天津市数字林业现状及发展对策和前景

张　洁　赵占丰　杨会春　宗晶莹　张晓达　刘　杉　张庆辉　郝连君

摘要:介绍了数字林业的相关概念和天津市数字林业的现状,针对存在问题,制订了提高基础设施和人才队伍建设、规范林业标准进行数据集成、建立空间动态数学模型的发展对策,并提出保护生物种群的多样性、虚拟生态旅游规划、优化林业投资决策的应用前景。

关键词:天津市;数字林业;现状;发展对策;前景

中图分类号:F326.2文献标识码:A文章编号:1006-6500(2009)02-0033-04

Situation, Development Countermeasures and Prospect on Digital Forestry in Tianjin

ZHANG Jie1, ZHAO Zhan-feng2,YANG Hui-chun1,ZONG Jing-ying1,ZHANG Xiao-da1,LIU Shan1,ZHANG Qing-hui3,HAO Lian-jun3

(1.Tianjin Forestry Bureau,Tianjin300061,China;2.Jixian County Forestry Bureau,Jixian County, Tianjin 301900,China; 3.Dagang District Agriculture and Forestry Bureau,Dagang,Tianjin 300270,China)

Abstract:The related concepts of digital forestry and present situation, problems of digital forestry in Tianjin were introduced, and development countermeasures and application prospect were also suggested.

Key words: Tianjin;digital forestry;present situation;development countermeasures;prospect

进入21世纪,生态环境问题已成为全世界关注的焦点问题之一。森林是陆地生态系统的主体,森林问题关系到人类社会的生存与发展,森林资源具有涵养水源、保持水土、净化空气、美化环境、防止土地沙漠化等生态效益。有效的培育、保护和开发利用森林资源,实现林业资源的良性增长已成为各国发展经济、改善生态环境的首要条件。随着数字地球、数字林业概念的提出,林业行业构造一个统一的、立体的、开放式信息集成系统,推动营林、森林保护、林业管理、林产工业等技术的信息化进程,为林业提供信息服务、信息决策,确保资源可持续发展已势在必行。

1数字林业概况

1.1数字林业定义

1988年时任美国副总统的戈尔首先提出了“数字地球”的概念,希望将地球上所有信息数字化,让地球上各种信息无缝链接,他将地球设想成为以地球坐标为依据、有多种分辨率、由海量数据库组成并能立体表达的虚拟地球。数字地球建设很快得到了各国的重视,各层面各行业在其理解的基础上提出了自己的“数字”理念,于是出现了如“数字城市”、“数字农业”、和“数字林业”等概念。

数字林业是指在数字地球大框架指导下,应用遥感技术、计算机技术、数字化技术、网络技术、智能技术和可视化技术,把地球上的各种林业信息用地理坐标确定与连接起来,实现标准化、规范化采集与更新数据,实现数据共享的过程,用数字化手段再现真实的林业状况,推动林业管理的精确化、科学化。

1.2数字林业涵义

数字林业主要有两方面的涵义,一是基于3S(遥感RS、地理信息系统GIS、全球定位系统GPS)技术的林业信息数字化;二是对这些数字信息的储存、处理、传输和应用。也就是说,数字林业不仅可以将林业的各种特征用数字化的形式表述,还能对这些信息进行整合、集成和处理。同时从信息来源和技术手段上改变数据不准确、资源消长监测不及时、生产面积不够真实等实际问题,实现森林经营管理水平的有效提升。

1.3我国数字林业的研究现状

目前,“数字地球”、“数字中国”被我国列为科技兴国的战略平台和技术创新的跨越点。“数字技术”已成为国内热门的科技领域,重庆市于2000年通过建设“数字重庆”的论证;海南省于1998年开始建设“智能岛”,并制定了2010年的长远目标;随后先后出现了“数字福建”、“数字河南”、“数字贵州”、“数字湖北”、“数字杭州”等省、市级数字技术体系。“数字林业”是国家林业局在“数字化”理念的基础上于2001年提出的。2001年4月,国家林业局科学技术委员会在国家林业局召开专家论证会,顺利通过了《国家林业局数字林业建设可行性报告》,这为我国数字林业的进程、基础数据、中长期规划奠定了技术和理论基础。2002年,国家林业局就把四川省、贵州省、江西省、吉林省及内蒙古自治区作为5个数字林业工程的试点省区,在这5个省区内选定l0个地区、30个县开展数字林业的试点工作,建立数字林业公共平台。2003年由国家林业局确定的“十五”期间重大科研项目“数字林业”在北京通过专家论证,提出了《数字林业标准与规范(一)》,标志着我国数字林业建设迈出了关键的一步。

2数字林业在天津市的应用

“十五”期间,天津市紧抓林业发展战略机遇,先后启动了京津风沙源治理工程等国家林业重点工程,顺利实施了市级造林工程以及外环线外侧绿化带工程和“625”工程等,进一步调整和优化了天津市林业生产力布局和林业产业结构,使森林资源得到较快增长,林分质量得到较大改善,林业发展步入快速轨道。截止到“十五”末期,天津市林业用地面积已达18万hm2,活立木蓄积达到524.9万m3,林木覆盖率达到17.5%。

天津市从2002年开始进行林业信息数字化的采集、存储、利用工作,主要体现在以下几个方面。

2.1建立了森林资源管理与监测地理信息系统

随着社会经济的迅速发展,森林资源的开发、利用和保护需要随时跟上经济发展的步伐,掌握资源动态变化,及时做出决策就显得异常重要。常规的森林资源监测,从资源清查到数据整理成册,最后制定经营方案,需要的时间较长,造成经营方案和现实情况不相符。这种滞后现象势必会出现管理方案的不合理,与实际情况脱节等。2002年初,天津市开展了森林资源监测地理信息系统建设,主要利用ETM影像数据和GPS定位系统对全市的森林资源状况进行监测,利用GIS系统的数据处理功能,建立属性数据库及空间数据库,总结出森林资源现状与特征,解决林业资源信息管理、林业规划决策的计算机化,分析森林资源的空间分布状况和演变规律,使资源管理科学化。解决林业资源调查的内业整理工作,建立森林资源图库和数据库、制作内业图形和统计报表。进行林业地籍管理,随时对有关图形库和数据库更新,制作有关林业地籍管理的专题图和报表,实现林业资源档案(图形、数据)动态管理,及时了解森林资源的现状和动态变化的规律,为林业决策提供依据。解决伐区设计的内业处理,实现设计图形、表格制作的计算机化,分析林业生产力布局与其他国民经济生产力布局之间的关系。

2.2利用卫星遥感技术进行天津市森林资源连续清查工作

森林资源连续清查作为一种同时掌握森林资源现状与发展的动态调查技术方法,引进我国已经有30多年了,已经建立了基本覆盖全国的森林资源连清体系。天津市连清体系始建于1988年,传统的资源连清主要以人工为主,人力物力消耗较大,时间较长,准确性不够。在2002年开展的资源连清中,为了避免传统工作中的不足,提高清查成果的准确性和可靠性,提高工作效率,我们在清查工作中采用了卫星遥感技术,通过遥感图像信息与野外定点踏查相结合的手段,依据不同林相图、各种地类类型分布与其在TM影像上反映的特征之间的相关关系,描述形成统一的判读标准,建立目视遥感判读解译标志,供判读工作人员参考。同时遥感图象还可在计算机中打开,进行各项因子判读,并进行判读结果登记。通过判读工作完成了天津市市域范围内11 889个遥感判读样地的信息获取,查清了近5年来天津市各类森林蓄积数量和动态消长变化、各类土地面积以及沙化荒漠化类型、湿地类型等宝贵的资源信息。为全面了解天津市现有生态资源状况提供了宝贵的资料,同时向国家及天津市林业部门进行决策提供了依据。

2.3利用2S技术进行天津市沙化和荒漠化监测工作

近年来,沙化和荒漠化问题已成为天津市主要的环境问题之一,为了解和掌握天津沙化和荒漠化分布状况,分析沙化和荒漠化扩展成因,为沙化和荒漠化的防治决策提供科学依据,天津市从1994年开始荒漠化监测,当时采用的是外业用1/10 000地形图现地调绘,内业通过网点法和求积仪法求面积,然后手工上图的方式。1999年进行了天津市第2次沙化和荒漠化监测,对图斑面积计算的精度要求有所提高。2004年进行了第3次天津市沙化和荒漠化监测工作。随着数字林业(林业信息数字化)在天津市林业工作中的广泛应用,在前两次监测的基础上,考虑到天津全市的沙化、荒漠化土地面积不多,且分布散,不适合采用RS技术。本次监测工作结合了2S技术,即以GPS定位为辅,内业则通过GIS进行图斑录入和面积求算工作,节省了人力物力,并提高了计算精确度。经求算,天津市沙化土地面积达到了15 614.551 hm2,荒漠化土地面积达到10 761.891 hm2,全市沙化土地图斑共计754个,荒漠化土地图斑共计415个,通过图斑数据库可以直接对乡级、区(县)级及市级的沙化和荒漠化土地的面积及其它属性数据进行统计,并可进行各乡、区(县)间的比较分析,并综合各种自然、气候条件来分析沙化和荒漠化土地的形成原因,为寻找治理对策提供了可靠的依据。

2.4建立了天津市山区森林防火地理信息系统

森林火灾是威胁森林资源安全的首要灾害,随着京津风沙源治理工程在蓟县的实施,截止到“十五”末期,蓟县林业用地面积已达5.9万hm2,林木覆盖率达到了41.2%。由于山区地势复杂,如不能及时掌握森林火灾发生发展规律、林火周边地形、地物状况、救火资源分布等信息,将会对及时扑救工作造成阻碍,另一方面也会造成人力与财力的浪费。2002年初,天津市开展了山区森林防火地理信息系统建设,主要利用遥感技术获取山区火情的TM影像信息,利用GPS定位系统进行观测站点、森林火点以及火灾发生时扑救队伍的行动路线方向的坐标定位,并且通过GIS技术平台将接收的数据直接反映到系统界面中与地图叠加显示,达到进行林火监测、确定火险等级、进行实时的指挥和分析决策、分析火灾造成的损失、部署灾后的资源恢复措施工作及完善防火设施规划布局的目的,全面针对山区地域进行森林防火的规划、评估、分析、决策和管理。

3天津市数字林业存在的问题

3.1基础建设薄弱

数字林业建设是一项系统工程,需要投入较多资金。天津市数字林业建设时间较短,基础设施还比较薄弱,软硬件条件都比较缺乏。由于网络环境较差,造成了市级数据和区县级数据交换与系统运行管理各为一体,没有有效地发挥网络的作用,无法实现市级和县级数字林业的信息共享,从而造成资源浪费、数据使用率较低,许多有价值的数字林业信息尚未被合理使用。

3.2人才队伍建设不到位

目前,天津市专门从事林业信息管理的人员仍然得不到保障,全市从事林业信息管理工作的人员只有20多人,尤其是基层人员的工作长期处于不稳定状态,多数人员仍兼有其他工作,无法及时完成数据采集、更新、维护与共享,且人员素质水平不一,缺乏正规培训,技术力量薄弱。数字林业的高新技术目前大多属于“专家”技术,没有较深的专业知识是无法掌握的,各种软件的英文就让多数人望而却步,结果造成虽然高新技术层出不穷,但是人员专业知识更新不到位,难以及时落实到实际工作中。

3.3数字林业表现手段单一

由于数字林业目前还是一个较新的领域,天津市的数字林业还仅处于起步阶段,呈现手段大多还处于一种静态的、书面的形式,对森林资源管理和经营动态显示仅在理论阶段,如何建立一些动态的数学模型和算法对森林经营进行模拟和仿真还需要今后进一步的研究。此外,关于数字林业技术的网际交流还不够完善,网—网合作资源共享、优势互补还有赖于各省市、各部门的通力合作,这些都制约了天津市数字林业的综合性智能化决策。

4数字林业在天津市的发展对策及应用前景

4.1发展对策

4.1.1加强基础设施及人员队伍建设积极争取财政资金投入,改善软硬件及网络条件。各区县林业部门应成立专门的信息管理部门,拥有一批既精通林业技术知识,又能熟练掌握计算机等现代化管理设备操作技能的专业技术人员。每年开展各级技术人员数据信息采集、处理、更新、维护、分析和管理的技术规范或规程、管理制度、设备和软件使用的培训工作,确保相关数据和资料的及时、准确收集和更新,形成一支技术领先、团结合作、分工负责的建设队伍。同时,通过加强人才交流、引进,跟踪国内外信息化技术的先进水平,全面提高数字林业建设者的创新能力和技术应用能力。

4.1.2按照数字林业标准与规范进行数据集成为了实现与国家及各区县级数据交换网络连接,应建立一个全面共享的基础数据公共平台和系统应用平台。要实现数据完全共享就要求采集的数据具有一定的标准和规范,易于交换。我国林业行业及相关行业都有现行的国家标准或行业标准,在数字林业建设中,首先应尽可能按照已通过专家论证的《数字林业标准与规范(一)》进行基础数据的采集和存贮。遵照有关的数据标准规范,可以使数据库的开发者依此来实施数据库的统一建设、维护和更新,从而减低数据库的冗余度,并增加整个数据库的完整性。

4.1.3建立空间动态数学模型通过虚拟森林防火、森林病虫害防治、树木生长和智能化种苗培育等林业问题,在相关软件系统平台上,建立基于统计分析与数值模拟的模型库、专家知识库、方法库、参数库等。通过综合分析、评价、模拟、预测和仿真,为森林灾害监测预警评估、生态环境建设、林木种苗培育等工程,提供科学合理规划的平台和信息,评价工程和建设成效,为决策层提供基础材料和备选方案。

4.2数字林业在天津市的应用前景

4.2.1生物多样性保护利用气候、植被、动物群落结构变化动态、遗传资源变化等方面的数据,模拟环境变化对天津市濒危生物的影响,将有利于及时采取有效措施来保护生物种群的多样性。

4.2.2生态旅游设计用数字林业的信息管理及模拟能力,通过虚拟现实技术,可以在数字林业系统上作虚拟生态旅游规划及设计,以确定决策的正确性、可能的发展前景以及虚拟绿色旅行等。

4.2.3优化林业投资决策针对天津市森林资源缺乏的现状,利用数字林业信息,合理利用天津市其它资源及信息、自动化控制技术等,扬长避短,精确地调整各项土壤和林木作物管理措施,最大限度地优化各项投入,以获取最需要产品的最高产量和最大经济效益。同时,通过数字林业信息反映出的森林景观变化特征,可以掌握森林健康及对环境效应影响等方面的数据,提高森林健康水平及其生产能力。

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