地理信息系统在我国林业上应用的进展.doc

地理信息系统在我国林业上应用的进展地理信息系统(Geographic Information System ,简称GIS)，是20世纪60年代开始逐渐发展起来的一门综合性的空间数据处理技术。随着计算机技术、空间技术、无线电传输等技术的快速发展，GIS技术近年来发展十分迅速，已成为国内外研究的热点。由于林业自身有诸如森林生长的长期性、森林资源分布的地域辽阔性、森林资源的再生性、森林成熟的不确定性等特点。因而森林资源信息具以下几个显著特点：森林资源信息具有区域分布性，森林资源在区域上表现为分布式特点，其属性表现为多层次；森林资源数据量大，森林资源信息既有空间定位特征，又有属性特征(各种调查因子)，森林的生长又是随时间的变化而发生变化，森林资源信息在时间维上也是变化多样的(多期的调查数据)；展现森林资源信息载体的多样性，有描述森林资源信息的文字、数字、地图、林相图和影像等符号信息载体以及纸质、磁带、光盘等物理介质载体。用传统的手段来管理和展现森林资源信息并以此来指导林业生产已日益暴露其严重的弊端。因此，采用新技术(如GIS技术)使特定区域内林业经营管理进入到数字化、集成化、智能化、网络化已成为必然趋势，为林业的可持续发展提供技术支撑，为林业现代化建设提供新的管理手段。1. 地理信息系统的基本含义及发展概况GIS至今尚没有国际统一的定义，不同学科和不同领域对GIS的理解不尽相同。有学者认为GIS是用于采集、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量地理数据的通用技术。它由计算机硬件、软件、地理空间数据库、管理应用人员等几个基本部分有机组成。GIS是一门综合性的管理技术，其优势在于GIS的数据综合、地理模拟和空间分析能力。GIS的出现是信息技术及其应用发展到一定程度的必然产物，地理信息系统的广泛应用对解决资源与环境等方面问题起到了极为重要的作用。GIS技术已广泛应用于资源管理、城市和区域规划、军事等领域。地理信息系统萌芽于20世纪60年代初，加拿大的Roger FTomlinson博士提出要把地图变成数字形式的地图，以便利用计算机处理和分析；60年代中期，Garison WL提出地理信息系统”这个术语，国际上最早出现并成功投入正式运行的大型地理信息系统是加拿大地理信息系统(CGIS)，其主要目的是用于处理加拿大土地调查获得的大量数据；进入70年代以后，由于计算机硬件和软件的飞速发展，为空间数据的录入、存储、检索和输出提供了强有力的手段。这一时期GIS技术最重要的进展是人机图形交互技术得到发展，以遥感数据为基础的地理信息系统逐渐受到重视；80年代是地理信息系统发展的重要时期。随着计算机软、硬件技术的发展和普及，地理信息系统也逐渐走向成熟。人们对GIS有了更为广泛和深入的认识，一些公司开始向用户介绍和展示地理信息系统，出现了一大批商品化的地理信息系统软件，如1981年ESRI公司发布的ARC/INFO GIS软件。这些软件提供了良好的用户界面和多种数据接口并提供了二次开发功能；90年代以来，地理信息系统成为高新技术产品被广泛应用，并逐渐成为信息产业的重要组成部分和增长最快的领域之一。随着信息技术的发展，社会对地理信息系统认识普遍提高，地理信息系统已深入到各行各业，成为政府和许多机构必备的工作系统。2. GIS在林业上的应用GIS的应用从根本上改变了传统的森林资源信息管理的方式，成为现代林业经营管理的崭新工具。近年来，GIS技术在林业领域的应用非常活跃和普及，国内外林业工作者广泛应用GIS进行资源与环境的变化监测、森林资源管理、综合评价、规划决策服务。概括起来，GIS在林业领域的应用研究主要有：森林资源信息管理、森林经营优化决策、森林分类经营区划、森林抽样设计、林业专题制图、森林采伐设计、营造林规划设计、森林保护、森林资源管理网络GIS、精准林业等诸多方面。2.1 森林资源信息管理GIS在森林资源信息管理领域的应用在国外起步较早。早在20世纪80年代，加拿大林业部门在森林资源信息管理方面开始进行大范围的应用。我国国家及各省市森林资源信息管理地理信息系统的建设工作目前正在开展。越来越多的学者将目光投向GIS技术与森林资源管理有机结合的研究：森林资源档案管理、林业土地利用变化监测、森林资源动态监测与管理、林权管理等方面。森林资源地理信息管理不同于传统的森林资源信息管理，它将空间数据作为一项不可缺少的信息与属性数据进行综合分析处理，克服了单一属性数据分析所带来的缺陷。90年代以来，我国基于GIS技术开发研制了各种类型、不同尺度的森林资源地理信息系统。省级、县级、林场、乡村各级森林资源地理信息系统在森林资源管理中起到了重要作用。其中，省级森林资源地理信息系统的建立，把地理信息系统纳入到森林资源监测体系中，提高了森林资源的空间监测和管理能力；利用县级森林资源调查成果资料建立相应的森林资源地理信息系统，为林业主管部门的森林资源动态监测和经营管理提供了一种更有效的工具。2.3 森林分类经营区划应用GIS技术，可以将研究区域的森林进行功能区分，并能把森林区划分类经营的成果以可视化的方式展现，区划的成果可保存，能够一次输入，多次调用。改变了以往的林业区域布局带有较强主观倾向性的弱点，依赖GIS空间分析功能更加有效地发挥森林的主导功能，实现森林分类经营区划的自动化、可视化及图形化 。2.4 森林抽样设计森林资源调查中样点的布设是森林抽样调查中基本工作，在森林资源调查中得到广泛应用。传统的样点布设方法是借助随机数表在地形图、航片(影像)、林业专题图上标出，然后用测量的方法根据样点的图上坐标放样到实地相应位置。王唤良等人对GIS系统中林业专业抽样设计功能进行了扩充，采用MapBasic编程语言实现了3种样点布设功能，从而实现了森林抽样样点的可视化布设，并能任意查询和打印样点分布图及样点的详细位置图。2.5 林业专题制图林相图是表示森林相貌的专题图，是指导森林经营措施落实的专业用图。它是编制森林经营方案、总体设计的重要依据。林相图广泛应用于分析、评价、预测、规划设计和管理等各个方面。它对于指导林业局(林场)森林集约经营具有重要意义。龚福晓、陈俊华等人采用通用GIS软件建立相应数字化林相专题图。结果表明，借助GIS技术能形成动态的资源专题图，并能把森林资源的动态监测与高产栽培措施相结合，形成科学的经营决策方案。目前，大多数应用研究通过通用的GIS软件完成数字化林相专题图建立。2.6 森林采伐设计管理应用GIS技术可以把下达采伐限额指标与其数字化图面材料结合起来。对于森林采伐量的空间直观分析就是将采伐预定量落实到小班，应用GIS技术直观地反映到具体地域空间，反映出各种不同的采伐方式和采伐量的地理空间分布。借助GIS分析其相关的地理属性之间的相互关系，从而分析采伐量决策在空间上的合理性，分析采伐进程和空间配置方案与保护生物多样性的影响。2.7 营造林规划设计GIS应用于营造林规划设计，能更准确地了解林业资源及生物多样性，更有效地进行生产经营方案的决策。应用GIS管理营造林规划档案，动态生成本地区的可造林地情况分布图，为更好地实现适地适树提供可视化手段。有学者尝试应用MapGIS进行造林规划设计，这为造林工程管理、生态环境建设起积极作用。张怀清等利用GIS的空间分析功能把坡度、坡向、土壤类型、海拔高度等因子作为适地适树分析的主要立地因子进行立地分析和造林树种的选择，提高适地适树分析的可视化程度。2.8 森林保护2.8.1 GIS在林火管理中的应用森林火灾时有发生，对人类的生命财产、地球资源及生态环境造成了巨大的危害，是造成森林大量毁坏的重要原因之一。近年来，随着全球气候变暖将导致森林火灾增加，各国都在运用高新技术加强林火管理，这对保护森林资源有重要意义。国内外对GIS在林火管理中的应用主要在林火管理辅助设计、林火预测预报、林火探测与扑救、林火损失评估等几个方面。采用组件技术与决策模型相结合的林火管理辅助决策。高金萍等人采用组件技术(ArcObject)，研制开发了基于COM 的森林防火辅助决策系统。该系统通过对林火行为模拟、火场损失预评估和最佳扑火路线的分析，实现科学的辅助林火扑救、决策工作。系统充分体现了GIS领域中的客户机/服务器技术、空间数据库管理技术和COM开发技术，实现多用户实时操纵、海量地理数据的管理，使先进的信息技术较好地服务于森林防火业务。随着技术应用的逐步深入，此类系统将会产生更大的应用潜能。GIS与WEB相结合应用于林火预测预报(主要有林火预防和林火行为预测)已成为研究热点。易浩若等人提出在网络和GIS平台上(GeoMediaProfessiona1)建立全国森林火险预报系统，预报信息能通过网络及时的发布，该系统的时效性能够满足森林防火业务需求，对于加强森林防火工作，保护森林资源有重要的意义。GIS，RS及GPS集成在林火探测与扑救和林火损失评估方面上的应用受到关注。张贵等人提出利用RS，GIS，GPS以及电子技术建立了覆盖广州市的森林防火信息系统。该系统能够做到全天候实时监测林火状况，并能预测林火行为，提供关于火情的遥感图像信息以及扑救现场的实时图像信息，为森林火灾扑救指挥工作做出科学决策。这也是当前森林防火的主要发展趋势。2.8.2 GIS在森林病虫害防治中的应用利用GIS的数据库功能管理森林病虫害有关的海量空间数据显得十分必要。森林病虫害的发生具明显的空间位置特征，传统的方法不能进行相关的空间分析；同时病虫害的预测预报、监测评估以及决策支持，都需要大量的空间数据，以及进行大量的空间数据的操作。而GIS正是管理和操作空间数据的先进技术。利用GIS的空间分析技术进行预测预报是森林病虫防治新的研究热点。根据病虫害的发生发展规律，以及与环境生态因子的关系，并结合病虫害专家的知识建立病虫害预测预报模型。利用GIS也可对森林病虫害灾情进行评估形成损失报告和损失分布图。基于GIS进行决策支持主要是制定病虫害治理措施及确定到达灾区的最佳路径，使森林灾情防治和评估更加科学、准确，这将有更加广泛的应用前景。2.9 森林资源管理网络GISWebGIS定义为Internet上的GIS，是利用互联网技术和www技术，完善和扩展传统地理信息系统功能的一门新技术，可以在网络空间寻找所需的各种数据，进行各种空间检索和空间分析。Web-GIS也是适应数字化林业和信息社会发展的需求而出现的技术手段。张旭等人针对森林资源信息开展了共享技术研究与示范工作，并建成中国森林资源信息网络共享系统框架，对森林资源WebGIS的建立提供了很好的参考。肖广强等人提出了利用ESRI公司的ArcIMS和MapObjectsJavaEdition进行二次开发，建立一个基于矢量数据的发布系统。该系统采用了B/S结构，具有跨平台性及可扩充性。王瑞兰等人基于ArcGIS平台，研制开发了帽儿山森林资源网络地理信息系统。应用该系统实现了显示、查询、统计森林资源蓄积量等信息的功能。该系统信息查询分析简便、应用效果良好。WebGIS与传统的GIS相比，具有适应性强、应用面广、现势性强、维护社会化、使用简单等优点。总体上关于森林资源WebGIS的建立，国内外的相关报道较少。因此，GIS与Internet的结合及其在林业中的应用还有大量的工作要做。2.10 GIS与RS，GPS的集成遥感(RS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)是目前对地理观测系统中空间信息获取、存储管理、更新、分析和应用的3大支撑技术(简称“3S”)，是现代社会持续发展的重要技术手段。“3S”集成不是简单的3个组成部分的叠加，而是一种有机地、在线地连接，同时具有实时、动态的特性。当前开发出来的一个比较成功的系统当属加拿大卡尔加里大学开发的移动测绘系统(Mobile Mapping Sys-tern)。该系统能根据CCD实时摄影系统摄取的数字影像，实时地、准确地求出路线上目标的空间坐标，并动态地传输到GIS中，利用GIS中已有的数字地图作为参照系统，发现目标的实时状态。目前我国林业上还未见类似的应用研究，将有待进一步深入研究。2.11 精准林业所谓精准林业(Precision forestry)是指尽可能地采用现代高新科学技术建立一体化、智能化、数字化的现代林业技术体系，进而使森林最大限度地发挥生态、经济、社会效益，实现森林可持续经营和区域可持续发展。精准林业在我国刚刚起步，尚在学术探讨和某些环节技术问题的实验阶段。GIS是精准林业的核心技术之一，其提供了新的集成系统的基础平台，在精准林业领域将拥有广泛的应用前景。2.12 林业其他方面GIS技术在林业上应用是数字林业建设的基础。数字林业主要有两方面的涵义：一是基于“3S”技术的林业信息数字化；二是对这些数字信息的储存、分析、处理和应用。所有这些都离不开GIS的综合分析及集成功能。因此，数字林业不仅将林业的各种特征用数字化的形式进行表述，同时还对这些数字化的信息进行综合应用。GIS技术在建立相应的数字高程模型(DEM)方面的应用。利用GIS实现地形因子的自动提取，具有快速、科学、客观等特点，可以部分取代传统作业中的野外观测，在数字林业建设中有良好的应用前景。通过立体专题图还可以很直观地了解植被的分布，有利于资源管理和生态环境保