GIS在退耕还林工程中的应用

[摘 要] GIS（Geographical Information System，地理信息系统）是集计算机科学、地理地质学、测绘科学、环境科学、空间科学、信息科学和管理科学等为一体的多学科结合的新兴边缘科学。文章针对GIS在退耕还林工程管理中的建立和应用作一些探讨，旨在提高退耕还林工程管理质量。

[关键词] GIS；地理信息系统；退耕还林；应用

[作者简介] 黄宝珍，平果县林业技术推广站站长、林业工程师，研究方向：“3S”技术应用和推广，广西 平果，531400

[中图分类号] P208 [文献标识码] A [文章编号] 1004-7723（2013）06-0030-0003

GIS（Geographical Information System，地理信息系统） 是近十几年发展起来的一门综合应用系统，是集计算机科学、地理地质学、测绘科学、环境科学、空间科学、信息科学和管理科学等为一体的多学科结合的新兴边缘科学。它是在计算机硬件、软件系统的支持下，采集、存储、管理、分析和描述整个或部分地球表面（包括大气层在内）与空间和地理分布有关的数据的空间信息系统。它是融合计算机图形和数据库于一体，用来存储和处理空间信息的高新技术，它把地理位置和相关属性有机地结合起来，根据用户的需要将空间信息及其属性信息准确真实、图文并茂地输出给用户，借助其独有的空间分析功能和可视化表达功能，进行各种辅助决策。

一、GIS技术应用于退耕还林工程管理的必要性

GIS应用领域极为广泛，遍及金融、电信、交通、国土资源、电力、水利、农林、环境保护、地矿等国民经济各领域。在林业领域可用于森林防火、资源清查、资源档案管理、造林经营规划、伐区设计、林业规划、林区道路设计、病虫害监测、林业测量等专题内容。

退耕还林工程是一项投资大、建设周期长的生态建设系统工程，是国家六大林业重点工程之一，同时也是一项富民工程、德政工程。退耕还林工作涉及面广，政策性强、技术要求严、操作程序复杂，工程数据量、信息量、工作量大和管理时间长的特点，传统的林业管理手段已不能满足工程的管理要求。GIS技术的应用，对退耕还林工程的进展情况实施适时监测、评估和监督，不仅能保证工程建设质量，还可有力地推动林业管理手段的现代化，为实现“数字林业”打下基础。

二、退耕还林地理信息系统建设方法、步骤

（一）基础数据采集

1. 地形图应用

将1∶10000地形图原图扫描，按地球经纬度坐标配准，制成具有地理意义的栅格地形图。

（1）确定地形图扫描分辨率。如果扫描分辨率过高，占用磁盘空间太大，系统运行速度慢；如果扫描分辨率过低，在输出栅格地形底图时，图像模糊不清晰，地图失量化时精度低，所以确定一个合适的扫描分辨率是很有必要的。根据笔者经验，扫描分辨率确定在250～300dpi即可满足林业上的一般应用。

（2）地形图扫描。1∶10000地形图幅面较大，如有大型工程扫描仪，可整幅图扫描录入，然后在图像处理软件photoshop校正后即可使用。如果没有大型工程扫描仪，一幅1∶10000地形图在A3幅面的扫描仪上分成四幅扫描，形成的四幅图像再用图像处理软件photoshop拼接成一幅栅格地形图。

（3）栅格地形图配准。经过配准后的栅格图经保存后在下次打开时不需再配准，也不宜重复修改配准结果，所以栅格图配准时应十分谨慎进行。如果栅格图配准不准确，会在这些栅格地形图基础上形成的矢量对象难以定位，造成无法应用或给空间分析带来不能反映真实情况的后果。配准一幅栅格地形图很重要的一点是提供准确的控制点地理坐标信息。控制点坐标信息可从地形图图框上获得，也可以用GPS（全球卫星定位系统）实地定位获得。每一幅图像最基本的控制点个数一般选取四个，但为了提高配准精度，可以适当增加控制点，一般来说，控制点越多，图像配准精度愈高。

（4）栅格地形图数字化。现有的GIS系统都具有图形矢量化（又称数字化）功能，可在屏幕上依配准好的栅格地形图采用人工描绘、人机交互矢量化、自动矢量化等方法，创建数字化地形图。

2. 行政区域界线录入

将近期的行政区划界线即县界线、乡镇界线、村界线等在配准好的栅格地形图基础上绘入成数字图，县、乡、村界线分别建立相应的图层文件进行保存，对应的线形状、大小按有关制图标准输入。

3. 林业区划界线录入

县级林业的区划一般为县-乡-村-林班（-经营班）-小班五级区划，在县、乡、村行政区划界线的基础上，建立林班图层文件，将区划的林班、经营班界线绘入、保存。区划的林班、经营班应和近期的“二类”调查相一致。建立“二类”调查小班图层文件。“二类”调查小班数量多，小班界线的录入应采用扫描录入，经配准、矢量化并通过拓扑造区的方法生成各个小班区域后制成数字图。

4. 退耕小班设计图录入

建立退耕小班设计图层文件，图层文件的字段结构与《广西退耕还林工程信息管理系统》的作业设计数据表的字段结构相一致。退耕小班设计图录入有两种方法：一是采用扫描录入办法，即把退耕还林工作图上的小班描绘到干净的绘图纸上，通过扫描把小班图形录入计算机，经配准、矢量化后制成数字图，适于退耕小班数量多的情况下使用，但工序多，易造成配准不正确而产生人为误差；二是直接在计算机上根据配准后的栅格地形底图绘制成数字图，适于退耕还林小班数量较少的情况下使用，精度取决于操作员的绘图水平，发现小班形状、界线有偏差可及时纠正。将GPS（全球卫星定位系统）测量的数据信息输入成为小班图，实现退耕还林小班设计图的准确录入。

5. 设计图与退耕还林设计数据库连接

在各小班的属性因子中输入基本的空间代码（即乡镇-村-林班-小班），通过空间代码与原有的退耕还林数据库连接。数据库连接要确保图上的小班与数据库小班严格保持一一对应的关系：要求设计图的每一个小班，退耕还林数据库中都有一条记录与之对应。反之，退耕还林数据库上的每一条记录，设计图仅有一个小班与之对应，这种对应具有唯一性。至此，退耕还林GIS管理系统的基础数据采集、录入基本完成。

（二）退耕还林地理信息系统

1. 系统概述

平果县退耕还林管理信息系统是笔者自行研制开发的一个以退耕还林管理信息为主要管理对象的应用型地理信息系统，其主要目的是建立一个能快速提供实时性强、真实准确的退耕还林工程实施信息，并能实现快速查询、综合分析等操作的系统，为退耕还林的各项工作实现自动化、科学化管理和快速查询分析的目的。该系统选择美国MapInfo公司MapInfo系统为基本平台，利用MapInfo的二次开发工具MapBasic开发。

2. 系统各模块功能

（1）属性数据库挂接模块。第一，空间代码数据代码完整性检查。检查设计图输入的空间代码即乡代码、村代码、林班号、小班号是否漏、缺项，和林班区划图比较，设计图的乡代码、村代码、林班号输入是否有误。对检查出错的小班的更正为正确的空间代码。第二，空间代码数据唯一性检查。检查在同一林班内是否有相同的两个或两个以上的小班，确保设计图的小班不重复。第三，作业设计数据库小班完全对应检查。检查作业设计数据库小班和设计图空间代码是否完全一一对应。第四，属性数据库挂接。经过图小班数据唯一性检查和数据库小班完全对应检查后，小班属性数据库挂接才准确无误。

（2）小班面积自动生成模块。根据生成的面积和小班设计面积进行比较，可筛选出设计面积误差偏大的小班。

（3）设计图输入修改模块。增加、删除、修改、编辑退耕还林小班设计图。

（4）查询模块。使用MapBasic结构化查询语言（SQL）select命令开发，除具有SQL强大的数据查询功能外，还具有很强的地理信息查询功能。第一，乡镇定位查询。输入乡镇代码或乡镇名即可漫游到相应乡镇。第二，村级定位查询。输入乡镇代码、村代码或乡镇名、村名即可漫游到相应乡镇的村。第三，组定位查询。输入乡镇代码、村代码或乡镇名、村名即可漫游到相应乡镇的村。依此相应实现林班查询、小班查询、作业小班查询、农户查询等查询内容。第四，选图查询。选择设计图的一个或多个小班，可查询相应的农户名、退耕面积、造林树种、退耕年度等相关信息。

（5）林班设计图打印模块。第一，打开设计图及地形图底图。预先打开林班设计图所要使用的地形图、林班界线、林班标注、设计图。第二，林班图打印。输入要打印的林班号即由系统自动生成带相关信息图表的退耕还林作业设计图，打印即可输出相应的林班设计图。

（6）林权证签发模块。第一，自动生成小班四至经纬度子模块。根据系统生成的小班四至经纬度坐标（或转换为大地坐标系），或根据小班和邻近小班的拓扑关系，以小班邻近的农户退耕地块为四至界限的表述，更新数据库的小班四至范围，在确权发证中应用，提高位置表述的精度和准确度。第二，林权图打印子模块。根据退耕还林验收结果和林权证的发放程序，对可签发林权证的农户，只需在本模块界面中输入相应的农户名，该农户所有各年度的退耕地块就能按林权所要求的样式打印输出。然后用国家林业局中南院编制的《林权证管理信息系统》签发林权证。

三、退耕还林GIS管理系统应用效益评价

建立了退耕还林GIS管理系统后，可产生不可估量的经济效益和社会效益，主要表现在以下几个方面：

（一）小班面积求算很容易

面积求算是GIS的一个基本功能，由于GIS所使用的地图投影和纸质地图的投影相同，一幅地形图在GIS系统中经配准后，用GIS计算的图幅面积和图幅理论面积应相同或者有极小的误差（这个误差是栅格图配准有误差、地形图扫描前已变形、扫描仪扫描误差、失量化误差、操作误差等造成的），所以用GIS求算的小班面积不经小班面积平差即可使用。只要小班区域界线绘制好，就可用GIS求算小班面积，这比传统的小班面积求算方法快了许多倍。GIS计算面积的误差只是小班的勾绘描图这环节，还可避免常规面积计算中人为计算误差、图纸变形等造成的误差。

（二）制作精美地图

地图制作是GIS最原始的应用。退耕还林工程作业设计图、验收图、分布图等管理图件，如果用传统的手工制作，很难达到要求的标准。而使用GIS制作，不仅制作的地图精美，而且比手工制作快得多。特别是分布图的制作，输入所有的小班后，关闭林班界线等不需要显示的信息，叠加需要表现的图层，经缩小到合适的比例后，可做成相应的分布图。

（三）查询功能强大

GIS都可以实现属性数据和空间数据的双向查询和同步更新。在显示的图形上，可对感兴趣的某一部分区域进行查询相关的数据库信息，图、表并茂输出给用户，即某退耕农户的退耕地所在位置、范围和该地块的退耕地面积、造林树种、退耕造林年度、检查验收成活率等各种信息都能以图形和表格的形式输出，查询方式直观而便捷。

（四）数据更新容易，工作效率显著提高，节约时间和经费

由于常用的数据库管理系统仅能进行数据管理，无法反映实际空间位置信息，如果数据的录入产生错误，数据检查又没有发现，造成在北方甲乡的某农户在作业设计录入中把其空间代码填在南方的乙乡等不符合实际的结果。而利用GIS规划设计可以很容易对这些空间数据和现实信息不一致的数据进行更新。

退耕还林工程的管理基本要求是每年都要进行一次检查验收，如果在检查中发现设计的某个小班的边界不符合实地，则要重新勾绘该小班，对该小班的边界线进行调整，并重新计算该小班面积。地图的更新比纸质地图的更新更加容易。利用GIS面积计算功能，可容易地对变动的小班面积进行自动更新，实现对退耕还林工程的动态监测。

（五）地理空间数据可自由地共享和交换

地理空间数据量大，管理海量数据是GIS的基本特点，在GIS系统中建立的地理空间数据，可在各个用户中自由地共享和交换。而这些数据只要在一台计算机生成，就可在其他计算机上使用，数据并未受损失。经建立起的退耕还林地理信息系统，可共享使用原始的数据资源，如地图数据、区划界线等基础信息，从而可轻易地建立其他专题的地理信息管理系统，如森林资源管理信息系统、森林防火信息系统、森林病虫害监测信息系统等；也可供林业部门外的行业建立其需要的地理信息系统。

（六）防止造林地块重叠

将各个年度的退耕还林作业设计小班全部在一个图层文件进行管理，通过GIS系统具有的区域重叠检查功能，可以自动检查设计的造林地块有无交叉重叠，防止重报、冒报退耕还林面积。利用此功能发放林权证，能够直观反映出已发证的地块和未发证的地块，确保发证地块不重叠。

[参考文献]

[1]徐祖舰.GIS入门与提高[M].重庆：重庆大学出版社，2001.

[2]罗云启，罗毅.数字化地理信息系统MapInfo应用大全[M].北京：北京希望电子工业出版社，2001.