基于GIS的集體林森林資源信息管理系統的研制與論文

　　本研究的目的是為我國南方集體林區的森林資源信息管理探索并實(shí)現一個(gè)實(shí)用的以GIS技術(shù)為核心的信息管理系統.

　　南方集體林區分布在我國南方的山區，且大多是貧困山區.山區的綜合開(kāi)發(fā)是當地經(jīng)濟發(fā)展，人民脫貧致富奔小康的根本大計，也是國土和江河治理、改善生態(tài)環(huán)境的基礎.山區綜合開(kāi)發(fā)要追求生態(tài)環(huán)境，結構優(yōu)化，經(jīng)濟規模，資源配置和科技進(jìn)步5個(gè)方面的效益.為了實(shí)現這些效益，要求管理科學(xué)化和信息化.只有在管理層及時(shí)掌握準確的信息源時(shí)，才能實(shí)現結構的優(yōu)化和資源的配置.森林資源是集體林區最為重要的信息.目前集體林區的經(jīng)營(yíng)形式呈現多樣性，集體統管、農戶(hù)承包、租賃、拍賣(mài)、股份合作和自留山并存，大大增加了森林資源管理的復雜性，特別是分散到農戶(hù)的自主經(jīng)營(yíng)，很難為林業(yè)管理人員把握，也就難于對他們進(jìn)行指導.本項研究在于通過(guò)信息管理系統在計算機上建立以農戶(hù)為對象的資源與經(jīng)營(yíng)檔案，使林業(yè)站管理人員可以實(shí)時(shí)了解與其管理業(yè)務(wù)活動(dòng)有關(guān)的全鄉(鎮)范圍內的森林資源信息.

　　地理信息系統是一種為了獲取、存儲、查詢(xún)、分析和顯示空間定位數據而建立的計算機化的數據庫管理系統.地理信息系統的應用已經(jīng)十分普遍，但在我國南方集體林區，目前這種信息技術(shù)的應用極少.一個(gè)地區的信息應用程度與其經(jīng)濟發(fā)展密不可分，因此，在南方林區進(jìn)行基于GIS的森林資源信息管理系統的研建，將有利于地區的對外開(kāi)放，也有利于信息管理人才的培養.在未來(lái)的地區林業(yè)發(fā)展中，可以預計目前分散的小規模家庭式的經(jīng)營(yíng)將逐漸被大規模集約經(jīng)營(yíng)所替代.在這個(gè)轉型的過(guò)程中已經(jīng)建立的計算機信息管理系統將提供有價(jià)值的森林資源和經(jīng)營(yíng)方面的信息，有助于管理和決策.當前，在我國南方林區建立集體林森林資源信息管理系統的基本條件已經(jīng)具備.

　　1系統分析

　　1.1需求分析

　　通過(guò)對鄉鎮林業(yè)站森林資源管理工作的調查情況和與用戶(hù)的座談交流情況進(jìn)行總結和分析認為，鄉鎮林業(yè)站對森林資源管理方面的信息需求主要包括以下3個(gè)方面：

　　(1)統計信息.如根據人工造林需要，按面積大小分組統計出各立地類(lèi)型的宜林荒山、疏林地、成過(guò)熟林地和火燒跡地等適合于造林的林地的面積和各林地適宜種植的樹(shù)種.

　　(2)空間信息.給出各林地的地理位置，以及地形信息如三維地形圖等，則信息的使用就會(huì )更加有效.

　　(3)農戶(hù)經(jīng)營(yíng)信息.如某農戶(hù)承包了多少林地，在什么位置，種植了什么樹(shù)種，是否適地適樹(shù)，對沒(méi)有適地適樹(shù)的林地建議農戶(hù)種植什么樹(shù)種等.

　　鄉鎮林業(yè)站需要查詢(xún)和統計的森林資源信息管理的主要項目有:①營(yíng)林生產(chǎn);②森林釆伐；③病蟲(chóng)害發(fā)生的歷史記錄檢索；④森林火災發(fā)生的歷史記錄檢索;⑤林地權屬;⑥經(jīng)營(yíng)形式;⑦經(jīng)營(yíng)戶(hù)主;⑧小班;⑨林地的適地適樹(shù)情況.

　　1.2系統的軟硬件配置

　　隨著(zhù)社會(huì )信息化進(jìn)程的不斷深入，鄉鎮林業(yè)站對森林資源信息管理系統的需求必然會(huì )增加.但是，鄉鎮林業(yè)站的經(jīng)濟條件十分有限，研建信息系統的投入不會(huì )很大.因此，在系統的軟硬件配置上就不能一味追求高檔次，基本投入在3萬(wàn)元左右比較合適.

　　本系統的硬件配置為:一臺IBM586微機，一臺噴墨打印機，一臺數字化儀和一臺繪圖儀.其中數字化儀和繪圖儀可在需要時(shí)租用，不必自己購置.軟件配置為MicrosoftWindows98系統軟件，Map-InfoProfessional41中文版GIS應用軟件.本系統使用MapInfo作為圖形輸入平臺.MapInfo是桌面辦公GIS軟件「4，其價(jià)格適中，界面直觀(guān)，使用簡(jiǎn)便，基本上能夠滿(mǎn)足鄉鎮林業(yè)站森林資源信息管理的需要.

　　2系統的功能設計

　　根據調查分析，鄉鎮一級林業(yè)站的森林資源信息管理主要以信息查詢(xún)和數據輸入、更新、維護為主.

　　2.1信息查詢(xún)功能

　　本系統的信息查詢(xún)內容如圖1所示.

　　信息查詢(xún)首先指定查詢(xún)范圍，可以在鄉、村、農戶(hù)三級范圍中進(jìn)行信息查詢(xún)；查詢(xún)內容分層次逐級進(jìn)行，查詢(xún)方式主要包括:①根據屬性數據條件查詢(xún)輸出屬性數據結果，即文—文查詢(xún)方式.②根據屬性數據條件查詢(xún)輸出圖形數據結果，即文—圖查詢(xún)方式.如:在進(jìn)行人工造林計劃時(shí)，需要查詢(xún)宜林荒山小班的面積、位置、適宜樹(shù)種等信息，并按面積分組顯示（圖2).③根據圖形數據條件查詢(xún)輸出屬性數據結果，即圖—文查詢(xún)方式.如查詢(xún)某一小班由哪些農戶(hù)經(jīng)營(yíng)等.④根據圖形數據條件查詢(xún)輸出圖形數據結果，即圖—圖查詢(xún)方式，如根據小班圖元查詢(xún)輸出局部三維地形或二維地形圖（圖3).

　　2.2數據維護功能

　　2.2.1屬性數據的輸入與維護

　　系統中有大量的屬性數據需要輸入系統，如森林經(jīng)營(yíng)小班調查數據、立地類(lèi)型及適宜樹(shù)種數據、森林經(jīng)營(yíng)模式數據都需要輸入系統.它們?yōu)樯�林資源信息管理系統奠定了數據基礎.本系統中的森林經(jīng)營(yíng)小班調查數據輸入平臺，解決了小班基本數據與經(jīng)營(yíng)戶(hù)主數據之間的自動(dòng)關(guān)聯(lián).

　　2.2.2圖形數據的輸入與維護

　　除了大量的屬性數據需要輸入系統外，還有大量的圖形數據需要輸入系統，如小班區劃圖、地形圖、道路、村莊位置等圖形數據都需要輸入系統.本系統使用MapInfoProfessional4.1中文版實(shí)現圖形數據的輸入、編輯和修改等.本系統的功能框圖見(jiàn)圖4.

　　3系統的結構設計

　　系統的總體結構如圖5所示.

　　查詢(xún)用戶(hù)界面是用戶(hù)使用本系統進(jìn)行森林資源信息查詢(xún)的主界面，主要由鄉鎮林業(yè)站站長(cháng)及一些專(zhuān)業(yè)人員使用.該界面使用VisalBasic作為其開(kāi)發(fā)工具，實(shí)用、簡(jiǎn)便、易操作是開(kāi)發(fā)該界面的指導思想.

　　屬性數據輸入界面完成各類(lèi)屬性數據的計算機錄入工作，如森林資源小班調查數據、立地類(lèi)型及適宜樹(shù)種數據和森林經(jīng)營(yíng)模式數據的輸入(這里稱(chēng)之為原始數據庫)，以及數據字典的建立與維護等.該界面使用VB開(kāi)發(fā)，主要由專(zhuān)門(mén)的系統操作員使用.系統中的圖形數據的輸入使用MapInfo即在MapIn-fo平臺上進(jìn)行圖形的數字化輸入.

　　數字高程模型DIM(DigitalElevationMode)生成模塊用VisalC++開(kāi)發(fā)，主要實(shí)現地形圖的三維表示.其使用的等高線(xiàn)數據為Maplnfo格式數據.本系統還含有多個(gè)使用VB，VC十十開(kāi)發(fā)的接口模塊，如查詢(xún)用戶(hù)界面與Maplnfo之間的接口，用VB和MapBasic結合完成，主要實(shí)現查詢(xún)條件的輸入和查詢(xún)結果的輸出，其輸入輸出數據包括圖形數據和屬性數據兩類(lèi).

　　4系統開(kāi)發(fā)與實(shí)現中的3個(gè)主要技術(shù)問(wèn)題的解決

　　4.1圖元與經(jīng)營(yíng)戶(hù)主的一對多查詢(xún)問(wèn)題的解決

　　在查詢(xún)系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，首先要解決的問(wèn)題是實(shí)現圖元與經(jīng)營(yíng)戶(hù)主的一對多查詢(xún).

　　在本系統中，圖元與小班是一對一的關(guān)系，而小班與經(jīng)營(yíng)戶(hù)主是一對多的關(guān)系，要實(shí)現圖元與經(jīng)營(yíng)戶(hù)主的一對多查詢(xún)，必須要通過(guò)小班基本表來(lái)實(shí)現圖元與經(jīng)營(yíng)戶(hù)主之間的關(guān)系查詢(xún).圖元與小班、小班與經(jīng)營(yíng)戶(hù)主之間的關(guān)系如圖6所示：

　　用一個(gè)實(shí)例來(lái)說(shuō)明圖元與經(jīng)營(yíng)戶(hù)主的一對多查詢(xún)問(wèn)題的解決：

　　4.2使用VB和MapBasic生成專(zhuān)題地圖

　　在營(yíng)林生產(chǎn)、森林釆伐等多項查詢(xún)中，需要將查詢(xún)結果用不同顏色分類(lèi)顯示于小班區劃圖上，如“營(yíng)林生產(chǎn)—人工造林”查詢(xún)中需要將查詢(xún)結果按經(jīng)營(yíng)面積大小分成4個(gè)組(大于等于50，大于等于10而小于50，大于等于5而小于10，小于5)，以不同的顏色顯示于圖上.由于每一個(gè)小班對應著(zhù)多個(gè)經(jīng)營(yíng)戶(hù)主，而每個(gè)經(jīng)營(yíng)戶(hù)主的經(jīng)營(yíng)面積大小可能不同，因此，在1個(gè)小班中，多個(gè)經(jīng)營(yíng)戶(hù)主的經(jīng)營(yíng)面積可能會(huì )屬于不同的經(jīng)營(yíng)面積組，這就導致了實(shí)際顯示的顏色類(lèi)別可能不止4種，而是多種，并且顏色類(lèi)別的種類(lèi)數是隨機的.

　　本系統釆用生成一個(gè)獨立值專(zhuān)題圖層并把它顯示在圖形窗口，用MapBasic中的Shade命令來(lái)實(shí)現.生成獨立值地圖關(guān)鍵在于建立一個(gè)合適的基礎圖層和獲得所有獨立值.

　　4.3三維圖生成模塊開(kāi)發(fā)中主要技術(shù)問(wèn)題的解決

　　本研究選擇桌面地理信息系統Maplnfo作為系統的平臺的出發(fā)點(diǎn)是考慮其價(jià)格適合，功能滿(mǎn)足一般行政管理的需要，使用簡(jiǎn)便的優(yōu)點(diǎn).但是，它不具有森林資源管理中需要的地形的三維表示和處理功會(huì )能為此本項研究使用VC十十開(kāi)發(fā)了建立數字高程模型的程序模塊和與Maplnfo的接口程序，實(shí)現了林地地形的三維表示.

　　在本系統中，米用Delaunay三角網(wǎng)對離散高程數據點(diǎn)建模，使用VC++調用OpenGL函數生成三維地形圖.

　　方集體林的森林資源管理中.為此，以浙江省淳安縣大墅鎮林業(yè)站為試點(diǎn)建立了一個(gè)以GIS技術(shù)為核心的集體林區鄉鎮一級的森林資源信息管理系統.在其他森林資源信息管理系統中，通常將小班作為系統數據的基本單元.而在該系統中，從南方集體林森林資源經(jīng)營(yíng)管理的實(shí)際情況出發(fā)，以小班作為森林資源的空間基本單元，以農戶(hù)為森林資源經(jīng)營(yíng)管理的基本單元，并將兩者結合，實(shí)現了在計算機上落實(shí)到農戶(hù)的森林資源信息管理，滿(mǎn)足了林業(yè)站當前管理的需要.

　　在系統的研制開(kāi)發(fā)過(guò)程中，遇到了很多技術(shù)問(wèn)題.其中，主要問(wèn)題有兩個(gè):①由于MapInfo是一個(gè)桌面系統，其空間分析的功能比較弱，例如，它不提供數字高程模型，只能在MapInfo外部單獨開(kāi)發(fā)1個(gè)數字高程模型的程序以顯示區域的三維地形；②數據結構問(wèn)題，在地理信息系統中1個(gè)空間數據對應于1個(gè)屬性記錄，而在本研究中無(wú)法采用這樣的一對一的數據結構，這是由南方集體林經(jīng)營(yíng)的特點(diǎn)引起的，在森林資源信息管理系統中，空間數據以小班多邊形為最小的基本單元，而系統的查詢(xún)和統計是以農戶(hù)為基本單元，1個(gè)小班通常由多個(gè)農戶(hù)經(jīng)營(yíng)，1個(gè)農戶(hù)又在多個(gè)小班里有林地，這就使得數據之間的關(guān)系互相交叉.在本研究中采用多個(gè)屬性數據記錄與1個(gè)空間記錄關(guān)聯(lián)和多個(gè)空間記錄與1個(gè)屬性記錄相關(guān)聯(lián)的數據結構來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題.這兩個(gè)難題的解決也構成了本系統的特色.

　　5.結論

　　本研究目前實(shí)現的功能主要是數據的處理和查詢(xún)，無(wú)疑，這是所有信息系統必不可少的功能，但是要全面實(shí)現森林資源管理的信息化，這是遠遠不夠的.本文認為進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)方向可以在以下3個(gè)方面：

　　(1)面向經(jīng)濟管理與決策.無(wú)論對林業(yè)站還是農戶(hù)，最關(guān)心的是經(jīng)濟效益，目前的系統中沒(méi)有經(jīng)濟的和市場(chǎng)的信息，是很大的不足，例如應該有種植的成本信息、林果產(chǎn)品價(jià)格，以及成本估算、市場(chǎng)預測、風(fēng)險分析模型等等，才能使信息系統為林業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)效益.

　　(2)與外部的聯(lián)系.現在開(kāi)發(fā)的是一個(gè)封閉的系統，只是處理內部的信息，在一個(gè)開(kāi)放的社會(huì )，信息和信息系統必須是開(kāi)放的，是能夠與外部交換的，因此，今后的森林資源信息系統要建立在網(wǎng)絡(luò )上.

　　(3)動(dòng)態(tài)的空間分析.隨著(zhù)時(shí)間的推移，森林資源的空間分布格局和經(jīng)營(yíng)的分布格局都會(huì )發(fā)生變化，這種變化的趨勢對于地區的經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境的控制與管理是很重要的.表現地理對象的時(shí)態(tài)特征將是應用于森林資源管理的地理信息系統的一個(gè)重要研究課題.

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