基于GIS的集体林森林资源信息管理系统的研制与论文

　　本研究的目的是为我国南方集体林区的森林资源信息管理探索并实现一个实用的以GIS技术为核心的信息管理系统.
　　南方集体林区分布在我国南方的山区，且大多是贫困山区.山区的综合开发是当地经济发展，人民脱贫致富奔小康的根本大计，也是国土和江河治理、改善生态环境的基础.山区综合开发要追求生态环境，结构优化，经济规模，资源配置和科技进步5个方面的效益.为了实现这些效益，要求管理科学化和信息化.只有在管理层及时掌握准确的信息源时，才能实现结构的优化和资源的配置.森林资源是集体林区最为重要的信息.目前集体林区的经营形式呈现多样性，集体统管、农户承包、租赁、拍卖、股份合作和自留山并存，大大增加了森林资源管理的复杂性，特别是分散到农户的自主经营，很难为林业管理人员把握，也就难于对他们进行指导.本项研究在于通过信息管理系统在计算机上建立以农户为对象的资源与经营档案，使林业站管理人员可以实时了解与其管理业务活动有关的全乡(镇)范围内的森林资源信息.
　　地理信息系统是一种为了获取、存储、查询、分析和显示空间定位数据而建立的计算机化的数据库管理系统.地理信息系统的应用已经十分普遍，但在我国南方集体林区，目前这种信息技术的应用极少.一个地区的信息应用程度与其经济发展密不可分，因此，在南方林区进行基于GIS的森林资源信息管理系统的研建，将有利于地区的对外开放，也有利于信息管理人才的培养.在未来的地区林业发展中，可以预计目前分散的小规模家庭式的经营将逐渐被大规模集约经营所替代.在这个转型的过程中已经建立的计算机信息管理系统将提供有价值的森林资源和经营方面的信息，有助于管理和决策.当前，在我国南方林区建立集体林森林资源信息管理系统的基本条件已经具备.
　　1系统分析
　　1.1需求分析
　　通过对乡镇林业站森林资源管理工作的调查情况和与用户的座谈交流情况进行总结和分析认为，乡镇林业站对森林资源管理方面的信息需求主要包括以下3个方面：
　　(1)统计信息.如根据人工造林需要，按面积大小分组统计出各立地类型的宜林荒山、疏林地、成过熟林地和火烧迹地等适合于造林的林地的面积和各林地适宜种植的树种.
　　(2)空间信息.给出各林地的地理位置，以及地形信息如三维地形图等，则信息的使用就会更加有效.
　　(3)农户经营信息.如某农户承包了多少林地，在什么位置，种植了什么树种，是否适地适树，对没有适地适树的林地建议农户种植什么树种等.
　　乡镇林业站需要查询和统计的森林资源信息管理的主要项目有:①营林生产;②森林釆伐；③病虫害发生的历史记录检索；④森林火灾发生的历史记录检索;⑤林地权属;⑥经营形式;⑦经营户主;⑧小班;⑨林地的适地适树情况.
　　1.2系统的软硬件配置
　　随着社会信息化进程的不断深入，乡镇林业站对森林资源信息管理系统的需求必然会增加.但是，乡镇林业站的经济条件十分有限，研建信息系统的投入不会很大.因此，在系统的软硬件配置上就不能一味追求高档次，基本投入在3万元左右比较合适.
　　本系统的硬件配置为:一台IBM586微机，一台喷墨打印机，一台数字化仪和一台绘图仪.其中数字化仪和绘图仪可在需要时租用，不必自己购置.软件配置为MicrosoftWindows98系统软件，Map-InfoProfessional41中文版GIS应用软件.本系统使用MapInfo作为图形输入平台.MapInfo是桌面办公GIS软件「4，其价格适中，界面直观，使用简便，基本上能够满足乡镇林业站森林资源信息管理的需要.
　　2系统的功能设计
　　根据调查分析，乡镇一级林业站的森林资源信息管理主要以信息查询和数据输入、更新、维护为主.
　　2.1信息查询功能
　　本系统的信息查询内容如图1所示.
　　信息查询首先指定查询范围，可以在乡、村、农户三级范围中进行信息查询；查询内容分层次逐级进行，查询方式主要包括:①根据属性数据条件查询输出属性数据结果，即文—文查询方式.②根据属性数据条件查询输出图形数据结果，即文—图查询方式.如:在进行人工造林计划时，需要查询宜林荒山小班的面积、位置、适宜树种等信息，并按面积分组显示（图2).③根据图形数据条件查询输出属性数据结果，即图—文查询方式.如查询某一小班由哪些农户经营等.④根据图形数据条件查询输出图形数据结果，即图—图查询方式，如根据小班图元查询输出局部三维地形或二维地形图（图3).
　　2.2数据维护功能
　　2.2.1属性数据的输入与维护
　　系统中有大量的属性数据需要输入系统，如森林经营小班调查数据、立地类型及适宜树种数据、森林经营模式数据都需要输入系统.它们为森林资源信息管理系统奠定了数据基础.本系统中的森林经营小班调查数据输入平台，解决了小班基本数据与经营户主数据之间的自动关联.
　　2.2.2图形数据的输入与维护
　　除了大量的属性数据需要输入系统外，还有大量的图形数据需要输入系统，如小班区划图、地形图、道路、村庄位置等图形数据都需要输入系统.本系统使用MapInfoProfessional4.1中文版实现图形数据的输入、编辑和修改等.本系统的功能框图见图4.
　　3系统的结构设计
　　系统的总体结构如图5所示.
　　查询用户界面是用户使用本系统进行森林资源信息查询的主界面，主要由乡镇林业站站长及一些专业人员使用.该界面使用VisalBasic作为其开发工具，实用、简便、易操作是开发该界面的指导思想.
　　属性数据输入界面完成各类属性数据的计算机录入工作，如森林资源小班调查数据、立地类型及适宜树种数据和森林经营模式数据的输入(这里称之为原始数据库)，以及数据字典的建立与维护等.该界面使用VB开发，主要由专门的系统操作员使用.系统中的图形数据的输入使用MapInfo即在MapIn-fo平台上进行图形的数字化输入.
　　数字高程模型DIM(DigitalElevationMode)生成模块用VisalC++开发，主要实现地形图的三维表示.其使用的等高线数据为Maplnfo格式数据.本系统还含有多个使用VB，VC十十开发的接口模块，如查询用户界面与Maplnfo之间的接口，用VB和MapBasic结合完成，主要实现查询条件的输入和查询结果的输出，其输入输出数据包括图形数据和属性数据两类.
　　4系统开发与实现中的3个主要技术问题的解决
　　4.1图元与经营户主的一对多查询问题的解决
　　在查询系统的开发过程中，首先要解决的问题是实现图元与经营户主的一对多查询.
　　在本系统中，图元与小班是一对一的关系，而小班与经营户主是一对多的关系，要实现图元与经营户主的一对多查询，必须要通过小班基本表来实现图元与经营户主之间的关系查询.图元与小班、小班与经营户主之间的关系如图6所示：
　　用一个实例来说明图元与经营户主的一对多查询问题的解决：
　　4.2使用VB和MapBasic生成专题地图
　　在营林生产、森林釆伐等多项查询中，需要将查询结果用不同颜色分类显示于小班区划图上，如＂营林生产—人工造林＂查询中需要将查询结果按经营面积大小分成4个组(大于等于50，大于等于10而小于50，大于等于5而小于10，小于5)，以不同的颜色显示于图上.由于每一个小班对应着多个经营户主，而每个经营户主的经营面积大小可能不同，因此，在1个小班中，多个经营户主的经营面积可能会属于不同的经营面积组，这就导致了实际显示的颜色类别可能不止4种，而是多种，并且颜色类别的`种类数是随机的.
　　本系统釆用生成一个独立值专题图层并把它显示在图形窗口，用MapBasic中的Shade命令来实现.生成独立值地图关键在于建立一个合适的基础图层和获得所有独立值.
　　4.3三维图生成模块开发中主要技术问题的解决
　　本研究选择桌面地理信息系统Maplnfo作为系统的平台的出发点是考虑其价格适合，功能满足一般行政管理的需要，使用简便的优点.但是，它不具有森林资源管理中需要的地形的三维表示和处理功會能为此本项研究使用VC十十开发了建立数字高程模型的程序模块和与Maplnfo的接口程序，实现了林地地形的三维表示.
　　在本系统中，米用Delaunay三角网对离散高程数据点建模，使用VC++调用OpenGL函数生成三维地形图.
　　方集体林的森林资源管理中.为此，以浙江省淳安县大墅镇林业站为试点建立了一个以GIS技术为核心的集体林区乡镇一级的森林资源信息管理系统.在其他森林资源信息管理系统中，通常将小班作为系统数据的基本单元.而在该系统中，从南方集体林森林资源经营管理的实际情况出发，以小班作为森林资源的空间基本单元，以农户为森林资源经营管理的基本单元，并将两者结合，实现了在计算机上落实到农户的森林资源信息管理，满足了林业站当前管理的需要.
　　在系统的研制开发过程中，遇到了很多技术问题.其中，主要问题有两个:①由于MapInfo是一个桌面系统，其空间分析的功能比较弱，例如，它不提供数字高程模型，只能在MapInfo外部单独开发1个数字高程模型的程序以显示区域的三维地形；②数据结构问题，在地理信息系统中1个空间数据对应于1个属性记录，而在本研究中无法采用这样的一对一的数据结构，这是由南方集体林经营的特点引起的，在森林资源信息管理系统中，空间数据以小班多边形为最小的基本单元，而系统的查询和统计是以农户为基本单元，1个小班通常由多个农户经营，1个农户又在多个小班里有林地，这就使得数据之间的关系互相交叉.在本研究中采用多个属性数据记录与1个空间记录关联和多个空间记录与1个属性记录相关联的数据结构来解决这个问题.这两个难题的解决也构成了本系统的特色.
　　5.结论
　　本研究目前实现的功能主要是数据的处理和查询，无疑，这是所有信息系统必不可少的功能，但是要全面实现森林资源管理的信息化，这是远远不够的.本文认为进一步的开发方向可以在以下3个方面：
　　(1)面向经济管理与决策.无论对林业站还是农户，最关心的是经济效益，目前的系统中没有经济的和市场的信息，是很大的不足，例如应该有种植的成本信息、林果产品价格，以及成本估算、市场预测、风险分析模型等等，才能使信息系统为林业生产带来效益.
　　(2)与外部的联系.现在开发的是一个封闭的系统，只是处理内部的信息，在一个开放的社会，信息和信息系统必须是开放的，是能够与外部交换的，因此，今后的森林资源信息系统要建立在网络上.
　　(3)动态的空间分析.随着时间的推移，森林资源的空间分布格局和经营的分布格局都会发生变化，这种变化的趋势对于地区的经济和生态环境的控制与管理是很重要的.表现地理对象的时态特征将是应用于森林资源管理的地理信息系统的一个重要研究课题.