基於GIS的集體林森林資源資訊管理系統的研製與論文
基於GIS的集體林森林資源資訊管理系統的研製與論文
本研究的目的是為我國南方集體林區的森林資源資訊管理探索並實現一個實用的以GIS技術為核心的資訊管理系統.
南方集體林區分佈在我國南方的山區，且大多是貧困山區.山區的綜合開發是當地經濟發展，人民脫貧致富奔小康的根本大計，也是國土和江河治理、改善生態環境的基礎.山區綜合開發要追求生態環境，結構最佳化，經濟規模，資源配置和科技進步5個方面的效益.為了實現這些效益，要求管理科學化和資訊化.只有在管理層及時掌握準確的資訊源時，才能實現結構的最佳化和資源的配置.森林資源是集體林區最為重要的資訊.目前集體林區的經營形式呈現多樣性，集體統管、農戶承包、租賃、拍賣、股份合作和自留山並存，大大增加了森林資源管理的複雜性，特別是分散到農戶的自主經營，很難為林業管理人員把握，也就難於對他們進行指導.本項研究在於透過資訊管理系統在計算機上建立以農戶為物件的資源與經營檔案，使林業站管理人員可以實時瞭解與其管理業務活動有關的全鄉(鎮)範圍內的森林資源資訊.
地理資訊系統是一種為了獲取、儲存、查詢、分析和顯示空間定位資料而建立的計算機化的資料庫管理系統.地理資訊系統的應用已經十分普遍，但在我國南方集體林區，目前這種資訊科技的應用極少.一個地區的資訊應用程度與其經濟發展密不可分，因此，在南方林區進行基於GIS的森林資源資訊管理系統的研建，將有利於地區的對外開放，也有利於資訊管理人才的培養.在未來的地區林業發展中，可以預計目前分散的小規模家庭式的經營將逐漸被大規模集約經營所替代.在這個轉型的過程中已經建立的計算機資訊管理系統將提供有價值的森林資源和經營方面的資訊，有助於管理和決策.當前，在我國南方林區建立集體林森林資源資訊管理系統的基本條件已經具備.
1系統分析
1.1需求分析
透過對鄉鎮林業站森林資源管理工作的調查情況和與使用者的座談交流情況進行總結和分析認為，鄉鎮林業站對森林資源管理方面的資訊需求主要包括以下3個方面：
(1)統計資訊.如根據人工造林需要，按面積大小分組統計出各立地型別的宜林荒山、疏林地、成過熟林地和火燒跡地等適合於造林的林地的面積和各林地適宜種植的樹種.
(2)空間資訊.給出各林地的地理位置，以及地形資訊如三維地形圖等，則資訊的使用就會更加有效.
(3)農戶經營資訊.如某農戶承包了多少林地，在什麼位置，種植了什麼樹種，是否適地適樹，對沒有適地適樹的林地建議農戶種植什麼樹種等.
鄉鎮林業站需要查詢和統計的森林資源資訊管理的主要專案有:①營林生產;②森林釆伐；③病蟲害發生的歷史記錄檢索；④森林火災發生的歷史記錄檢索;⑤林地權屬;⑥經營形式;⑦經營戶主;⑧小班;⑨林地的適地適樹情況.
1.2系統的軟硬體配置
隨著社會資訊化程序的不斷深入，鄉鎮林業站對森林資源資訊管理系統的需求必然會增加.但是，鄉鎮林業站的經濟條件十分有限，研建資訊系統的投入不會很大.因此，在系統的軟硬體配置上就不能一味追求高檔次，基本投入在3萬元左右比較合適.
本系統的硬體配置為:一臺IBM586微機，一臺噴墨印表機，一臺數字化儀和一臺繪圖儀.其中數字化儀和繪圖儀可在需要時租用，不必自己購置.軟體配置為MicrosoftWindows98系統軟體，Map-InfoProfessional41中文版GIS應用軟體.本系統使用MapInfo作為圖形輸入平臺.MapInfo是桌面辦公GIS軟體「4，其價格適中，介面直觀，使用簡便，基本上能夠滿足鄉鎮林業站森林資源資訊管理的需要.
2系統的功能設計
根據調查分析，鄉鎮一級林業站的森林資源資訊管理主要以資訊查詢和資料輸入、更新、維護為主.
2.1資訊查詢功能
本系統的資訊查詢內容如圖1所示.
資訊查詢首先指定查詢範圍，可以在鄉、村、農戶三級範圍中進行資訊查詢；查詢內容分層次逐級進行，查詢方式主要包括:①根據屬性資料條件查詢輸出屬性資料結果，即文—文查詢方式.②根據屬性資料條件查詢輸出圖形資料結果，即文—圖查詢方式.如:在進行人工造林計劃時，需要查詢宜林荒山小班的面積、位置、適宜樹種等資訊，並按面積分組顯示（圖2).③根據圖形資料條件查詢輸出屬性資料結果，即圖—文查詢方式.如查詢某一小班由哪些農戶經營等.④根據圖形資料條件查詢輸出圖形資料結果，即圖—圖查詢方式，如根據小班圖元查詢輸出區域性三維地形或二維地形圖（圖3).
2.2資料維護功能
2.2.1屬性資料的輸入與維護
系統中有大量的屬性資料需要輸入系統，如森林經營小班調查資料、立地型別及適宜樹種資料、森林經營模式資料都需要輸入系統.它們為森林資源資訊管理系統奠定了資料基礎.本系統中的森林經營小班調查資料輸入平臺，解決了小班基本資料與經營戶主資料之間的自動關聯.
2.2.2圖形資料的輸入與維護
除了大量的屬性資料需要輸入系統外，還有大量的圖形資料需要輸入系統，如小班區劃圖、地形圖、道路、村莊位置等圖形資料都需要輸入系統.本系統使用MapInfoProfessional4.1中文版實現圖形資料的輸入、編輯和修改等.本系統的功能框圖見圖4.
3系統的結構設計
系統的總體結構如圖5所示.
查詢使用者介面是使用者使用本系統進行森林資源資訊查詢的主介面，主要由鄉鎮林業站站長及一些專業人員使用.該介面使用VisalBasic作為其開發工具，實用、簡便、易操作是開發該介面的指導思想.
屬性資料輸入介面完成各類屬性資料的計算機錄入工作，如森林資源小班調查資料、立地型別及適宜樹種資料和森林經營模式資料的輸入(這裡稱之為原始資料庫)，以及資料字典的建立與維護等.該介面使用VB開發，主要由專門的系統操作員使用.系統中的圖形資料的輸入使用MapInfo即在MapIn-fo平臺上進行圖形的數字化輸入.
數字高程模型DIM(DigitalElevationMode)生成模組用VisalC++開發，主要實現地形圖的三維表示.其使用的等高線資料為Maplnfo格式資料.本系統還含有多個使用VB，VC十十開發的介面模組，如查詢使用者介面與Maplnfo之間的介面，用VB和MapBasic結合完成，主要實現查詢條件的輸入和查詢結果的輸出，其輸入輸出資料包括圖形資料和屬性資料兩類.
4系統開發與實現中的3個主要技術問題的解決
4.1圖元與經營戶主的一對多查詢問題的解決
在查詢系統的開發過程中，首先要解決的問題是實現圖元與經營戶主的一對多查詢.
在本系統中，圖元與小班是一對一的關係，而小班與經營戶主是一對多的關係，要實現圖元與經營戶主的一對多查詢，必須要透過小班基本表來實現圖元與經營戶主之間的關係查詢.圖元與小班、小班與經營戶主之間的關係如圖6所示：
用一個例項來說明圖元與經營戶主的一對多查詢問題的解決：
4.2使用VB和MapBasic生成專題地圖
在營林生產、森林釆伐等多項查詢中，需要將查詢結果用不同顏色分類顯示於小班區劃圖上，如“營林生產—人工造林”查詢中需要將查詢結果按經營面積大小分成4個組(大於等於50，大於等於10而小於50，大於等於5而小於10，小於5)，以不同的顏色顯示於圖上.由於每一個小班對應著多個經營戶主，而每個經營戶主的經營面積大小可能不同，因此，在1個小班中，多個經營戶主的經營面積可能會屬於不同的經營面積組，這就導致了實際顯示的顏色類別可能不止4種，而是多種，並且顏色類別的種類數是隨機的.
本系統釆用生成一個獨立值專題圖層並把它顯示在圖形視窗，用MapBasic中的Shade命令來實現.生成獨立值地圖關鍵在於建立一個合適的基礎圖層和獲得所有獨立值.
4.3三維圖生成模組開發中主要技術問題的解決
本研究選擇桌面地理資訊系統Maplnfo作為系統的平臺的出發點是考慮其價格適合，功能滿足一般行政管理的需要，使用簡便的優點.但是，它不具有森林資源管理中需要的.地形的三維表示和處理功會能為此本項研究使用VC十十開發了建立數字高程模型的程式模組和與Maplnfo的介面程式，實現了林地地形的三維表示.
在本系統中，米用Delaunay三角網對離散高程資料點建模，使用VC++呼叫OpenGL函式生成三維地形圖.
方集體林的森林資源管理中.為此，以浙江省淳安縣大墅鎮林業站為試點建立了一個以GIS技術為核心的集體林區鄉鎮一級的森林資源資訊管理系統.在其他森林資源資訊管理系統中，通常將小班作為系統資料的基本單元.而在該系統中，從南方集體林森林資源經營管理的實際情況出發，以小班作為森林資源的空間基本單元，以農戶為森林資源經營管理的基本單元，並將兩者結合，實現了在計算機上落實到農戶的森林資源資訊管理，滿足了林業站當前管理的需要.
在系統的研製開發過程中，遇到了很多技術問題.其中，主要問題有兩個:①由於MapInfo是一個桌面系統，其空間分析的功能比較弱，例如，它不提供數字高程模型，只能在MapInfo外部單獨開發1個數字高程模型的程式以顯示區域的三維地形；②資料結構問題，在地理資訊系統中1個空間資料對應於1個屬性記錄，而在本研究中無法採用這樣的一對一的資料結構，這是由南方集體林經營的特點引起的，在森林資源資訊管理系統中，空間資料以小班多邊形為最小的基本單元，而系統的查詢和統計是以農戶為基本單元，1個小班通常由多個農戶經營，1個農戶又在多個小班裡有林地，這就使得資料之間的關係互相交叉.在本研究中採用多個屬性資料記錄與1個空間記錄關聯和多個空間記錄與1個屬性記錄相關聯的資料結構來解決這個問題.這兩個難題的解決也構成了本系統的特色.
5.結論
本研究目前實現的功能主要是資料的處理和查詢，無疑，這是所有資訊系統必不可少的功能，但是要全面實現森林資源管理的資訊化，這是遠遠不夠的.本文認為進一步的開發方向可以在以下3個方面：
(1)面向經濟管理與決策.無論對林業站還是農戶，最關心的是經濟效益，目前的系統中沒有經濟的和市場的資訊，是很大的不足，例如應該有種植的成本資訊、林果產品價格，以及成本估算、市場預測、風險分析模型等等，才能使資訊系統為林業生產帶來效益.
(2)與外部的聯絡.現在開發的是一個封閉的系統，只是處理內部的資訊，在一個開放的社會，資訊和資訊系統必須是開放的，是能夠與外部交換的，因此，今後的森林資源資訊系統要建立在網路上.
(3)動態的空間分析.隨著時間的推移，森林資源的空間分佈格局和經營的分佈格局都會發生變化，這種變化的趨勢對於地區的經濟和生態環境的控制與管理是很重要的.表現地理物件的時態特徵將是應用於森林資源管理的地理資訊系統的一個重要研究課題.