ArcGIS在通州區平原生態林經營管理中的應用分析

李廣會,王 凱，盛 莉，代賀然

(北京市通州區林業工作總站，北京 101100)

自2012年以來，北京市通州區相繼啟動實施了第一輪百萬畝造林工程、完善政策生態林、新一輪百萬畝造林工程以及其他綠化建設工程，平原生態林面積逐年增加，有效改善了城鄉人居環境，極大滿足了百姓生態休閑游憩需求。隨著北京市集體林權制度改革深入發展，北京市園林綠化局啟動了新型集體林場試點建設工作，通州區組織轄區內全部涉農鄉鎮以鄉鎮為單位逐年分批建成新型集體林場試點。自2021年，通州區155 km2范圍外9個鄉鎮全面進入了新型集體林場經營管理模式，如何推動實現綠化成果鞏固、森林質量提升、功能效益增加，平原生態林資源經營管理工作已成為園林部門長期面臨的一項重大挑戰與任務。隨著北京城市副中心定位通州區，各項工程建設進程迅速加快，為及時掌握更完整的生態林資源變化情況，推動實現精細化養護經營管理，利用現代化先進技術為平原生態林養護經營管理工作服務是解決園林部門所面臨困境的重要途徑之一。

1 ArcGIS特點

ArcGIS是由Esri開發和維護的一系列客戶端軟件、服務器軟件和在線地理信息系統(GIS)服務。ArcGIS于1999年首次發布，最初作為ARC/INFO發布，是一個基于命令行的用于操作數據的GIS系統。ARC/INFO后來被合并到ArcGIS Desktop，最終在2015年被ArcGIS Pro取代。ArcGIS Pro可用于2D和3D制圖和可視化，并包括人工智能(AI)。ArcGIS產品不僅使用方便，功能強大，而且能夠支持超大數據量的存儲和用戶對響應效率的需求，為系統資源的共享、系統的無縫升級、數據和應用功能的平滑移植提供了有力保障。全新ArcGIS系列軟件不僅有完善的可擴展體系結構，在保留原來強大功能的基礎上，界面風格更加簡單友好且易于使用。ArcGIS作為一個可伸縮的平臺，無論是在桌面、服務器，還是在野外還是通過Web，為個人用戶和群體用戶提供完備的GIS功能[1]。通過對可編程組件的合理利用，能夠從多個角度出發，實現對調查對象的全面分析，涉及面比較廣泛，能夠滿足各方面提出的數據信息需求，目前已在我國科研、規劃、生態修復與治理、森林資源管理等眾多領域中得到大范圍使用。

2 ArcGIS技術與森林資源管理

從資源管理的角度理解，森林資源是一種包含地理坐標、樹種組成、面積等大量復雜信息的基礎地理數據，是陸地上最大的動態變化生態系統，對社會經濟的可持續發展及人類生存與人類活動具有重要意義。森林資源具有分布的遼闊性、功能的多樣性、經營的永續性、再生的長期性等特點，因此森林資源管理工作艱巨。ArcGIS技術的出現和發展為森林資源有效管理提供了強有力的工具[2]。近年來，該技術已在森林資源的調查測繪[3]、規劃設計、地圖制圖[4]、病蟲害監測、撫育經營、森林防火[5]等方面得到廣泛應用，為林業管理和決策提供了參考，信息化已成為我國林業發展的必然趨勢，是實現森林資源精細化管理的重要技術手段之一[6]。

3 通州區生態林資源現狀

由于通州區已定位為北京城市副中心，京津冀協同發展的橋頭堡，同時通州區也正在全力構建北京平原地區首個國家森林城市，以“兩帶一環一心”為綠色布局，第一條綠帶是沿潮白河的東部綠帶，第二條綠帶是沿著中心城區在西部的一條綠帶；“一環”是圍繞城市副中心155 km2形成的一個環城綠色休閑游憩環；“一心”是指城市綠心。通過大尺度建綠、大密度增綠，有效地彌補了首都東南部生態短板，展現了北京平原地區森林城市的獨特風貌。近年來，通州區努力實踐副中心控規要求，突出“藍綠交織”建設理念，構建大尺度城市水綠空間格局，形成東郊森林公園組團、大運河城市森林組團、城市綠心森林組團、潮白河森林景觀帶組團、東南郊濕地森林組團、臺湖萬畝游憩園森林組團等多個萬畝森林斑塊。

通州區平原生態林主要是指納入北京市財政補助范圍的生態林，包括第一輪百萬畝平原造林、完善政策生態林、新一輪百萬畝造林等。2021年，通州區155 km2范圍外平原生態林已全部移交至新型集體林場養護經營，達到1.4萬hm2，均享受市、區養護補助資金。隨著園林綠化建養移交工作的推進，通州區平原生態林面積將不斷增加。為貫徹落實北京市平原生態林高質量發展理念，鞏固平原生態林建設成果，培育健康、穩定、安全、高效、多功能的森林生態系統，通州區平原生態林已由傳統養護向養護經營方向轉變，依托新型集體林場體制和ArcGIS技術，以森林資源管理為基礎，實行區域資金統籌、差異化管理、分類分級精準化養護，突出重點、定向培育。通過開展森林撫育、林分改造、采伐更新、護林防火、林業有害生物防控、野生動植物資源保護、豐富生物多樣性和園林廢棄物綜合利用等工作，促進森林生態效益持久發揮及森林資源永續利用，實現人與自然和諧共生。

4 具體應用

4.1 建立資源數據庫準確的資源數據是資源工作的最重要基礎之一，只有在完整準確的數據基礎上才能開展一系列養護經營管理工作。ArcGIS技術下的數據庫是組織、存儲和管理數據的有效有段，具有較高的數據獨立性，同時有很強的數據控制功能。通州區通過整合全區范圍內的生態林矢量數據，形成平原生態林資源“一張圖”，并在圖層屬性表中設置小班編號、區、鄉鎮、村、面積、主管部門、養護單位、經營類型、養護等級等多個字段，其中小班編號是按照行政區劃代碼創建的小班唯一標識(小班編號=區+鄉鎮+村+小班號)。通過建立生態林資源管理數據庫(圖1)，能夠及時掌握資源的動態變化，便于進行信息查詢、統計匯總、專題制圖、在線更新等。

圖1 通州區平原生態林資源數據庫Fig.1 Plain ecological forest resource database of Tongzhou

4.2 動態監測與預算管理隨著北京城市副中心基礎設施建設和園林綠化建設的同步推進，通州區平原生態林始終處于動態變化之中。為實現生態林資源的精細化管理，在已建立的平原生態林資源“一張圖”的基礎上，定期開展資源動態監測工作，對于園林綠化工程建設形成的新增資源，及時納入資源“一張圖”數據庫管理，并輸入詳細的屬性信息；對于其他建設工程占用的平原生態林，及時調減資源面積，確保實時掌握生態林資源現狀和變化情況。此外，結合動態監測工作，嚴格對圖對表，每年能夠準確核算養護補助資金實際需求，提高預算編制的準確性。

4.3 資源保護通州區地處北京平原地區，社會群體活動對平原生態林的干擾相對嚴重，資源保護工作面臨嚴峻挑戰。森林火災是世界性林業重要災害之一，具有突發性、隨機性、在較短時間內能造成較大損失等特點。應用ArcGIS技術和火情識別系統，通州區建立森林防火視頻監控系統,對數公里范圍內的森林資源進行監測，不僅可以實時監看和記錄森林資源情況，而且通過智能化設備自動完成對森林資源的火災監測和報警，輔助森林防火監測人員完成對森林資源的自動監測。森林病蟲害，又稱無煙森林火災，是危害森林健康的重大隱患。通過ArcGIS技術，在數據庫的基礎上全面分析主要樹種的分布與面積，根據有害生物的危害規律，形成以美國白蛾、國槐尺蠖、白蠟窄吉丁等為主的有害生物監測與防治方案，實現了精準監測與防治。此外，人為非法侵占林地也是毀損生態林的因素之一，通過ArcGIS技術比對多時相、多源遙感數據，快速發現并提取疑似圖斑(圖2)，并根據審批材料篩選出違法占地與違法建設圖斑[7-9]，達到保護森林資源的目標。

圖2 2020和2021林地遙感影像判讀Fig.2 Interpretation of forest land remote sensing images in 2020 and 2021

4.4 分級分類養護經營在養護經營中開展分級分類是精準提升森林質量的重要措施。通州平原生態林已全面實行分級分類養護經營管理。在ArcGIS技術應用下，將數據庫加載至ArcGIS軟件中，并導入最新的遙感影像，直觀地將平原生態林每個小班呈現在地圖上；根據小班的區域位置和主導功能，將平原生態林細分為生態涵養型、生態廊道型、景觀游憩型(表1)。根據林分結構配置、林相效果、養護經營強度或者相關政策標準，將不同類型平原生態林劃分為不同養護經營等級，實行1、2、3級差異化投入，2級養護總面積約占60%(表2)。通過平衡區域內1級、3級養護資金，建立資金統籌平衡機制，提高1級養護經營強度，確保村頭片林、困難立地、重要位置節點、特殊林種等重點地塊養護資金得到保證，同時每年可對養護經營等級進行動態調整。

表1 2021年通州區平原生態林分類情況Table 1 Classification of plain ecological forest of Tongzhou District in 2021 單位：hm2

表2 2021年通州區平原生態林分級情況Table 2 Rank of plain ecological forest of Tongzhou District in 2021 單位：hm2

4.5 編制中長期森林經營方案科學的中長期森林經營方案是實現森林可持續發展的重要途徑，在森林經營中起著至關重要的作用，也是實現森林認證的前提[10]，可為森林經營相關措施辦法實行提供有力指導，也為森林經營單位每年制訂經營計劃提供可靠依據[11]。當前，通州區新型集體林場正在編制平原生態林中長期森林經營方案，包括基本情況、林木資源、生物多樣性、經營管理等現狀情況；經營原則、經營目標、功能區劃、經營類型與措施等經營方向；土壤管理、森林培育、林分結構調整、林木移伐、改造提升、林下經濟與園林廢棄物綜合利用、森林管護、森林防火、林業有害生物防治、生物多樣性恢復與保護、基礎設施建設與維護等實施措施；投資估算、效益分析等資金管理；組織制度、技術支撐、監督管理等保障措施。因此，編制中長期森林經營方案是一項復雜的系統性工作，需要全面調查并處理大量基礎數據，在ArcGIS技術應用下可快速實現森林資源的功能區劃，根據林分現狀、立地條件、目標林相、功能需求明確經營方向、培育目標、年度任務措施和工作量[12]，顯著提升森林經營方案編制的效率與質量。

4.6 制訂年度養護經營實施計劃北京市建立了以ArcGIS技術為主導的平原生態林養護管理系統，系統整合了全市平原地區生態林數據資源。依據中長期森林經營方案，按照培育方向和全周期經營過程表，結合工作月歷和年度氣候預測等因素，在科學分級分類的基礎上，以“調密度、補幼苗、沃土壤、防病蟲、豐物種”為重點，結合林分結構調整、櫟類等鄉土樹種補植、土壤質量提升、生物多樣性保育小區和村頭片林建設等工作，相關養護單位在系統內逐地塊填報養護經營實施計劃，對各項養護經營措施進行量化；系統根據養護措施及工作量按定額標準自動核算計劃投入的養護資金，后續養護單位利用智能手機填報養護日志，系統隨時自動統計養護進度，實行年度養護經營措施與落實進度情況“一張表”清單化管理。各級生態林行業管理部門通過該系統進行養護經營實施方案的審核與批復，實時監控養護進度，全面促進養護管理工作精細化和各項養護措施精準化。

4.7 養護經營監督管理實施嚴格的養護經營監督管理是推動平原生態林質量提升的重要保障。為確保及時發現并督促解決養護經營過程中存在的問題，通州區依托ArcGIS技術構建了平原生態林監督管理信息系統，并配置了移動端APP；將已建立的數據庫導入監督管理信息系統，行業主管部門組織人員開展不間斷全覆蓋巡查檢查，對于發現的不達標問題下達整改通知單，并通過監督管理系統直接發送至相應的森林經營主體并要求限期整改，森林經營主體在規定期限上傳現場整改情況，行業主管部門安排人員進行復核，實現了“發現問題—整改問題—復核檢查”閉環管理，全面提高了養護經營監督管理效率。

5 結論

經過探索與實踐，在ArcGIS技術應用下，通州區平原生態林養護經營管理工作已建立科學有效的管理系統，實現了森林資源管理工作在空間數據層面上的統計更新，提高了森林資源管理工作的準確性和效率性，為森林資源養護經營管理和決策提供準確、及時、全面的信息和依據；提高了管理水平，減輕了工作強度，為森林資源信息化管理提供了科學途徑，逐步成為更多園林工作者的有力工具[13-14]，持續推動生態文明建設的高質量發展。