GIS在林業中的應用

摘要: 在概述地理信息系統(GIS) 的概念、功能、應用領域的基礎上, 對GIS 在林業中多方面的應用現狀進行了綜述, 并對GIS 在林業中的應用前景進行了探討, 指出地理信息系統在林業上應用研究的重要性。

關鍵詞: 地理信息系統; 林業; 應用現狀; 前景

背景：林業具有用地廣闊、生產周期長, 其所涉及的森林系統結構復雜, 森林資源附于地表等特點。而85%以上的森林管理決策與其空間位置有關, 采用傳統方法制定管理決策, 缺乏直觀性和決策過程的可視化, 給經營管理帶來許多困難。而GIS能快速準確地獲取多種組合形式的林業資源統計數據, 清晰直觀地表現數據之間的聯系和發展趨勢, 實現數據可視化以及空間地理分析與實際應用的集成。以滿足森林資源管理和領導決策的需求, 進而可以利用GIS對林業資源質和量的變化進行動態監測與規劃; 解決林業上長期以來經營粗放、信息技術落后的問題, 促進林業的經營管理走上可持續發展道路。

1. 地理信息系統簡介

GIS 是Geographical Information System 的縮寫， 即地理信息系統。地理信息系統是介于信息科學、空間科學和地球科學之間的交叉學科與新技術學科，對空間信息的管理與分析是它的優勢所在，它是一種兼容、存儲、管理、分析、顯示與應用地理信息的計算機系統，是分析和處理海量數據的通用技術。地理信息系統是以地理空間數據為基礎，在計算機軟硬件的支持下， 對空間相關數據進行采集、管理、操作、模擬、分析和顯示，并采用地理模型分析方法，適時提供多種空間和動態的地理信息，為地理研究和地理決策服務而建立起來的計算機技術系統。

地理信息系統是空間數據的管理系統，是空間數據和屬性數據的綜合體，其主要有以下特征：①空間定位特征：②多維結構特征③明顯的時序特征

地理信息系統大致可以分為 3 大類：①專題信息系統．它是具有優先目標和專業特點的地理信息系統，如水資源管理信息系統，礦產資源信息系統，水土流失信息系統等．②區域信息系統，主要以區域綜合研究和全面的信息服務為目標，按區域范圍大小可有不同的規模，如加拿大國家地理信息系統、中國黃河流域信息系統等．③地理信息系統工具庫，它是一組有圖形圖像數字化、存儲管理、查詢檢索、分析運算和多種輸出等地理信息系統基本功能的軟件包．地理信息系統的任務，就是對地球表層人文經濟、自然資源及

環境等多種信息進行綜合分析與管理．

2.   森林資源信息管理

用GIS 的數字地形模型(DTM) , 地面模型, 坡位、坡面模型可表現資源的水平分布和垂直分布, 利用柵格數據的融合, 再分類和矢量圖的疊加, 區域和鄰邊分析等操作,產生各種地圖顯示和地理信息, 用于分析林分、樹種、林種、蓄積等因子的空間分布。使用這些技術, 研究各樹種在一定范圍內的空間分布現狀與形式, 根據不同地理位置、立地條件、林種、樹種、交通狀況對現有資源實行全面規劃, 優化結構, 確定空間利用能力, 提高森林的商品

價值。各地、各林業局、各林場森林面積, 森林蓄積, 森林類型, 林種分布, 樹種結構, 林齡結構及變動情況等, 過去只能從森林資源檔案數據庫中了解情況, 應用地理信息系統可以做到圖上動態管理和監測, 從而可以做到更真實、更直觀地把握森林資源的狀況及變化。

3. 　森林分類經營管理

利用地理信息系統, 可以做到以林班、林場、林業局、地區及全省為單位的森林分類經營管理, 能夠做到分類更為科學、更為客觀, 為各級領導及林業管理部門、生產部門提供可操作的森林分類經營方案及科學依據。

4.　天然林保護工程管理及封山育林

實施天然林保護工程,“兩類三劃分”必須要落實到可操作的地塊, 并可進行動態管理。只有利用地理信息系統才能真正做到科學經營管理, 否則很難將天然林保護工程各項工作落到實處。封育區域的確定涉及一些地理地貌和社會經濟及人為活動等因素。GIS 的分析設計可兼顧多種要素, 采用DTM和森林分布圖及專題圖疊加, 區劃出合理且更易實施的封育區域。

5.　森林限額采伐管理

借助于GIS , 制定詳細的采伐計劃, 確定有關采伐的目的、地點、樹種、林種、面積、蓄積、采伐方式和更新措施。制定采伐計劃安排, 制作采伐圖表和更新設計。應用地理信息系統, 可以清楚地把握各地、各林業局及林場,乃至各林班、小班的森林資源狀況, 下達森林采伐限額指標可做到有的放矢。同時, 可以確定各小班的森林經營及采伐方式, 實現以小班為單位的動態經營管理。

6. 　森林結構調整

用緩沖分析方法進行河岸防護林, 自然保護區, 林區防火隔離帶等公益林的規劃, 確定防護林的比例和相應的分布范圍。根據森林資源分布狀況和自然、社會經濟分布特點以及社會經濟需求進行空間屬性分析可以確定不同林種的布局。一方面根據森林資源可持續發展的需要利用地形地貌、立地條件分布特點林木生長各個階段的經濟和生態效益特點利用GIS 和相關的技術確定合理的齡組結構; 另一方面指定相應的森林時序結構的調整方案并落實到具體的山頭地塊, 在大力造林、綠化、消滅荒山的同時, 按照齡組法調整齡組結構, 加速林木成熟, 使各齡組比重逐步趨向合理, 充分發揮林地的生產潛力。

7. 　撫育間伐、速生豐產林培育及更新造林管理

利用GIS 強大的數據庫和模型庫功能, 檢索提取符合撫育間伐的小班, 制作撫育間伐圖并進行GIS的空間地理信息和林分狀況數據結合, 依據模型提供林分狀況數據如生產力、蓄積等值區劃和相關數據,據此可按林分生產力進行基地建設。GIS可通過分析提供森林立地類型圖表, 宜林地數據圖表, 適生優勢樹種和林種資料, 運用坡位、坡面分析,按坡度、坡向劃分的地貌類型結合立地類型選擇造林樹種和規劃林種, 指導科學造林。

8.　林業用地信息管理

林業土地變化包括林地類型和林地面積兩方面。GIS借助于地面調查或遙感圖像數據, 實現了地籍管理, 將資源變化情況落實到山頭地塊, 并利用強大的空間分析功能,可及時對森林資源時空序列、空間分布規律和動態變化過程做出反映, 為科學地監測林地資源的變化、林地增減原因、掌握征占林地的用途和林地資源消長提供了依據。我省林業用地約占全省國土面積的5119 % , 可開發利用的潛力很大。至今為止, 林業用地的管理還較為粗放。利用地

理信息系統, 可以做到有效地管理林業部; 習的土地資源,實現對林業用地的權屬、利用情況及開發前景動態管理。

9.　森林病蟲鼠害監測、控制、森林防火監測及動態管理

應用地理信息系統, 可以實現對森林病害、蟲害、鼠害發生規律、分布狀況及控制程度動態監測及跟蹤管理,能夠克服工作的盲臥險和被動性, 做到心中有數, 防治工作及時。可通過建立應用地理信息系統, 對省、地、縣森林防火系統進行動態監測和管理。國家林業局林業規劃院于90年代就研制出了“林火管理”地理信息系統。目前, 我省森林防火辦也著手構建全省森林防火GIS 系統。該系統的

建立, 必將會大大提高我省的森林防火現代化管理水平,并產生巨大社會效益和經濟效益。

10. 　林權管理

權屬分國家、集體、個人三種形式, 不同權屬的森林實行“誰管誰有”的原則, 大部分權屬明確, 產權清晰,界線分明, 標志明顯, 山林權與實地、圖面相符, 少數地方界線難以確定, 可用鄰邊分析暫定未定界區域。從而減少或避免各種林權糾紛。

應用前景：

一方面,GIS在林業學科中的應用促進了學科的知識創新和理論深化研究, 促成了各學科間的相互聯系, 極大地推動了林業系統科學及其分支學科的發展。另外, 隨著新分支學科的建立, GIS應用越來越廣泛。如有的學者提出利用GIS建立植物轉基因飄流狀況的國家和省級地理信息系統。另一方面,各學科的不斷發展和深入反過來又需要GIS的不斷完善, 并為GIS提供實驗基地。如為了便于更科學合理地管理某一區域的自然資源, 就需解決GIS同GPS、RS以及與專家決策支持系統的耦合問題, 這將促進GIS技術的不斷完善。GIS、RS和GPS的集成( “3S”的集成)已成為一種必然的趨勢。“3S”的集成是一種利用各自的技術特點快速準確地提供所需信息的技術。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、處理、分析及應用提供技術手段。“3S”的應用可為林業生產管理和決策者快速地提供精確的信息。森林是農業的生態屏障, 也是陸地生態系統的主體。我國森林生態功能較弱, 林業生產技術總體水平較低, 對林業生產調控能力差, 再加上林業生產的高風險性、區域性, GIS技術的發展和應用為提高林業生產的調控能力, 實現林業現代化和因地、因時的科學化管理提供了技術支持。林業生態系統是一個極其復雜的系統, 對這一系統的監測、模擬和科學管理等復雜問題應用傳統的GIS是很難解決的, 因為這些問題需要大量的知識與經驗, GIS與專家系統結合而成的智能GIS, 并利用神經網絡模型將成為解決這些復雜問題的重要途徑, 目前這方面的研究已得到了重視。另外, 隨著網絡GIS、虛擬GIS、開發式GIS、真3維和時空4 維數據結構等這些GIS技術研究成果的推出和不斷完善, 林業作為GIS技術使用大戶, 必然會受到深遠的影響。

結束語：進入90 年代以來, GIS 正朝著分布式的、開放的、網絡化的、大眾化的、全球性的GIS 發展,被人們廣泛應用于各個領域, 產生了巨大的經濟和社會效益。當前, 我國已經提出了建設 數字林業 的概念, 是否建立和使用了先進的林業地理信息系統, 正在成為衡量當地林業管理水平的重要標志。隨著 3S 技術、網絡技術、計算機技術等現代信息技術的迅速發展, 極大地促進了林業資源經營、管理、利用的信息化、網絡化、數量化和模型化進程。

目前, GIS 在我國林業上的應用還處于起步階段, 國內從事林業GIS 研究的人數不多; GIS 在林業上還主要應用在建立數據庫、數據庫查詢、空間疊加分析、緩沖區分析和成果顯示輸出等幾個方面。在林業GIS 基礎數據庫建設、林業通用GIS技術模塊、林業行業數據標準和林業GIS 海量數據支持等方面報道較少, 這需要廣大的林業工作者共同努力, 促進我國林業GIS 事業的快速向前發展