第３８卷第３期２０１３年６月ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１·３１６８．２０１３．０３．００３林业调查规划ＦｏｒｅｓｔＩｎｖｅｎｔｏｒｙａｎｄＰｌａｎｎｉｎｇＶ０１．３８Ｎｏ．３Ｊｕｎ．２０１３基于ＧＩＳ的新型林业调查系统设计郑君１，杨丝涵２，冯仲科１（１．北京林业大学测绘与３Ｓ技术中心，北京１０００８３；２．北京林业大学，北京１０００８３）摘要：林业调查是林业信息化的重要手段，是森林可持续发展方针的数据基础，对森林开发、利用和保护都具有重要的意义。随着时代的进步，简单的林业调查手段越来越不能满足整体林业信息化的需要。以地理信息系统（ＧＩＳ）的空间信息新技术、海量数据管理技术、信息交互技术为支撑，借用全站仪等高新精密仪器为手段，构建新型林业调查系统，对其关键技术环节进行论述，认为新型林业调查系统大大提高了林业管理与决策的效率。关键词：林业调查；地理信息系统；系统设计中图分类号：￥７５７．２；Ｐ２０８文献标识码：Ａ文章编号：１６７ｌ一３１６８（２０１３）０３—００１２—０４ＤｅｓｉｇｎＭｅｔｈｏｄｏｆＮｅｗＦｏｒｅｓｔｒｙＩｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍＢａｓｅｄＺＨＥＮＧＪｕｎｌ，ＹＡＮＧｓｉ．ｈａｎ２，ＦＥＮＧＺｈｏｎｇ．ｋｅｌｏｎＧＩＳ（１．Ｓｕｒｖｅｙａｎｄ３ＳＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＣｅｎｔｅｒ，ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ；２．ＢｅｉｊｉｎｇＦｏｒｅｓｔｒｙＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｆｏｒｅｓｔｒｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｉｓａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｍｅａｎｓａｏｆｆｏｒｅｓｔｒｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎａｎｄｄａｔａｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆｆｏｒｅｓｔｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｗｈｉｃｈｐｌａｙｅｄｔｉｏｎｏｆｉｍｐｏｒｔａｎｔｒｏｌｅｆｏｒｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎａｎｄｐｒｏｔｅｃ—ｃａｎｆｏｒｅｓｔ．Ｗｉｔｈｔｈｅｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｔｈｅｔｉｍｅｓ，ｓｉｍｐｌｙｆｏｒｅｓｔｒｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎｍｅａｎｓｎｏｔｍｅｅｔｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｗｈｏｌｅｆｏｒｅｓｔｒｙｉｎｆｏｒｍａｔｉｚａｔｉｏｎ．Ｔａｋｉｎｇｓｐａｔｉａｌｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ｍａｓｓｄａｔａｍａｎａｇｅｍｅｎｔｔｅｃｈｎｏｌｏ—ｇＹ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｇｅｏｇｒａｐｈｉｃｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍ（ＧＩＳ）ａｓｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔ，ａｎｄｕｓｉｎｇｗａｓｔｏｔａｌｓｔａｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅａｎｄｏｔｈｅｒｈｉｇｈｐｒｅｃｉｓｉｏｎｄｅｖｉｃｅ，ｎｅｗｆｏｒｅｓｔｒｙｓｕｒｖｅｙｓｙｓｔｅｍｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄｗｈｉｃｈｔｒａ—ｃｏｕｌｄｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｆｏｒｅｓｔｒｙｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｄｅｃｉｓｉｏｎ—ｍａｋｉｎｇ，ｗａｓｆａｒｂｅｙｏｎｄｔｈｅｄｉｔｉｏｎａｌｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｍｏｄｅｌ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｏｒｅｓｔｒｙｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ；ＧｅｏｇｒａｐｈｉｃＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ（ＧＩＳ）；ｓｙｓｔｅｍｄｅｓｉｇｎ地理信息系统是以测绘技术和信息技术为基础发展起来的综合性学科，广泛应用于不同领域，是用于输入、存储、查询、分析和显示地理数据的计算机系统。地理信息系统将地理信息以数字化的形式展现，使得空间地理信息数据与其它数据相结合，能在各行业中取得深远的影响和作用。林业信息化是现代林业建设的重要组成部分，是促进林业科学发展的重要手段，是关系到林业工作全局的战略举措和当务之急。林业调查则是林业信息化的重要手段，采用以往的林业调查模式已经越来越无法满足林业信息化建设，通过采用持续的技术创新，紧密跟踪行业的发展方向，才能为林业信收稿日期：２０１３—０３—１４．项目名称：北京市自然科学基金（０９Ｄ０２９７）；国家科技支撑计划项目（２０１２ＢＡＨ３４８０１）；国家自然科学基金（３０８７２０３８）。作者简介：郑君（１９８７－），男，硕士研究生。主要研究方向：森林信息化。Ｅｍａｉｌ：ｐｉｓｅｃｅ２００８＠１６３．ｃｏｍ责任作者：冯仲科（１９６２一），男，博士，教授。主要研究方向：３Ｓ技术与森林计测：Ｅｍａｉｌ：ｆｅｎｇｚｈｏｎｇｋｅ＠１２６．ｃｏｒｎ万方数据第３期郑君，等：基于ＧＩＳ的新型林业调查系统设计·１３·息化提供全面、高效的解决方案。通过采用地理信息系统的空间信息技术、海量数据管理技术、信息交互技术为支撑，借用全站仪等高新精密仪器为手段，可构建新型林业调查系统。１系统建设目标本系统针对林业调查模式提供测量数据内业服务软件。在森林计测信息化技术突飞猛进发展的今天，对于森林计测数据内业处理的要求越来越高，在计测过程中简单方便的外业测量、智能化的内业数据处理被广泛地应用。本系统通过对简单外业获取的数据进行各种有效处理，达到简化外业测量、智能化内业计算的系统模式。系统整合了坐标测量、坐标放样、面积测量、体积测量、单木计测量、样地计测量、角规计测、遥感计测、绘图制表等多种内业处理功能于一体，全面提升了内业数据处理的速度、智能化水平和准确性。新型林业调查系统主要优势包括：１．１主要外业数据的记录及格式规范化在以往的林业调查模式中，外业调查数据记录方式多为手工记录，在本系统中，数据都是通过仪器自动记录，然后在内业中按照规定的数据模式导出。这种记录模式能保证外业数据的真实性，而且外业数据符合基本调查模式的规范要求，在外业部分操作简便，可减轻外业工作量。１．２新型测量模式的试验在以往的林业调查模式中，外业调查基本手段多为采用胸径尺、测高仪进行胸径、树高数据的采集，使用角规绕测方法获取样断面积数据。在当今科技快速发展的时代，这种简便方法获取的数据已经不能适应林业调查的需求，在本系统中提出了新型的测量模式——单株立木测量，这是在全站仪的高精度仪器的基础下建立的，能保证数据的准确性及测量的快捷性，可满足当今林业调查的需要。１．３基于ＧＩＳ的数据分析系统具有空间数据的分析、转换功能。除一些基本的变换功能如数据更新、比例尺变换、投影变换外，地理信息系统还有以下４种主要空间分析功能：１）综合属性数据分析地理信息系统中属性数据亦采用关系型数据库隔离，可以对属性数据进行相应的分析。２）缓冲区分析根据数据库中的点、线、面实体，在其周围建立万方数据一定宽度的缓冲区多边形。３）空间合成叠置分析空间信息（多边形网络叠置层）的合成叠置分析，就是把同一地区、同一比例尺的２幅或２幅以上的图层重叠在一起、产生新的空间图形及空间位置上新的属性。一般多用于土地利用方面的分析评价。４）网络分析主要用于最佳布局中心位置的选择，一般应用于造林规划、采伐设计。２系统基础架构新型林业调查系统基础架构分为服务层、处理层、数据层。服务层指将外业获取的测量数据按照服务对象要求，将数据按照各种服务功能为相关要求提供服务图层或表格；处理层指将外业获取的测量数据按照功能的划分进行相关的数据处理，并将处理后的数据结果表格或者图层模式输出到服务层；数据层包括将原始测量数据按照文件模式或手工模式的导入、相关功能处理数据的导人导出、各数据层间的数据流通。系统架构设计如图１所示。图１系统架构Ｆｉｇ．１Ｓｙｓｔｅｍａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ·１４·林业调查规划第３８卷３系统关键性技术３．１数据模型标准化和规范化３．１．１统一的数据采集原则ＧＩＳ数据库中涉及到众多自然资源和外业测量的数据，具有数据量大，数据种类繁多，空间定位数据和外业数据并存，数据随时变更且有共享性，利于３．３新型测树模式的实验通过全站仪对立木的可视范围内的两侧进行量测（图２），分别获得同一水平高度立木两侧的坐标值（ｘ。，ｙ。，Ｈ，），通过坐标值求解：胸高Ｈｉ＝（日。＋日…）／２胸径Ｄ。＝√（髫ｉ一戈ｉ＋１）２＋（Ｙ‘一Ｙ‘＋１）２。信息传输、交换等特点。因此，要采集的是具有权威性、科学性和代表性的数据。３．１．２统一空间定位框架统一的空间定位框架是各种地理空间数据的输入、输出和匹配处理的共同地理坐标基础，这种坐标基础可以归化成地理坐标、网络坐标和投影坐标。当数据信息的来源不同时，必须将它们转换到这３种坐标系统之一中来。３．１．３统一的数据分类标准将成千上万个标准化数据组织成系统的数据库，必须要有较好的数据分类系统。分类系统划分是否合理，直接影响到系统的组织，系统间数据的连接、传输和共享，以及系统的质量。３．１．３统一的数据编码系统ＧＩＳ存贮的空间数据具有时间、空间和属性的复杂特征，需要通过计算机能够识别的代码体系来提供地理分类和特征描述，同时需要制定统一的编码标准，以实现地理要素的计算机输入、存贮以及系统间的数据共享。３．１．４统一的数据记录格式统一的数据记录格式是指地理信息系统的原始数据和输出数据在磁性介质内的记录方式。对不同来源（遥感、地图、统计数据）和不同形式（点、线、面）的数据，都必须按照标准的记录格式记录，以保证系统对各种数据信息的接纳、处理和共享。３．２并行式数据模式并行式空间数据库的模式是对于新型林业调查系统的核心基础。对于林业调查而言，面对的数据类型繁杂，数据表格模式多种多样，若采用简单串行式数据管理，会导致数据结构的反复和干涉，使数据库冗余度过高。而本系统采用的并行式数据管理模式将调查获得的基础数据放进数据池中，针对不同的数据表格从数据池中提取不同的数据模型，使得数据的提交只要一次完成就能多次重复利用，考虑了数据池与各子系统之间的动态交互与协同关系，简化数据库建表结构，加快了数据流通过程，能在多用户进行同时数据访问的压力下快速处理。３．４基于ＧＩＳ的数据分析３．４．１基本功能系统中包括了ＧＩＳ平台中拥有的基础功能：基Ｆｉｇ．３Ｆｉｇ２图２立木胸径、胸高测量ＳｕｒｖｅｙｍａｐｓｏｆｓｔｕｍｐａｇｅＤＢＨ通过可视位置处将立木分隔成圆台，按照圆台法对立木进行求解（图３）：一Ｖ＝（Ｓ。＋Ｓ。、隔）Ｈ／３１ｙ蛹数＝÷（．ｓ圆＋ｓ底＋￣／Ｊｓ圆Ｓｉ￥）Ａｈ图３圆台法立木求解Ｓｔｕｍｐａｇｅｓｏｌｖｉｎｇｏｆｃｉｒｃｕｌａｒｍｅｔｈｏｄ万方数据第３期郑君。等：基于ＧＩＳ的新型林业调查系统设计·１５·础显示功能（放大、缩小、移动），查询功能（空间数据查询属性数据、属性数据查询空间数据、交叉查询），编辑功能（空间数据编辑、属性数据修改），输出功能（制图、报表、图表），计算功能（面积、长度等）。这些功能能满足林业调查系统中正常工作需要。３．４．２扩展功能因为已经建立标准化、规范化的统一数据模型，在ＧＩＳ的支持下，能将这些数据进行统计、规划、分析。借助系统，能实现林业资源的动态监测、数据的更新，进行林业规划，如造林设计、采伐设计、森林分类区划、自然保护区设计。通过ＧＩＳ和基础数据的支持，在森林防火预警决策中也提供了防火规划设计布局、防火隔离带设计、森林火灾预警指挥评估等，提高了林业调查的管理和决策的效率，为林业调查提供了数据支撑。４结语林业调查系统是林业数字化的基础，地理信息系统的应用加上全站仪等高精度仪器的使用，使得林业调查也在采用新思路、新方法上与时俱进。林业调查数据的维护和更新是一个长期过程，结合信息化，森林资源的开发、利用和保护都能跟上时代发展的步伐。通过地理信息系统随时掌握资源动态变化，可及时做出相应决策，而传统的林业调查从外业调查、数据整理到最后的方案制定，需较长的时间，使得最后的方案会与实际情况间产生差距。而利用ＧＩＳ技术实时地掌握森林资源在时间、空间上的变化，能制定合理的解决方案，提高森林管理决策的效率。参考文献：［１］夏鎏彬．做好林业管理及可持续发展的方法［Ｊ］．北京农业，２０１１，１５：３６—３９．［２］林迎星，郑志高，林晨阳．林区县级林业管理体制深化万方数据改革探索（续）［Ｊ］林业经济问题，１９９４（４）：２３—２６．［３］敖安强．中日国有林管理体制改革比较研究［Ｊ］．林业经济，２０１０（１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郑君， 杨丝涵， 冯仲科， ZHENG Jun， YANG Si-han， FENG Zhong-ke
郑君,冯仲科,ZHENG Jun,FENG Zhong-ke(北京林业大学测绘与3S技术中心,北京,100083)， 杨丝涵,YANGSi-han(北京林业大学,北京,100083)林业调查规划
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引用本文格式：郑君.杨丝涵.冯仲科.ZHENG Jun.YANG Si-han.FENG Zhong-ke 基于GIS的新型林业调查系统设计[期刊论文]-林业调查规划 2013(3)