森林病蟲害基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫建設(shè)的方法與應(yīng)用

任瑞艷

(遼寧省喀左縣森林病蟲害防治檢疫站，遼寧 喀左 122300)

森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)是林業(yè)工作的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，造林核查、造林設(shè)計(jì)、采伐設(shè)計(jì)、采伐審批、病蟲害防治、征占用林地、林業(yè)產(chǎn)業(yè)、森林防火等具體應(yīng)用均依靠森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)［1］。筆者基于喀左縣二類森林資源調(diào)查GIS數(shù)據(jù)，在ArcGIS 9．2環(huán)境支持下，提取和建立了喀左縣森林病蟲害基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，在應(yīng)用中取得了較好的效果。

1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)

建立森林病蟲害基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫是開展森林病蟲害空間查詢和空間分析的基礎(chǔ)。利用基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫，結(jié)合生物地理統(tǒng)計(jì)工具可以實(shí)現(xiàn)對森林病蟲害發(fā)生規(guī)律、分布狀況、動態(tài)監(jiān)測及跟蹤管理。從應(yīng)用和兼容等方面考慮，確定數(shù)據(jù)庫包括47個字段，即調(diào)查單元標(biāo)志碼、縣、鄉(xiāng)、林班、小班、小地名(坐落)、小班面積、地類、地權(quán)、林權(quán)、工程類別、森林類別、保護(hù)等級、經(jīng)營措施、坡向、坡位、坡度、起源、林種、樹種、林齡、樹種組成、齡組、樹高、胸徑、郁閉度、公頃株數(shù)、小班蓄積、齡級、生態(tài)條件、土壤質(zhì)地、土層厚度、pH值、植物種類、蓋度、病蟲種類、病蟲密度、病蟲株率、危害級、防治與否、防治措施、防治效果、防治時間、調(diào)查人、標(biāo)志位、經(jīng)度、緯度。

2 數(shù)據(jù)加工與處理方法

本文參照武紅敢［2］森林資源小班GIS數(shù)據(jù)處理方法，所用的喀左縣二類森林資源調(diào)查GIS數(shù)據(jù)，是由遼寧省林業(yè)勘察設(shè)計(jì)院于2008年建設(shè)完成的。數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一的ArcGIS Personal Geodatabase格式(后綴為mdb)，由多個圖層組成。其中建立森林病蟲害數(shù)據(jù)庫所需要的小班資源數(shù)據(jù)名稱為“小班面”，在數(shù)據(jù)處理過程中，還涉及“林班面積村名”等圖層。

“小班面”圖層是森林資源小班信息圖層，它包含小班的屬性數(shù)據(jù)(表格)、矢量數(shù)據(jù)(閉合面狀shp格式)。屬性數(shù)據(jù)(表格)主要包括縣(G_XIAN)、鄉(xiāng)(G_LINCHANG)、村(G_ZUOYEQU)、林班(G_LINBANHA)、小班(G_XIAOBANH)、優(yōu)勢樹種(F_YOUSHISHUZHONG)、林齡(F_LINLING)、坡向(L_POXIANG)、坡 位(L_POWEI)、起 源(F_QIYUAN)、林種(F_LINZH)等字段，以代碼方式存儲。

用ArcGIS 9．2應(yīng)用軟件，加載“小班面”，然后打開“小班面”的屬性數(shù)據(jù)表。這個森林資源小班數(shù)據(jù)表是森林病蟲害數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)。

2.1“小班面”添加字段 “小班面”的屬性數(shù)據(jù)表中添加調(diào)查單元標(biāo)志碼(XB_ID)、鄉(xiāng)(MC_XIANG)、村(MC_CUN)、地類(MC_DILEI)、地權(quán)(MC_DIQUAN)、林權(quán)(MC_LINQUAN)、工程類別(MC_GONGCL)、森林類別(MC_SENLL)、保護(hù)等級(MC_BAOHDJ)、經(jīng)營措施(MC_JINGYCS)、坡向(MC_POXIANG)、坡位(MC_POWEI)、起源(MC_QIYUAN)、林種(MC_LINZH)、樹種(MC_YOUSHSH)、樹種組成(MC_SHUZHZ)、齡組(MC_LINGZ)、病蟲種類、病蟲密度、病蟲株率、危害級、防治與否、防治措施、防治效果、防治時間、調(diào)查人、標(biāo)志位、經(jīng)度(POINT_X)、緯度(POINT_Y)等字段。

添加標(biāo)志碼(XB_ID)字段方法為:單擊“小班面”屬性數(shù)據(jù)表下方的“Options”按鈕，在彈出的菜單中，選擇“Add Field”子菜單項(xiàng)，在彈出的“Add Field”對話框中，輸入“Name”為“XB_ID”，“Type”為“Text”，“Length”為20，設(shè)置完成后，單擊“OK”按鈕完成。其它字段處理方法相同。

2.2 給調(diào)查單元標(biāo)志碼字段賦值調(diào)查單元標(biāo)志碼是描述和唯一確定調(diào)查單元的代碼信息的身份代碼。它由20位字符組成，即“ID”+6位縣代碼+3位鄉(xiāng)(林場)代碼+3位村(工區(qū))代碼+3位林班號+3位小班號。如，ID211324001010001023為遼寧省喀左縣大城子鎮(zhèn)西村1林班23小班的調(diào)查單元標(biāo)志碼。

選擇屬性數(shù)據(jù)表中“小班面”的“XB_ID”字段，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“Field Calculator．．．”，在彈出的“Field Calculator”對話框中，單擊“Yes”按鈕，在彈出的“Field Calculator”對話框中，在公式編輯框中，鍵入公式:“ID”+［G_XIAN］+［G_ZUOYEQU］+MID(1000+［G_LINBANHA］，2，3)+MID(1000+［G_XIAOBANH］，2，3)。其中，G_XIAN是縣代碼，G_ZUOYEQU是鄉(xiāng)+村代碼，G_LINBANHA是林班號，G_XIAOBANH是小班號。單擊“OK”按鈕，完成調(diào)查單元標(biāo)志碼字段賦值。

2.3 給名稱字段賦值

“小班面”屬性數(shù)據(jù)中鄉(xiāng)、村、地類、地權(quán)、林權(quán)、工程類別、森林類別、保護(hù)等級、經(jīng)營措施、坡向、坡位、起源、林種、樹種、樹種組成、齡組等字段為屬性代碼，沒有名稱字段。需給名稱字段賦值。

2.3.1 建立相應(yīng)代碼表 用Microsoft Excel建立鄉(xiāng)、村、地類、優(yōu)勢樹種等16個需添加文本字段的代碼表。表第1行依次輸入代碼標(biāo)題和名稱標(biāo)題，從第2行起，鍵入代碼和名稱，全部完成后，將Excel表另存為“森林資源代碼表”dbf格式文件。

2.3.2 將“小班面”和“森林資源代碼表”屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián) 回到ArcGIS，加入“森林資源代碼表”層面。選中“小班面”圖層，單擊鼠標(biāo)右鍵在彈出的菜單中選擇“Joins and Relates”之“Join…”選項(xiàng)，在彈出的“Join Data”對話框中，第1個選項(xiàng)選擇“小班面”圖層要添加代碼字段，如村代碼(G_ZUOYEQU)，第2個選項(xiàng)選擇要管理的圖層(森林資源代碼表)，第3個選項(xiàng)是關(guān)聯(lián)圖層中對應(yīng)的關(guān)聯(lián)字段名稱(DM_CUN)，設(shè)置完成后，點(diǎn)擊“Ok”按鈕。在彈出的“Create Index”對話框，單擊“No”。

2.3.3 根據(jù)“森林資源代碼表”數(shù)據(jù)給“小班面”相關(guān)字段賦值 重新打開“小班面”的屬性表，選擇關(guān)聯(lián)代碼對應(yīng)的名稱字段(MC_CUN)，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“Field Calculator…”，在彈出的“Field Calculator”對話框中，單擊“Yes”按鈕，在彈出的“Field Calculator”對話框中，在“Field”列表區(qū)，選擇“森林資源代碼表”對應(yīng)的名稱字段(森林資源代碼表．MC_CUN)，單擊“Ok”按鈕，完成村名稱添加。重復(fù)上述步驟，完成其他字段數(shù)據(jù)添加。

2.4 地理坐標(biāo)提取

2.4.1 建立“小班面”點(diǎn)屬性圖層 回到ArcGIS，執(zhí)行“ArcToolbox”之“Feature To Point”工具，在彈出的“Feature Point”界面“Input Features”選框中，選中“小班面”，在“Output Features Class”選框中自動列出輸出文件名“小班面_FeatureToPoint”。單擊“Ok”按鈕，圖層自動添加。

執(zhí)行“ArcToolbox”之“Add XY Coordinatas”工具，在彈出的“Add XY Coordinatas”界面“Input Features”選框中，選中“小班面_FeatureToPoint”，單擊“Ok”按鈕，完成“小班面_FeatureToPoint”經(jīng)緯度添加。

2.4.2 建立“小班面”與“小班面_FeatureToPoint”關(guān)聯(lián) 選中“小班面”圖層，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“Joins and Relates”之“Join…”選項(xiàng)，在彈出的“Join Data”對話框中，第1個選項(xiàng)選擇“小班面”圖層調(diào)查單元標(biāo)志碼字段(XB_ID)，第2個選項(xiàng)選擇要管理的圖層“小班面_FeatureTo-Point”，第三個選項(xiàng)是調(diào)查單元標(biāo)志碼字段(XB_ID)，設(shè)置完成后，點(diǎn)擊“Ok”按鈕。在彈出的“Create Index”對話框，單擊“No”。

2.4.3 用“小班面_FeatureToPoint”給“小班面”坐標(biāo)字段賦值 打開“小班面”的屬性表，選擇經(jīng)度(POINT_X)字段，單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選擇“Field Calculator…”，在彈出的“Field Calculator”對話框中，單擊“Yes”按鈕，在彈出的“Field Calculator”對話框中，在“Field”列表區(qū)，選擇“小班面_FeatureToPoint”對應(yīng)的經(jīng)度字段(小班面_FeatureToPoint．POINT_X)，單擊“Ok”按鈕，完成經(jīng)度字段賦值。重復(fù)上述步驟，完成緯度字段(POINT_Y)賦值。

2.5 數(shù)據(jù)輸出選中“小班面”，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的菜單中選“Data”之“Export Data…”，在彈出的“Export Data”界面中，點(diǎn)擊文件夾按鈕，在彈出框中輸出文件名框中，改為“喀左縣森林病蟲害數(shù)據(jù)庫”，格式為shapefile。單擊“save”，森林病蟲害基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫建成。見圖1。

圖1 森林病蟲害基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫輸出

3 應(yīng)用案例

3.1 制作病蟲害發(fā)生圖應(yīng)用Microsoft Excel 2010軟件直接讀取森林病蟲害基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中擴(kuò)展名為dbf格式文件，通過編輯處理，可以方便的形成病蟲害發(fā)生圖等實(shí)用圖。

通過查找，確定數(shù)據(jù)庫中經(jīng)度(POINT_X)和緯度(POINT_Y)坐標(biāo)最大值(max)與最小值(min)，在森林病蟲害數(shù)據(jù)表中添加(POINT_Xmin-1000，POINT_Ymin-1000)、(POINT_Xmin-1000，POINT_Ymax+1000)、(POINT_Xmax+1000，POINT_Ymin-1000)、(POINT_Xmin+1000，POINT_Ymax+1000)4組坐標(biāo)值形成的控制點(diǎn)。

選中控制點(diǎn)和需要展示內(nèi)容的經(jīng)度(POINT_X)和緯度(POINT_Y)坐標(biāo)，做散點(diǎn)圖，即可得到相應(yīng)的病蟲害發(fā)生圖等實(shí)用圖，見圖2。

3.2 實(shí)現(xiàn)病蟲害插值預(yù)報劉朝輝 等［3］研究表明，油松毛蟲種群具有很強(qiáng)的空間異質(zhì)特征，半方差函數(shù)模型為:

我們利用這一模型，仍以喀左縣為例，按其要求在全縣數(shù)據(jù)庫中選擇最接近的60個松林小班作為監(jiān)測樣點(diǎn)，并追加到森林病蟲害基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫，見圖3-a;通過監(jiān)測樣點(diǎn)調(diào)查數(shù)據(jù)用克里格法插值計(jì)算每個小班蟲情，見圖3-b;用文中3．1制作病蟲害發(fā)生圖的方法，制作相應(yīng)的喀左縣全區(qū)松毛蟲發(fā)生預(yù)測圖，見圖3-c。

圖2 利用Microsoft Excel軟件制作病蟲害發(fā)生圖

圖3 利用克里格插值預(yù)測病蟲害發(fā)生圖

4 結(jié)論與討論

數(shù)字森防是在數(shù)字地球大框架指導(dǎo)下，應(yīng)用遙感技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字化技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、智能技術(shù)和可視化技術(shù)，把各種森林病蟲害信息用地理坐標(biāo)確定并連接起來，森林病蟲害基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫的建設(shè)正是實(shí)現(xiàn)數(shù)字森防的基礎(chǔ)。

用Microsoft Excel 2010軟件就能實(shí)現(xiàn)對森林病蟲害基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫中森林病蟲害空間地理信息處理和分析，無疑會擴(kuò)大使用人群。

本文提出的調(diào)查單元地理坐標(biāo)提取技術(shù)，為森林病蟲害數(shù)據(jù)庫中地理坐標(biāo)的獲得提供了一種新方法。

［1］ 劉永杰．森林資源二類調(diào)查空間數(shù)據(jù)獲取與更新的關(guān)鍵技術(shù)研究［D］．北京:北京林業(yè)大學(xué)，2009．

［2］ 武紅敢，王洋，常原飛．基于GIS/GPS的林業(yè)有害生物監(jiān)測數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)［M］．哈爾濱:哈爾濱地圖出版社，2009:9-27．

［3］ 劉朝輝，趙杰．基于變異函數(shù)的油松毛蟲蟲情監(jiān)測點(diǎn)布點(diǎn)方法研究［J］．中國森林病蟲，2012，31(1):9-11．