圖新地球軟件在基層林業(yè)工作中的應(yīng)用

楊 興，肖永翔

（四川省林業(yè)和草原調(diào)查規(guī)劃院，四川成都 610083）

圖新地球（LocaSpace Viewer，簡稱LSV）是中科圖新（蘇州）科技有限公司開發(fā)的一款專業(yè)的三維數(shù)字地球軟件，它具備便捷的影像、高程、傾斜攝影數(shù)據(jù)閱讀功能。用戶使用圖新地球軟件，能夠快速地瀏覽、測量、分析和標注地理信息數(shù)據(jù)，實現(xiàn)三維場景的飛行瀏覽和多視角瀏覽，快捷地進行地理信息數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換。圖新地球是一個集在線地圖資源查看、影像及地形數(shù)據(jù)快速下載、傾斜數(shù)據(jù)極速瀏覽、模型數(shù)據(jù)多樣展示、操作分析便捷等優(yōu)點于一身的輕量級軟件[1]。

1 圖新地球軟件應(yīng)用在林業(yè)的可行性

與同類軟件相比，圖新地球軟件具有以下5 個特點。

1）圖新地球為國產(chǎn)軟件，蘇州中科圖新網(wǎng)絡(luò)科技有限公司擁有該軟件的計算機軟件著作權(quán)，完全自主可控，而前幾年在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃行業(yè)有較多應(yīng)用的谷歌地球軟件，因不符合國家測繪政策，目前已退出國內(nèi)市場[2-4]。圖新地球作為一款輕量級的電子地圖軟件，集成了多種合規(guī)的在線地圖資源，能夠滿足用戶對于衛(wèi)星影像的需求。

2）圖新地球軟件支持多種通用格式的矢量、柵格數(shù)據(jù)的瀏覽和輸出，包括KML、KMZ、SHP、DWG、DXF、VEC 等格式的矢量數(shù)據(jù)，TIF、IMG、MBT、LRP 等格式的柵格數(shù)據(jù)，TIF、IMG、HGT、DEM 等格式的數(shù)字地形數(shù)據(jù)，OSGB 格式的傾斜攝影數(shù)據(jù)，OBJ、3DS等格式的三維模型數(shù)據(jù)等。

3）圖新地球軟件具備點、線、面的繪制、裁剪、分割、合并等矢量數(shù)據(jù)的圖形編輯功能，以及增加、刪除字段、修改字段內(nèi)容等屬性數(shù)據(jù)編輯功能。

4）圖新地球軟件有很強的擴展性。通過制作自定義LRC 圖源文件，能將豐富的互聯(lián)網(wǎng)地圖和影像資源在圖新地球中加載、瀏覽、分析；能加載航拍的高清影像和高精度地形數(shù)據(jù)（見圖1）；支持各種圖源的在線地圖、地形等無水印、無偏移下載，滿足日常工作的需要。

圖1 圖新地球軟件加載自定義LRC圖源文件和航拍影像

5）圖新地球軟件已廣泛應(yīng)用于土地調(diào)查、公路勘測設(shè)計、城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計、長輸油氣管道無人機巡檢、公共衛(wèi)生、疫情防控指揮地圖制作等領(lǐng)域[5]。相對于Arcgis 軟件，圖新地球軟件占用計算機資源更少，操作更為直觀便捷，對軟件使用者專業(yè)性要求不高，適合在技術(shù)能力相對較弱、計算機硬件配置相對較低的基層林業(yè)部門推廣應(yīng)用[6-7]。目前，圖新地球軟件已逐漸在基層林業(yè)單位普及，逐步應(yīng)用于森林資源管理、造林規(guī)劃設(shè)計、森林防滅火等領(lǐng)域[8]。

2 圖新地球軟件的基本操作

2.1 矢量數(shù)據(jù)編輯

在圖新地球軟件中，通過編輯菜單欄中的“地標”“線”“面”等按鈕，實現(xiàn)點、線、面等矢量數(shù)據(jù)的采集和勾繪；通過“要素平移”“插入節(jié)點”“刪除節(jié)點”“分割線”“分割面”“合并”“線面互轉(zhuǎn)”等按鈕實現(xiàn)對矢量數(shù)據(jù)的平移、節(jié)點的插入刪除、分割、裁剪、合并、線面要素類相互轉(zhuǎn)換等矢量數(shù)據(jù)的圖形編輯功能；對于新建或者導(dǎo)入的SHP 格式的矢量數(shù)據(jù)，可以通過“增加字段”“刪除字段”等按鈕實現(xiàn)字段的增加、刪除等矢量數(shù)據(jù)的屬性編輯功能。在圖新地球軟件中采集和勾繪的數(shù)據(jù)，可以導(dǎo)出成各種通用格式的矢量數(shù)據(jù)，以方便數(shù)據(jù)交換、共享及在其他GIS軟件中進行分析和應(yīng)用。

2.2 文件格式轉(zhuǎn)換

圖新地球軟件支持加載各種通用格式的矢量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)加載方式直觀簡潔，可通過菜單欄中的“加載圖層”按鈕或者直接拖拽的方式加載數(shù)據(jù)。同時，支持各種格式的矢量數(shù)據(jù)之間相互轉(zhuǎn)換，特別是對于SHP 文件格式的支持，極大地方便了林業(yè)從業(yè)人員。SHP文件格式是ESRI公司開發(fā)的一種空間數(shù)據(jù)開放格式，目前已成為地理信息軟件界的一個開放標準，是一種重要的交換格式，大部分GIS 軟件都支持對其進行讀寫和編輯操作。在圖新地球軟件中，通過在需要進行格式轉(zhuǎn)換的矢量圖層上單擊右鍵，然后選擇“另存為”，保存類型選擇“矢量數(shù)據(jù)（*.SHP）”，即可完成各種格式矢量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為SHP文件。

GPS數(shù)據(jù)采集儀器已在林業(yè)調(diào)查規(guī)劃中廣泛應(yīng)用，但其采集的野外調(diào)查數(shù)據(jù)導(dǎo)出和轉(zhuǎn)換一直比較繁瑣，若不掌握相關(guān)技術(shù)，則難以將采集的數(shù)據(jù)與地形圖、衛(wèi)星影像匹配使用[9]。而圖新地球軟件可以快速簡便地將GPS 采集的數(shù)據(jù)導(dǎo)出成KML、SHP、DXF 等格式的矢量數(shù)據(jù)，首先在Excel 表格中將GPS 采集的數(shù)據(jù)整理成標準的格式：經(jīng)度在一列，對應(yīng)緯度在另一列，標注名稱在第三列，高度在第四列（若采集有）。然后在“數(shù)據(jù)處理”菜單欄中，點擊“Excel 轉(zhuǎn)KML”按鈕，彈出對話框，點擊打開XLS，選擇要轉(zhuǎn)換的Excel 文件，讀取完成后，可在上方的表格里看到Excel 表格中的信息。在Excel 表格內(nèi)容的下方分成了兩塊，左側(cè)是經(jīng)緯度、標注、描述內(nèi)容等的選擇，右側(cè)是對要生成的KML圖層的風格設(shè)置（見圖2）。相應(yīng)設(shè)置完成后點擊“生成點”按鈕（也可生成線和面），設(shè)置保存的KML 路徑，點擊“保存”，即可將GPS 采集的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成KML 格式的矢量數(shù)據(jù)（見圖3），SHP、DXF 等格式可以通過“另存為”方式轉(zhuǎn)換。目前，大多數(shù)GIS 軟件都支持動態(tài)投影。動態(tài)投影技術(shù)可將導(dǎo)出的SHP 等格式的GPS 數(shù)據(jù)精確匹配到相應(yīng)的衛(wèi)星影像和電子地形圖上，若實際工作中確需將導(dǎo)出的數(shù)據(jù)投影到相應(yīng)的坐標系，則只需在ARCGIS 中，使用數(shù)據(jù)管理工具箱中的“投影”工具，即可將矢量數(shù)據(jù)的坐標轉(zhuǎn)換到需要的坐標系[10]。

圖2 Excel數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)KML數(shù)據(jù)

圖3 Excel數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)KML數(shù)據(jù)后效果預(yù)覽

2.3 加載和下載各類影像

圖新地球軟件集成了多種合規(guī)的互聯(lián)網(wǎng)地圖資源，包括百度地圖、影像、標注，天地圖地圖、影像、標注等，同時支持加載無人機采集的高清航拍影像，也支持通過制作LRC 圖源文件的方式加載近幾年的多期影像和及時影像。

同時圖新地球軟件可下載天地圖影像、百度影像；可下載通過自定義LRC 圖源文件方式載入圖新地球軟件的各年度的資源三號衛(wèi)星影像，下載級別最高可至19級，能滿足林業(yè)調(diào)查規(guī)劃的精度要求，輸出格式可導(dǎo)出為TIFF、MBT、瓦片等，以便于在其他GIS軟件中進行加載、分析和應(yīng)用。在圖新地球軟件中，通過點擊“地圖數(shù)據(jù)”菜單下的“影像/地圖”按鈕，選擇需要的影像輸出格式，在地圖類型中選擇需要下載的底圖影像和疊加圖層，然后設(shè)置下載級別，點擊“開始下載”按鈕，即可自動下載影像（見圖4）。

圖4 通過圖新地球軟件下載及時影像

因影像資源為互聯(lián)網(wǎng)地圖資源，所以下載影像的坐標為WGS 1984 Web 墨卡托輔助球投影，該坐標系支持動態(tài)投影，在ARCGIS 等主流GIS 軟件中直接加載下載的影像即可動態(tài)投影到正確的地理位置上，若需變更下載影像的坐標，則在ARCGIS 中使用數(shù)據(jù)管理工具箱中的“投影柵格”工具，即可將影像的坐標轉(zhuǎn)換到需要的坐標系。

2.4 集成各種分析工具

圖新地球軟件集成了各種實用的分析工具，可實現(xiàn)距離測量、面積測量、高度測量、三角測量等。在進行林業(yè)相關(guān)專題的規(guī)劃時，可便捷地對各要素的空間距離、各地塊的面積進行測量和分析；在開展森林防火規(guī)劃時，通過使用通視分析、可視域分析等工具，可科學(xué)高效地進行防火瞭望塔選址；在進行造林規(guī)劃設(shè)計時，使用等高線分析工具，可在三維場景中的選定區(qū)域內(nèi)顯示并標注等高線，以便于不同海拔段造林樹種的選擇和造林地塊的勾繪。

各類分析結(jié)果可直觀地顯示在三維場景中，同時可疊加高清衛(wèi)星影像和調(diào)查規(guī)劃所區(qū)劃和勾繪的各類要素，通過點擊“視圖”菜單下的“高清截屏”按鈕，可輸出高清圖片，便于外業(yè)復(fù)核、規(guī)劃階段性成果展示等工作。

3 圖新地球軟件在基層林業(yè)工作中的具體應(yīng)用

3.1 造林規(guī)劃設(shè)計

造林是基層林業(yè)部門的一項重要工作內(nèi)容，在內(nèi)業(yè)設(shè)計階段，通過對外業(yè)調(diào)查階段現(xiàn)地材料的整理，并結(jié)合森林資源一張圖、國土三調(diào)等檔案數(shù)據(jù)，利用圖新地球軟件加載最新影像，落實造林地塊、區(qū)劃造林小班，規(guī)劃設(shè)計灌溉設(shè)施、網(wǎng)圍欄等配套設(shè)施，制作造林規(guī)劃相關(guān)設(shè)計圖紙初稿，然后由技術(shù)人員對設(shè)計圖進行現(xiàn)場核實并修改，最終完成造林規(guī)劃設(shè)計工作（見圖5），設(shè)計工作完成后，可導(dǎo)出SHP 文件，形成造林規(guī)劃設(shè)計成果數(shù)據(jù)庫，必要時可以加載三維植被模型，模擬成林后的三維效果。利用圖新地球軟件進行造林規(guī)劃設(shè)計，可直觀便捷地統(tǒng)計出規(guī)劃設(shè)計的造林面積、灌溉管道和防護圍欄的長度等相關(guān)設(shè)計數(shù)據(jù)，提高了內(nèi)業(yè)設(shè)計和方案編制的效率。

圖5 在圖新地球軟件中進行造林規(guī)劃設(shè)計

3.2 林木采伐作業(yè)設(shè)計

傳統(tǒng)的林木采伐作業(yè)設(shè)計工作一般使用地形圖深入擬采伐區(qū)域進行實地調(diào)查，然后利用地形圖采用對坡勾繪等作業(yè)方法勾繪伐區(qū)，但擬采伐地塊通常四至不規(guī)則且缺少明顯地物參照，地形因素和伐區(qū)林木高大、植被茂密等植被因素導(dǎo)致伐區(qū)內(nèi)通視性較差，從而導(dǎo)致勾繪伐區(qū)作業(yè)強度大、精度低，直接影響到伐區(qū)的面積、蓄積量、出材量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)的準確性。圖新地球軟件支持加載天地圖影像，也支持通過自定義LRC 圖源文件方式加載資源三號衛(wèi)星影像，多源的高分辨率衛(wèi)星影像能清晰地展現(xiàn)地形、地貌、地物等信息，必要時可以導(dǎo)入無人機航拍的實時高清影像。使用圖新地球軟件進行林木采伐作業(yè)設(shè)計，可以先打印出加載高清影像的外業(yè)調(diào)查圖進行實地調(diào)查勾繪，然后在室內(nèi)在圖新地球軟件的三維場景下，結(jié)合外業(yè)調(diào)查手圖，進行伐區(qū)的矢量勾繪，從而確保伐區(qū)面積的準確無誤，提高林木采伐作業(yè)設(shè)計工作的效率和精度。

3.3 森林資源管理

森林資源的動態(tài)監(jiān)測和常態(tài)化管理是基層林業(yè)部門的一項日常工作，通過自定義LRC 圖源文件方式加載近幾年的多期影像和及時影像，能直觀地反映轄區(qū)內(nèi)各年度林地的動態(tài)變化情況（見圖6），通過加載林木采伐、建設(shè)項目使用林地和造林更新等森林資源檔案數(shù)據(jù)，對比各年度影像動態(tài)變化情況，可以在室內(nèi)初步分析出是否超范圍采伐、超審核審批范圍使用林地及是否按照經(jīng)審批的造林規(guī)劃設(shè)計進行造林。對于超范圍采伐、使用林地地塊，可以進一步使用無人機航拍影像導(dǎo)入圖新地球軟件，區(qū)劃出超范圍的違法面積，為林業(yè)行政、刑事處罰提供依據(jù)。

圖6 加載自定義LRC圖源文件分析同一地塊不同年度地類動態(tài)變化情況

3.4 森林防滅火工作

防滅火工作中，需要收集并分析森林防滅火區(qū)域的多種空間數(shù)據(jù)[11]，而圖新地球軟件集成了較為詳細的道路、河流、湖泊、行政區(qū)劃、高分辨率衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，再導(dǎo)入防滅火區(qū)域的森林致災(zāi)信息數(shù)據(jù)、重要承災(zāi)體信息數(shù)據(jù)、歷史森林火災(zāi)信息數(shù)據(jù)等矢量數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象預(yù)報數(shù)據(jù)、無人機航拍影像，可以較為精確地分析判斷森林防滅火區(qū)域的森林資源現(xiàn)狀、地形地貌、城鎮(zhèn)分布、河流湖泊等與森林防滅火相關(guān)的重要數(shù)據(jù)。圖新地球軟件對于森林防滅火規(guī)劃、森林防滅火應(yīng)急預(yù)案的制定、森林火災(zāi)損失評估等森林防滅火工作的各個方面，都能起到重要的輔助決策作用，從而更好地促進森林防滅火工作的開展。

4 結(jié)語

圖新地球軟件在基層林業(yè)工作中的使用是“3S”技術(shù)在林業(yè)工作中的具體應(yīng)用。其豐富的在線地圖資源、支持多種格式的矢量和柵格數(shù)據(jù)、便捷的圖形用戶界面終端，可在造林規(guī)劃設(shè)計、林木采伐作業(yè)設(shè)計、森林資源管理、森林防滅火等林業(yè)工作中進行廣泛應(yīng)用，較好地解決了傳統(tǒng)林業(yè)工作作業(yè)強度大、精度低的問題，提高了林業(yè)部門的工作效率與質(zhì)量，為林業(yè)工作提供了強有力的技術(shù)支撐。