移動(dòng)GIS在森林調(diào)查內(nèi)外業(yè)一體化中的應(yīng)用

李少青

(福建省三明市三元區(qū)莘口林業(yè)工作站，福建 三明 365000)

1 引言

森林資源調(diào)查是由國有大型林場、自然保護(hù)區(qū)、森林公園、縣級(jí)行政部門等森林管理單位進(jìn)行的調(diào)查活動(dòng)[1～4]。為了滿足森林分類管理的需求，就需要制定和研究科學(xué)培育和管理的經(jīng)營方案，以此來更加合理地保護(hù)和使用森林資源，而隨著21世紀(jì)的到來，GIS、RS、GPS、PDA等多種現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)不斷地發(fā)展，森林資源管理技術(shù)得到了不斷的創(chuàng)新，為了能夠更快地推進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，應(yīng)用GIS技術(shù)進(jìn)行林業(yè)科學(xué)研究就變得十分重要[5]。

在以往森林資源調(diào)查時(shí)，利用PDA采集數(shù)據(jù)和圖形數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成矢量圖，并存儲(chǔ)在信息系統(tǒng)軟件中。在森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，如果能計(jì)算出面積、覆蓋率、木材產(chǎn)量等小類的數(shù)據(jù)，并把這些數(shù)據(jù)傳輸?shù)较嚓P(guān)測量部門內(nèi)，進(jìn)行大量的實(shí)時(shí)計(jì)算，再為今后的計(jì)劃編制提供合理可靠的依據(jù)，最終將這些數(shù)據(jù)提交給森林資源庫。除此之外，GIS是空間數(shù)據(jù)管理的最先進(jìn)、最實(shí)用的技術(shù)，它具有空間數(shù)據(jù)管理、屬性數(shù)據(jù)管理、輔助應(yīng)用等功能。森林資源管理已發(fā)生了翻天覆地的變化， 隨著GIS技術(shù)的廣泛應(yīng)用，林業(yè)工作者可以利用GIS進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)控，并結(jié)合相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行電子制圖、編輯等，以減少大量的人力和物力，使森林信息資源、森林經(jīng)營決策優(yōu)化等更為精確，為日后國家掌管森林資源、預(yù)防和救治森林自然災(zāi)害等提供更大的便利[6]。

2 內(nèi)外業(yè)一體化與移動(dòng)GIS的涵義

2.1 內(nèi)外業(yè)一體化的涵義

內(nèi)外一體化的重要意義是利用相同的操作環(huán)境和性能環(huán)境實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場數(shù)據(jù)的任意轉(zhuǎn)換和關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新[7]。

2.2 移動(dòng)GIS的涵義

移動(dòng)GIS又稱地理信息系統(tǒng)，而地理信息系統(tǒng)(移動(dòng)GIS)是一個(gè)計(jì)算機(jī)集成的應(yīng)用系統(tǒng)，而隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、軟件硬件技術(shù)的快速發(fā)展，GIS技術(shù)可以將計(jì)算機(jī)制圖、信息統(tǒng)計(jì)等，與森林資源地理信息系統(tǒng)相結(jié)合，充分地利用相關(guān)數(shù)據(jù)庫和實(shí)時(shí)電子地圖信息，對(duì)國內(nèi)森林資源信息管理進(jìn)行充分的調(diào)查與分析，大大減少日后工作人員在野外調(diào)查的工作量，節(jié)約了大量的成本，而且更加方便快速地掌握了森林動(dòng)態(tài)資源，為日后森林救災(zāi)救援工作提供了更加安全的保障[8]。

3 移動(dòng)GIS在森林調(diào)查內(nèi)外業(yè)一體化中的應(yīng)用

3.1 移動(dòng)GIS的應(yīng)用背景

以往，雖然GIS紙質(zhì)版森林地圖在野外調(diào)查當(dāng)中得到了十分廣泛的應(yīng)用，但是該方法不能直接將現(xiàn)有的定位于信息實(shí)時(shí)地傳輸?shù)搅謪^(qū)的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，因此移動(dòng)GIS技術(shù)的發(fā)展十分重要。相關(guān)工作人員可以利用最新的移動(dòng)GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)管理，創(chuàng)建更多新型管理功能，并由此建立森林資源調(diào)查系統(tǒng)和移動(dòng)GIS終端，徹底實(shí)現(xiàn)無紙化野外調(diào)查與森林資源整合[9]。

3.2 移動(dòng)GIS的應(yīng)用領(lǐng)域

該系統(tǒng)可廣泛應(yīng)用于森林資源、水系、道路、居民點(diǎn)等領(lǐng)域，通過GIS實(shí)時(shí)顯示用戶定位圖，可以查詢天然林保護(hù)小班相關(guān)信息，核查森林資源信息，進(jìn)行森林資源管理，預(yù)防森林火災(zāi)，探尋森林資源項(xiàng)目，指揮大量木材生產(chǎn)，確認(rèn)森林經(jīng)營權(quán)等[10]。

3.2.1 森林類

通過實(shí)時(shí)調(diào)查分析顯示，通過GIS定位，森林信息管理系統(tǒng)將直接顯示位置信息和相關(guān)測量數(shù)據(jù)。

3.2.2 歸類并搜索

從第一類資源檔案中檢索第二類資源檔案，第三類資源檔案等等。

3.2.3 幫助分割一個(gè)小類

該系統(tǒng)可以直接讀取森林和研究人員的位置信息，在定位過程中，可以清晰地看到森林邊界。

3.2.4 森林經(jīng)營案件偵查

在森林資源調(diào)查過程中的行政案件偵查，方便分類，大大提高其偵查效率[11]。

3.2.5 形成準(zhǔn)確的森林地形圖

通過GIS系統(tǒng)可以將衛(wèi)星遙感圖像直接疊加到電子地圖之上，更好地反映衛(wèi)星的實(shí)時(shí)視覺顯示，幫助相關(guān)人員在森林當(dāng)中辨別正確的方向，杜絕一切自然條件的危害，助其更好更快地完成任務(wù)[12]。

3.2.6 準(zhǔn)確分清林農(nóng)耕作界限

森林資料可以直觀地顯示出在建項(xiàng)目的林地和農(nóng)田的實(shí)時(shí)邊界，預(yù)防因森林與農(nóng)耕接線不清晰造成的必要麻煩[13]。

3.2.7 生產(chǎn)經(jīng)營管理

有效監(jiān)督林業(yè)生產(chǎn)，木材生產(chǎn)等等，而且GIS實(shí)時(shí)監(jiān)控管理者還可以提供跟蹤和質(zhì)量控制，提高整體經(jīng)營管理模式的嚴(yán)謹(jǐn)性[14]。

3.2.8 自動(dòng)繪圖

長期以來，我國林業(yè)圖形處理大多是手工作業(yè)，必須通過修改圖紙、拼接、清理、復(fù)印等方式繪制林業(yè)地形圖，而這復(fù)雜的制圖方式也給林業(yè)圖形處理帶來了一些困難。在每一次調(diào)查的生產(chǎn)和應(yīng)用過程中都需要重新繪制森林圖，這不僅要耗費(fèi)人力和物力資源，而且還要依靠實(shí)時(shí)的森林資源地理信息支撐。但提供GIS技術(shù)建立的電子森林資源地理信息系統(tǒng)，可以實(shí)時(shí)反映森林資源分布，隨時(shí)滿足各部門規(guī)劃、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)的需要[15]。

3.3 在外業(yè)調(diào)查中的使用

移動(dòng)GIS可以實(shí)時(shí)更新復(fù)雜多變的野外調(diào)查矢量數(shù)據(jù)，包括森林、公路、河流、地形、非林地、土壤、坡度等數(shù)據(jù)，還可以更新落后地區(qū)的野外調(diào)查數(shù)據(jù)，更新與現(xiàn)代野外調(diào)查數(shù)據(jù)無關(guān)的數(shù)據(jù)，以找尋最初上傳移動(dòng)GIS的森林資源前期管理數(shù)據(jù)(圖1)。

圖1 GIS森林調(diào)查系統(tǒng)

3.4 內(nèi)業(yè)及經(jīng)營使用

該方法不僅適用于野外調(diào)查，而且在野外調(diào)查后的工作方案設(shè)計(jì)和編制中發(fā)揮了重要作用。利用GIS技術(shù)測量數(shù)據(jù)采用移動(dòng)空間分析方法，對(duì)森林經(jīng)營的調(diào)查單位和有關(guān)部門，如經(jīng)營期限、營林、部分林地等調(diào)查提供了更為精準(zhǔn)的測量手段，同時(shí)也可以保證其數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)更新[16]。

3.5 查詢分析森林資源數(shù)據(jù)

在調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、分析過去森林資源狀況后，特別是對(duì)采伐、造林、決策的調(diào)查與分析，使得專業(yè)技術(shù)人員與林業(yè)專家認(rèn)識(shí)到必須及時(shí)了解森林資源的現(xiàn)狀和變化趨勢，并通過移動(dòng)GIS技術(shù)制定相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，促進(jìn)森林內(nèi)外業(yè)一體化[17]。

4 實(shí)現(xiàn)內(nèi)外業(yè)一體化的要求

4.1 統(tǒng)一操作環(huán)境

內(nèi)部和外部的操作性能環(huán)境基本是相同的，所以在野外調(diào)查中，現(xiàn)場實(shí)測數(shù)據(jù)具有相同的運(yùn)行環(huán)境，不需要對(duì)觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)以確保投影坐標(biāo)一致[18]。在任何時(shí)間更新數(shù)據(jù)，都可以通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及時(shí)反饋到現(xiàn)場工作，而且大量的結(jié)果表明，內(nèi)部和外部數(shù)據(jù)的一致可以在極大程度上減少數(shù)據(jù)測量的誤差，而誤差的減少就可以大大提高現(xiàn)場工作效率。

4.2 自由定義操作流程

內(nèi)部和外部工作的一體化可以實(shí)現(xiàn)靈活的分工，這樣的內(nèi)部和外部的分工可以自由地確定過程，不增加調(diào)查人員的工作量，而且內(nèi)部和外部的工作協(xié)調(diào)，也可以大大增加其專業(yè)部門的工作效率[19]。除此之外，不同部門對(duì)森林資源內(nèi)外林業(yè)的調(diào)查結(jié)果有著不同程度的要求，因此，林業(yè)專家可以通過移動(dòng)GIS技術(shù)擴(kuò)展并建立用于不同森林地理位置和氣候條件的檢測數(shù)據(jù)單元框架，以此來擴(kuò)大森林資源數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)種類，提高森林資源數(shù)據(jù)的正確性。

5 應(yīng)用移動(dòng)GIS的優(yōu)勢

5.1 信息資源管理

將GIS技術(shù)與森林資源管理相結(jié)合，可以使森林資源檔案管理和森林地理信息管理更為輕松，而且在森林資源檔案中以空間數(shù)據(jù)為綜合分析和處理屬性的數(shù)據(jù)是不可或缺的[20]。為了克服屬性數(shù)據(jù)分析的缺點(diǎn)，可以先導(dǎo)出空間屬性數(shù)據(jù)，然后將資源文件導(dǎo)入森林資源管理系統(tǒng)中，而這些步驟對(duì)森林資源信息數(shù)據(jù)的管理起到了重要的作用。

5.2 優(yōu)化森林分類經(jīng)營決策

將GIS技術(shù)與森林經(jīng)營優(yōu)化模型相結(jié)合，并進(jìn)行定量分析，可以為森林經(jīng)營方案的編制提供更準(zhǔn)確的信息，使森林經(jīng)營方案的編制更加科學(xué)、實(shí)用。在林業(yè)生產(chǎn)建設(shè)中，空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的結(jié)合可以直接顯示出優(yōu)化決策的結(jié)果，也可以為林業(yè)經(jīng)營向粗放經(jīng)營轉(zhuǎn)變提供技術(shù)支持。而移動(dòng)GIS技術(shù)與森林資源的信息管理系統(tǒng)的融合，可以為提高森林經(jīng)營決策水平提供時(shí)間和方向信息，為森林經(jīng)營的決策提供保障[21]。

5.3 便于分類管理

GIS系統(tǒng)會(huì)根據(jù)研究區(qū)的森林功能、商品林的具體標(biāo)準(zhǔn)對(duì)森林信息管理進(jìn)行更為系統(tǒng)的分類。如森林保護(hù)與森林經(jīng)營的特殊目的是最大限度地滿足商業(yè)用材林的需求，滿足多種分割條件。其次，在對(duì)商品林進(jìn)行分類經(jīng)營的結(jié)果中可以看出，商品林的劃分結(jié)果可以保存，一旦進(jìn)入，就需要調(diào)整好幾個(gè)層次。最后，相關(guān)技術(shù)部門需要充分規(guī)劃利用GIS的空間分析功能，更有效地發(fā)揮林業(yè)的主導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)森林資源的自動(dòng)可視化。

5.4 抽樣調(diào)查設(shè)計(jì)

森林抽樣設(shè)計(jì)是林業(yè)調(diào)查的基礎(chǔ)，同時(shí)它也被廣泛應(yīng)用于森林資源調(diào)查，如森林資源地形圖篩查、航空攝影、林業(yè)數(shù)據(jù)管理、專題地圖繪制、林業(yè)地理信息系統(tǒng)更新、抽樣函數(shù)設(shè)計(jì)、二次抽樣調(diào)查等，使各森林樣地通過坐標(biāo)定位和局部驗(yàn)證保持它們之間的一致性[22]。

5.5 專題制圖

森林專題圖是反映森林資源狀況的重要手段之一，反映了森林經(jīng)營活動(dòng)內(nèi)容的豐富、信息量的巨大。而森林資源多樣性功能廣泛應(yīng)用于森林景觀的分布、評(píng)價(jià)、預(yù)測、規(guī)劃、設(shè)計(jì)、管理、制圖等，是森林景觀規(guī)劃實(shí)施的指導(dǎo)措施。森林經(jīng)營是制定森林經(jīng)營規(guī)劃和總體設(shè)計(jì)的重要依據(jù)，森林防火圖是提供防火塔、地形、通訊、消防設(shè)施、水資源配置、森林防火等的森林資源現(xiàn)狀動(dòng)態(tài)圖的。利用GIS軟件建立數(shù)字專題地圖就可實(shí)時(shí)獲得森林資源動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)[23]。

5.6 采集砍伐規(guī)劃設(shè)計(jì)

森林采伐規(guī)劃設(shè)計(jì)應(yīng)以合理配置森林資源、調(diào)整森林資源結(jié)構(gòu)、提高森林資源質(zhì)量、確定合理采伐方式為基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)合理采伐結(jié)合當(dāng)?shù)刭Y源分布、林分結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和立地條件，有助于生態(tài)平衡、水土保持、更新林地，并將GIS技術(shù)應(yīng)用于森林采伐空間分析的可視化管理是實(shí)現(xiàn)少量森林采伐，應(yīng)用GIS技術(shù)直接反映特定空間，借助于系統(tǒng)技術(shù)分析了地理信息系統(tǒng)中關(guān)系數(shù)據(jù)庫與相關(guān)地理屬性，增加其采集砍伐規(guī)劃設(shè)計(jì)的合理性[24]。

5.7 造林規(guī)劃與景觀設(shè)計(jì)

通過科學(xué)分類規(guī)劃和管理，充分利用森林資源，加快森林恢復(fù)，提高森林質(zhì)量，強(qiáng)化森林資源結(jié)構(gòu)[25]，加強(qiáng)生物多樣性保護(hù)，增強(qiáng)森林生態(tài)系統(tǒng)的整體功能，提高森林生產(chǎn)力和森林經(jīng)營效益，因此將GIS應(yīng)用于根據(jù)造林樹種的生物學(xué)特性，并根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，對(duì)森林資源的多樣性和生物多樣性進(jìn)行了較為準(zhǔn)確的規(guī)劃和設(shè)計(jì)，這也是造林規(guī)劃設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容[26]。利用GIS的空間分析功能，可以分析林產(chǎn)工業(yè)區(qū)的坡度、坡向、土壤類型、坡高等因素，并根據(jù)合適的土壤數(shù)據(jù)植樹造林，恢復(fù)森林質(zhì)量[27]。

6 結(jié)論與展望

6.1 結(jié)論

GIS是當(dāng)前我國最先進(jìn)、實(shí)用的測繪技術(shù)，同時(shí)也是一種可以做到實(shí)時(shí)更新森林地圖數(shù)據(jù)的數(shù)字測圖系統(tǒng)。它具有空間數(shù)據(jù)管理、屬性數(shù)據(jù)管理、輔助應(yīng)用地理信息等系統(tǒng)應(yīng)用效果，極大地改變了傳統(tǒng)的森林資源管理方式，為我國目前的國內(nèi)林業(yè)管理提供了新的技術(shù)保證。因此，GIS的應(yīng)用也可以有效地解決這一方法的操作壓力問題，所以將移動(dòng)GIS應(yīng)用到森林調(diào)查內(nèi)外業(yè)一體化中是切實(shí)可行的，又因其操作簡單、測量數(shù)據(jù)誤差較小，也可以減少不必要的人力和財(cái)務(wù)資源浪費(fèi)。而地理信息系統(tǒng)——移動(dòng)GIS，這一種獲取森林信息的新系統(tǒng)開發(fā)，主要針對(duì)于森林新資源的獲取，對(duì)虛擬資源地理信息系統(tǒng)的管理，對(duì)于管理林業(yè)的相關(guān)部門來說至關(guān)重要，同時(shí)在推進(jìn)林業(yè)工程方面也有著巨大的影響和作用。

6.2 展望

通過移動(dòng)GIS在森林調(diào)查內(nèi)外業(yè)一體化中的應(yīng)用可以為該行業(yè)創(chuàng)造出統(tǒng)一的操作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)自定義制定操作流程，促使在森林資源調(diào)查時(shí)間緊迫、重視任務(wù)的時(shí)候，確保對(duì)人員和設(shè)備的優(yōu)化配置。除此之外，采用內(nèi)外結(jié)合的調(diào)查方法，大大解決工作壓力過大、操作繁瑣等問題，保證森林資源調(diào)查的工作質(zhì)量，將誤差降到最低，減少不必要的人力和財(cái)力浪費(fèi)，為國家更多貢獻(xiàn)資源支持。