GIS在林業(yè)中的應(yīng)用

摘要: 在概述地理信息系統(tǒng)(GIS) 的概念、功能、應(yīng)用領(lǐng)域的基礎(chǔ)上, 對(duì)GIS 在林業(yè)中多方面的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述, 并對(duì)GIS 在林業(yè)中的應(yīng)用前景進(jìn)行了探討, 指出地理信息系統(tǒng)在林業(yè)上應(yīng)用研究的重要性。

關(guān)鍵詞: 地理信息系統(tǒng); 林業(yè); 應(yīng)用現(xiàn)狀; 前景

背景：林業(yè)具有用地廣闊、生產(chǎn)周期長(zhǎng), 其所涉及的森林系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜, 森林資源附于地表等特點(diǎn)。而85%以上的森林管理決策與其空間位置有關(guān), 采用傳統(tǒng)方法制定管理決策, 缺乏直觀性和決策過(guò)程的可視化, 給經(jīng)營(yíng)管理帶來(lái)許多困難。而GIS能快速準(zhǔn)確地獲取多種組合形式的林業(yè)資源統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 清晰直觀地表現(xiàn)數(shù)據(jù)之間的聯(lián)系和發(fā)展趨勢(shì), 實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化以及空間地理分析與實(shí)際應(yīng)用的集成。以滿足森林資源管理和領(lǐng)導(dǎo)決策的需求, 進(jìn)而可以利用GIS對(duì)林業(yè)資源質(zhì)和量的變化進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)與規(guī)劃; 解決林業(yè)上長(zhǎng)期以來(lái)經(jīng)營(yíng)粗放、信息技術(shù)落后的問(wèn)題, 促進(jìn)林業(yè)的經(jīng)營(yíng)管理走上可持續(xù)發(fā)展道路。

1. 地理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)介

GIS 是Geographical Information System 的縮寫， 即地理信息系統(tǒng)。地理信息系統(tǒng)是介于信息科學(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)之間的交叉學(xué)科與新技術(shù)學(xué)科，對(duì)空間信息的管理與分析是它的優(yōu)勢(shì)所在，它是一種兼容、存儲(chǔ)、管理、分析、顯示與應(yīng)用地理信息的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是分析和處理海量數(shù)據(jù)的通用技術(shù)。地理信息系統(tǒng)是以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在計(jì)算機(jī)軟硬件的支持下， 對(duì)空間相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示，并采用地理模型分析方法，適時(shí)提供多種空間和動(dòng)態(tài)的地理信息，為地理研究和地理決策服務(wù)而建立起來(lái)的計(jì)算機(jī)技術(shù)系統(tǒng)。

地理信息系統(tǒng)是空間數(shù)據(jù)的管理系統(tǒng)，是空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的綜合體，其主要有以下特征：①空間定位特征：②多維結(jié)構(gòu)特征③明顯的時(shí)序特征

地理信息系統(tǒng)大致可以分為 3 大類：①專題信息系統(tǒng)．它是具有優(yōu)先目標(biāo)和專業(yè)特點(diǎn)的地理信息系統(tǒng)，如水資源管理信息系統(tǒng)，礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)，水土流失信息系統(tǒng)等．②區(qū)域信息系統(tǒng)，主要以區(qū)域綜合研究和全面的信息服務(wù)為目標(biāo)，按區(qū)域范圍大小可有不同的規(guī)模，如加拿大國(guó)家地理信息系統(tǒng)、中國(guó)黃河流域信息系統(tǒng)等．③地理信息系統(tǒng)工具庫(kù)，它是一組有圖形圖像數(shù)字化、存儲(chǔ)管理、查詢檢索、分析運(yùn)算和多種輸出等地理信息系統(tǒng)基本功能的軟件包．地理信息系統(tǒng)的任務(wù)，就是對(duì)地球表層人文經(jīng)濟(jì)、自然資源及

環(huán)境等多種信息進(jìn)行綜合分析與管理．

2.   森林資源信息管理

用GIS 的數(shù)字地形模型(DTM) , 地面模型, 坡位、坡面模型可表現(xiàn)資源的水平分布和垂直分布, 利用柵格數(shù)據(jù)的融合, 再分類和矢量圖的疊加, 區(qū)域和鄰邊分析等操作,產(chǎn)生各種地圖顯示和地理信息, 用于分析林分、樹(shù)種、林種、蓄積等因子的空間分布。使用這些技術(shù), 研究各樹(shù)種在一定范圍內(nèi)的空間分布現(xiàn)狀與形式, 根據(jù)不同地理位置、立地條件、林種、樹(shù)種、交通狀況對(duì)現(xiàn)有資源實(shí)行全面規(guī)劃, 優(yōu)化結(jié)構(gòu), 確定空間利用能力, 提高森林的商品

價(jià)值。各地、各林業(yè)局、各林場(chǎng)森林面積, 森林蓄積, 森林類型, 林種分布, 樹(shù)種結(jié)構(gòu), 林齡結(jié)構(gòu)及變動(dòng)情況等, 過(guò)去只能從森林資源檔案數(shù)據(jù)庫(kù)中了解情況, 應(yīng)用地理信息系統(tǒng)可以做到圖上動(dòng)態(tài)管理和監(jiān)測(cè), 從而可以做到更真實(shí)、更直觀地把握森林資源的狀況及變化。

3. 　森林分類經(jīng)營(yíng)管理

利用地理信息系統(tǒng), 可以做到以林班、林場(chǎng)、林業(yè)局、地區(qū)及全省為單位的森林分類經(jīng)營(yíng)管理, 能夠做到分類更為科學(xué)、更為客觀, 為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及林業(yè)管理部門、生產(chǎn)部門提供可操作的森林分類經(jīng)營(yíng)方案及科學(xué)依據(jù)。

4.　天然林保護(hù)工程管理及封山育林

實(shí)施天然林保護(hù)工程,“兩類三劃分”必須要落實(shí)到可操作的地塊, 并可進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理。只有利用地理信息系統(tǒng)才能真正做到科學(xué)經(jīng)營(yíng)管理, 否則很難將天然林保護(hù)工程各項(xiàng)工作落到實(shí)處。封育區(qū)域的確定涉及一些地理地貌和社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人為活動(dòng)等因素。GIS 的分析設(shè)計(jì)可兼顧多種要素, 采用DTM和森林分布圖及專題圖疊加, 區(qū)劃出合理且更易實(shí)施的封育區(qū)域。

5.　森林限額采伐管理

借助于GIS , 制定詳細(xì)的采伐計(jì)劃, 確定有關(guān)采伐的目的、地點(diǎn)、樹(shù)種、林種、面積、蓄積、采伐方式和更新措施。制定采伐計(jì)劃安排, 制作采伐圖表和更新設(shè)計(jì)。應(yīng)用地理信息系統(tǒng), 可以清楚地把握各地、各林業(yè)局及林場(chǎng),乃至各林班、小班的森林資源狀況, 下達(dá)森林采伐限額指標(biāo)可做到有的放矢。同時(shí), 可以確定各小班的森林經(jīng)營(yíng)及采伐方式, 實(shí)現(xiàn)以小班為單位的動(dòng)態(tài)經(jīng)營(yíng)管理。

6. 　森林結(jié)構(gòu)調(diào)整

用緩沖分析方法進(jìn)行河岸防護(hù)林, 自然保護(hù)區(qū), 林區(qū)防火隔離帶等公益林的規(guī)劃, 確定防護(hù)林的比例和相應(yīng)的分布范圍。根據(jù)森林資源分布狀況和自然、社會(huì)經(jīng)濟(jì)分布特點(diǎn)以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)需求進(jìn)行空間屬性分析可以確定不同林種的布局。一方面根據(jù)森林資源可持續(xù)發(fā)展的需要利用地形地貌、立地條件分布特點(diǎn)林木生長(zhǎng)各個(gè)階段的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益特點(diǎn)利用GIS 和相關(guān)的技術(shù)確定合理的齡組結(jié)構(gòu); 另一方面指定相應(yīng)的森林時(shí)序結(jié)構(gòu)的調(diào)整方案并落實(shí)到具體的山頭地塊, 在大力造林、綠化、消滅荒山的同時(shí), 按照齡組法調(diào)整齡組結(jié)構(gòu), 加速林木成熟, 使各齡組比重逐步趨向合理, 充分發(fā)揮林地的生產(chǎn)潛力。

7. 　撫育間伐、速生豐產(chǎn)林培育及更新造林管理

利用GIS 強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)和模型庫(kù)功能, 檢索提取符合撫育間伐的小班, 制作撫育間伐圖并進(jìn)行GIS的空間地理信息和林分狀況數(shù)據(jù)結(jié)合, 依據(jù)模型提供林分狀況數(shù)據(jù)如生產(chǎn)力、蓄積等值區(qū)劃和相關(guān)數(shù)據(jù),據(jù)此可按林分生產(chǎn)力進(jìn)行基地建設(shè)。GIS可通過(guò)分析提供森林立地類型圖表, 宜林地?cái)?shù)據(jù)圖表, 適生優(yōu)勢(shì)樹(shù)種和林種資料, 運(yùn)用坡位、坡面分析,按坡度、坡向劃分的地貌類型結(jié)合立地類型選擇造林樹(shù)種和規(guī)劃林種, 指導(dǎo)科學(xué)造林。

8.　林業(yè)用地信息管理

林業(yè)土地變化包括林地類型和林地面積兩方面。GIS借助于地面調(diào)查或遙感圖像數(shù)據(jù), 實(shí)現(xiàn)了地籍管理, 將資源變化情況落實(shí)到山頭地塊, 并利用強(qiáng)大的空間分析功能,可及時(shí)對(duì)森林資源時(shí)空序列、空間分布規(guī)律和動(dòng)態(tài)變化過(guò)程做出反映, 為科學(xué)地監(jiān)測(cè)林地資源的變化、林地增減原因、掌握征占林地的用途和林地資源消長(zhǎng)提供了依據(jù)。我省林業(yè)用地約占全省國(guó)土面積的5119 % , 可開(kāi)發(fā)利用的潛力很大。至今為止, 林業(yè)用地的管理還較為粗放。利用地

理信息系統(tǒng), 可以做到有效地管理林業(yè)部; 習(xí)的土地資源,實(shí)現(xiàn)對(duì)林業(yè)用地的權(quán)屬、利用情況及開(kāi)發(fā)前景動(dòng)態(tài)管理。

9.　森林病蟲(chóng)鼠害監(jiān)測(cè)、控制、森林防火監(jiān)測(cè)及動(dòng)態(tài)管理

應(yīng)用地理信息系統(tǒng), 可以實(shí)現(xiàn)對(duì)森林病害、蟲(chóng)害、鼠害發(fā)生規(guī)律、分布狀況及控制程度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)及跟蹤管理,能夠克服工作的盲臥險(xiǎn)和被動(dòng)性, 做到心中有數(shù), 防治工作及時(shí)。可通過(guò)建立應(yīng)用地理信息系統(tǒng), 對(duì)省、地、縣森林防火系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和管理。國(guó)家林業(yè)局林業(yè)規(guī)劃院于90年代就研制出了“林火管理”地理信息系統(tǒng)。目前, 我省森林防火辦也著手構(gòu)建全省森林防火GIS 系統(tǒng)。該系統(tǒng)的

建立, 必將會(huì)大大提高我省的森林防火現(xiàn)代化管理水平,并產(chǎn)生巨大社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

10. 　林權(quán)管理

權(quán)屬分國(guó)家、集體、個(gè)人三種形式, 不同權(quán)屬的森林實(shí)行“誰(shuí)管誰(shuí)有”的原則, 大部分權(quán)屬明確, 產(chǎn)權(quán)清晰,界線分明, 標(biāo)志明顯, 山林權(quán)與實(shí)地、圖面相符, 少數(shù)地方界線難以確定, 可用鄰邊分析暫定未定界區(qū)域。從而減少或避免各種林權(quán)糾紛。

應(yīng)用前景：

一方面,GIS在林業(yè)學(xué)科中的應(yīng)用促進(jìn)了學(xué)科的知識(shí)創(chuàng)新和理論深化研究, 促成了各學(xué)科間的相互聯(lián)系, 極大地推動(dòng)了林業(yè)系統(tǒng)科學(xué)及其分支學(xué)科的發(fā)展。另外, 隨著新分支學(xué)科的建立, GIS應(yīng)用越來(lái)越廣泛。如有的學(xué)者提出利用GIS建立植物轉(zhuǎn)基因飄流狀況的國(guó)家和省級(jí)地理信息系統(tǒng)。另一方面,各學(xué)科的不斷發(fā)展和深入反過(guò)來(lái)又需要GIS的不斷完善, 并為GIS提供實(shí)驗(yàn)基地。如為了便于更科學(xué)合理地管理某一區(qū)域的自然資源, 就需解決GIS同GPS、RS以及與專家決策支持系統(tǒng)的耦合問(wèn)題, 這將促進(jìn)GIS技術(shù)的不斷完善。GIS、RS和GPS的集成( “3S”的集成)已成為一種必然的趨勢(shì)。“3S”的集成是一種利用各自的技術(shù)特點(diǎn)快速準(zhǔn)確地提供所需信息的技術(shù)。基本是RS 提供最新的圖像信息, GPS提供精確的位置信息, GIS為圖像的存儲(chǔ)、處理、分析及應(yīng)用提供技術(shù)手段。“3S”的應(yīng)用可為林業(yè)生產(chǎn)管理和決策者快速地提供精確的信息。森林是農(nóng)業(yè)的生態(tài)屏障, 也是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體。我國(guó)森林生態(tài)功能較弱, 林業(yè)生產(chǎn)技術(shù)總體水平較低, 對(duì)林業(yè)生產(chǎn)調(diào)控能力差, 再加上林業(yè)生產(chǎn)的高風(fēng)險(xiǎn)性、區(qū)域性, GIS技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用為提高林業(yè)生產(chǎn)的調(diào)控能力, 實(shí)現(xiàn)林業(yè)現(xiàn)代化和因地、因時(shí)的科學(xué)化管理提供了技術(shù)支持。林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)極其復(fù)雜的系統(tǒng), 對(duì)這一系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)、模擬和科學(xué)管理等復(fù)雜問(wèn)題應(yīng)用傳統(tǒng)的GIS是很難解決的, 因?yàn)檫@些問(wèn)題需要大量的知識(shí)與經(jīng)驗(yàn), GIS與專家系統(tǒng)結(jié)合而成的智能GIS, 并利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將成為解決這些復(fù)雜問(wèn)題的重要途徑, 目前這方面的研究已得到了重視。另外, 隨著網(wǎng)絡(luò)GIS、虛擬GIS、開(kāi)發(fā)式GIS、真3維和時(shí)空4 維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等這些GIS技術(shù)研究成果的推出和不斷完善, 林業(yè)作為GIS技術(shù)使用大戶, 必然會(huì)受到深遠(yuǎn)的影響。

結(jié)束語(yǔ)：進(jìn)入90 年代以來(lái), GIS 正朝著分布式的、開(kāi)放的、網(wǎng)絡(luò)化的、大眾化的、全球性的GIS 發(fā)展,被人們廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域, 產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。當(dāng)前, 我國(guó)已經(jīng)提出了建設(shè) 數(shù)字林業(yè) 的概念, 是否建立和使用了先進(jìn)的林業(yè)地理信息系統(tǒng), 正在成為衡量當(dāng)?shù)亓謽I(yè)管理水平的重要標(biāo)志。隨著 3S 技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展, 極大地促進(jìn)了林業(yè)資源經(jīng)營(yíng)、管理、利用的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、數(shù)量化和模型化進(jìn)程。

目前, GIS 在我國(guó)林業(yè)上的應(yīng)用還處于起步階段, 國(guó)內(nèi)從事林業(yè)GIS 研究的人數(shù)不多; GIS 在林業(yè)上還主要應(yīng)用在建立數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)查詢、空間疊加分析、緩沖區(qū)分析和成果顯示輸出等幾個(gè)方面。在林業(yè)GIS 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)、林業(yè)通用GIS技術(shù)模塊、林業(yè)行業(yè)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和林業(yè)GIS 海量數(shù)據(jù)支持等方面報(bào)道較少, 這需要廣大的林業(yè)工作者共同努力, 促進(jìn)我國(guó)林業(yè)GIS 事業(yè)的快速向前發(fā)展