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基于GIS的集體林森林資源信息管理系統(tǒng)的研制與論文
本研究的目的是為我國南方集體林區(qū)的森林資源信息管理探索并實(shí)現(xiàn)一個實(shí)用的以GIS技術(shù)為核心的信息管理系統(tǒng).
南方集體林區(qū)分布在我國南方的山區(qū)，且大多是貧困山區(qū).山區(qū)的綜合開發(fā)是當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)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(chǔ).山區(qū)綜合開發(fā)要追求生態(tài)環(huán)境，結(jié)構(gòu)優(yōu)化，經(jīng)濟(jì)規(guī)模，資源配置和科技進(jìn)步5個方面的效益.為了實(shí)現(xiàn)這些效益，要求管理科學(xué)化和信息化.只有在管理層及時掌握準(zhǔn)確的信息源時，才能實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和資源的配置.森林資源是集體林區(qū)最為重要的信息.目前集體林區(qū)的經(jīng)營形式呈現(xiàn)多樣性，集體統(tǒng)管、農(nóng)戶承包、租賃、拍賣、股份合作和自留山并存，大大增加了森林資源管理的復(fù)雜性，特別是分散到農(nóng)戶的自主經(jīng)營，很難為林業(yè)管理人員把握，也就難于對他們進(jìn)行指導(dǎo).本項(xiàng)研究在于通過信息管理系統(tǒng)在計算機(jī)上建立以農(nóng)戶為對象的資源與經(jīng)營檔案，使林業(yè)站管理人員可以實(shí)時了解與其管理業(yè)務(wù)活動有關(guān)的全鄉(xiāng)(鎮(zhèn))范圍內(nèi)的森林資源信息.
地理信息系統(tǒng)是一種為了獲取、存儲、查詢、分析和顯示空間定位數(shù)據(jù)而建立的計算機(jī)化的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng).地理信息系統(tǒng)的應(yīng)用已經(jīng)十分普遍，但在我國南方集體林區(qū)，目前這種信息技術(shù)的應(yīng)用極少.一個地區(qū)的信息應(yīng)用程度與其經(jīng)濟(jì)發(fā)展密不可分，因此，在南方林區(qū)進(jìn)行基于GIS的森林資源信息管理系統(tǒng)的研建，將有利于地區(qū)的對外開放，也有利于信息管理人才的培養(yǎng).在未來的地區(qū)林業(yè)發(fā)展中，可以預(yù)計目前分散的小規(guī)模家庭式的經(jīng)營將逐漸被大規(guī)模集約經(jīng)營所替代.在這個轉(zhuǎn)型的過程中已經(jīng)建立的計算機(jī)信息管理系統(tǒng)將提供有價值的森林資源和經(jīng)營方面的信息，有助于管理和決策.當(dāng)前，在我國南方林區(qū)建立集體林森林資源信息管理系統(tǒng)的基本條件已經(jīng)具備.
1系統(tǒng)分析
1.1需求分析
通過對鄉(xiāng)鎮(zhèn)林業(yè)站森林資源管理工作的調(diào)查情況和與用戶的座談交流情況進(jìn)行總結(jié)和分析認(rèn)為，鄉(xiāng)鎮(zhèn)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個方面：
(1)統(tǒng)計信息.如根據(jù)人工造林需要，按面積大小分組統(tǒng)計出各立地類型的宜林荒山、疏林地、成過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，則信息的使用就會更加有效.
(3)農(nóng)戶經(jīng)營信息.如某農(nóng)戶承包了多少林地，在什么位置，種植了什么樹種，是否適地適樹，對沒有適地適樹的林地建議農(nóng)戶種植什么樹種等.
鄉(xiāng)鎮(zhèn)林業(yè)站需要查詢和統(tǒng)計的森林資源信息管理的主要項(xiàng)目有:①營林生產(chǎn);②森林釆伐；③病蟲害發(fā)生的歷史記錄檢索；④森林火災(zāi)發(fā)生的歷史記錄檢索;⑤林地權(quán)屬;⑥經(jīng)營形式;⑦經(jīng)營戶主;⑧小班;⑨林地的適地適樹情況.
1.2系統(tǒng)的軟硬件配置
隨著社會信息化進(jìn)程的不斷深入，鄉(xiāng)鎮(zhèn)林業(yè)站對森林資源信息管理系統(tǒng)的需求必然會增加.但是，鄉(xiāng)鎮(zhèn)林業(yè)站的經(jīng)濟(jì)條件十分有限，研建信息系統(tǒng)的投入不會很大.因此，在系統(tǒng)的軟硬件配置上就不能一味追求高檔次，基本投入在3萬元左右比較合適.
本系統(tǒng)的硬件配置為:一臺IBM586微機(jī)，一臺噴墨打印機(jī)，一臺數(shù)字化儀和一臺繪圖儀.其中數(shù)字化儀和繪圖儀可在需要時租用，不必自己購置.軟件配置為MicrosoftWindows98系統(tǒng)軟件，Map-InfoProfessional41中文版GIS應(yīng)用軟件.本系統(tǒng)使用MapInfo作為圖形輸入平臺.MapInfo是桌面辦公GIS軟件「4，其價格適中，界面直觀，使用簡便，基本上能夠滿足鄉(xiāng)鎮(zhèn)林業(yè)站森林資源信息管理的需要.
2系統(tǒng)的功能設(shè)計
根據(jù)調(diào)查分析，鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級林業(yè)站的森林資源信息管理主要以信息查詢和數(shù)據(jù)輸入、更新、維護(hù)為主.
2.1信息查詢功能
本系統(tǒng)的信息查詢內(nèi)容如圖1所示.
信息查詢首先指定查詢范圍，可以在鄉(xiāng)、村、農(nóng)戶三級范圍中進(jìn)行信息查詢；查詢內(nèi)容分層次逐級進(jìn)行，查詢方式主要包括:①根據(jù)屬性數(shù)據(jù)條件查詢輸出屬性數(shù)據(jù)結(jié)果，即文—文查詢方式.②根據(jù)屬性數(shù)據(jù)條件查詢輸出圖形數(shù)據(jù)結(jié)果，即文—圖查詢方式.如:在進(jìn)行人工造林計劃時，需要查詢宜林荒山小班的面積、位置、適宜樹種等信息，并按面積分組顯示（圖2).③根據(jù)圖形數(shù)據(jù)條件查詢輸出屬性數(shù)據(jù)結(jié)果，即圖—文查詢方式.如查詢某一小班由哪些農(nóng)戶經(jīng)營等.④根據(jù)圖形數(shù)據(jù)條件查詢輸出圖形數(shù)據(jù)結(jié)果，即圖—圖查詢方式，如根據(jù)小班圖元查詢輸出局部三維地形或二維地形圖（圖3).
2.2數(shù)據(jù)維護(hù)功能
2.2.1屬性數(shù)據(jù)的輸入與維護(hù)
系統(tǒng)中有大量的屬性數(shù)據(jù)需要輸入系統(tǒng)，如森林經(jīng)營小班調(diào)查數(shù)據(jù)、立地類型及適宜樹種數(shù)據(jù)、森林經(jīng)營模式數(shù)據(jù)都需要輸入系統(tǒng).它們?yōu)樯仲Y源信息管理系統(tǒng)奠定了數(shù)據(jù)基礎(chǔ).本系統(tǒng)中的森林經(jīng)營小班調(diào)查數(shù)據(jù)輸入平臺，解決了小班基本數(shù)據(jù)與經(jīng)營戶主數(shù)據(jù)之間的自動關(guān)聯(lián).
2.2.2圖形數(shù)據(jù)的輸入與維護(hù)
除了大量的屬性數(shù)據(jù)需要輸入系統(tǒng)外，還有大量的圖形數(shù)據(jù)需要輸入系統(tǒng)，如小班區(qū)劃圖、地形圖、道路、村莊位置等圖形數(shù)據(jù)都需要輸入系統(tǒng).本系統(tǒng)使用MapInfoProfessional4.1中文版實(shí)現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的輸入、編輯和修改等.本系統(tǒng)的功能框圖見圖4.
3系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計
系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖5所示.
查詢用戶界面是用戶使用本系統(tǒng)進(jìn)行森林資源信息查詢的主界面，主要由鄉(xiāng)鎮(zhèn)林業(yè)站站長及一些專業(yè)人員使用.該界面使用VisalBasic作為其開發(fā)工具，實(shí)用、簡便、易操作是開發(fā)該界面的指導(dǎo)思想.
屬性數(shù)據(jù)輸入界面完成各類屬性數(shù)據(jù)的計算機(jī)錄入工作，如森林資源小班調(diào)查數(shù)據(jù)、立地類型及適宜樹種數(shù)據(jù)和森林經(jīng)營模式數(shù)據(jù)的輸入(這里稱之為原始數(shù)據(jù)庫)，以及數(shù)據(jù)字典的建立與維護(hù)等.該界面使用VB開發(fā)，主要由專門的系統(tǒng)操作員使用.系統(tǒng)中的圖形數(shù)據(jù)的輸入使用MapInfo即在MapIn-fo平臺上進(jìn)行圖形的數(shù)字化輸入.
數(shù)字高程模型DIM(DigitalElevationMode)生成模塊用VisalC++開發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)地形圖的三維表示.其使用的等高線數(shù)據(jù)為Maplnfo格式數(shù)據(jù).本系統(tǒng)還含有多個使用VB，VC十十開發(fā)的接口模塊，如查詢用戶界面與Maplnfo之間的接口，用VB和MapBasic結(jié)合完成，主要實(shí)現(xiàn)查詢條件的輸入和查詢結(jié)果的輸出，其輸入輸出數(shù)據(jù)包括圖形數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩類.
4系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)現(xiàn)中的3個主要技術(shù)問題的解決
4.1圖元與經(jīng)營戶主的一對多查詢問題的解決
在查詢系統(tǒng)的開發(fā)過程中，首先要解決的問題是實(shí)現(xiàn)圖元與經(jīng)營戶主的一對多查詢.
在本系統(tǒng)中，圖元與小班是一對一的關(guān)系，而小班與經(jīng)營戶主是一對多的關(guān)系，要實(shí)現(xiàn)圖元與經(jīng)營戶主的一對多查詢，必須要通過小班基本表來實(shí)現(xiàn)圖元與經(jīng)營戶主之間的關(guān)系查詢.圖元與小班、小班與經(jīng)營戶主之間的關(guān)系如圖6所示：
用一個實(shí)例來說明圖元與經(jīng)營戶主的一對多查詢問題的解決：
4.2使用VB和MapBasic生成專題地圖
在營林生產(chǎn)、森林釆伐等多項(xiàng)查詢中，需要將查詢結(jié)果用不同顏色分類顯示于小班區(qū)劃圖上，如“營林生產(chǎn)—人工造林”查詢中需要將查詢結(jié)果按經(jīng)營面積大小分成4個組(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.由于每一個小班對應(yīng)著多個經(jīng)營戶主，而每個經(jīng)營戶主的經(jīng)營面積大小可能不同，因此，在1個小班中，多個經(jīng)營戶主的經(jīng)營面積可能會屬于不同的經(jīng)營面積組，這就導(dǎo)致了實(shí)際顯示的顏色類別可能不止4種，而是多種，并且顏色類別的種類數(shù)是隨機(jī)的.
本系統(tǒng)釆用生成一個獨(dú)立值專題圖層并把它顯示在圖形窗口，用MapBasic中的Shade命令來實(shí)現(xiàn).生成獨(dú)立值地圖關(guān)鍵在于建立一個合適的基礎(chǔ)圖層和獲得所有獨(dú)立值.
4.3三維圖生成模塊開發(fā)中主要技術(shù)問題的解決
本研究選擇桌面地理信息系統(tǒng)Maplnfo作為系統(tǒng)的平臺的出發(fā)點(diǎn)是考慮其價格適合，功能滿足一般行政管理的需要，使用簡便的優(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能為此本項(xiàng)研究使用VC十十開發(fā)了建立數(shù)字高程模型的程序模塊和與Maplnfo的接口程序，實(shí)現(xiàn)了林地地形的三維表示.
在本系統(tǒng)中，米用Delaunay三角網(wǎng)對離散高程數(shù)據(jù)點(diǎn)建模，使用VC++調(diào)用OpenGL函數(shù)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(zhèn)林業(yè)站為試點(diǎn)建立了一個以GIS技術(shù)為核心的集體林區(qū)鄉(xiāng)鎮(zhèn)一級的森林資源信息管理系統(tǒng).在其他森林資源信息管理系統(tǒng)中，通常將小班作為系統(tǒng)數(shù)據(jù)的基本單元.而在該系統(tǒng)中，從南方集體林森林資源經(jīng)營管理的實(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(nóng)戶為森林資源經(jīng)營管理的基本單元，并將兩者結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了在計算機(jī)上落實(shí)到農(nóng)戶的森林資源信息管理，滿足了林業(yè)站當(dāng)前管理的需要.
在系統(tǒng)的研制開發(fā)過程中，遇到了很多技術(shù)問題.其中，主要問題有兩個:①由于MapInfo是一個桌面系統(tǒng)，其空間分析的功能比較弱，例如，它不提供數(shù)字高程模型，只能在MapInfo外部單獨(dú)開發(fā)1個數(shù)字高程模型的程序以顯示區(qū)域的三維地形；②數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)問題，在地理信息系統(tǒng)中1個空間數(shù)據(jù)對應(yīng)于1個屬性記錄，而在本研究中無法采用這樣的一對一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，這是由南方集體林經(jīng)營的特點(diǎn)引起的，在森林資源信息管理系統(tǒng)中，空間數(shù)據(jù)以小班多邊形為最小的基本單元，而系統(tǒng)的查詢和統(tǒng)計是以農(nóng)戶為基本單元，1個小班通常由多個農(nóng)戶經(jīng)營，1個農(nóng)戶又在多個小班里有林地，這就使得數(shù)據(jù)之間的關(guān)系互相交叉.在本研究中采用多個屬性數(shù)據(jù)記錄與1個空間記錄關(guān)聯(lián)和多個空間記錄與1個屬性記錄相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來解決這個問題.這兩個難題的解決也構(gòu)成了本系統(tǒng)的特色.
5.結(jié)論
本研究目前實(shí)現(xiàn)的功能主要是數(shù)據(jù)的處理和查詢，無疑，這是所有信息系統(tǒng)必不可少的功能，但是要全面實(shí)現(xiàn)森林資源管理的信息化，這是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的.本文認(rèn)為進(jìn)一步的開發(fā)方向可以在以下3個方面：
(1)面向經(jīng)濟(jì)管理與決策.無論對林業(yè)站還是農(nóng)戶，最關(guān)心的是經(jīng)濟(jì)效益，目前的系統(tǒng)中沒有經(jīng)濟(jì)的和市場的信息，是很大的不足，例如應(yīng)該有種植的成本信息、林果產(chǎn)品價格，以及成本估算、市場預(yù)測、風(fēng)險分析模型等等，才能使信息系統(tǒng)為林業(yè)生產(chǎn)帶來效益.
(2)與外部的聯(lián)系.現(xiàn)在開發(fā)的是一個封閉的系統(tǒng)，只是處理內(nèi)部的信息，在一個開放的社會，信息和信息系統(tǒng)必須是開放的，是能夠與外部交換的，因此，今后的森林資源信息系統(tǒng)要建立在網(wǎng)絡(luò)上.
(3)動態(tài)的空間分析.隨著時間的推移，森林資源的空間分布格局和經(jīng)營的分布格局都會發(fā)生變化，這種變化的趨勢對于地區(qū)的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的控制與管理是很重要的.表現(xiàn)地理對象的時態(tài)特征將是應(yīng)用于森林資源管理的地理信息系統(tǒng)的一個重要研究課題.
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