福建省森林资源年度更新成果自动检验方法研究

2017-11-09许雪玲

林业勘察设计 2017年3期

关键词：空间数据林地森林资源

许雪玲

(福建省林业调查规划院，福建福州 350003)

综合述评

福建省森林资源年度更新成果自动检验方法研究

许雪玲*

(福建省林业调查规划院，福建福州 350003)

根据现有技术规程，结合福建省森林资源监测管理需求和省级数据检验程序，研究对森林资源数据成果质量进行自动化检验的方法：总结通用的技术规程，将相关的空间分析等地理处理过程构建成空间数据质量检验模型、属性逻辑检验模型、数据评价模型等；对于难以直接实现的图库对应与数据循环算法，构建成数据成果规范的图库对应检验模型，同时编制成界面简洁的交互操作软件，将抽象复杂的技术流程，转换成智能化、自动化简单易懂的工具软件。

森林资源；年度更新；建模；GIS；自动检验

福建省已建立森林资源年度变更调查工作机制，在全省范围内，以县(市、区)级为调查单位，以当前年度为变更调查期，开展以林地范围、林地利用状况(地类)及林木属性等多个主要森林资源变化指标为主的调查。经过县级资源更新，地市级、省级逐级汇总，更新福建省森林资源数据库、全国林地“一张图”数据库。在森林资源年度变更过程及各级汇总阶段，产生了大量的中间数据，并由于人为或非人为的因素会产生一些误差。为保证数据成果的精确性、完整性，必须对数据成果进行严格控制管理。福建森林资源成果管理采取分级控制制度，统一质量检验标准，以保证县级自检、市级检查、省级复查与国家抽查在质量控制与成果管理上保持一致。森林资源调查技术方法比较成熟，《林地变更调查工作规则》、《福建省地方森林资源监测体系小班区划调查技术规定》等规程对工作内容、工作程序、数据成果、质量控制、成果规范等提出了一系列要求[1-2]。“全国林地年度更新软件”在图形检查、属性检验等方面有一套完整的数据检验功能，但在实际操作中，国家森林资源数据代码与福建省地方数据代码存在差异，且该软件使用的是特殊格式数据，与工作人员日常使用的数据不匹配，同时该软件无法直接体现地方具体工作需求，对地方年度更新工作不适用。全国各地研究人员根据各地要求对森林资源变更调查技术方法开展了深入研究探讨[3-5]；高飞等基于ArcObjects技术开发了四川省林地落界软件[6]，研究了四川适用的森林资源空间数据更新技术方法；李峥提出了福建省级变更调查的解决方案[7]，但仅在数据分发与汇总方面进行探讨，数据检验也仅限于对数据容差产生的误差进行修正。本文对福建省森林资源更新成果的智能化检验方法进行研究，通过分析数据成果与系列技术规定与标准，采用可视化编程的方法来展示模型的构建过程，建立数据检验和数据评价的模型，提出自动检验的技术方法，以期充实空间数据检验修正的研究。

1 研究方法

1.1基于模型构建器Model Builder建模

本文基于ESRI的建模工具模型构建器Model Builder进行研究，这是一个可视化的编程工具。选择福建省森林资源年度更新成果为研究对象，采用建模方法建立起资源数据与技术指标的相互关系，构建出数据检验规则，将研究对象导入系统进行数据的系列运算处理，并与质量要求规则比对的流程。同时将模型编制成界面简洁的交互操作软件，将抽象复杂的技术流程，转换成智能化、自动化简单易懂的工具软件。

1.2数据检验总体流程

福建省森林资源变更调查与建档管理工作，是基于“福建省森林资源监测管理系统”，对森林资源动态变化、林业生产经营、林地与林木状态变化等信息进行管理，信息反馈后更新到资源小班数据库。森林资源的变更数据，在ArcGIS平台上落界，进行更新处理，资源成果数据格式为shape格式。年度间遥感影像的变化监测，形成地类变化的监测结果。分析福建省森林资源数据成果检验的关键节点和技术路线，按照各个节点数据的相关关系与逻辑关系，搭建起质量检验整体流程。流程主要包括空间数据质量检验、图库对应检验、属性逻辑检验三个预定义模块(图1)。经过计算机运算后，未通过则自动生成错误列表，并进行数据核对与修改；通过则逐级进入下一个模块。在质量检查合格的基础上，进入下一节点模块——数据评价模型，将森林资源影像监测与年度数据更新情况单独构建一个省级检查的数据评价模块。

图1 数据检验总体流程

2 模型构建

2.1模型图标说明

森林资源数据检验模型，各个节点模块都需要对输入的数据(正八边形框)进行计算机后台各种运算，字母P标记进行交互的操作(即表现到计算机屏幕前端的操作界面上)；圆矩形框表示调用ArcGIS的空间分析、地理处理等工具进行各种运算；正六边形框表示用脚本程序编写封装成的插件模块；产生中间过程数据，用椭圆框表示；运算结果自动输出数据用平行四边形框表示(图2)。

2.2空间数据检验模型

2.2.1 图斑多部件检查

“图斑多部件检查”是基础流程，产生的结果分别作为“行政界吻合度检验”、“拓扑一致性检验”的数据源头；“图斑多部件检查”完成后，虚线向下指向“创建文件地理数据库”模块，表示“图斑多部件检查”作为前提条件，流程完成后才开始进入“拓扑一致性检验”。每个进程都需要对输入数据经过多个模块的地理处理运算才能完成(图2)。对输入的森林资源数据，进行“多部件至单部件”处理后，产生中间过程数据“拆分多部件数据”，该数据成为另外两个进程的数据源。

2.2.2 行政界吻合度检验

对输入的标准行政界线数据，和2.2.1结果“拆分多部件数据”进行空间分析计算“交集取反”，自动输出“行政界线不吻合数据”。

2.2.3 拓扑一致性检验

这是一个完整的拓扑数据检验进程[9]，需从交互界面选择一个存储拓扑工作空间，如文件夹，在2.2.1进程完成后进入“创建文件地理数据库”模块；模块运行得到“要素数据集”；将2.2.1结果“拆分多部件数据”，用“要素类至要素类”导入到“要素数据集”中，得到“创建拓扑的要素类”；“要素数据集”同时还需要进行“创建拓扑”，其结果与“创建拓扑的要素类”两个中间数据共同作为拓扑运算的载体，再进行拓扑运算和拓扑验证(图2)。整个拓扑检验进程经8个模块运算，最后系统自动输出“拓扑验证结果”。

图2 空间数据检验模型

2.2.4 交互操作

模型构建后整个计算机运算进程是在后台运行，表现在前端人机交互操作界面，只有三个选择对话框(图3)。模型运算结束后，自动获得“输出行政界不吻合数据”和“拓扑验证结果”2个结果数据(图2)。

图3 空间数据检验操作界面

2.3图库对应检验模型

由于在当前的森林资源变更作业中，将资源调查、建档管理、图面落界分开实施，因此才产生了图库对应检验和数据连接这两个特殊步骤。实际工作中，在图库对应基础上，进入下一步工作前还需要将空间图形数据与建档资源小班数据库属性表挂接起来。

“Shape File”格式数据源属于非地理数据库文件，不支持子查询。图库一致性检验，包括“有图无库”、“有库无图”检查。ArcGIS平台内的操作，“有图无库”检查需要将小班建档数据库挂接到图面后，查验没挂接成功记录；“有库无图”则反之，因此需要多次操作才能完成。而数据库查询语言SQL语言的介入，一步到位瞬间完成。

编写脚本程序调用数据库平台，采用SQL语句嵌套子查询的方式检验图库对应关系，并封装成“数据库查询插件”模块。SQL查询代码“SELECT 连接字段 FROM 图/库 WHERE 连接字段 NOT IN (SELECT 连接字段 FROM库/图)”可以直接实现图库对应检验。“数据库查询插件”作为整体模型的一个模块进入系统，运算后图库对应一致的前提下，再进入下一流程进行数据库连接(图4)。

2.4属性逻辑检验模型

属性逻辑检验包括数据属性的完整性与逻辑性、检查属性的完备度与合理性、核对数据属性对逻辑关系规则的遵循程度等[8]。森林资源数据库对地类植被状况、资源状态、林分状态、林业生产经营活动等动态因子与地形、地貌等静态因子进行管理，属性逻辑规则有近百条，建立属性逻辑合理性对照表在此不讨论。属性完备与逻辑关系合理性检验需要对森林资源成果的每个属性记录与逻辑规则表(表1)逐个进行核对，此过程对逻辑规则表与属性库分别进行嵌套两次的循环遍历检验[9]。这种方法在数据库中完成效率最高，同2.3方式，用脚本编程封装成建模模块来实现该检验节点。

图4 图库对应检验模型

编号逻辑表达式错误说明修改意见1001val(di_lei)<200andval(zl_dj)=0林地质量等级不能缺补充林地质量等级1002val(di_lei)<200andval(bh_dj)=0林地保护等级不能缺补充林地保护等级2001val(di_lei)<120and(yu_bi_du<0.2oryu_bi_du>1)地类与郁闭度关系有误乔木林郁闭度范围在[0.2,1]3001val(di_lei)<200andval(lin_zhong)notin[251,255]andping_jun_x>5andhuo_lmgqxj=0每公顷蓄积有误当地类为乔木林,林种不为经济林(251,252,253,254,255),平均胸径大于等于5时,每公顷蓄积(HUO_LMGQXJ)大于0

2.5数据评价及模型

数据评价，指对森林资源遥感监测变化情况与年度变更成果中的几个专题突变结果进行分析评价。遥感监测是森林资源变更调查的一个重要工作方式。福建省在遥感影像突变情况提取与林业生产经营资料收集等方面做了大量工作，形成了地类变化监测结果。森林资源年度变更工作，需要与上一年度工作衔接起来，对几个专题方向进行突变分析，监控调查期内森林资源变化情况。

图5 数据评价模型

数据评价分为遥感影像监测评价、年度数据专题突变分析两个流程(图5)。遥感影像监测评价，根据工作任务制定工作流程，将前期工作地类变化监测结果、县级提交的影像核实结果、资源成果数据等相互间进行对比，筛选输出需要数据，可以清楚得到遥感影像变化与数据成果变更完成情况。年度数据专题突变分析，将上一年度基础数据与资源成果数据经过空间叠加分析以后，分别对三个专题林地起源、生态级别、林地保护等级等数据发生突变情况进行筛选，可以将SQL查询语句嵌入ArcGIS筛选工具，经过计算机运算以后，输出3个专题检查结果，获得森林资源各种动态变化情况等数据评价因子，可作为林地使用报告及其它报告的基础数据源。

3 结语与讨论

本文通过分析现有技术规程，合理分解规程中的各项技术指标，建立数据检验模型，评价数据质量，将福建省森林资源数据质量检验过程编译成一套可视自动化检验的软件，人工操作界面上只要在运行对话框中选择输入数据，整个质量检验过程在计算机后台运算自动完成，最终自动输出结果数据。模型将原本需要手动进行的空间数据拓扑检验、数据库挂接、空间叠加与数据筛选等每个地理信息操作步骤都转化为智能化过程，将肉眼识别、手动操作等人工操作时间差清零，大大减少了误操作和人为误差的产生。

由于ArcGIS对结构化查询语句SQL表达式兼容性不高，嵌套式子查询无法完成，数据库循环算法在ArcGIS关系数据库表中也难以实现，因此，为了提高运算效率，编写脚本程序调用数据库平台来完成，并封装成模型可调用模块，形成一个统一的系统。影像监测与年度数据突变检查，将前期工作与本期工作衔接起来，筛选出不合理范围，保证数据检验工作完整、精确，作为省级检验评价各地年度变更工作的指标。

本研究方法针对福建省森林资源数据检验，根据福建省工作现状定制工作流程，有其特殊性与制定性，数据检验精度取决于技术标准与规程编制程度；也有其通用性，对福建省森林资源监测日常工作生产的面状空间数据都可以适用。采用可视化编程建模方式，将抽象检查规范转变为数据处理流程，简便易行，通过不同参数设定，便于定制和重用，因此可作为林业或其他行业空间数据检验参考。

智能化数据检验方法，通过技术方法实现精确的数据检验，将通用空间数据检验智能化、将抽象数据检验可视化，提高了数据检验可操作性，减少了人工差错。数据检验方法适用于县级自检、地市检验、省级抽查等各个级别数据检验，可极大提高检验技术水平，提升整个福建林业信息化工作水平。

数据检验作为评价地方资源调查精度、考察调查人员水平的衡量手段，是建立完整质量控制与评价体系一个重要步骤。数据检验是数据生产的重要环节，如何利用空间数据处理建模、编程、工具封装等手段，提高质量检查智能化，减少人工干预，也是建立科学先进质量控制体系的重要课题。

[1] LY/T1955-2011.林地保护利用规划林地落界技术规程[S]．北京：国家林业局，2011．

[2] GB/T26424-2010.森林资源规划设计调查技术规程[S]．北京：中国标准出版社，2O10.

[3] 王文武，张小伟，陈晟.浙江省县级林地变更调查试点技术方法探讨[J].华东森林经理，2013(3):71-73．

[4] 李峥.福建省林地变更调查技术方法体系研究[J].林业勘察设计，2016(3):15-17.

[5] 徐庆玲，巨文珍，张伟，等.广西县级林地变更调查试点技术方法[J].林业调查规划，2014，39(6):66-68.

[6] 高飞，刘波，王竞敏，等.基于ArcObjects的四川省林地落界软件的研发与应用[J].福建林业科技，2013(4):62-68.

[7] 李峥.基于FME的省级林业变更调查ETL总体解决方案[J].林业勘察设计，2016(4):6-9.

[8] GB/T18316—2008.数字测绘成果质量检查与验收[S].北京:中国标准出版社，2008.

[9] 许雪玲．福建生物防火林带空间数据整合与质检方法[J]．福建林业科技，2014(3):151-155．

许雪玲(1983-)，女，福建漳浦人，工程师，主要从事森林资源管理，林业信息化和3S技术在林业中的应用等研究，(E-mail)lign_000@126.com。