3S技術(shù)在重慶市榮昌區(qū)森林資源管理“一張圖”年度更新中的應(yīng)用

李 博，周先進

（重慶木道林業(yè)咨詢有限公司，重慶 400060）

森林資源管理“一張圖”年度更新工作是林業(yè)行業(yè)一項常態(tài)化的重要基礎(chǔ)工作，其目的是通過調(diào)查分析林地保護利用狀況及管理屬性等變化情況，及時掌握林地利用現(xiàn)狀及其消長變化情況，保持林地調(diào)查數(shù)據(jù)和林地數(shù)據(jù)庫的真實性、準確性和時效性，為林地保護管理和生態(tài)建設(shè)提供支撐。

林地變更調(diào)查對象是森林采伐、植樹造林、占用征收、林業(yè)案件、自然災(zāi)害及造林未成林地等因素導(dǎo)致地類、管理屬性發(fā)生變化的地塊，其中變更調(diào)查的重點是林地與非林地、森林地類與非森林地類之間的變化。林地變更的原因一般有人工造林、人工采伐、森林火災(zāi)、森林病蟲害及林地征占用等。林地“一張圖”是重慶市各地重要的國土空間規(guī)劃和生態(tài)紅線保護規(guī)劃之一。

1 年度更新的內(nèi)容

林業(yè)資源作為生態(tài)資源中的重要組成部分，在我國生態(tài)環(huán)境的發(fā)展過程中占有重要地位[1]。2020 年重慶市榮昌區(qū)森林資源管理“一張圖”年度更新工作的擬定上期為2019 年，變更截止日期為2019 年12 月31 日。具體的工作內(nèi)容包括4 點。1）對上期林地變更調(diào)查成果糾錯、糾偏。2）區(qū)劃2019 年林地更新情況。利用2019 年林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理資料成果圖，更新公益林、商品林的數(shù)據(jù)。3）結(jié)合“多規(guī)合一”、政府及相關(guān)部門的規(guī)劃、工程建設(shè)、園區(qū)建設(shè)等，在堅守“林地、森林”2 條紅線的基礎(chǔ)上調(diào)整森林類別和林地保護等級的空間分布。4）現(xiàn)場調(diào)查、補正林地小班因子，正確填寫林地管理類型。

更新的范圍是所有成片林面積在667 m2以上的林地，包括按林地管理的林地、按非林地管理的林地和其他林地。2019 年，所有涉林地塊發(fā)生變化的區(qū)域包括造林、工程建設(shè)使用林地、采伐及災(zāi)害導(dǎo)致林地損失或地類變化的區(qū)域。

2 3S技術(shù)

GIS（Geographic Information System）的中文名稱為地理信息系統(tǒng)。利用GIS 技術(shù)建立完整的信息管理系統(tǒng)，確保森林資源調(diào)查規(guī)劃的系統(tǒng)性和完整性，對林區(qū)各因素進行綜合性的分析，幫助實現(xiàn)森林資源的科學(xué)管理和有效應(yīng)用[2]。

GNSS（Global Navigation Satellite System）的中文名稱為全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)，包括全球定位系統(tǒng)（Global Positioning Systems，GPS）和北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BeiDou Navigation Satellite System，BDS）。目前最普遍的應(yīng)用包括手機、平板電腦在內(nèi)的移動設(shè)備定位，國內(nèi)大部分移動設(shè)備使用的是北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，該技術(shù)在林業(yè)生產(chǎn)、火災(zāi)防控、景觀營造、森林資源調(diào)查及林業(yè)采伐管理等工作中均發(fā)揮著很大作用[3]。

RS（Remote Sensing）技術(shù)又稱遙感技術(shù)。在實際應(yīng)用過程中，RS 技術(shù)擁有較廣的觀測范圍，能夠通過多波段成像技術(shù)準確、快速及高效地獲取信息數(shù)據(jù)，具備較低的使用成本，同時影響因素較少[4]。套用航片、正射影像圖、森林環(huán)境監(jiān)測及光譜分析對比等，可獲取更廣泛的地域信息。然而由于光譜波段影響大，精確定位與分類數(shù)據(jù)的能力較差[5]。

3 在“一張圖”年度變更準備過程中的應(yīng)用

3.1 制作工作底圖

收集2019 年森林資源管理“一張圖”數(shù)據(jù)，運用ArcGIS 軟件對空間信息數(shù)據(jù)進行賦值和矢量化，為后期工作開展提供工作底圖。收集的資料主要包括以下3 項。1）資源數(shù)據(jù)。2018 年林地變更調(diào)查成果并進行拓撲檢查；2019 年林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營資料，重點是造林和工程建設(shè)使用林地等相關(guān)材料；2019 年涉林自然災(zāi)害調(diào)查圖；林政案件勘界圖。2）影像數(shù)據(jù)。2019 年的衛(wèi)星影像。3）為符合“多規(guī)合一”的要求，收集國土、規(guī)劃、城鄉(xiāng)建委、交通、水利及農(nóng)業(yè)農(nóng)村等相關(guān)部門的規(guī)劃圖和施工圖。

3.2 分析疑似變更圖斑

在前期林地“一張圖”數(shù)據(jù)成果基礎(chǔ)上，疊加最新的遙感影像，在ArcGIS 軟件中加載2018 年林地變更數(shù)據(jù)、前期遙感影像圖、后期遙感影像圖及國家移交的遙感判讀數(shù)據(jù)，判讀確定變化圖斑中的疑似變更圖斑。

在ArcGIS 軟件中對2018 年的變更數(shù)據(jù)進行編輯，對新增或減少的變更圖斑進行單獨處理，單獨建立屬性層。對合并后的數(shù)據(jù)庫字段進行對比分析，新增本次變更需要的關(guān)聯(lián)字段和空白字段。

4 在“一張圖”年度變更內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理中的應(yīng)用

內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)處理最核心的工作是解譯。按照測繪專業(yè)上解譯的相關(guān)要求，將遙感影像上通過色彩、紋理、結(jié)構(gòu)等可識別的特性作為依據(jù)，解譯變更圖斑。以鎮(zhèn)、街道為單位劃定片區(qū)，進行內(nèi)業(yè)數(shù)據(jù)分析，分析后的數(shù)據(jù)和圖斑下發(fā)給外業(yè)調(diào)查人員。以重慶市榮昌區(qū)直升鎮(zhèn)為例，分析出的變化情況見圖1。

圖1 內(nèi)業(yè)GIS 分析疑似變更圖斑示意圖

使用GIS 技術(shù)和BDS 系統(tǒng)，建立“互聯(lián)網(wǎng)+林業(yè)”數(shù)據(jù)庫中心，使用ArcGIS 軟件對林地圖斑進行建庫，使用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)對疑似變更的圖斑進行定位，在數(shù)據(jù)庫中標明位置、屬性、變更時間及變更原因等。

外業(yè)舉證過后，對完成的疑似變更圖斑進行變更，還要進行數(shù)據(jù)庫的拓撲檢查和相關(guān)軟件檢查，利用ArcGIS 軟件和國家系統(tǒng)的檢查功能，對數(shù)據(jù)庫成果進行檢驗，直至空間與屬性因子無誤。使用ArcGIS 軟件建立數(shù)據(jù)庫后，數(shù)據(jù)實現(xiàn)了標準化，去掉了多余流程，提高了工作效率。

將數(shù)據(jù)庫中的屬性變化、位置偏移等信息在ArcGIS 軟件中疊加，與遙感判讀數(shù)據(jù)銜接，通過對比分析，判讀行政區(qū)內(nèi)有無其他變化圖斑，若無變化，則本次建庫工作完成。

5 在“一張圖”年度變更外業(yè)調(diào)查中的應(yīng)用

“一張圖”年度變更外業(yè)的主要工作是對內(nèi)業(yè)解譯得到的變化圖層和國家下發(fā)的判讀數(shù)據(jù)進行實地調(diào)查取證，核實情況、收集數(shù)據(jù)。以疑似變更圖斑為基礎(chǔ)，以變更檔案資料為依據(jù)，逐塊調(diào)查實地情況，分析變化原因。3S 技術(shù)的應(yīng)用解決了“一張圖”中人工成本高、資源數(shù)據(jù)不清、耗時多、信息采集與處理手段落后及信息交流速度慢等眾多外業(yè)問題。

核對檔案資料中記載的變更圖斑和遙感解譯出來的變化圖斑是否一致，分析遙感影像解譯有、檔案資料無的圖斑的存在原因，并判斷是否需要變更。對于航片上有云、霧、水汽遮擋覆蓋的范圍，在外業(yè)調(diào)查中應(yīng)使用GNSS 系統(tǒng)明確位置，完善并補充相應(yīng)位置的變化圖斑情況。與“三調(diào)”圖斑差異明顯的小斑，在GNSS 定位系統(tǒng)軟件上標明位置、列明原因。

在工作中結(jié)合使用GIS 技術(shù)和GPS 技術(shù)，提高數(shù)據(jù)分析的精準度，對數(shù)據(jù)進行優(yōu)化和調(diào)整。結(jié)合RS技術(shù)對觀測影像數(shù)據(jù)等資料進行全面科學(xué)的收集。

在外業(yè)調(diào)查中，3S 技術(shù)仍存在一些需要改進的地方，如BDS 系統(tǒng)與遙感影像在小斑區(qū)劃上存在一定的偏差，偶爾會出現(xiàn)調(diào)查人員已經(jīng)進入小班，但手機、平板電腦還沒進入小班范圍的問題。

6 在“一張圖”和“三調(diào)”銜接中的應(yīng)用

1）在ArcGIS 軟件中準備好“一張圖”的成果和“三調(diào)”成果，選取需要的圖層，包括林地、公益林、商品林，導(dǎo)出標準版坐標定位正確的shp 圖層，通過建立數(shù)據(jù)庫將2 個圖層文件同時導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫。

2）打開“一張圖”的表，通過對屬性的篩選選擇出除林地外的圖斑，將這些圖斑導(dǎo)出為圖層“FLD”。用圖層“FLD”裁剪“三調(diào)”地類圖層shp 文件，得到圖層“FLD1”。

3）打開“FLD1”圖層的屬性表，使用篩選工具篩選屬性為茶園、果園、喬木林地、灌木林地、竹林地、其他林地、公園與綠地等“三調(diào)”數(shù)據(jù)中涉及林地的地類，導(dǎo)出后得到圖層“FLD2”。

4）對圖層“FLD2”進行數(shù)據(jù)編輯，選中所有圖斑，執(zhí)行“拆分多部件”命令，打開屬性表，添加字段CJDLMJ（裁剪地類面積），進行面積統(tǒng)計計算，得到數(shù)據(jù)表。

5）打開圖層“FLD2”的屬性表，導(dǎo)出CJDLMJ中大于667 m2的圖斑和小于667 m2的圖斑，分別建立2 個新圖層，命名為“林地增加超過667 m2”“林地增加不足667 m2”。

6）制作好的圖層導(dǎo)入ArcGIS 系統(tǒng)中，對于超過667 m2的圖斑根據(jù)實際情況在“一張圖”上執(zhí)行“分割”命令，填寫相應(yīng)的屬性到分割后的圖斑屬性中。對于不足667 m2的圖斑，對林地小斑界限與遙感影像圖上的同名地物之間的位移量或偏移量不超過圖上距離 0.5 mm 的，可以酌情進行修邊處理。

7）對于“水域及水利設(shè)施用地”“交通運輸用地”等地類上一部分涉及林業(yè)的圖斑，需要結(jié)合遙感影像圖和實地進行確認。

在機構(gòu)改革后，森林資源管理“一張圖”年度更新與“三調(diào)”數(shù)據(jù)的結(jié)合是首次林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和國土基礎(chǔ)數(shù)據(jù)相融合，在RS 技術(shù)與GIS 技術(shù)的參與下，“一張圖”年度更新與“三調(diào)”無縫對接可以完美解決這一難題。

通過變更調(diào)查得出林地動態(tài)變更情況，得出林地動態(tài)變化表，見表1。

表1 林地動態(tài)變化表 單位：hm2

根據(jù)以上步驟，對公益林和商品林圖斑進行相同方式的處理。從ArcGIS 軟件中可以導(dǎo)出公益林和商品林的變化情況，公益林的變化情況見表2，商品林的變化情況見表3。

表2 公益林變化情況統(tǒng)計表 單位：hm2

表3 商品林變化情況統(tǒng)計表 單位：hm2

7 結(jié)語

3S 技術(shù)有力地推動了重慶市榮昌區(qū)森林資源管理“一張圖”年度更新的快速進行，在更新前準備、更新過程中及更新后與“三調(diào)”的銜接中都起到了重要作用。林地變更調(diào)查加入了“互聯(lián)網(wǎng)+”、3S 技術(shù)等新技術(shù)，可以提高林地變更調(diào)查的效率、準確性和可靠性。3S 技術(shù)的應(yīng)用使“一張圖”年度變更工作更準確、更省時、更省力，在“一張圖”年度變更工作中有廣泛的應(yīng)用前景。