項目區(qū)小班劃定、小班屬性信息導出等環(huán)節(jié)[5]。

3.2.1 底圖的準備

在林業(yè)項目規(guī)劃設計中，底圖主要包含不含坐標的紙質地形圖和有坐標系統(tǒng)的電子版地形圖2種類型。 前者顧名思義是紙質底圖或其掃描件，后者包括CAD 格式，Geoway 格式及ViewGIS 格式等[6]。掃描紙質地形圖可以進行坐標系配準工作，得到含有地理信息的底圖[4]。 但這種方法較為麻煩，目前影像圖可以使用國家或省級統(tǒng)一購買的衛(wèi)星影像圖片，精度要求高的地區(qū)可以購買航拍影像數(shù)據(jù)。

小班是圖形。 圖形相對整體區(qū)劃有其相對位置，因此一個項目需要使用統(tǒng)一的shp 圖（如各縣的shp 數(shù)據(jù)）作為勾畫小班的出發(fā)點。 在山東沿海防護林工程項目的實際操作中，我們即省級通過統(tǒng)一下發(fā)shp 格式縣級數(shù)據(jù)， 保證各單位匯總信息的一致性。

3.2.2 小班圖形要素數(shù)據(jù)（shapefile）的建立

小班圖形信息的建立同樣有多種方式。

（1）外業(yè)調查記錄的林地小班點坐標依次輸入到Excel 表中，采點時沿逆時針或順時針依次排列，第一個坐標點與最后一個坐標點重合，即可形成閉合的小班[4]。

（2）目前手持設備可以直接記錄小班邊界，沿小班走一圈即可準確記錄。 內業(yè)階段導出至電腦即可，一般kml 格式是較為通用的格式。

（3）直接通過ArcGIS 在底圖上勾畫。在Arcmap工具欄內點擊ArcCatalog， 在ArcCatalog 窗口中選擇建立圖層的路徑，在右邊的窗口中點右鍵，新建shapefile，要素類型中選擇“面（polygon）”[5]。

以上列出3 種構建小班的方式，但實際操作中不僅限于此，還有很多其他方法和途徑。 采用何種方式以信息準確且工作量少為原則，結合已有工作基礎，選擇合適方法。 如有些地區(qū)采用CAD 做工程設計，同樣可以將信息導出為GIS 格式[7]。

3.2.3 小班屬性

輸入的小班要完善相關信息， 如實施主體、樹種、合同編號等內容。 在左側內容列表中右擊“小班圖層”，點擊打開屬性表，選項（options），添加字段（Add filed），在添加字段對話框輸入相關內容，注意字段類型要符合信息特點，區(qū)分數(shù)值型、文本型。 編輯屬性時可以打開屬性表，逐條記錄輸入，也可以在小班點右鍵-屬性-打開圖形屬性對話框，在圖形屬性對話框中輸入屬性信息[4]。

通過上述操作， 可以獲得項目小班的全部信息。 要注意，為便于各單位數(shù)據(jù)的合并匯總，保證數(shù)據(jù)一致性， 小班屬性結構不宜各單位單獨建立，應由上級主管部門統(tǒng)一建立下發(fā)。

小班屬性可以導出為表格文件，方便業(yè)務人員日常操作。 需要注意小班必須有統(tǒng)一的編號，保證項目執(zhí)行過程中電子圖小班和表格中小班的一一對應。

3.3 Excel 快速匯總分析項目數(shù)據(jù)

匯總后的ArcGIS 小班信息， 可以通過GIS 軟件，對屬性數(shù)據(jù)庫以及空間數(shù)據(jù)庫中的信息進行綜合查詢，有豐富的逐級查詢、圖形和屬性數(shù)據(jù)互查、查詢地理因子及坐標等方式。 然而在實際項目執(zhí)行中，由于基層行政資源的稀缺性，能夠熟練使用ArcGIS 的業(yè)務人員不會一直留在一個項目，日常管理可能會交給他人。 為保證項目管理的方便， 把與ArcGIS 信息數(shù)據(jù)導出， 使用Excel 進行存儲和分析更加符合實際需求。

Excel 顯然不屬于專業(yè)地理信息工具，但能夠存儲小班信息， 能夠以數(shù)據(jù)庫的格式存儲和管理數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)透視表匯總和分析數(shù)據(jù)。 所謂數(shù)據(jù)庫的格式，即把表中的每一個列作為一個字段，每個字段包含特定類別的信息。 山東沿海防護林工程項目數(shù)據(jù)庫指標包括以下35 項指標：省、地級市、縣/縣級市/區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)（國有林場）、村（集體林場）、歐投ID、X 坐標、Y 坐標、小班、實際種植面積（hm2）、森林權屬、實施主體、地租、坡度、造林類型、主要樹種、造林年份、造林月份、株行距、每公頃株數(shù)、輪伐期(年)、土壤質地、種苗投資、整地投資、栽植投資、撫育投資、病蟲害投資、澆水投資、其他投資、市場距離（公里）、設計人、設計時間、實施主體類型、地貌類型、小班狀態(tài)。

其中小班狀態(tài)分類4 種類型： 不變、 取消、新增、修改，用來描述在項目發(fā)生的變化。小班通過I D實現(xiàn)Excel 信息與ArcGIS 信息的一一對應。 項目造林面積可以通過數(shù)據(jù)透視表實現(xiàn)快速分析[8]（圖2）。

圖2 數(shù)據(jù)透視表統(tǒng)計不同單位的各造林模型面積

在項目執(zhí)行期間，通過更新小班數(shù)據(jù)并應用數(shù)據(jù)透視表，可以快速方便匯總進展數(shù)據(jù)，從不同角度進行分析，如不同造林主體、不同造林模型的進度情況，為項目管理、報告撰寫提供準確依據(jù)并大大降低工作量。

3.4 移動端信息工具方便項目規(guī)劃、實施及檢查

3.4.1 奧維地圖

奧維地圖是一種跨平臺地圖瀏覽器[9]，集多種地圖于一體，分為手機版和電腦版，軟件支持自繪地圖、軌跡記錄、導入CAD 文件等功能[10]。利用奧維地圖軟件中的導入功能，可以將ArcGIS 中的小班生成kml/kmz 文件導入移動設備， 為準確進行外業(yè)調查提供更好的支撐。

奧維地圖支持多種地圖瀏覽，包括Google 地圖與衛(wèi)星圖、Bing 衛(wèi)星圖、百度地圖、搜狗地圖、Google地形圖、OpenCycle 等高線地圖等，還可以在這些地圖間自由切換。 山東沿海防護林工程項目實踐中常使用清晰度較高的Google 地圖，可以在地圖上隨意設置區(qū)域，下載該區(qū)域內的衛(wèi)星圖，節(jié)省流量。

在項目規(guī)劃階段，奧維地圖移動端也有助于調查和小班劃定。 使用奧維地圖直接現(xiàn)場記錄小班邊界，可以摒棄紙質地形圖，不需大量購買1：1 萬地形圖，節(jié)省購置費用，也避免紙質地形圖出現(xiàn)的老舊，購買周期長，更新地物不及時的缺點。 此外還省去了紙質圖上作業(yè)和電子數(shù)據(jù)編輯之間繁瑣的數(shù)據(jù)矢量化工作，將外業(yè)工作與內業(yè)工作全部落實同一平臺上，大大簡化工作量，提高工作效率[11]。

在項目執(zhí)行及檢查階段，奧維地圖同樣能夠提高工作效率和精度。在手機上用奧維地圖打開施工/檢查小班的kml/kmz 數(shù)據(jù)， 能直觀的看到檢查主體與造林小班的相對位置，小班位置與實際情況符合程度等內容，這種特點增加了檢查的準確性和方便性，受到項目工作者的普遍歡迎（圖3）。

圖3 在手機上查看小班示意

此外，該軟件也有一般地圖的信息查詢、位置分享等功能。 一個缺點是耗電量比較大，野外工作時最好配備充電寶。

3.4.2 Google 地球

Google 地球同樣分為電腦版和移動版， 電腦版功能較強，如可以查看設定區(qū)域歷史影像，可以查看同一地區(qū)各類地物的變遷過程，能夠直觀驗證造林效果（圖4）。

圖4 Google 地球中查看地塊歷史影像示意

和奧維地圖移動端一樣，Google 地球移動端同樣支持kml 或kmz 數(shù)據(jù)的導入和導出， 實現(xiàn)和shp文件的交互，kml/kmz 小班數(shù)據(jù)現(xiàn)場疊加Google 影像便于項目造林進展的觀測和分析。 一般國內使用奧維地圖比較方便， 但有些國外專家喜歡使用Google 地球， 為了能和他們在同一基礎上交流，實施好林業(yè)外資項目，應該對Google 地球的基本功能熟練掌握[11]。

3.4.3 Galileo 離線地圖

Galile 離線地圖也是一個歐投行專家常用的軟件。 其主要功能在奧維地圖中均有實現(xiàn)，但也有自身特點和優(yōu)勢。 首先，它是一個離線地圖，提前下載好矢量地圖以后不耗費流量，且特別省電。 其次，它有很好的基于事件的路徑及地點記錄和組織方式，符合整理和記憶習慣（圖5）。第三，其具有全球通用的特點，如果到境外工作或旅游的時候比較方便。

圖5 奧維地圖事件記錄及路線記錄示意圖

在實際應用中， 奧維地圖可以作為對事件、地點、事件、人物等信息的記錄和組織工具，對較為復雜的管理工作具有現(xiàn)實的幫助作用。 所產(chǎn)生數(shù)據(jù)可以在多個平臺上云端存儲（如iCloud 等），能夠保證數(shù)據(jù)的安全性和可移植性，方便設備更換以及減小設備丟失帶來的損失。

4 討論與展望

隨著地理信息技術的快速發(fā)展，相關工具越來越促進林業(yè)項目管理的精準和高效。 本文僅就幾種軟件/APP 在項目管理方面的應用做一綜合整理。實際上， 能夠實現(xiàn)類似功能的軟件還有很多， 如ArcGIS Online、 手持端ArcGIS Collector，Avenza Map等軟件， 有些是一些國外林業(yè)工作者習慣使用的。當然， 我們在選擇工具時一定要從實際需求出發(fā)，選擇適合自己的產(chǎn)品。 手機端還有戶外助手、六只腳等也能實現(xiàn)路徑記錄、定位等功能，但這些應用與ArcGIS 數(shù)據(jù)的結合做不夠方便，而且很費電。 本文介紹的幾種工具和應用是在項目管理實踐中篩選出來的，現(xiàn)階段應用較為方便，希望對大家的選擇有所幫助。 信息科技發(fā)展日新月異，以后還會有更多更好的工具出現(xiàn)， 需要我們一直保持敏銳，學習更新、應用實踐。