GIS在林业中的应用

摘要: 在概述地理信息系统(GIS) 的概念、功能、应用领域的基础上, 对GIS 在林业中多方面的应用现状进行了综述, 并对GIS 在林业中的应用前景进行了探讨, 指出地理信息系统在林业上应用研究的重要性。

关键词: 地理信息系统; 林业; 应用现状; 前景

背景：林业具有用地广阔、生产周期长, 其所涉及的森林系统结构复杂, 森林资源附于地表等特点。而85%以上的森林管理决策与其空间位置有关, 采用传统方法制定管理决策, 缺乏直观性和决策过程的可视化, 给经营管理带来许多困难。而GIS能快速准确地获取多种组合形式的林业资源统计数据, 清晰直观地表现数据之间的联系和发展趋势, 实现数据可视化以及空间地理分析与实际应用的集成。以满足森林资源管理和领导决策的需求, 进而可以利用GIS对林业资源质和量的变化进行动态监测与规划; 解决林业上长期以来经营粗放、信息技术落后的问题, 促进林业的经营管理走上可持续发展道路。

1. 地理信息系统简介

GIS 是Geographical Information System 的缩写， 即地理信息系统。地理信息系统是介于信息科学、空间科学和地球科学之间的交叉学科与新技术学科，对空间信息的管理与分析是它的优势所在，它是一种兼容、存储、管理、分析、显示与应用地理信息的计算机系统，是分析和处理海量数据的通用技术。地理信息系统是以地理空间数据为基础，在计算机软硬件的支持下， 对空间相关数据进行采集、管理、操作、模拟、分析和显示，并采用地理模型分析方法，适时提供多种空间和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务而建立起来的计算机技术系统。

地理信息系统是空间数据的管理系统，是空间数据和属性数据的综合体，其主要有以下特征：①空间定位特征：②多维结构特征③明显的时序特征

地理信息系统大致可以分为 3 大类：①专题信息系统．它是具有优先目标和专业特点的地理信息系统，如水资源管理信息系统，矿产资源信息系统，水土流失信息系统等．②区域信息系统，主要以区域综合研究和全面的信息服务为目标，按区域范围大小可有不同的规模，如加拿大国家地理信息系统、中国黄河流域信息系统等．③地理信息系统工具库，它是一组有图形图像数字化、存储管理、查询检索、分析运算和多种输出等地理信息系统基本功能的软件包．地理信息系统的任务，就是对地球表层人文经济、自然资源及

环境等多种信息进行综合分析与管理．

2.   森林资源信息管理

用GIS 的数字地形模型(DTM) , 地面模型, 坡位、坡面模型可表现资源的水平分布和垂直分布, 利用栅格数据的融合, 再分类和矢量图的叠加, 区域和邻边分析等操作,产生各种地图显示和地理信息, 用于分析林分、树种、林种、蓄积等因子的空间分布。使用这些技术, 研究各树种在一定范围内的空间分布现状与形式, 根据不同地理位置、立地条件、林种、树种、交通状况对现有资源实行全面规划, 优化结构, 确定空间利用能力, 提高森林的商品

价值。各地、各林业局、各林场森林面积, 森林蓄积, 森林类型, 林种分布, 树种结构, 林龄结构及变动情况等, 过去只能从森林资源档案数据库中了解情况, 应用地理信息系统可以做到图上动态管理和监测, 从而可以做到更真实、更直观地把握森林资源的状况及变化。

3. 　森林分类经营管理

利用地理信息系统, 可以做到以林班、林场、林业局、地区及全省为单位的森林分类经营管理, 能够做到分类更为科学、更为客观, 为各级领导及林业管理部门、生产部门提供可操作的森林分类经营方案及科学依据。

4.　天然林保护工程管理及封山育林

实施天然林保护工程,“两类三划分”必须要落实到可操作的地块, 并可进行动态管理。只有利用地理信息系统才能真正做到科学经营管理, 否则很难将天然林保护工程各项工作落到实处。封育区域的确定涉及一些地理地貌和社会经济及人为活动等因素。GIS 的分析设计可兼顾多种要素, 采用DTM和森林分布图及专题图叠加, 区划出合理且更易实施的封育区域。

5.　森林限额采伐管理

借助于GIS , 制定详细的采伐计划, 确定有关采伐的目的、地点、树种、林种、面积、蓄积、采伐方式和更新措施。制定采伐计划安排, 制作采伐图表和更新设计。应用地理信息系统, 可以清楚地把握各地、各林业局及林场,乃至各林班、小班的森林资源状况, 下达森林采伐限额指标可做到有的放矢。同时, 可以确定各小班的森林经营及采伐方式, 实现以小班为单位的动态经营管理。

6. 　森林结构调整

用缓冲分析方法进行河岸防护林, 自然保护区, 林区防火隔离带等公益林的规划, 确定防护林的比例和相应的分布范围。根据森林资源分布状况和自然、社会经济分布特点以及社会经济需求进行空间属性分析可以确定不同林种的布局。一方面根据森林资源可持续发展的需要利用地形地貌、立地条件分布特点林木生长各个阶段的经济和生态效益特点利用GIS 和相关的技术确定合理的龄组结构; 另一方面指定相应的森林时序结构的调整方案并落实到具体的山头地块, 在大力造林、绿化、消灭荒山的同时, 按照龄组法调整龄组结构, 加速林木成熟, 使各龄组比重逐步趋向合理, 充分发挥林地的生产潜力。

7. 　抚育间伐、速生丰产林培育及更新造林管理

利用GIS 强大的数据库和模型库功能, 检索提取符合抚育间伐的小班, 制作抚育间伐图并进行GIS的空间地理信息和林分状况数据结合, 依据模型提供林分状况数据如生产力、蓄积等值区划和相关数据,据此可按林分生产力进行基地建设。GIS可通过分析提供森林立地类型图表, 宜林地数据图表, 适生优势树种和林种资料, 运用坡位、坡面分析,按坡度、坡向划分的地貌类型结合立地类型选择造林树种和规划林种, 指导科学造林。

8.　林业用地信息管理

林业土地变化包括林地类型和林地面积两方面。GIS借助于地面调查或遥感图像数据, 实现了地籍管理, 将资源变化情况落实到山头地块, 并利用强大的空间分析功能,可及时对森林资源时空序列、空间分布规律和动态变化过程做出反映, 为科学地监测林地资源的变化、林地增减原因、掌握征占林地的用途和林地资源消长提供了依据。我省林业用地约占全省国土面积的5119 % , 可开发利用的潜力很大。至今为止, 林业用地的管理还较为粗放。利用地

理信息系统, 可以做到有效地管理林业部; 习的土地资源,实现对林业用地的权属、利用情况及开发前景动态管理。

9.　森林病虫鼠害监测、控制、森林防火监测及动态管理

应用地理信息系统, 可以实现对森林病害、虫害、鼠害发生规律、分布状况及控制程度动态监测及跟踪管理,能够克服工作的盲卧险和被动性, 做到心中有数, 防治工作及时。可通过建立应用地理信息系统, 对省、地、县森林防火系统进行动态监测和管理。国家林业局林业规划院于90年代就研制出了“林火管理”地理信息系统。目前, 我省森林防火办也着手构建全省森林防火GIS 系统。该系统的

建立, 必将会大大提高我省的森林防火现代化管理水平,并产生巨大社会效益和经济效益。

10. 　林权管理

权属分国家、集体、个人三种形式, 不同权属的森林实行“谁管谁有”的原则, 大部分权属明确, 产权清晰,界线分明, 标志明显, 山林权与实地、图面相符, 少数地方界线难以确定, 可用邻边分析暂定未定界区域。从而减少或避免各种林权纠纷。

应用前景：

一方面,GIS在林业学科中的应用促进了学科的知识创新和理论深化研究, 促成了各学科间的相互联系, 极大地推动了林业系统科学及其分支学科的发展。另外, 随着新分支学科的建立, GIS应用越来越广泛。如有的学者提出利用GIS建立植物转基因飘流状况的国家和省级地理信息系统。另一方面,各学科的不断发展和深入反过来又需要GIS的不断完善, 并为GIS提供实验基地。如为了便于更科学合理地管理某一区域的自然资源, 就需解决GIS同GPS、RS以及与专家决策支持系统的耦合问题, 这将促进GIS技术的不断完善。GIS、RS和GPS的集成( “3S”的集成)已成为一种必然的趋势。“3S”的集成是一种利用各自的技术特点快速准确地提供所需信息的技术。基本是RS 提供最新的图像信息, GPS提供精确的位置信息, GIS为图像的存储、处理、分析及应用提供技术手段。“3S”的应用可为林业生产管理和决策者快速地提供精确的信息。森林是农业的生态屏障, 也是陆地生态系统的主体。我国森林生态功能较弱, 林业生产技术总体水平较低, 对林业生产调控能力差, 再加上林业生产的高风险性、区域性, GIS技术的发展和应用为提高林业生产的调控能力, 实现林业现代化和因地、因时的科学化管理提供了技术支持。林业生态系统是一个极其复杂的系统, 对这一系统的监测、模拟和科学管理等复杂问题应用传统的GIS是很难解决的, 因为这些问题需要大量的知识与经验, GIS与专家系统结合而成的智能GIS, 并利用神经网络模型将成为解决这些复杂问题的重要途径, 目前这方面的研究已得到了重视。另外, 随着网络GIS、虚拟GIS、开发式GIS、真3维和时空4 维数据结构等这些GIS技术研究成果的推出和不断完善, 林业作为GIS技术使用大户, 必然会受到深远的影响。

结束语：进入90 年代以来, GIS 正朝着分布式的、开放的、网络化的、大众化的、全球性的GIS 发展,被人们广泛应用于各个领域, 产生了巨大的经济和社会效益。当前, 我国已经提出了建设 数字林业 的概念, 是否建立和使用了先进的林业地理信息系统, 正在成为衡量当地林业管理水平的重要标志。随着 3S 技术、网络技术、计算机技术等现代信息技术的迅速发展, 极大地促进了林业资源经营、管理、利用的信息化、网络化、数量化和模型化进程。

目前, GIS 在我国林业上的应用还处于起步阶段, 国内从事林业GIS 研究的人数不多; GIS 在林业上还主要应用在建立数据库、数据库查询、空间叠加分析、缓冲区分析和成果显示输出等几个方面。在林业GIS 基础数据库建设、林业通用GIS技术模块、林业行业数据标准和林业GIS 海量数据支持等方面报道较少, 这需要广大的林业工作者共同努力, 促进我国林业GIS 事业的快速向前发展