GIS技術(shù)在林業(yè)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

劉盛益 劉神舟 劉凱璇

摘要 地理信息系統(tǒng)（GIS）具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算、統(tǒng)計(jì)分析和圖表輸出功能，可以結(jié)合遙感技術(shù)（RS）、全球定位技術(shù)（GPS）等實(shí)現(xiàn)對(duì)林業(yè)資源和空間信息的采集、處理、管理、分析和表達(dá)等，簡(jiǎn)稱3S技術(shù)，已被廣泛應(yīng)用于林業(yè)外業(yè)調(diào)查和管理中，是一項(xiàng)先進(jìn)的現(xiàn)代信息技術(shù)。本文以安徽省霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)要介紹了以GIS技術(shù)為核心的3S技術(shù)手段在林業(yè)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)中的實(shí)操應(yīng)用，以期為基層林業(yè)工作者提供借鑒與參考。

關(guān)鍵詞 GIS技術(shù)；林業(yè)項(xiàng)目；規(guī)劃設(shè)計(jì)；應(yīng)用

中圖分類號(hào) F326.2；TP311.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 1007-7731（2023）14-0078-04

地理信息系統(tǒng)（GIS）作為林業(yè)信息化、數(shù)字化的重要的軟件系統(tǒng)，已被廣泛應(yīng)用于森林資源規(guī)劃、林業(yè)工程項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)、森林防火、林業(yè)有害生物防治等各個(gè)方面。GIS技術(shù)的應(yīng)用使林業(yè)專題地圖制作實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，逐步取代傳統(tǒng)的紙質(zhì)地圖。數(shù)字化地圖在動(dòng)態(tài)性、交互性和直觀性及數(shù)據(jù)更新的現(xiàn)勢(shì)性、數(shù)據(jù)多樣性方面具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)[1]。GIS可快速度、高精度、大批量地完成各類林業(yè)專題地圖的制作，還可利用專業(yè)圖的空間分析來(lái)派生出新的信息，將森林資源外業(yè)調(diào)查的文字、圖像、表格轉(zhuǎn)換為直觀的三維可視化立體模型，供決策者快速瀏覽第一時(shí)間拿出可行性方案[1]。GIS技術(shù)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了專業(yè)數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)以及地理信息等方面的動(dòng)態(tài)融合，為林業(yè)調(diào)查規(guī)劃工作的科學(xué)化開(kāi)展提供了重要的數(shù)據(jù)依據(jù)[2]，大幅提升了外業(yè)調(diào)查、數(shù)據(jù)編輯、成果制圖等工作的效率，為推動(dòng)林業(yè)信息化、數(shù)字化建設(shè)提供支撐。

霍山縣位于安徽西部，地處大別山腹地、淮河一級(jí)支流淠河上游，屬北亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候區(qū)，季風(fēng)氣候明顯，雨量充沛，四季分明。土壤以硅鋁質(zhì)粗骨土和黃棕壤為主，屬于北亞熱帶常綠落葉闊葉混交林帶，珍稀名貴和大宗道地藥用植物有霍山石斛、安徽貝母、杜仲、厚樸、藥百合等，全縣林地總面積3 403 hm2，森林覆蓋率76%以上?；羯娇h國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目著眼于大別山重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)敏感脆弱區(qū)和生態(tài)問(wèn)題突出區(qū)域，以全面提升國(guó)土綠化水平為核心，以不同功能區(qū)綠化發(fā)展目標(biāo)為導(dǎo)向，以提升森林資源質(zhì)量、增強(qiáng)水源涵養(yǎng)和水土保持能力、推動(dòng)革命老區(qū)綠色發(fā)展為建設(shè)重點(diǎn)，布局開(kāi)展“大別山區(qū)生態(tài)屏障建設(shè)工程”“革命老區(qū)林業(yè)共富工程”“城鄉(xiāng)綠化美化造林工程”三大建設(shè)工程。項(xiàng)目涉及16個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（林場(chǎng)），小班459個(gè)，面積3 476.3 hm2

1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

1.1 軟件準(zhǔn)備

本次項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)主要運(yùn)用Windows10操作系統(tǒng)、ArcGIS 10.6軟件、森林資源采集軟件（V1.58）。

1.1.1 ArcGIS 10.6軟件? ArcGIS是一款基于GIS技術(shù)的軟件，能高效地對(duì)各種空間數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、創(chuàng)建各種不同的地圖以及分析各種不同的地理環(huán)境等[3]。

1.1.2 森林資源采集軟件（V1.58）? 森林資源采集軟件（V1.58）是移動(dòng)GIS系統(tǒng)，能全面進(jìn)行森林基礎(chǔ)地圖方面信息的錄入、各類數(shù)據(jù)信息的導(dǎo)入和導(dǎo)出、森林資源位置的感知、森林資源的調(diào)查分析、違法督查管理數(shù)據(jù)的錄入、傳感器數(shù)據(jù)的錄入和展示等，能有效提升野外調(diào)查工作的便利性和自動(dòng)化水平[4]。

1.2 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備

霍山縣1∶10 000電子地形圖、2022年衛(wèi)星影像圖、霍山縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)界、霍山縣村界、2021年度國(guó)土變更調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)（基于三調(diào)）、2022年度國(guó)土變更調(diào)查第一次交部數(shù)據(jù)、2023新增耕地范圍線、霍山三區(qū)三線（霍山縣城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界、霍山縣生態(tài)保護(hù)紅線、一級(jí)基本農(nóng)田保護(hù)圖斑）等。

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程

數(shù)據(jù)預(yù)處理過(guò)程主要包括：地理配準(zhǔn)、投影變換、誤差處理DEM數(shù)據(jù)分析等，以及將處理好的數(shù)據(jù)導(dǎo)入ArcGIS10.6軟件、森林資源采集軟件等。

1.4 數(shù)據(jù)格式

ArcGIS能夠加載2種類型的數(shù)據(jù)格式：矢量數(shù)據(jù)cad文件（dwg、dxf）和ArcGIS文件（shp、mdb、gdb）；柵格數(shù)據(jù)地形圖、影像圖、jpg、tif、png等。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)和圖層的建立

ArcGIS支持常用的access數(shù)據(jù)庫(kù)（個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù).mdb和文件地理數(shù)據(jù)庫(kù).gdb），其中文件地理數(shù)據(jù)庫(kù)和個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)是專為支持地理數(shù)據(jù)庫(kù)的完整信息模型而設(shè)計(jì)的，包含拓?fù)?、柵格目錄、網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集、terrain數(shù)據(jù)集、地址定位器等，在實(shí)際應(yīng)用中根據(jù)需要進(jìn)行選擇。

2.1 文件地理數(shù)據(jù)庫(kù)

每個(gè)數(shù)據(jù)集1 TB。每個(gè)文件地理數(shù)據(jù)庫(kù)可保存很多數(shù)據(jù)集。對(duì)于超大型影像數(shù)據(jù)集，可將1 TB限值提高到256 TB。每個(gè)要素類最高可擴(kuò)展至每個(gè)數(shù)據(jù)集數(shù)億個(gè)矢量要素，數(shù)據(jù)庫(kù)可跨平臺(tái)使用，效率更高，容量可達(dá)1 TB，相同數(shù)據(jù)量的情況下其體積更小。

2.2 個(gè)人地理數(shù)據(jù)庫(kù)

每個(gè)Access數(shù)據(jù)庫(kù)2 GB。性能下降前的有效限制通常介于每個(gè)Access數(shù)據(jù)庫(kù)文件250～500 MB，數(shù)據(jù)庫(kù)僅支持Windows系統(tǒng)；微軟mdb標(biāo)準(zhǔn)，可用Access數(shù)據(jù)庫(kù)打開(kāi)和編輯，最大支持2 GB。

2.3 shapefile圖層數(shù)據(jù)庫(kù)

Shapefile文件相當(dāng)于一個(gè)要素類，創(chuàng)建方式和數(shù)據(jù)庫(kù)中要素類的創(chuàng)建方式一樣，打開(kāi)Catalog，可以在文件夾中右擊直接創(chuàng)建。具有簡(jiǎn)單、快捷、方便等優(yōu)點(diǎn)，但缺點(diǎn)較明顯，如字段名最多只能夠有10個(gè)字符、數(shù)據(jù)超過(guò)200 M后不穩(wěn)定、無(wú)法存儲(chǔ)空值和拓?fù)湫畔?、?duì)字段名或存儲(chǔ)值中的Unicode支持不理想、不支持樣條曲線，放大一定的比例會(huì)出現(xiàn)鋸齒等。

2.4 國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)建立

2.4.1 建立數(shù)據(jù)庫(kù)文件? 在電腦桌面新建“霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目”文件夾，打開(kāi)ArcMap軟件，在目錄窗口進(jìn)行文件夾連接。

2.4.2 新建要素?cái)?shù)據(jù)集? 在目錄窗口右擊“霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目”文件夾，新建文件地理數(shù)據(jù)庫(kù)并命名（霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目.gdb），右擊霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目.gdb，新建要素?cái)?shù)據(jù)集并命名為lh，選擇Gauss Kruger（高斯-克呂格投影），展開(kāi)CGCS 2000，1∶10 000地形圖使用3°分帶，選擇CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E坐標(biāo)系，確定。

2.4.3 新建要素?cái)?shù)據(jù)集下要素類? 右擊l h要素?cái)?shù)據(jù)集，新建要素類并命名為“霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目”，根據(jù)需要選擇面要素、線要素、點(diǎn)要素等7類要素，本項(xiàng)目選擇面要素，添加字段名稱、數(shù)據(jù)類型后，點(diǎn)擊完成。添加字段根據(jù)需要選擇字段數(shù)據(jù)類型。文本型（Text）：數(shù)字字符存儲(chǔ)為字節(jié)，文本型主要記錄文字信息，如村組名、工程類別、樹(shù)種、林種、身份證號(hào)碼、林權(quán)證號(hào)等信息。雙精度（Double）：1個(gè)符號(hào)位、7個(gè)指數(shù)位和56個(gè)小數(shù)位，float和double用于記錄帶有小數(shù)位的屬性信息，如面積、蓄積等。浮點(diǎn)型（Float）：1個(gè)符號(hào)位、7個(gè)指數(shù)位和24個(gè)小數(shù)位。短整型（Short Integer）：1個(gè)符號(hào)位、15個(gè)二進(jìn)制位，大約在-32 000～32 000。長(zhǎng)整型（Long Integer）：1個(gè)符號(hào)位、31個(gè)二進(jìn)制位，大約在-2 000 000 000～2 000 000 000。整型（short、long）用于記錄整數(shù)屬性，如編號(hào)、ID號(hào)、人口數(shù)量等。日期型（Date）：日期值基于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間格式存儲(chǔ)，日期型用于記錄時(shí)間信息，如采伐日期、更新日期、填表時(shí)間等。BLOB：復(fù)雜對(duì)象，如影像和視頻，BLOB只能在數(shù)據(jù)庫(kù)中創(chuàng)建，不支持shp文件，如采伐照片、現(xiàn)場(chǎng)錄音等。

2.4.4 數(shù)據(jù)導(dǎo)入外業(yè)調(diào)查平板? 內(nèi)容列表窗口右擊“霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目”圖層，導(dǎo)出數(shù)據(jù)，選中數(shù)據(jù)框，保存到指定文件夾并命名為“國(guó)土綠化項(xiàng)目外業(yè)調(diào)查”，保存類型選擇shapefile。將平板數(shù)據(jù)線與電腦連接，將文件夾復(fù)制粘貼至平板森林資源采集軟件Data文件夾。打開(kāi)森林資源采集軟件，采集圖層，導(dǎo)入圖層，參數(shù)設(shè)置選擇編碼主要有GB2312、UTF-8等，在GIS10.4以下版本創(chuàng)建的shp選擇編碼GB2312、在GIS10.4以上版本創(chuàng)建的shp選擇編碼UTF-8，中文字符選擇編碼GB2312，否則屬性表出現(xiàn)亂碼。導(dǎo)入圖層后，即可進(jìn)行小班外業(yè)調(diào)查。

3 小班外業(yè)調(diào)查

3.1 外業(yè)小班勾繪

打開(kāi)平板森林資源采集軟件及GPS位置信息，選擇“國(guó)土綠化項(xiàng)目外業(yè)調(diào)查”圖層，結(jié)合地形圖、影像圖，同時(shí)打開(kāi)國(guó)土變更數(shù)據(jù)、三區(qū)三線等紅線進(jìn)行比對(duì)，利用電容筆進(jìn)行小班勾繪，記錄小班屬性數(shù)據(jù)，拍攝現(xiàn)場(chǎng)照片、視頻并錄音等。

3.2 外業(yè)數(shù)據(jù)處理

外業(yè)調(diào)查結(jié)束后，將調(diào)查數(shù)據(jù)導(dǎo)出。打開(kāi)平板森林資源采集軟件，長(zhǎng)按“國(guó)土綠化項(xiàng)目外業(yè)調(diào)查”圖層，點(diǎn)擊屬性數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊“DAYA”，全選屬性，選擇導(dǎo)出目錄，導(dǎo)出格式選shp，然后用數(shù)據(jù)線將平板與電腦連接，復(fù)制“國(guó)土綠化項(xiàng)目外業(yè)調(diào)查”數(shù)據(jù)粘貼至電腦指導(dǎo)位置，在ArcMap軟件中進(jìn)行匯總處理。

4 矢量數(shù)據(jù)匯總

4.1 外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)匯總

打開(kāi)編輯器，選擇開(kāi)始編輯，選擇霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目，使該圖層處于編輯狀態(tài)，然后打開(kāi)國(guó)土綠化項(xiàng)目外業(yè)調(diào)查圖層屬性表，選擇需要的小班，點(diǎn)擊工具欄“復(fù)制（Ctrl+c）”、點(diǎn)擊粘貼（Ctrl+v），粘貼目標(biāo)霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目圖層。按照以上方法將所有外業(yè)工作組數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總，進(jìn)行下一步處理。

4.2 數(shù)據(jù)拓?fù)錂z查

為修正小班外業(yè)調(diào)查中出現(xiàn)的圖層重疊和空隙問(wèn)題，可以建立圖層拓?fù)溥M(jìn)行修改完善。

4.2.1 建立拓?fù)? 打開(kāi)ArcMap，選擇目錄窗口霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目數(shù)據(jù)庫(kù)，右擊lh數(shù)據(jù)集，新建拓?fù)?，然后根?jù)提示新建lh-Topology，選中圖斑面后添加規(guī)則，先后選中添加規(guī)則（不能有空隙、不能重疊、不能有懸掛點(diǎn)），點(diǎn)擊“確定”完成[5]。

4.2.2 修改完善? 打開(kāi)ArcMap，添加新建的lh-Topology，可見(jiàn)重疊和有縫隙的部分顯示紅色，需要修改。點(diǎn)擊編輯器開(kāi)始編輯，然后在工具欄拓?fù)涔ぞ呃稂c(diǎn)擊“選擇拓?fù)洹?，確定。修改一般采用“對(duì)齊邊”工具，點(diǎn)擊選擇“對(duì)齊邊”，再在圖面上單擊需要修改的邊，再單擊需要對(duì)齊的邊，這樣需要修改的邊就自動(dòng)匹配到需要對(duì)齊的邊，對(duì)紅色部分逐個(gè)修改。修改效果可以通過(guò)拓?fù)涔ぞ咧小膀?yàn)證當(dāng)前范圍的拓?fù)洹边M(jìn)行驗(yàn)證，修改完善，紅色部分自動(dòng)褪去，尚未褪去的，則按以上方法繼續(xù)修改完善[5]。

4.3 數(shù)據(jù)比對(duì)處理

霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目建設(shè)不能占用耕地（包括旱地、水田水澆地）、三區(qū)三線（城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界、生態(tài)保護(hù)紅線、一級(jí)基本農(nóng)田保護(hù)圖斑），項(xiàng)目數(shù)據(jù)需要與國(guó)土變更調(diào)查耕地（包括旱地、水田水澆地）數(shù)據(jù)、三區(qū)三線（城鎮(zhèn)開(kāi)發(fā)邊界、生態(tài)保護(hù)紅線、一級(jí)基本農(nóng)田保護(hù)圖斑）數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，避免重疊。

4.3.1 國(guó)土變更調(diào)查數(shù)據(jù)屬性選擇? 在內(nèi)容列表選擇國(guó)土變更調(diào)查數(shù)據(jù)（341525霍山縣.gdb）data數(shù)據(jù)集，選擇DLTB圖層，右擊圖層，選擇屬性，選擇定義查詢，點(diǎn)擊查詢構(gòu)建器，雙擊“DLMC”，點(diǎn)擊“=”，獲取唯一值，雙擊“旱地”，點(diǎn)擊“OR”，雙擊“DLMC”，點(diǎn)擊“=”，雙擊“水田”，點(diǎn)擊“OR”，雙擊“DLMC”，點(diǎn)擊“=”，雙擊“水澆地”，確定。即選擇旱地、水田、水澆地3個(gè)圖層進(jìn)行比對(duì)。也可在定義查詢對(duì)話框直接輸入公式：DLMC=‘旱地OR DLMC=‘水田OR DLMC=‘水澆地（必須選擇英文雙引號(hào)）。

4.3.2 國(guó)土變更調(diào)查第一次交部數(shù)據(jù)（2022年度）屬性選擇? 在內(nèi)容列表選擇2022年度國(guó)土變更調(diào)查第一次交部數(shù)據(jù)（XYBASE.gdb）Dataset數(shù)據(jù)集，選擇DLTB-NMK圖層，右擊圖層，選擇屬性，選擇定義查詢，點(diǎn)擊查詢構(gòu)建器，雙擊“DLMC”，點(diǎn)擊“=”，獲取唯一值，雙擊“旱地”，點(diǎn)擊“OR”，雙擊“DLMC”，點(diǎn)擊“=”，雙擊“水田”，點(diǎn)擊“OR”，雙擊“DLMC”，點(diǎn)擊“=”，雙擊“水澆地”，確定。即選擇旱地、水田、水澆地3個(gè)圖層進(jìn)行比對(duì)。也可在定義查詢對(duì)話框直接輸入公式：DLMC=‘旱地OR DLMC=‘水田OR DLMC=‘水澆地（必須選擇英文雙引號(hào)）。

4.3.3 數(shù)據(jù)比對(duì)處理? 打開(kāi)ArcToolbox，選擇分析工具，疊加分析，點(diǎn)擊相交，在輸入要素窗口下拉菜單選擇“霍山縣國(guó)土綠化試點(diǎn)示范項(xiàng)目”，再選擇相關(guān)紅線進(jìn)行相交比對(duì)，相交圖層自動(dòng)形成“霍山縣國(guó)土綠化項(xiàng)目矢量圖_Intersect”。點(diǎn)擊擦除，先后輸入需要比對(duì)的圖層、相交部分圖層，選擇保存位置，確定。

4.4 屬性表數(shù)據(jù)處理

屬性表數(shù)據(jù)處理一般要在編輯狀態(tài)執(zhí)行，字段計(jì)算器可在編輯會(huì)話外執(zhí)行計(jì)算，并且方法速度更快，但無(wú)法撤消結(jié)果。

4.4.1 添加字段? 圖層非編輯狀態(tài)點(diǎn)擊屬性表下拉菜單，輸入字段名稱、字段類型，確定。

4.4.2 按屬性選擇處理? 右擊項(xiàng)目圖層，打開(kāi)屬性表，打開(kāi)表選項(xiàng)下拉菜單，按屬性選擇，用獲取唯一值的方式對(duì)各字段進(jìn)行分析。對(duì)記錄不完整、不規(guī)范的字段通過(guò)查找、替換或直接修改的方法進(jìn)行處理完善。

4.4.3 字段計(jì)算器? 右擊選中字段，選擇字段計(jì)算器對(duì)屬性進(jìn)行批量修改，對(duì)話框加載中文字段時(shí)須添加英文引號(hào)。

4.4.4 屬性表導(dǎo)入Excel? 方法一：右擊屬性表下拉菜單，點(diǎn)擊導(dǎo)出數(shù)據(jù)，保存類型選擇dBASE表，用Excel打開(kāi)導(dǎo)出的dBASE表。方法二：打開(kāi)工具箱ArcToolbox，選擇轉(zhuǎn)換工具，選擇Excel，打開(kāi)表轉(zhuǎn)Excel對(duì)話框，按提示操作。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科技的發(fā)展，林業(yè)需要改變傳統(tǒng)的高強(qiáng)度、低效率人工作業(yè)模式。GIS技術(shù)在林業(yè)項(xiàng)目規(guī)劃設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，具有精確性、便捷性、可視化以及美觀化等優(yōu)點(diǎn)[6]，降低了外業(yè)調(diào)查的勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了工作效率與成果的科學(xué)性。GIS作為一種現(xiàn)代信息技術(shù)，需要林業(yè)工作者不斷學(xué)習(xí)和探索，以便更好地運(yùn)用于林業(yè)生產(chǎn)和管理實(shí)踐，推動(dòng)林業(yè)科學(xué)化、信息化、數(shù)字化建設(shè)的快速發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：何 艷）