GIS技术在林业项目规划设计中的应用

刘盛益 刘神舟 刘凯璇

摘要 地理信息系统（GIS）具有强大的数据计算、统计分析和图表输出功能，可以结合遥感技术（RS）、全球定位技术（GPS）等实现对林业资源和空间信息的采集、处理、管理、分析和表达等，简称3S技术，已被广泛应用于林业外业调查和管理中，是一項先进的现代信息技术。本文以安徽省霍山县国土绿化试点示范项目为例，简要介绍了以GIS技术为核心的3S技术手段在林业项目规划设计中的实操应用，以期为基层林业工作者提供借鉴与参考。

关键词 GIS技术；林业项目；规划设计；应用

中图分类号 F326.2；TP311.52 文献标识码 A

文章编号 1007-7731（2023）14-0078-04

地理信息系统（GIS）作为林业信息化、数字化的重要的软件系统，已被广泛应用于森林资源规划、林业工程项目规划设计、森林防火、林业有害生物防治等各个方面。GIS技术的应用使林业专题地图制作实现数字化，逐步取代传统的纸质地图。数字化地图在动态性、交互性和直观性及数据更新的现势性、数据多样性方面具有绝对优势[1]。GIS可快速度、高精度、大批量地完成各类林业专题地图的制作，还可利用专业图的空间分析来派生出新的信息，将森林资源外业调查的文字、图像、表格转换为直观的三维可视化立体模型，供决策者快速浏览第一时间拿出可行性方案[1]。GIS技术的应用实现了专业数据、原始数据以及地理信息等方面的动态融合，为林业调查规划工作的科学化开展提供了重要的数据依据[2]，大幅提升了外业调查、数据编辑、成果制图等工作的效率，为推动林业信息化、数字化建设提供支撑。

霍山县位于安徽西部，地处大别山腹地、淮河一级支流淠河上游，属北亚热带湿润季风气候区，季风气候明显，雨量充沛，四季分明。土壤以硅铝质粗骨土和黄棕壤为主，属于北亚热带常绿落叶阔叶混交林带，珍稀名贵和大宗道地药用植物有霍山石斛、安徽贝母、杜仲、厚朴、药百合等，全县林地总面积3 403 hm2，森林覆盖率76%以上。霍山县国土绿化试点示范项目着眼于大别山重点生态功能区、生态敏感脆弱区和生态问题突出区域，以全面提升国土绿化水平为核心，以不同功能区绿化发展目标为导向，以提升森林资源质量、增强水源涵养和水土保持能力、推动革命老区绿色发展为建设重点，布局开展“大别山区生态屏障建设工程”“革命老区林业共富工程”“城乡绿化美化造林工程”三大建设工程。项目涉及16个乡镇（林场），小班459个，面积3 476.3 hm2

1 数据预处理

1.1 软件准备

本次项目规划设计主要运用Windows10操作系统、ArcGIS 10.6软件、森林资源采集软件（V1.58）。

1.1.1 ArcGIS 10.6软件  ArcGIS是一款基于GIS技术的软件，能高效地对各种空间数据进行管理、创建各种不同的地图以及分析各种不同的地理环境等[3]。

1.1.2 森林资源采集软件（V1.58）  森林资源采集软件（V1.58）是移动GIS系统，能全面进行森林基础地图方面信息的录入、各类数据信息的导入和导出、森林资源位置的感知、森林资源的调查分析、违法督查管理数据的录入、传感器数据的录入和展示等，能有效提升野外调查工作的便利性和自动化水平[4]。

1.2 数据准备

霍山县1∶10 000电子地形图、2022年卫星影像图、霍山县乡镇界、霍山县村界、2021年度国土变更调查数据库（基于三调）、2022年度国土变更调查第一次交部数据、2023新增耕地范围线、霍山三区三线（霍山县城镇开发边界、霍山县生态保护红线、一级基本农田保护图斑）等。

1.3 数据预处理过程

数据预处理过程主要包括：地理配准、投影变换、误差处理DEM数据分析等，以及将处理好的数据导入ArcGIS10.6软件、森林资源采集软件等。

1.4 数据格式

ArcGIS能够加载2种类型的数据格式：矢量数据cad文件（dwg、dxf）和ArcGIS文件（shp、mdb、gdb）；栅格数据地形图、影像图、jpg、tif、png等。

2 数据库和图层的建立

ArcGIS支持常用的access数据库（个人地理数据库.mdb和文件地理数据库.gdb），其中文件地理数据库和个人地理数据库是专为支持地理数据库的完整信息模型而设计的，包含拓扑、栅格目录、网络数据集、terrain数据集、地址定位器等，在实际应用中根据需要进行选择。

2.1 文件地理数据库

每个数据集1 TB。每个文件地理数据库可保存很多数据集。对于超大型影像数据集，可将1 TB限值提高到256 TB。每个要素类最高可扩展至每个数据集数亿个矢量要素，数据库可跨平台使用，效率更高，容量可达1 TB，相同数据量的情况下其体积更小。

2.2 个人地理数据库

每个Access数据库2 GB。性能下降前的有效限制通常介于每个Access数据库文件250～500 MB，数据库仅支持Windows系统；微软mdb标准，可用Access数据库打开和编辑，最大支持2 GB。

2.3 shapefile图层数据库

Shapefile文件相当于一个要素类，创建方式和数据库中要素类的创建方式一样，打开Catalog，可以在文件夹中右击直接创建。具有简单、快捷、方便等优点，但缺点较明显，如字段名最多只能够有10个字符、数据超过200 M后不稳定、无法存储空值和拓扑信息、对字段名或存储值中的Unicode支持不理想、不支持样条曲线，放大一定的比例会出现锯齿等。

2.4 国土绿化试点示范项目数据库建立

2.4.1 建立数据库文件  在电脑桌面新建“霍山县国土绿化试点示范项目”文件夹，打开ArcMap软件，在目录窗口进行文件夹连接。

2.4.2 新建要素数据集  在目录窗口右击“霍山县国土绿化试点示范项目”文件夹，新建文件地理数据库并命名（霍山县国土绿化试点示范项目.gdb），右击霍山县国土绿化试点示范项目.gdb，新建要素数据集并命名为lh，选择Gauss Kruger（高斯-克吕格投影），展开CGCS 2000，1∶10 000地形图使用3°分带，选择CGCS2000_3_Degree_GK_CM_117E坐标系，确定。

2.4.3 新建要素数据集下要素类  右击l h要素数据集，新建要素类并命名为“霍山县国土绿化试点示范项目”，根据需要选择面要素、线要素、点要素等7类要素，本项目选择面要素，添加字段名称、数据类型后，点击完成。添加字段根据需要选择字段数据类型。文本型（Text）：数字字符存储为字节，文本型主要记录文字信息，如村组名、工程类别、树种、林种、身份证号码、林权证号等信息。双精度（Double）：1个符号位、7个指数位和56个小数位，float和double用于记录带有小数位的属性信息，如面积、蓄积等。浮点型（Float）：1个符号位、7个指数位和24个小数位。短整型（Short Integer）：1个符号位、15个二进制位，大约在-32 000～32 000。长整型（Long Integer）：1个符号位、31个二进制位，大约在-2 000 000 000～2 000 000 000。整型（short、long）用于记录整数属性，如编号、ID号、人口数量等。日期型（Date）：日期值基于标准时间格式存储，日期型用于记录时间信息，如采伐日期、更新日期、填表时间等。BLOB：复杂对象，如影像和视频，BLOB只能在数据库中创建，不支持shp文件，如采伐照片、现场录音等。

2.4.4 数据导入外业调查平板  内容列表窗口右击“霍山县国土绿化试点示范项目”图层，导出数据，选中数据框，保存到指定文件夹并命名为“国土绿化项目外业调查”，保存类型选择shapefile。将平板数据线与电脑连接，将文件夹复制粘贴至平板森林资源采集软件Data文件夹。打开森林资源采集软件，采集图层，导入图层，参数设置选择编码主要有GB2312、UTF-8等，在GIS10.4以下版本创建的shp选择编码GB2312、在GIS10.4以上版本创建的shp选择编码UTF-8，中文字符选择编码GB2312，否则属性表出现乱码。导入图层后，即可进行小班外业调查。

3 小班外业调查

3.1 外业小班勾绘

打开平板森林资源采集软件及GPS位置信息，选择“国土绿化项目外业调查”图层，结合地形图、影像图，同时打开国土变更数据、三区三线等红线进行比对，利用电容笔进行小班勾绘，记录小班属性数据，拍摄现场照片、视频并录音等。

3.2 外业数据处理

外业调查结束后，将调查数据导出。打开平板森林资源采集软件，长按“国土绿化项目外业调查”图层，点击属性数据，点击“DAYA”，全选属性，选择导出目录，导出格式选shp，然后用数据线将平板与电脑连接，复制“国土绿化项目外业调查”数据粘贴至电脑指导位置，在ArcMap软件中进行汇总处理。

4 矢量数据汇总

4.1 外业调查数据汇总

打开编辑器，选择开始编辑，选择霍山县国土绿化试点示范项目，使该图层处于编辑状态，然后打开国土绿化项目外业调查图层属性表，选择需要的小班，点击工具栏“复制（Ctrl+c）”、点击粘贴（Ctrl+v），粘贴目标霍山县国土绿化试点示范项目图层。按照以上方法将所有外业工作组数据进行汇总，进行下一步处理。

4.2 数据拓扑检查

为修正小班外业调查中出现的图层重叠和空隙问题，可以建立图层拓扑进行修改完善。

4.2.1 建立拓扑  打开ArcMap，选择目录窗口霍山县国土绿化试点示范项目数据库，右击lh数据集，新建拓扑，然后根据提示新建lh-Topology，选中图斑面后添加规则，先后选中添加规则（不能有空隙、不能重叠、不能有悬挂点），点击“确定”完成[5]。

4.2.2 修改完善  打开ArcMap，添加新建的lh-Topology，可见重叠和有缝隙的部分显示红色，需要修改。点击编辑器开始编辑，然后在工具栏拓扑工具里点击“选择拓扑”，确定。修改一般采用“对齐边”工具，点击选择“对齐边”，再在图面上单擊需要修改的边，再单击需要对齐的边，这样需要修改的边就自动匹配到需要对齐的边，对红色部分逐个修改。修改效果可以通过拓扑工具中“验证当前范围的拓扑”进行验证，修改完善，红色部分自动褪去，尚未褪去的，则按以上方法继续修改完善[5]。

4.3 数据比对处理

霍山县国土绿化试点示范项目建设不能占用耕地（包括旱地、水田水浇地）、三区三线（城镇开发边界、生态保护红线、一级基本农田保护图斑），项目数据需要与国土变更调查耕地（包括旱地、水田水浇地）数据、三区三线（城镇开发边界、生态保护红线、一级基本农田保护图斑）数据进行比对，避免重叠。

4.3.1 国土变更调查数据属性选择  在内容列表选择国土变更调查数据（341525霍山县.gdb）data数据集，选择DLTB图层，右击图层，选择属性，选择定义查询，点击查询构建器，双击“DLMC”，点击“=”，获取唯一值，双击“旱地”，点击“OR”，双击“DLMC”，点击“=”，双击“水田”，点击“OR”，双击“DLMC”，点击“=”，双击“水浇地”，确定。即选择旱地、水田、水浇地3个图层进行比对。也可在定义查询对话框直接输入公式：DLMC=‘旱地OR DLMC=‘水田OR DLMC=‘水浇地（必须选择英文双引号）。

4.3.2 国土变更调查第一次交部数据（2022年度）属性选择  在内容列表选择2022年度国土变更调查第一次交部数据（XYBASE.gdb）Dataset数据集，选择DLTB-NMK图层，右击图层，选择属性，选择定义查询，点击查询构建器，双击“DLMC”，点击“=”，获取唯一值，双击“旱地”，点击“OR”，双击“DLMC”，点击“=”，双击“水田”，点击“OR”，双击“DLMC”，点击“=”，双击“水浇地”，确定。即选择旱地、水田、水浇地3个图层进行比对。也可在定义查询对话框直接输入公式：DLMC=‘旱地OR DLMC=‘水田OR DLMC=‘水浇地（必须选择英文双引号）。

4.3.3 数据比对处理  打开ArcToolbox，选择分析工具，叠加分析，点击相交，在输入要素窗口下拉菜单选择“霍山县国土绿化试点示范项目”，再选择相关红线进行相交比对，相交图层自动形成“霍山县国土绿化项目矢量图_Intersect”。点击擦除，先后输入需要比对的图层、相交部分图层，选择保存位置，确定。

4.4 属性表数据处理

属性表数据处理一般要在编辑状态执行，字段计算器可在编辑会话外执行计算，并且方法速度更快，但无法撤消结果。

4.4.1 添加字段  图层非编辑状态点击属性表下拉菜单，输入字段名称、字段类型，确定。

4.4.2 按属性选择处理  右击项目图层，打开属性表，打开表选项下拉菜单，按属性选择，用获取唯一值的方式对各字段进行分析。对记录不完整、不规范的字段通过查找、替换或直接修改的方法进行处理完善。

4.4.3 字段计算器  右击选中字段，选择字段计算器对属性进行批量修改，对话框加载中文字段时须添加英文引号。

4.4.4 属性表导入Excel  方法一：右击属性表下拉菜单，点击导出数据，保存类型选择dBASE表，用Excel打开导出的dBASE表。方法二：打开工具箱ArcToolbox，选择转换工具，选择Excel，打开表转Excel对话框，按提示操作。

5 结语

随着社会的进步和科技的发展，林业需要改变传统的高强度、低效率人工作业模式。GIS技术在林业项目规划设计中的应用，具有精确性、便捷性、可视化以及美观化等优点[6]，降低了外业调查的劳动强度，提升了工作效率与成果的科学性。GIS作为一种现代信息技术，需要林业工作者不断学习和探索，以便更好地运用于林业生产和管理实践，推动林业科学化、信息化、数字化建设的快速发展。

参考文献

[1] 李杰.GIS在林業专题图中的制作与应用[D]. 成都：成都理工大学，2017.

[2] 吴锋华，方必定.GIS技术在林业调查规划中的应用分析[J]. 绿色科技，2017（23）：135-136.

[3] 陈小娣.ArcGIS在林业上的应用研究[J]. 农村科学实验，2018（2）：52.

[4] 张丽楠，张粉粉，吴艳，等. 基于移动GIS技术的森林资源调查与督查系统[J]. 现代农业科技，2023（7）：120-123.

[5] 唐良东. ArcGIS 技术在林业调查区划中的应用[J]. 现代农业科技，2020（16）：104-105.

[6] 潘鹏.GIS在林业工程规划设计中的应用[J]. 花卉，2016（14）：72-73.

（责编：何 艳）