ArcGIS和PDA在山杏種質(zhì)資源庫管理中的應(yīng)用情況

劉本玉

(遼寧省喀左縣森林病蟲害防治檢疫站,遼寧 喀左 123000)

1 與國內(nèi)外同類研究和技術(shù)的比較

目前,ArcGIS和平板PDA在國內(nèi)外林業(yè)系統(tǒng)的應(yīng)用日漸增多,各種調(diào)查因子諸如林木使用權(quán)、林地所有權(quán)、土層厚度、林班、小班、坡度、坡向、樹種、林種、樹高、直徑、林齡等,都有采用ArcGIS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和使用平板PDA調(diào)查和的用例,但皆因存在精度不是很高的問題,故難以滿足林木良種基地特別是種質(zhì)資源庫等高端項(xiàng)目的要求條件[1-3]。為了提升喀左縣山杏良種基地和國家林木種質(zhì)資源庫的綜合管理技術(shù)水平,保障檔案等技術(shù)數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和精準(zhǔn)度,實(shí)現(xiàn)節(jié)本增效和提高功效目標(biāo),完成了ArcGIS和PDA在林木種質(zhì)資源庫和良種基地管理中的應(yīng)用技術(shù),具有新穎性、先進(jìn)性、適用性以及可復(fù)制、可推廣性,相關(guān)技術(shù)體系業(yè)已成熟[4-5]。

例如,過去我們采用的網(wǎng)格紙實(shí)況圖在林木良種基地和種質(zhì)資源庫外業(yè)調(diào)查中,常因其頁幅過大原因造成攜帶不便,給外業(yè)調(diào)查帶來困惑,如果遇有下雨刮風(fēng)天氣則無法使用,同時(shí)還有易受水、火災(zāi)害和鼠害等致命不足；改進(jìn)后的Excel表格實(shí)況圖,雖說可打印成紙質(zhì)文件并置于合宜的墊板上以方便外業(yè)調(diào)查時(shí)使用或攜帶,但依然存在明顯短板,即該實(shí)況圖只能作為查找不同的山杏良種植株時(shí)使用,且較為耗時(shí)；尤其是這種傳統(tǒng)的調(diào)查記錄方法需要手工填寫實(shí)地調(diào)查數(shù)據(jù)和粗略計(jì)算結(jié)果。顯而易見,這種傳統(tǒng)老舊調(diào)查記錄方式非但不精準(zhǔn),而且效率低、速度慢,給內(nèi)業(yè)電腦錄入帶來壓力,很難保證不會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤,費(fèi)力、耗時(shí)不說,且給科研成果的準(zhǔn)確度帶來負(fù)面影響。上述缺點(diǎn)和不足,唯有借助技術(shù)創(chuàng)新方能加以改變。從與國內(nèi)外現(xiàn)有技法進(jìn)行比較表明：本項(xiàng)研究采用ArcGIS軟件系統(tǒng)結(jié)合平板PDA,既可在外業(yè)中隨時(shí)記錄調(diào)查數(shù)據(jù)、進(jìn)行精準(zhǔn)定位和查找,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)山杏良種基地和種質(zhì)資源庫內(nèi)每株良種樹的精準(zhǔn)定位,相當(dāng)于賦予每株良種樹以一張“電子身份證”,實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外業(yè)和檔案數(shù)據(jù)的無縫鏈接,同時(shí)又可無筆、無紙作業(yè),精準(zhǔn)可靠、節(jié)能環(huán)保、安全無虞。

“ArcGIS和PDA在山杏種質(zhì)資源庫管理中的應(yīng)用”技術(shù)的應(yīng)用,對(duì)加快精準(zhǔn)林業(yè)和數(shù)字林業(yè)建設(shè)步伐、加速相關(guān)領(lǐng)域管理體系和管理能力的現(xiàn)代化進(jìn)程具有重要意義。

2 在山杏良種基地和種質(zhì)資源庫管理中的應(yīng)用情況

2.1 ArcGIS應(yīng)用情況

實(shí)現(xiàn)了用ArcGIS軟件進(jìn)行檔案數(shù)據(jù)的處理,可編輯項(xiàng)目區(qū)的道路、配水管路、功能區(qū)布局規(guī)劃、資源配置植株圖譜、標(biāo)樁、蓄水池等。

在ArcGIS軟件上具體使用時(shí),航拍的底圖分辨率達(dá)到 5 cm左右,把圖層比例放大即可清晰看見山杏植株的狀態(tài),很容易精確勾繪出每株山杏的位置。在進(jìn)行數(shù)據(jù)屬性錄入時(shí)縱橫坐標(biāo)值利用軟件自動(dòng)計(jì)算,種質(zhì)資源的特征、性狀、樹體、習(xí)性、物候、調(diào)查數(shù)據(jù)等每株資源的所有檔案信息數(shù)據(jù)利用人工錄入,采用Excel表格批量錄入數(shù)據(jù)。

2.2 平板PDA應(yīng)用情況

本應(yīng)用所使用的是帶有RTK功能的PDA產(chǎn)品,軟件采用星瑞源“資源寶”GIS移動(dòng)操作系統(tǒng),集成GIS、RS、衛(wèi)星定位和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù),支持北斗、GPS、GLONASS全星座接收,堪稱移動(dòng)“互聯(lián)網(wǎng)+”數(shù)據(jù)采集之神器,能輕松加載各類高分辨率遙感影像、地形圖和資源分布圖,加載海量GIS數(shù)據(jù),并可接入多種外部差分源,實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的精準(zhǔn)定位,實(shí)時(shí)顯示高精度動(dòng)態(tài)導(dǎo)航定位軌跡。可快速進(jìn)行點(diǎn)線面數(shù)據(jù)采集,具有音頻、視頻、照片等強(qiáng)大的多媒體采集功能。

2.2.1 在試驗(yàn)基地內(nèi)的具體應(yīng)用。PDA主要用于外業(yè)調(diào)查上,ArcGIS內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)可通過桌面軟件轉(zhuǎn)換成PDA格式的數(shù)據(jù)。外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)通過PDA錄入,大大提高了記錄速度。PDA外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)可以直接導(dǎo)出ArcGIS格式文件,使用ArcGIS軟件進(jìn)行編輯存儲(chǔ)以及用 Excel直接打開文件提取數(shù)據(jù)整理存檔即可。

對(duì)于在調(diào)查技術(shù)規(guī)程里有代碼的調(diào)查因子,如樹體、枝、葉、花、果、果核、果仁等的描述,皆可選擇“列表單選”方式填寫記錄,這樣采用PDA進(jìn)行外業(yè)調(diào)查時(shí)只需手指點(diǎn)擊選擇即可完成調(diào)查因子的輸入。

2.2.2 在異地種質(zhì)資源調(diào)查收集中的應(yīng)用。先在PDA中新建一個(gè)“調(diào)查工程”,異地調(diào)查數(shù)據(jù)是用點(diǎn)圖層來記錄調(diào)查收集資源坐標(biāo)、資源描述等信息的,調(diào)查軌跡可直接在軟件里進(jìn)行記錄而不需要另建圖層。

在調(diào)查過程中,優(yōu)樹確定后需要采集信息和錄入數(shù)據(jù)。優(yōu)樹定點(diǎn)采用GPS模式確定,定點(diǎn)時(shí)PDA一定要靠近樹干部位以增加位置信息的精確度,完成定點(diǎn)后調(diào)查數(shù)據(jù)則需要邊測量邊錄入。

調(diào)查結(jié)束后數(shù)據(jù)導(dǎo)出ArcGIS格式文件,一是在ArcGIS軟件中進(jìn)行整理存儲(chǔ)；二是直接用Excel表格打開文件進(jìn)行整理、匯總、統(tǒng)計(jì)等,最后進(jìn)入檔案管理信息系統(tǒng)。另外可把調(diào)查過程中記錄的軌跡導(dǎo)出成ArcGIS格式文件實(shí)現(xiàn)永久保存,利用桌面軟件把導(dǎo)出的軌跡文件轉(zhuǎn)換成PDA格式的線圖層文件,再逆向?qū)氲絇DA調(diào)查工程里,以后即使更換其他從未去過調(diào)查地的人員,亦可按照軌跡線層文件導(dǎo)航找到調(diào)查母樹。因?yàn)镻DA的線圖層即便是在沒有路的山地上也有路線引導(dǎo),該路線是和初始調(diào)查人員所走過的路線相同,這要比其它導(dǎo)航軟件更精準(zhǔn)。

3 技術(shù)推廣情況

本項(xiàng)實(shí)用技術(shù)以其自身所具有的實(shí)用性、新穎性、獨(dú)到性、開創(chuàng)性以及可復(fù)制和可推廣性,展現(xiàn)出廣闊的推廣應(yīng)用前景,適合應(yīng)用于高等級(jí)林木種植資源庫、林木良種基地等的精準(zhǔn)化管理實(shí)踐中。截止《國家林業(yè)局關(guān)于公布第二批國家林木種質(zhì)資源庫的通知》全國共批設(shè)國家級(jí)林木種質(zhì)資源庫99處,不同等級(jí)的林木良種基地更不勝數(shù),這些高投入的大項(xiàng)目,無一不需要附加“精準(zhǔn)”“安全”“有序”“高效”等條件。本項(xiàng)目的研制恰好契合了這種管理能力和管理體系現(xiàn)代化之發(fā)展大勢,應(yīng)用前景無限光明。另外,本項(xiàng)目尚可供大農(nóng)業(yè)領(lǐng)域其它行業(yè)稍加改造直接“拿來”應(yīng)用,相應(yīng)地,其成效亦將伴隨應(yīng)用空間的拓展而呈指數(shù)級(jí)顯現(xiàn)。

2016年以來,先后有沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院、喀左縣林業(yè)種苗管理站等5家單位,分別在、喀左縣山杏良種基地、喀左縣山杏國家林木種質(zhì)資源保存庫國家林業(yè)和遼寧省草原局(喀左)林業(yè)長期科研基地等8個(gè)項(xiàng)目中應(yīng)用本項(xiàng)技術(shù),累計(jì)應(yīng)用面積達(dá)837.7萬hm2,涉及林木良種株數(shù)3420份,應(yīng)用績效皆獲滿意評(píng)價(jià)。本研究項(xiàng)目的大面積推廣應(yīng)用,較好地解決了林業(yè)項(xiàng)目的精準(zhǔn)度難題以及科研檔案的安全性問題,對(duì)加速林木良種的研究和可持續(xù)推廣具有現(xiàn)實(shí)意義[6]。

保守估計(jì),本項(xiàng)目應(yīng)用在投資上千萬的相關(guān)項(xiàng)目時(shí),每年至少可節(jié)省研究經(jīng)費(fèi)100萬元強(qiáng)。現(xiàn)已成功選育出通過省級(jí)審定的山杏新品種4個(gè),迄今已在本地獲得大面積推廣,每年可增加收入720萬元。在外業(yè)調(diào)查、數(shù)據(jù)記錄等方面,相對(duì)于傳統(tǒng)紙質(zhì)材料至少提高工作效率10倍以上。