移動GIS在森林調查內外業一體化中的應用

李少青

(福建省三明市三元區莘口林業工作站，福建 三明 365000)

1 引言

森林資源調查是由國有大型林場、自然保護區、森林公園、縣級行政部門等森林管理單位進行的調查活動[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培育和管理的經營方案，以此來更加合理地保護和使用森林資源，而隨著21世紀的到來，GIS、RS、GPS、PDA等多種現代科學技術不斷地發展，森林資源管理技術得到了不斷的創新，為了能夠更快地推進林業產業的不斷發展，應用GIS技術進行林業科學研究就變得十分重要[5]。

在以往森林資源調查時，利用PDA采集數據和圖形數據，將數據轉換成矢量圖，并存儲在信息系統軟件中。在森林資源規劃設計過程中，如果能計算出面積、覆蓋率、木材產量等小類的數據，并把這些數據傳輸到相關測量部門內，進行大量的實時計算，再為今后的計劃編制提供合理可靠的依據，最終將這些數據提交給森林資源庫。除此之外，GIS是空間數據管理的最先進、最實用的技術，它具有空間數據管理、屬性數據管理、輔助應用等功能。森林資源管理已發生了翻天覆地的變化， 隨著GIS技術的廣泛應用，林業工作者可以利用GIS進行實時的監控，并結合相關數據進行電子制圖、編輯等，以減少大量的人力和物力，使森林信息資源、森林經營決策優化等更為精確，為日后國家掌管森林資源、預防和救治森林自然災害等提供更大的便利[6]。

2 內外業一體化與移動GIS的涵義

2.1 內外業一體化的涵義

內外一體化的重要意義是利用相同的操作環境和性能環境實現現場數據的任意轉換和關聯，實現基礎數據的實時更新[7]。

2.2 移動GIS的涵義

移動GIS又稱地理信息系統，而地理信息系統(移動GIS)是一個計算機集成的應用系統，而隨著計算機技術、軟件硬件技術的快速發展，GIS技術可以將計算機制圖、信息統計等，與森林資源地理信息系統相結合，充分地利用相關數據庫和實時電子地圖信息，對國內森林資源信息管理進行充分的調查與分析，大大減少日后工作人員在野外調查的工作量，節約了大量的成本，而且更加方便快速地掌握了森林動態資源，為日后森林救災救援工作提供了更加安全的保障[8]。

3 移動GIS在森林調查內外業一體化中的應用

3.1 移動GIS的應用背景

以往，雖然GIS紙質版森林地圖在野外調查當中得到了十分廣泛的應用，但是該方法不能直接將現有的定位于信息實時地傳輸到林區的數據庫當中，因此移動GIS技術的發展十分重要。相關工作人員可以利用最新的移動GIS技術實現森林資源數據管理，創建更多新型管理功能，并由此建立森林資源調查系統和移動GIS終端，徹底實現無紙化野外調查與森林資源整合[9]。

3.2 移動GIS的應用領域

該系統可廣泛應用于森林資源、水系、道路、居民點等領域，通過GIS實時顯示用戶定位圖，可以查詢天然林保護小班相關信息，核查森林資源信息，進行森林資源管理，預防森林火災，探尋森林資源項目，指揮大量木材生產，確認森林經營權等[10]。

3.2.1 森林類

通過實時調查分析顯示，通過GIS定位，森林信息管理系統將直接顯示位置信息和相關測量數據。

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 幫助分割一個小類

該系統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 森林經營案件偵查

在森林資源調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 形成準確的森林地形圖

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

3.2.6 準確分清林農耕作界限

森林資料可以直觀地顯示出在建項目的林地和農田的實時邊界，預防因森林與農耕接線不清晰造成的必要麻煩[13]。

3.2.7 生產經營管理

有效監督林業生產，木材生產等等，而且GIS實時監控管理者還可以提供跟蹤和質量控制，提高整體經營管理模式的嚴謹性[14]。

3.2.8 自動繪圖

長期以來，我國林業圖形處理大多是手工作業，必須通過修改圖紙、拼接、清理、復印等方式繪制林業地形圖，而這復雜的制圖方式也給林業圖形處理帶來了一些困難。在每一次調查的生產和應用過程中都需要重新繪制森林圖，這不僅要耗費人力和物力資源，而且還要依靠實時的森林資源地理信息支撐。但提供GIS技術建立的電子森林資源地理信息系統，可以實時反映森林資源分布，隨時滿足各部門規劃、設計、生產的需要[15]。

3.3 在外業調查中的使用

移動GIS可以實時更新復雜多變的野外調查矢量數據，包括森林、公路、河流、地形、非林地、土壤、坡度等數據，還可以更新落后地區的野外調查數據，更新與現代野外調查數據無關的數據，以找尋最初上傳移動GIS的森林資源前期管理數據(圖1)。

圖1 GIS森林調查系統

3.4 內業及經營使用

該方法不僅適用于野外調查，而且在野外調查后的工作方案設計和編制中發揮了重要作用。利用GIS技術測量數據采用移動空間分析方法，對森林經營的調查單位和有關部門，如經營期限、營林、部分林地等調查提供了更為精準的測量手段，同時也可以保證其數據實時更新[16]。

3.5 查詢分析森林資源數據

在調查、統計、分析過去森林資源狀況后，特別是對采伐、造林、決策的調查與分析，使得專業技術人員與林業專家認識到必須及時了解森林資源的現狀和變化趨勢，并通過移動GIS技術制定相應的應對措施，促進森林內外業一體化[17]。

4 實現內外業一體化的要求

4.1 統一操作環境

內部和外部的操作性能環境基本是相同的，所以在野外調查中，現場實測數據具有相同的運行環境，不需要對觀測數據進行重構以確保投影坐標一致[18]。在任何時間更新數據，都可以通過數據轉換及時反饋到現場工作，而且大量的結果表明，內部和外部數據的一致可以在極大程度上減少數據測量的誤差，而誤差的減少就可以大大提高現場工作效率。

4.2 自由定義操作流程

內部和外部工作的一體化可以實現靈活的分工，這樣的內部和外部的分工可以自由地確定過程，不增加調查人員的工作量，而且內部和外部的工作協調，也可以大大增加其專業部門的工作效率[19]。除此之外，不同部門對森林資源內外林業的調查結果有著不同程度的要求，因此，林業專家可以通過移動GIS技術擴展并建立用于不同森林地理位置和氣候條件的檢測數據單元框架，以此來擴大森林資源數據庫的數據種類，提高森林資源數據的正確性。

5 應用移動GIS的優勢

5.1 信息資源管理

將GIS技術與森林資源管理相結合，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據為綜合分析和處理屬性的數據是不可或缺的[20]。為了克服屬性數據分析的缺點，可以先導出空間屬性數據，然后將資源文件導入森林資源管理系統中，而這些步驟對森林資源信息數據的管理起到了重要的作用。

5.2 優化森林分類經營決策

將GIS技術與森林經營優化模型相結合，并進行定量分析，可以為森林經營方案的編制提供更準確的信息，使森林經營方案的編制更加科學、實用。在林業生產建設中，空間數據與屬性數據的結合可以直接顯示出優化決策的結果，也可以為林業經營向粗放經營轉變提供技術支持。而移動GIS技術與森林資源的信息管理系統的融合，可以為提高森林經營決策水平提供時間和方向信息，為森林經營的決策提供保障[21]。

5.3 便于分類管理

GIS系統會根據研究區的森林功能、商品林的具體標準對森林信息管理進行更為系統的分類。如森林保護與森林經營的特殊目的是最大限度地滿足商業用材林的需求，滿足多種分割條件。其次，在對商品林進行分類經營的結果中可以看出，商品林的劃分結果可以保存，一旦進入，就需要調整好幾個層次。最后，相關技術部門需要充分規劃利用GIS的空間分析功能，更有效地發揮林業的主導作用，實現森林資源的自動可視化。

5.4 抽樣調查設計

森林抽樣設計是林業調查的基礎，同時它也被廣泛應用于森林資源調查，如森林資源地形圖篩查、航空攝影、林業數據管理、專題地圖繪制、林業地理信息系統更新、抽樣函數設計、二次抽樣調查等，使各森林樣地通過坐標定位和局部驗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，反映了森林經營活動內容的豐富、信息量的巨大。而森林資源多樣性功能廣泛應用于森林景觀的分布、評價、預測、規劃、設計、管理、制圖等，是森林景觀規劃實施的指導措施。森林經營是制定森林經營規劃和總體設計的重要依據，森林防火圖是提供防火塔、地形、通訊、消防設施、水資源配置、森林防火等的森林資源現狀動態圖的。利用GIS軟件建立數字專題地圖就可實時獲得森林資源動態數據[23]。

5.6 采集砍伐規劃設計

森林采伐規劃設計應以合理配置森林資源、調整森林資源結構、提高森林資源質量、確定合理采伐方式為基礎，實現合理采伐結合當地資源分布、林分結構特點和立地條件，有助于生態平衡、水土保持、更新林地，并將GIS技術應用于森林采伐空間分析的可視化管理是實現少量森林采伐，應用GIS技術直接反映特定空間，借助于系統技術分析了地理信息系統中關系數據庫與相關地理屬性，增加其采集砍伐規劃設計的合理性[24]。

5.7 造林規劃與景觀設計

通過科學分類規劃和管理，充分利用森林資源，加快森林恢復，提高森林質量，強化森林資源結構[25]，加強生物多樣性保護，增強森林生態系統的整體功能，提高森林生產力和森林經營效益，因此將GIS應用于根據造林樹種的生物學特性，并根據當地的實際情況，對森林資源的多樣性和生物多樣性進行了較為準確的規劃和設計，這也是造林規劃設計的重要內容[26]。利用GIS的空間分析功能，可以分析林產工業區的坡度、坡向、土壤類型、坡高等因素，并根據合適的土壤數據植樹造林，恢復森林質量[27]。

6 結論與展望

6.1 結論

GIS是當前我國最先進、實用的測繪技術，同時也是一種可以做到實時更新森林地圖數據的數字測圖系統。它具有空間數據管理、屬性數據管理、輔助應用地理信息等系統應用效果，極大地改變了傳統的森林資源管理方式，為我國目前的國內林業管理提供了新的技術保證。因此，GIS的應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GIS應用到森林調查內外業一體化中是切實可行的，又因其操作簡單、測量數據誤差較小，也可以減少不必要的人力和財務資源浪費。而地理信息系統——移動GIS，這一種獲取森林信息的新系統開發，主要針對于森林新資源的獲取，對虛擬資源地理信息系統的管理，對于管理林業的相關部門來說至關重要，同時在推進林業工程方面也有著巨大的影響和作用。

6.2 展望

通過移動GIS在森林調查內外業一體化中的應用可以為該行業創造出統一的操作環境，實現自定義制定操作流程，促使在森林資源調查時間緊迫、重視任務的時候，確保對人員和設備的優化配置。除此之外，采用內外結合的調查方法，大大解決工作壓力過大、操作繁瑣等問題，保證森林資源調查的工作質量，將誤差降到最低，減少不必要的人力和財力浪費，為國家更多貢獻資源支持。