地理信息系统在林业中的应用

地理信息系统在林业中的应用、问题及前景摘要森林经营决策必须建立在现在和未来森林资源的时空分布信息基础上而跟踪和获得森林资源信息的变化极具挑战性，因为森林资源是一个处于持续不断变化的动态生态系统，它的不定性和复杂性决定了森林经营需要更有用的和更及时的信息，因此时空信息是进行有效森林决策的基石•现有的传统技术已满足不了大规模的森林规划和经营的需求地理信息系统是基于计算机基础之上的分析工具，能为森林经理提供复杂的空间信息，并建立定量模型•本文综述了地理信息系统在森林经营方面的应用;指出了地理信息系统在林业中的效益、问题和局限;分析了地理信息系统在同其它空间技术如遥感、全球定位系统、人工智能建模、决策支持系统等方面的最新进展与发展方向.关键词空间分析，空间建模，森林经理，决策支持系统，遥感，生态模拟模型，全球定位系统1介绍地理信息系统（GIS）是一个基于计算机的系统用于存储和操纵地理信息，并显示数据引用的地理坐标。这种技术在近二十年来发展非常迅速。GIS目前重要的工作越来越多元化的组织与资源管理有关。1980年代中期以来的时期都取得了巨大的增长。这种增长是由于爆炸在地理上引用的数据集和基于计算机的系统地理参考信息的处理。G是也有一个独特的角色在集成现有的记录。多年来，森林资源研究人员和经理们使用模型来预测管理制度或行为的后果，然而，一些过程包含组件相结合，不会让自己融入数学方程。在许多情况下，统计和计算机仿真模型不能使用或限制（我来解决复杂的问题。e。生态系统的可持续性，多样性和气候变化）在大空间尺度上的森林资源管理。但GIS已成功地应用于森林管理和其他自然资源的空间信息管理和模拟森林生态系统的空间动力学最近存在相当大范围的应用GIS技术作为一个援助计划，设计和林业管理。GIS的潜在预测能力可以为森林资源管理问题提供最佳的解决方案。传统上，森林管理集中在林分水平的过程。许多当代生物保护和森林生态系统管理面临的问题，然而,无法单独处理站一级，没有历史类似的解决方案。相反，通常Iandscapelevel相关的问题和变化的模式在不同空间和时间尺度。一些在林业可持续发展面临的最大挑战是:预测森林生态系统可能的长期和大规模的响应不断变化的环境，如气候变化、土地利用和生态系统扰动机制;评估人类活动对这些反应的影响，并影响知识转移的森林经理、政策制定者和公众。本文的目标是：1）检查最近的地理信息系统在森林资源管理中的应用；2）讨论GIS的集成与其他空间分析和建模技术；3）分析的好处,问题和GIS在未来应用的前景。2GIS的简短历史GIS的发展，但我们不应孤立地看待两个其他重要领域的地理信息处理由计算机和遥感图像处理。每个人都有在GIS领域做出了重大贡献。这两个领域的发展,GIS在1960年代开始出现。在1970年代早期,G是专注于电脑制图和自动化制图过程。SYMAP映射程序和奥德赛哈佛实验室研制的计算机图形学和空间分析的例子的开创性工作。计算机地图制图的一个明显的优势是能够改变地图的一部分并迅速改写整个地区。在1980年代早期,GIS的早期发展,映射数据的格式和计算机环境的改变被剥削，两个可选数据结构的识别需要两个数据结构，

数据交换问题集中。项目将矢量和栅格数据预示现代商业系统的方式，比如,GenaMap,ARC/INFO;这些系统提供了一个综合处理各种环境映射数字高程、道路、植被映射到相同的计算环境共存。3在森林资源管理中的应用目前，有大量的活动和研究支持GIS在林业。例如，在加拿大不列颠哥伦比亚省的林业和土地有一个操作G来管理他们的土地和森林采伐政策决策，植树造林，环境评估,和娱乐计划。在林业GIS应用程序可以分为几个类别包括森林库存，森林采伐，森林火灾建模、森林生态学、森林资源管理、森林景观管理、森林野生动物栖息地评估、森林疾病动态，害虫管理和气候变化的研究。3.1森林调查，监测和评估Macleanetal。(1992)演示了如何遥感图像处理计算机辅助和GIS被用来估计木材站条件随时间的变化。Congaltonetal。(1993)描述的映射旧增长在太平洋西北部森林，参与建立GIS数据库超过3000万亩国家森林土地在俄勒冈州和华盛顿。这是一个重要的GIS应用以来,林业未来管理的这些土地取决于准确的库存数据。冯、陈(1995)使用GIS研究站组成和结构、森林蓄积量的森林类型和社区在台湾。他们描述特征的地理单位(200x200)感兴趣的区域和显示空间分布的蓄积量，站在GIS分布。典当。(1993)利用GIS结合统计方法，产生一个网站指数分布的等值线图Kaingaroa有效森林在新西兰。评估技术与GIS的局限性提出了预测的难度值之间的轮廓线，可以提高适应地质统计学，因为它可以估计当地的值从不同空间的数据。Tokola和Shrestha(1999)说明了数字栅格地图称为“森林模型”的基础上生成一个TM卫星图像和现场数据块来描述空间变化的森林,森林是一个地图模式代表杆卷为了比较不同的抽样技术在尼泊尔南部森林库存。3.2森林收获Baskentetal。(1991)的设计和施工提出了一个基于gis空间木材供应模型使用站发展类型的地理分布及其随时间的变化来控制收获。他们计算木材供应并指出GIS数据库中更重要的是比G空间建模技术。约旦etal。(1992)显示前牵引经济和野生动物栖息地的影响值9640站森林的木材供应新布伦瑞克。他们收获阻塞量化和解释木材供应的影响，道路使用空间木材供应成本和收获邻接延迟模型。木制品行业可以受益于GIS技术的创新使用。例如,克纳普etal。(1993)演示了使用GIS开发timber-thinning策略在加州东北部和得出的结论是，使用GIS被认为适合于稀疏的区域减少了大约58%，G提供了相当大的潜力提高资源管理策略。3.3森林f愤怒建模森林保护专家广泛应用GIS工具在森林大火跟踪、监视和保护。Zaol和Minnich(1991)说明风力的影响在GIS的森林火灾,并得出结论,使用稀疏的气象观测数据和GIS技术，可以生成产品向消防经理提供至关重要的信息制定消防管理策略。加拿大林业(1992)开发了一个智能消防管理信息系统使用Arc/Info地理信息系统，实现相关的问题完全操作GIS西北地区森林火灾防范计划工具。绿色etal。(1995)探讨了利用GIS空间代表火行为更广泛的不同假设的燃料类型、气象条件和地形。3.4森林生态约翰逊(1990)描述了一个真实的生态应用分析与GIS时空现象。涟漪etal.(1991)演示了如何使用GIS描述森林模式研究模式和基本生态过程之间的关系。加拿大公园服务(1992)发起的一个生态系统管理模式战略系统实现GIS技术在一个业务规划环境。这个项目的目

的是作为一个原型为所有在加拿大国家公园。最近，森林生态学家注意力转移在森林生产力的研究个人站的规模较大的景观或国家尺度。例如，江泽民etal。(1999)集成GIS空间分析与实证climate-vegetation模型和遥感方法量化的空间拍燕鸥NPP的森林生态系统在中国。结果表明GIS空间分析技术的有效性改善NPP估计的准确性和NPP在国家尺度空间模式的理解。另一个很好的例子是由Paynetal。(1999),证明了G的有用性是谁以及空间分析技术作为工具来监控森林生产力的变化在新西兰和营养。3.5森林资源管理南部森林实验站开始阶段项目地图林地在美国的实际分布和发展森林密度地图1991年森林单位面积的百分比。卡普etal。(1993)使用GIS优化木材细化策略在东部内华达山脉。巴克利等。(1998)探讨了GIS的三维可视化技术应用于评估自然资源管理，特别是森林收获的美学cutblock形状、大小和位置。胜利etal。(1998)估计木材卷在一个网格GIS,并表明,这个方法将GIS地形信息合并到木材体积估计的潜力提供了一个更大的成本效益比传统的随机抽样方案。Kolosvaryetal。(1998)指出,G和图像处理技术已被证明适合满意的“绿色认证"的根本标准。3.6森林景观管理沃杜尤etal。(1996)使用GIS来衡量和评估管理的森林景观。格林伯格etal。(1997)评估城乡接口和提供的信息与GIS的植被模式，研究表明,G是有许多重要的用途才能获得希望的结果在一个景观;计划开放空间、城市分隔符，沿着敏感地区和缓冲,保护乡村景观的风景人物和土地征用程序和风景或保护管理权交易更加有效。G技术和应用的信息生成的使用确实是在森林土地使用规划,成为至关重要的决策，城市栖息的野生土地国米的脸，风景在哪里进行快速充电。Milletle(1997)评估林地的价值评估和网站评估模型，该排名多个森林用地使用的质量,帮助公民和决策者识别并解决越来越多的土地利用冲突带来的发展。Baskent(1999)提出了景观设计过程管理和森林景观动态变化结果不同的收获模式和最初的景观结构。3.7森林野生动物栖息地评估GIS已经使用多年来评估野生动物栖息地植被库存数据，预测可能的物种居住和多样性。最近的人口普查和种群动态建模预测已经被添加到生物学家的GIS工具,识别可能的野生动物之间的冲突和娱乐。林业业务成为可能，解决冲突已经被GIS辅助。阿吉etal。(1989)分析了灰熊与GIS目击。约翰斯顿etal。(1990)应用GIS研究长期景观变化的海狸。Engetal。(1991)开发了一种GIS工具来评估和野生动物栖息地的计划。范Manen(1997)等。讨论了利用GIS技术建立预测模型使用野生动物栖息地,并说明流程生境建模与黑熊TellicoRanger美国切诺基国家森林的地区。这些表明建模与GIS可以更好地理解和预测的有效工具等野生动物栖息地关系层，开发新的栖息地生境条件确定为大量的位置。此外,G是栖息地模型可以将复杂的野生动物栖息地转换为相对简单的指数，成为强大的工具。3.8森林疾病动态和害虫管理病虫害是资源管理器的重要问题。(1991)报道Vn-Siekle森林昆虫和疾病调查加拿大林业病虫害状况的概述与GIS自1984年以来，加拿大的森林然后准确、迅速、彻底分析和解释年度和害虫的历史记录。etal。(1998)表明,GIS的方法是一个有用的工具提供一个关键优势识别脆弱森林站与灭顶法由于斑克松食心虫落叶的火炬河省级森林，在加拿大萨斯喀彻温省。然而，脆弱的特点站的程度可以定义受到森林的分类系统用于生产库存地图。越来越多的证据表明,GIS是一个有用的工具，风险评级站单独或害虫管理决策支持系统和植物病害流行病学和管理。

3.9全球气候变化的研究气候变化被广泛认为是最严重的威胁之一地球的可持续性的环境,和人民的福祉。有强烈的共识，未来气候变化可能对森林生态系统产生重大影响，因为森林功能(我高度取决于气候。e。，增长)和结构(e。g。物种组成)。气候变化影响森林空间规模从叶子到生态系统和规模时间从几分钟到几个世纪。当前的担忧可能长期和大规模的森林生态系统响应快速变化环境的空间规模扩大对生态系统结构和功能所需的信息。固有的空间异质性在生物和非生物因素，然而，很难有意义使用少量的经验现场实地研究评估大规模对扰动的反应。这个问题有两个方面“伸缩性问题”:处理空间异质性和处理时间的变化在异构的空间格局。处理第一个，生态学家最近开始使用大量的空间分散网站与GIS和遥感等工具，允许空间数据的分析和管理。例如，马修斯等(1994)报道了开发基于GIS的方法来评估气候变化的潜在影响的敏感性,苏格兰的土壤干旱0Allisonetal(1994)开发了一种回归模型来估计在苏格兰地区预测树生产基于收益率的分析网站和气候因素。该模型界面的G是提供估计的总体收益类(GYC)西加云杉的决议1平方公里。这种方法往往为研究气候变化的潜在影响交货的成长在苏格兰西加云杉。基于gis的敏感性评估气候变化的影响也研究了加拿大Mackenzie流域(阴etal。1994)和欧洲中部山地森林(Kienastetal.1999)。林业GIS上面所讨论的例子来说明GIS潜力令人印象深刻在林业。GIS应用在未来将涉及更多的空间分析功能和集成系统。G将帮助提供一个整体的观点,为了让我们更好地理解需要森林系统及其功能。4最近的发展和未来的发展方向4.1集成GIS与遥感GIS和RS可以集成允许资源管理器来分析复杂的空间影响森林的因素之间的相互关系。这种集成还可以促进更及时，有效和具有成本效益的决策。Lanchowskietal。(1992)RS与GIS集成森林计划监控、森林和牧场植被映射,old-g障碍;建模。史密斯etal。(1992)做了一个方法来构建使用航空摄影和GIS空间和属性数据库。贝特曼etal。(1998)使用GIS结合和分析数据从数据库各种现有大面积树木生长、种植管理和种植地点的环境特点，估计很多西加云杉的收益率类模型。GIS用于推断结果并生成地图预测产量的一个大型研究区域。4.2地理信息系统和全球定位系统(GPS)GIS电子地图，压力位置数据和描述性信息感兴趣的任何特性，需要相关的和准确的信息。全球定位系统(GPS)允许GIS获取最准确的，厘米级定位以更低的成本比传统的方法，因为g圆设施和卫星的GPS系统提供完整的时间精确位置数据，数据能很好地符合g这样的精确位置。数据记录器与GPS连接使用单位可以自动记录，后来转储不仅资源库存数据，而且点和遍历数据，直接到GIS系统。GIS非常感谢准确性，易用性和低成本GPS作为数据获取来源的质量。4.3集成GIS与决策支持雷etal。(1988)与决策模型集成现有的GIS开发木材收获规划决策支持系统。Honeaetal。(1990)指出，将GISs纳入决策支持系统应该是人类未来的系统设计的重点,帮助决策者打赌ter做出决定。她ringtonetal。(1998)探讨了基于G为森林管理决策支持系统。卡特etal。(1999)开发了一个integ额定地理信息系统和木材收获调度模型。这个网络决策支持系统包括应用程序浏览数据，显示地图和图像和建模木材产量和允许用户尝试不同的场景通过观察经济和物理参数。

4.4结合GIS与RS和GPS遥感(RS)提供了多光谱、多分辨率、时段遥测和multisensorimagery环境和自然资源。提高大地控制和摄影测量定位采用远程传感器。G是指从地理空间数据库的数据和信息为数据操作使用现代工具，推论和代表性，以支持决策。所以越来越多的方法试图将所有三个技术或任何组合的其中两个.Graham(1993)探讨了植被在这种方法中，映射的综合机载GPS/视频数据被转换为GIS数据文件以便位置数据可以立即访问和查询使用地图和图像处理系统和Arcview。陈。(1998)集成遥感、全球定位系统作为工具来收集数据，结合GIS管理、分析和输出空间数据和被证明是一种有效的资源管理方法。4.5连接GIS与人工神经网络(安)已经十多年以来的第一个想法集成人工神经网络技术:，提出了G。从那以后，各种各样的研究进行了探讨神经网络的潜在适用性进行空间分析。将神经网络与GIS空间建模最近的研究表明，与GIS耦合安显著提高G空间决策的建模能力。开创性工作的小王(1992),他成功地加强了GIS的空间数据建模功能集成神经网络的土地适宜性分析在GIS环境中。在一项类似于王的年代，隋etal(1993)与GIS标准的反向传播人工神经网络集成开发适宜性分析。他证明了神经网络GIS建模方法能够近似导出“决定”没有明确的专家知识的启发。最近，亡灵和Giblett(1997)提供了一个例子，使用神经网络和GIS开发植被管理计划。很明显,神经网络的集成与GIS空间分析和建模是一个非常重要的研究领域，将大大有助于下一代的GIS的设计。4.6GIS与生态耦合仿真模型G与生态的耦合仿真模型是GIS应用的新的增长区域。作为一种手段来处理时间动态,生态仿真模型的链接在一个GIS目前收到很大的关注。GIS是一个功能强大的工具的集成不同的spatially-refereneed数据库的多层驱动变量。这些链接可用于多层建模不同生态系统扰动的反应oGIS技术使大空间尺度的调查环境问题通过促进异构模式的分析和过程出现在低(细)空间尺度上。然而,G系统只处理空间扩展问题。自己，他们不能处理时间尺度的问题或提供spatially-explieit生态系统结构和功能的发展模式。显而易见的解决这种限制一直是GIS和林分水平模型之间的联系。在森林，这通常涉及传统的增长和收益模型。例如，贝瑞etal.(1997)开发阵线*RC,这是一个强大的G工具连接一个RC/信息的支持。阵线*RC程序适用于用户友好的图形化菜单控制地图的选择，访问ARC/INFO数据，指标的选择程序，程序执行，并联系他们的结果存储在数据库表中，或ARC/INFO地图，并显示在不同的表,charts,和地图用于森林生长和产量的建模和景观分析。尽管这类模型在GIS嵌入时预测木材生产从景观随着时间的推移，预测有可疑的价值的一个快速变化的环境。因此使用一个加拿大北方森林的例子,传统的增长和收益模型没有考虑到变化,可能与气候变化有关，变化自然干扰政权或相关养分循环的变化。特别是，不考虑土壤养分和有机质动态植物生产力和土壤之间的反馈decomposition-it不太可能强劲的长期预测林分水平或生态层面森林增长将获得。刚刚提到的一些缺点可以通过使用一个基于流程，克服耦合植被与土壤模型，包括生态系统养分循环反馈机制。尤里分，例如，一种广泛使用的基于过程的生态系统植物碳和氮的动力学仿真模型此类模型之一，但它是一个基于点模型并不是面向空间。彭和应用程序(1997)报道链接世纪4.0GIS的基本框架,利用两个尤里的时序动态分4.0和GIS的空间整合力量。这使得它可以检

查未来全球气候变化对经济增长的潜在影响和动力学的北方森林和连接这些信息空间在景观层面特征。5好处，问题和前景5.1好处GIS帮助森林，使复杂信息的快速更新，常用数据库，节省资源，并允许所有的部门组织在线共享相同的信息，而控制和更新它，迎接挑战的整合各种信息和识别复杂的交互。GIS还提供了所有的办公自动化和数据库功能。这意味着森林资源管理器可以完成报告，表格数据并将结果通过电子邮件发送给一个同事一一没有卸任,据估计,GIS工具可以为森林科学实验室工作量的百分之五十,30-百分之三的工作负载在森林的上司的办公室和研究站。报告显示GIS的好处大于成本，对未来有很大的承诺。GIS的主要好处建模森林资源管理问题的能力处理大量的多样化，面向空间数据在地理上锚环过程发生在空间和时间。GIS空间数据集成的能力来自不同来源，不同的格式、结构空间分析或预测是一个强大的援助。5.2问题看来操作使用GIS在林业已经落后于其他设备管理和城市等领域的应用。原因是：在森林管理GIS用户有问题需要及时、准确的数据库在很大的地理区域。在遥感领域的进步和GPS在未来将有助于解决这个问题。教育和培训的忽视。培训和教育等领域的通常只有无关。任何成功的最重要的组件之一GIS实现是受过良好教育和训练有素的工作人员在场的情况下,G影响几乎所有的组织水平。但事实是，教育和培训，这样的成功实现的一个组成部分，往往最被忽视的。立法。我t是一个非常困难的任务目录所有GIS的发展，带来的法律问题，然后提供一个富有学识的专著。GIS提供了另一个挑战法律平衡的权利，供应商，消