基于GIS的縣級森林病蟲害信息系統設計與應用探討

朱仲云

摘要? ? 本文基于GIS技術，結合工作實踐和理論學習，設計了一套縣級森林病蟲害信息系統，并對系統的設計環境以及系統架構、功能設計方法進行了詳細敘述。本文所介紹的縣級森林病蟲害信息系統具有可行性，不僅充分發揮了GIS技術的優勢，也能對森林病蟲害的發展趨勢進行跟蹤監測，值得推廣應用。

關鍵詞? ? GIS技術;縣級森林病蟲害信息系統;系統架構;系統功能

中圖分類號? ? S763? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2020）09-0124-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

森林資源在現代生態系統中占據著舉足輕重的地位，在改善生態環境、維持物種多樣性中具有重要作用。但是，當前森林一直遭受病蟲害威脅，根據多年來的調查結果顯示，由病蟲害造成的直接損失達到數百萬元，所以必須要立足于現代信息技術尋找治理森林病蟲害的新路徑[1]。

1? ? 系統環境設計

在本文所介紹的縣級森林病蟲害信息系統中，系統環境設計具體包括以下幾點。一是系統硬件平臺?？紤]到縣級單位的使用要求，對硬件的要求相對較低，所以設計的硬盤位40 G以上、內存超過256 M的微機即可。二是操作系統平臺。以Windows系統為操作平臺，滿足Windows XP、2007等系統的操作要求。三是數據庫平臺。平臺采用Access 2000以上的版本，各種輸出報表采用Office 2003以上的版本。

2? ? 系統架構設計

2.1? ? 系統結構設計

在本次系統結構設計期間，遵照一般系統的關系結構概念，采用“自上而下，逐層展開”的結構設計原則，強調不同模塊之間的功能耦合。同時，考慮到縣級單位對GIS系統的應用要求，除了必要的人機界面外，還應該具有基礎數據管理、查詢模塊、數據編輯等功能，并能與國家森林病蟲害防治體系相連接，確保整個系統的功能滿足預期。因此，系統結構設計采用了典型的垂直化功能設計模式，在GIS縣級森林病蟲害信息系統平臺的基礎上，將功能細分為專家知識庫模塊、預測數據模塊、數據輸出模塊、上傳國家軟件模塊、數據管理模塊等。

2.2? ? 數據庫設計

數據庫是整個地理信息系統的核心，由于應用目的存在差異性，會導致數據庫的組織方式不同。在本文的數據庫設計中，采用空間數據庫模式用來展示空間實體的位置、分布特征、大小等基本數據，符合森林病蟲害管理的標準。因此，考慮到縣級單位的需求，使用“級別到村”的行政區域劃分，數據格式為Shapefile，其中的關鍵內容包括：①核心數據，是指森林資源分布數據，通過調查縣級單位森林資源的分布情況，形成閉合的空間分布圖;②行政區域劃分數據，指縣級行政區域劃分情況，坐標系統采用了WGS1984模式，閉合面狀為shp;③基礎地理數據，是指GIS系統采集到的各種數據，包括河流、森林、丘陵、病蟲害分布等;④柵格數據，柵格數據能夠明確各種要素的分布情況，在外業調查期間能夠幫助用戶更好地了解自身所在的位置。

3? ? 系統功能設計

3.1? ? 基礎數據管理模塊

空間數據管理體現了用戶對系統功能的使用情況，其中的關鍵數據管理內容包括以下幾點。①地圖文檔數據管理。地圖文檔管理包括文檔的打開、編輯、數據管理以及數據保存等基本操作，同時也可以根據功能要求來選擇林業區域的空間劃分與基礎地理數據等。②數據導入與導出。是指將GIS采集到的野外數據輸入到系統中。③空間數據瀏覽。對數據對象的各項空間數據管理過程進行控制，包括空間信息的放大縮小、前后視圖與漫游等基本圖形操作[2]。④圖層合并。能夠將2個圖層的區域合并一起，達到地形疊加與地圖輸入的目的。

3.2? ? 數據錄入模塊

縣級森林病蟲害管理必須要遵照“預防為主，綜合治理”的原則，所以在基于GIS的系統設計中，可以按照病蟲害防治的基本要求，各個監測站及時發送與病蟲害有關的信息，并提出防治意見，為病蟲害的防治提供相應的數據支持。在模塊功能界定中，通過GIS確定目標地區的邊界之后，由測報員、監測員來匯總調查數據，并按時上報各種數據資料，包括月報、季度報表或者年度報表等。同時在本文系統設計中，添加1個Access數據庫，數據庫中包含了各種詳細的數據處理資料，包括目標地區調查表、成蟲出現記錄、森林病蟲情況以及蟲害防治資料等。例如，可以在每年3—4月幼蟲活動期以及10月左右的越冬前期來統計森林的病蟲害情況。

3.3? ? 數據查詢模塊

數據查詢模塊的功能就是要顯示各種病蟲害的處理信息，并為管理層決策提供相應的數據支持，其中的關鍵功能包括：①屬性數據查詢模塊，在數據查詢階段，用戶可以設定的查詢條件可以是一個或者多個，當用戶提出相應的查詢標準之后，系統能夠自動匹配數據庫中的資料，并將數據導入到病蟲害防治的數據表中;②屬性圖查詢，該功能實現了從屬性到空間的數據處理，用戶在系統的支持下能夠直接選擇對目標區域進行數據處理，包括數據查詢、數據輸入等，或者在病蟲害發生之后直接在軟件上更改相關數據。

3.4? ? 病蟲害預測模塊

森林病蟲害的發生具有一定的規律，所以在系統設計上為了更好地滿足基于GIS的病蟲害系統處理要求，本文在軟件設計中采用了有效積溫法。該方法重點考慮了害蟲生長時期的各個因素，在了解氣候變化的基礎上來預測病蟲害的發生時間，其中的計算關系式為：

N=K/（T-C）

式中，N為害蟲生長所需要的時間;T為病蟲發育期間溫度;K是常數，表示總積溫指標;C為最低有效溫度，單位為 ℃。

在模塊設計中，可以按照上述方法來對病蟲害的發生時期進行預測，并結合GIS系統所采集的資料，對森林病蟲害的發生、發展作進一步預測。

3.5? ? 上傳數據模塊

按照我國的相關管理規定，森林病蟲害數據都應該統一上傳到國家林業局，方便國家深入了解病蟲害發生情況。因此，在功能模塊設計中，需要在數據預處理的基礎上來明確數據的傳輸過程[3]。在功能模塊設計上，其中的基本步驟為：采集縣級森林病蟲害的GIS數據→篩選病蟲種類并做好小班記錄→篩選發生病蟲害的面積，并根據種類分類處理→生成病蟲害發生的資料→上傳數據[4]。

一般在縣級病蟲害調查期間，需要將調查任務下發到具體的鄉鎮，因而在數據處理過程中，首先就需要對多個鄉鎮的數據進行合并，這樣才能獲得詳細的病蟲害發生資料。

4? ? 實例分析

在按照上述方法構建基于GIS的縣級森林病蟲害系統之后，用戶通過人機交互界面登錄系統，此時系統與GIS系統一樣，設置圖層管理窗口、鷹眼窗口、工具欄等。系統按月統計森林病蟲害數據，并將每月的調查結果輸入到本月數據庫中，設置“shp”圖層，每個圖層都是每次的調查結果，圖層名稱設計為“2019.X.XX”。在記錄時間的基礎上，設置關鍵詞，組成為“鄉代碼+村代碼+林班號+小班號+有害生物代碼”的模式，這樣保證數據庫中存在不同的記錄。

之后在圖片編輯環節，可以直接按照圖層的病蟲害分布情況形成GIS圖像。根據GIS圖像分布，可以直接了解病蟲害情況，在用鼠標點擊相應的區域之后，會直接提供與病蟲害有關的標簽，包括病蟲害的信息、小班號、林班號等，使相關人員能夠實時了解森林病蟲害變化情況。同時，為了強化效果，在GIS的病蟲害分布上還可以通過地理信息符號的方法來調整表達方法，例如通過豐富的地圖符號與視覺標量來展示地理信息，降低工作人員分析數據的難度。

5? ? 結語

本文介紹了基于GIS的縣級森林病蟲害信息系統，從實例結果可以判斷，本文所介紹的系統具有理想的應用效果，能夠清晰展示森林病蟲害情況，具有先進性，因而應該成為未來森林病蟲害管理的首選方法。

6? ? 參考文獻

[1] 桑開軍.GIS技術林業應用實踐研究[J].綠色科技，2019（19）：121-122.

[2] 劉繼洲.林業生態環境建設中的森林病蟲害防治策略[J].吉林農業，2019（18）：100.

[3] 李浩，鄭恒宇，陳學永.無人機遙感技術在森林病蟲害監測中的應用[J].南方農機，2019，50（17）：55.

[4] 張淑梅.黑龍江墾區森林病蟲害管理信息系統構建及應用研究[D].哈爾濱：東北林業大學，2009.