姚紹鋒, 雷雨燕

(1.湘西自治州林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院， 湖南 吉首 416000； 2.湖南省林業(yè)廳， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

GIS在中德財(cái)政合作湖南小農(nóng)戶造林項(xiàng)目國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

姚紹鋒1, 雷雨燕2

(1.湘西自治州林業(yè)勘測(cè)設(shè)計(jì)院， 湖南 吉首 416000； 2.湖南省林業(yè)廳， 湖南 長(zhǎng)沙 410004)

探討了地理信息系統(tǒng)在中德財(cái)政合作湖南II期造林項(xiàng)目國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用實(shí)踐，給出了建立相應(yīng)數(shù)據(jù)系統(tǒng)的程序和方法，為實(shí)現(xiàn)林業(yè)信息化進(jìn)行了有益的探索，以期為其他類似項(xiàng)目提供參考。

GIS; 中德合作造林; 國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè); 應(yīng)用

林業(yè)信息化是現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)的重要內(nèi)容，是促進(jìn)林業(yè)科學(xué)發(fā)展的重要手段[1]。地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System或 Geo-Information system，簡(jiǎn)稱GIS)又稱為“地學(xué)信息系統(tǒng)”或“資源與環(huán)境信息系統(tǒng)”，是一種特定的十分重要的空間信息系統(tǒng)。它是在計(jì)算機(jī)硬、軟件系統(tǒng)支持下，對(duì)整個(gè)或部分地球表層(包括大氣層)空間中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、運(yùn)算、分析、顯示和描述的技術(shù)系統(tǒng)[2]。地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)在數(shù)字林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用非常廣泛，概括起來(lái)主要有：森林資源信息管理、森林經(jīng)營(yíng)優(yōu)化決策、森林分類經(jīng)營(yíng)區(qū)劃、森林抽樣設(shè)計(jì)、林業(yè)專題圖制圖、森林采伐設(shè)計(jì)、營(yíng)造林規(guī)劃設(shè)計(jì)、森林保護(hù)、森林資源管理網(wǎng)絡(luò)GIS、精準(zhǔn)林業(yè)等諸多方面[3]。

1 項(xiàng)目概況

根據(jù)德國(guó)復(fù)興信貸銀行與中國(guó)財(cái)政部簽訂的協(xié)議，在湖南省實(shí)施的中德財(cái)政合作造林項(xiàng)目包括中德財(cái)政合作洞庭湖生態(tài)造林項(xiàng)目(I期)、中德財(cái)政合作湖南小農(nóng)戶造林項(xiàng)目(II期)和中德技術(shù)合作“森林可持續(xù)經(jīng)營(yíng)政策與模式”項(xiàng)目。II期項(xiàng)目在張家界市和湘西自治州的慈利、永定、龍山、古丈4個(gè)縣(區(qū))實(shí)施。項(xiàng)目的主要目標(biāo)是：通過(guò)實(shí)施可持續(xù)性營(yíng)造林活動(dòng)，以達(dá)到保護(hù)和改善沅水、澧水源頭生態(tài)較為脆弱的慈利、永定、古丈、龍山四縣(區(qū))生態(tài)環(huán)境和扶貧的目的[4]。

作為國(guó)際合作項(xiàng)目，根據(jù)項(xiàng)目協(xié)議和《項(xiàng)目指南》要求，中德財(cái)政合作湖南小農(nóng)戶造林項(xiàng)目(以下簡(jiǎn)稱II期)有嚴(yán)格的監(jiān)測(cè)程序，主要分為國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)和國(guó)際監(jiān)測(cè)兩大部分，國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)又分為縣項(xiàng)目辦(CPO)全查、市項(xiàng)目辦(MPO)抽查、省監(jiān)測(cè)中心(PMC)全面核查3個(gè)步驟。其中PMC全面核查是確定項(xiàng)目小班是否能夠合格和報(bào)賬的關(guān)鍵，是項(xiàng)目實(shí)施不可缺少的重要一環(huán)[5]。GIS在II期項(xiàng)目國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用可為工程項(xiàng)目的實(shí)施和管理建立完善的數(shù)據(jù)系統(tǒng)，是提高中德財(cái)政合作造林項(xiàng)目數(shù)字化管理水平的重要管理手段[6-7]。

2 監(jiān)測(cè)用軟硬件選擇

2.1軟件

① 操作系統(tǒng)采用Microsoft Windows XP Professional以上版本;

② GIS軟件采用ArcGIS Desktop 9.3;

③ 辦公軟件采用Microsoft Office 2003以上版本。

2.2硬件

選用支持Windows操作系統(tǒng)的PC(個(gè)人電腦)，主要硬件配置要求如下：

① CPU: Intel Core 2 Duo以上;

② 內(nèi)存： 2 G以上的RAM;

③ 硬盤： 300 G以上;

④ 顯卡： GeForce FX以上。

3 監(jiān)測(cè)流程

3.1國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)程序

CPO全查→MPO抽查→PMC全面核查，在項(xiàng)目實(shí)施中每個(gè)步驟在項(xiàng)目實(shí)施的第一、三、五、六年各進(jìn)行1次，為項(xiàng)目分期報(bào)賬提供原始數(shù)據(jù)。

3.2GIS應(yīng)用流程

GIS應(yīng)用流程見(jiàn)圖1。

圖1 GIS應(yīng)用流程Fig.1 The application process of GIS

3.2.1 系統(tǒng)安裝

根據(jù)軟件安裝說(shuō)明書(shū)安裝GIS軟件ArcGIS Desktop 9.3[8]。

3.2.2 坐標(biāo)系統(tǒng)定義

為了使加載的柵格圖和矢量圖能夠根據(jù)圖層的投影坐標(biāo)系統(tǒng)自動(dòng)地加載到正確的坐標(biāo)位置，需要在打開(kāi)ArcGIS軟件ArcMap組件后根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況給圖層賦予一個(gè)投影坐標(biāo)系統(tǒng)，II期項(xiàng)目區(qū)大部分在東經(jīng)111度左右，地形圖采用的比例尺為1∶10000，因此，在這里我們賦予其坐標(biāo)為"Xian_1980_3_Degree _GK_CM_111E"(含義為高斯-克呂格3度帶投影，1980年西安坐標(biāo)系，中央子午線東經(jīng)111度)。

3.2.3 柵格圖配準(zhǔn)

將外業(yè)調(diào)繪地形圖手圖掃描成JPG、TIF、BMP等格式的柵格圖，根據(jù)地形圖的地理坐標(biāo)(可以在整幅地形圖四周圖框上查詢)，使用ARCGIS軟件的“柵格配準(zhǔn)”工具，將其配準(zhǔn)到實(shí)際坐標(biāo)位置，以利于后續(xù)的區(qū)劃小班、計(jì)算面積以及與其他數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。

3.2.4 小班矢量圖層建立

首先使用ArcGIS軟件ArcCatalog組件根據(jù)數(shù)據(jù)量的大小新建一個(gè)File Geodatabase或Personal Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)(一般情況下選擇Personal Geodatabase)，然后在此數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上再新建點(diǎn)狀、線狀、面狀等矢量圖層，點(diǎn)狀圖層用于行政駐地等點(diǎn)狀地物的標(biāo)注，線狀圖層用于公路、河流等線狀地物的標(biāo)記，面狀圖層用于需要計(jì)算面積的小班等面狀要素；在建立這幾類矢量圖層過(guò)程中應(yīng)注意選擇一個(gè)統(tǒng)一的投影坐標(biāo)系統(tǒng)，如上述的"Xian_1980_3_Degree _GK_CM_111E"。

3.2.5 小班屬性庫(kù)建立

使用ArcMap組件打開(kāi)上述建立的小班矢量圖層，打開(kāi)其屬性表，根據(jù)II期項(xiàng)目的要求添加“縣、鄉(xiāng)、村、小地名、小班號(hào)、造林類型、造林年度、農(nóng)戶數(shù)、樹(shù)種、成活率、面積”等數(shù)十項(xiàng)要素字段，完成小班屬性庫(kù)的建立；在這個(gè)過(guò)程中應(yīng)注意根據(jù)因子的性質(zhì)選擇不同的字段類別，如文本格式(小班號(hào)、地類、造林類型等使用)、 雙精度數(shù)值格式(面積、成活率等使用)[9-11]。

3.2.6 小班區(qū)劃與修改

使用ArcMap組件，分別添加配準(zhǔn)的外業(yè)調(diào)繪地形圖手圖和上述建立的空白小班矢量圖層，設(shè)置矢量圖層為透明狀態(tài)后，打開(kāi)編輯器后根據(jù)手圖界線進(jìn)行小班區(qū)劃與邊界修改，主要使用新建要素、切割多邊形要素、自動(dòng)完成多邊形等工具完成。

3.2.7 拓?fù)錂z查

小班區(qū)劃完后，為了避免小班之間有縫隙和重疊，需要使用ArcCatalog組件進(jìn)行拓?fù)錂z查，并使用ArcMap進(jìn)行拓?fù)溴e(cuò)誤修改，主要步驟有：新建Personal Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)→新建要素集→導(dǎo)入小班矢量圖層→新建拓?fù)洹負(fù)潋?yàn)證→修改拓?fù)溴e(cuò)誤[12]。

3.2.8 屬性填寫

在確保小班矢量圖層沒(méi)有拓?fù)溴e(cuò)誤后，可以使用ArcMap組件打開(kāi)小班屬性表后，對(duì)每個(gè)小班的相關(guān)屬性因子進(jìn)行填寫并保存，為了防止填寫錯(cuò)誤和填寫方便，用ArcCatalog組件為小班屬性表建立相應(yīng)的域，形成小班下拉選擇菜單以供填寫時(shí)選擇[13]。

3.2.9 完整性及邏輯性檢查

為了保證小班屬性因子填寫的完整性以及因子之間邏輯關(guān)系的正確性，需要進(jìn)行相應(yīng)的檢查；這兩項(xiàng)檢查使用Office Excel的IF等條件函數(shù)的功能實(shí)現(xiàn)，有條件的也可以使用《森林資源檔案管理系統(tǒng)》的相關(guān)功能設(shè)計(jì)邏輯性和完整性檢查條件來(lái)實(shí)現(xiàn)[14]。

3.2.10 面積計(jì)算

使用ArcMap組件打開(kāi)小班屬性表后，根據(jù)相應(yīng)的面積單位對(duì)所有小班的面積字段進(jìn)行自動(dòng)計(jì)算(注意面積字段必須為數(shù)值格式才能進(jìn)行面積計(jì)算，如果不是數(shù)值格式需要重新刪除該字段后重新添加)。

3.2.11 數(shù)據(jù)導(dǎo)出

數(shù)據(jù)導(dǎo)出主要有兩個(gè)目的，第一是備份數(shù)據(jù)，第二是為相關(guān)統(tǒng)計(jì)匯總提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)導(dǎo)出使用ArcMap組件或者ArcCatalog組件均可以完成。

3.2.12 統(tǒng)計(jì)、制圖與輸出

① 統(tǒng)計(jì)。使用Office Excel的IF等條件函數(shù)根據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總表格的要求設(shè)計(jì)相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)公式以及鏈接小班表來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)小班數(shù)據(jù)的變化直接實(shí)時(shí)反映到匯總統(tǒng)計(jì)表，提供給管理層決策參考[15]。

② 制圖與輸出。使用ArcMap組件，添加完成的小班矢量圖層、行政駐地圖層、水系河流道路等線狀圖層和柵格圖(如地形圖)，根據(jù)屬性表的因子設(shè)置標(biāo)注和顏色，插入相應(yīng)的圖例選擇相應(yīng)的比例尺后，導(dǎo)出相應(yīng)的監(jiān)測(cè)驗(yàn)收?qǐng)D，可供打印輸出以及圖片傳送等應(yīng)用[16]。

4 討論

在中德合作造林湖南II期國(guó)內(nèi)監(jiān)測(cè)中使用GIS技術(shù)，可以建立完整的項(xiàng)目信息數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)營(yíng)造林小班的數(shù)字化管理，可為各級(jí)項(xiàng)目辦以及監(jiān)測(cè)中心提供實(shí)時(shí)查詢小班地理位置、面積、樹(shù)種、成活率等數(shù)十項(xiàng)因子的功能，是項(xiàng)目決策和管理的重要基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；同時(shí)該系統(tǒng)建立的程序和方法對(duì)于類似林業(yè)項(xiàng)目建立相應(yīng)的信息系統(tǒng)也具有重要的參考價(jià)值。

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[5] 湖南省林業(yè)廳外資項(xiàng)目管理辦公室. 中德財(cái)政合作湖南小農(nóng)戶造林項(xiàng)目實(shí)施準(zhǔn)則匯編[S]. 長(zhǎng)沙：湖南省林業(yè)廳，2011.

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(文字編校：龔玉子)

GISintheSinoGermancooperationafforestationinHunanIIdomesticmonitoringapplication

YAO Shaofeng1, LEI Yuyan2

(1.Forestry Survey and Design Institute of West Hunan Autonomous Prefecture, Jishou 416000, China;2.Forestry Department of Hunan Province, Changsha 410004, China)

The GIS application in Hunan second afforestation project of Sino German Financial Cooperation Domestic Monitoring were dicussed, the program and method to establish the corresponding data of the system were given, it has important reference value for other similar projects, is a beneficial exploration of forestry informatization.

GIS; Sino German Cooperation Afforestation; domestic monitoring; application

2013-10-29

中德財(cái)政合作湖南小農(nóng)戶造林項(xiàng)目(BMZ-2002 65 702)。

姚紹鋒(1975- )，男，湖南省古丈縣人，工程師，主要從事林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)。

P 208

A

1003 — 5710(2014)01 — 0121 — 03

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 01. 024