GIS在中德财政合作湖南小农户造林项目国内监测中的应用

姚绍锋, 雷雨燕

(1.湘西自治州林业勘测设计院， 湖南 吉首 416000； 2.湖南省林业厅， 湖南 长沙 410004)

GIS在中德财政合作湖南小农户造林项目国内监测中的应用

姚绍锋1, 雷雨燕2

(1.湘西自治州林业勘测设计院， 湖南 吉首 416000； 2.湖南省林业厅， 湖南 长沙 410004)

探讨了地理信息系统在中德财政合作湖南II期造林项目国内监测中的应用实践，给出了建立相应数据系统的程序和方法，为实现林业信息化进行了有益的探索，以期为其他类似项目提供参考。

GIS; 中德合作造林; 国内监测; 应用

林业信息化是现代林业建设的重要内容，是促进林业科学发展的重要手段[1]。地理信息系统(Geographic Information System或 Geo-Information system，简称GIS)又称为“地学信息系统”或“资源与环境信息系统”，是一种特定的十分重要的空间信息系统。它是在计算机硬、软件系统支持下，对整个或部分地球表层(包括大气层)空间中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、运算、分析、显示和描述的技术系统[2]。地理信息系统(GIS)技术在数字林业建设中的应用非常广泛，概括起来主要有：森林资源信息管理、森林经营优化决策、森林分类经营区划、森林抽样设计、林业专题图制图、森林采伐设计、营造林规划设计、森林保护、森林资源管理网络GIS、精准林业等诸多方面[3]。

1 项目概况

根据德国复兴信贷银行与中国财政部签订的协议，在湖南省实施的中德财政合作造林项目包括中德财政合作洞庭湖生态造林项目(I期)、中德财政合作湖南小农户造林项目(II期)和中德技术合作“森林可持续经营政策与模式”项目。II期项目在张家界市和湘西自治州的慈利、永定、龙山、古丈4个县(区)实施。项目的主要目标是：通过实施可持续性营造林活动，以达到保护和改善沅水、澧水源头生态较为脆弱的慈利、永定、古丈、龙山四县(区)生态环境和扶贫的目的[4]。

作为国际合作项目，根据项目协议和《项目指南》要求，中德财政合作湖南小农户造林项目(以下简称II期)有严格的监测程序，主要分为国内监测和国际监测两大部分，国内监测又分为县项目办(CPO)全查、市项目办(MPO)抽查、省监测中心(PMC)全面核查3个步骤。其中PMC全面核查是确定项目小班是否能够合格和报账的关键，是项目实施不可缺少的重要一环[5]。GIS在II期项目国内监测中的应用可为工程项目的实施和管理建立完善的数据系统，是提高中德财政合作造林项目数字化管理水平的重要管理手段[6-7]。

2 监测用软硬件选择

2.1软件

① 操作系统采用Microsoft Windows XP Professional以上版本;

② GIS软件采用ArcGIS Desktop 9.3;

③ 办公软件采用Microsoft Office 2003以上版本。

2.2硬件

选用支持Windows操作系统的PC(个人电脑)，主要硬件配置要求如下：

① CPU: Intel Core 2 Duo以上;

② 内存： 2 G以上的RAM;

③ 硬盘： 300 G以上;

④ 显卡： GeForce FX以上。

3 监测流程

3.1国内监测程序

CPO全查→MPO抽查→PMC全面核查，在项目实施中每个步骤在项目实施的第一、三、五、六年各进行1次，为项目分期报账提供原始数据。

3.2GIS应用流程

GIS应用流程见图1。

图1 GIS应用流程Fig.1 The application process of GIS

3.2.1 系统安装

根据软件安装说明书安装GIS软件ArcGIS Desktop 9.3[8]。

3.2.2 坐标系统定义

为了使加载的栅格图和矢量图能够根据图层的投影坐标系统自动地加载到正确的坐标位置，需要在打开ArcGIS软件ArcMap组件后根据当地实际情况给图层赋予一个投影坐标系统，II期项目区大部分在东经111度左右，地形图采用的比例尺为1∶10000，因此，在这里我们赋予其坐标为"Xian_1980_3_Degree _GK_CM_111E"(含义为高斯-克吕格3度带投影，1980年西安坐标系，中央子午线东经111度)。

3.2.3 栅格图配准

将外业调绘地形图手图扫描成JPG、TIF、BMP等格式的栅格图，根据地形图的地理坐标(可以在整幅地形图四周图框上查询)，使用ARCGIS软件的“栅格配准”工具，将其配准到实际坐标位置，以利于后续的区划小班、计算面积以及与其他数据库数据进行整合。

3.2.4 小班矢量图层建立

首先使用ArcGIS软件ArcCatalog组件根据数据量的大小新建一个File Geodatabase或Personal Geodatabase数据库(一般情况下选择Personal Geodatabase)，然后在此数据库基础上再新建点状、线状、面状等矢量图层，点状图层用于行政驻地等点状地物的标注，线状图层用于公路、河流等线状地物的标记，面状图层用于需要计算面积的小班等面状要素；在建立这几类矢量图层过程中应注意选择一个统一的投影坐标系统，如上述的"Xian_1980_3_Degree _GK_CM_111E"。

3.2.5 小班属性库建立

使用ArcMap组件打开上述建立的小班矢量图层，打开其属性表，根据II期项目的要求添加“县、乡、村、小地名、小班号、造林类型、造林年度、农户数、树种、成活率、面积”等数十项要素字段，完成小班属性库的建立；在这个过程中应注意根据因子的性质选择不同的字段类别，如文本格式(小班号、地类、造林类型等使用)、 双精度数值格式(面积、成活率等使用)[9-11]。

3.2.6 小班区划与修改

使用ArcMap组件，分别添加配准的外业调绘地形图手图和上述建立的空白小班矢量图层，设置矢量图层为透明状态后，打开编辑器后根据手图界线进行小班区划与边界修改，主要使用新建要素、切割多边形要素、自动完成多边形等工具完成。

3.2.7 拓扑检查

小班区划完后，为了避免小班之间有缝隙和重叠，需要使用ArcCatalog组件进行拓扑检查，并使用ArcMap进行拓扑错误修改，主要步骤有：新建Personal Geodatabase数据库→新建要素集→导入小班矢量图层→新建拓扑→拓扑验证→修改拓扑错误[12]。

3.2.8 属性填写

在确保小班矢量图层没有拓扑错误后，可以使用ArcMap组件打开小班属性表后，对每个小班的相关属性因子进行填写并保存，为了防止填写错误和填写方便，用ArcCatalog组件为小班属性表建立相应的域，形成小班下拉选择菜单以供填写时选择[13]。

3.2.9 完整性及逻辑性检查

为了保证小班属性因子填写的完整性以及因子之间逻辑关系的正确性，需要进行相应的检查；这两项检查使用Office Excel的IF等条件函数的功能实现，有条件的也可以使用《森林资源档案管理系统》的相关功能设计逻辑性和完整性检查条件来实现[14]。

3.2.10 面积计算

使用ArcMap组件打开小班属性表后，根据相应的面积单位对所有小班的面积字段进行自动计算(注意面积字段必须为数值格式才能进行面积计算，如果不是数值格式需要重新删除该字段后重新添加)。

3.2.11 数据导出

数据导出主要有两个目的，第一是备份数据，第二是为相关统计汇总提供基础数据；数据导出使用ArcMap组件或者ArcCatalog组件均可以完成。

3.2.12 统计、制图与输出

① 统计。使用Office Excel的IF等条件函数根据统计汇总表格的要求设计相应的统计公式以及链接小班表来实现，从而实现小班数据的变化直接实时反映到汇总统计表，提供给管理层决策参考[15]。

② 制图与输出。使用ArcMap组件，添加完成的小班矢量图层、行政驻地图层、水系河流道路等线状图层和栅格图(如地形图)，根据属性表的因子设置标注和颜色，插入相应的图例选择相应的比例尺后，导出相应的监测验收图，可供打印输出以及图片传送等应用[16]。

4 讨论

在中德合作造林湖南II期国内监测中使用GIS技术，可以建立完整的项目信息数据库，实现营造林小班的数字化管理，可为各级项目办以及监测中心提供实时查询小班地理位置、面积、树种、成活率等数十项因子的功能，是项目决策和管理的重要基础数据；同时该系统建立的程序和方法对于类似林业项目建立相应的信息系统也具有重要的参考价值。

[1] 国家林业局. 全国林业信息化建设纲要[S]. 北京：国家林业局，2009.

[2] 新闻传媒网. 傲唯刃道甘健:地理信息系统前景广阔[N]. 长沙：新闻传媒网，2013.3.

[3] 王宪成. 地理信息系统(GIS)在林业上的应用及发展趋势[J]. 吉林林业科技，2000(3)：1-5.

[4] 湖南省林业厅外资项目管理办公室. 中德财政合作湖南小农户造林项目执行计划[S] . 长沙：湖南省林业厅，2010.

[5] 湖南省林业厅外资项目管理办公室. 中德财政合作湖南小农户造林项目实施准则汇编[S]. 长沙：湖南省林业厅，2011.

[6] 国家林业局调查规划设计院．森林资源档案管理系统操作手册[S]．北京：国家林业局，2006.

[7] 武刚，卢泽阳，吕洪利. 森林资源管理信息基础建设——森林资源基础信息管理系统的设计与实现[J]. 北京林业大学学报，2001(3)：77-80.

[8] Environmental Systems Research Institute公司.ArcGIS Desktop Help[S]，2008.

[9] 聂爱菁. 塔河林业局资源林政管理系统的设计和实现[J]. 河北林果研究，2004(1)：31-35.

[10] 杨超,武刚,卢泽洋.森林资源数据更新 [J]. 河北林果研究，2006(2) ：170-173.

[11] 范明华,徐志忠,李明巨,等. 基于3S技术的城市园林绿化管理信息系统的解决方案[J]. 现代测绘，2005(S1)：124-126.

[12] 肖胜. 福建省森林资源基础地理数据改造及其关键技术研究 [J]. 福建林业科技，2006(4) ：69-72.

[13] 赵瑞华. 基于“3S”技术的林业资源信息管理系统的研究[J]. 内蒙古林业，2011(4):36.

[14] 国家林业局调查规划设计院．森林资源档案管理系统详细设计说明书[S]．北京：国家林业局，2006.

[15] Microsoft公司.Microsoft Excel2007 Help[S]，2007.

[16] 何楚林. 计算机编绘林业地图的技术方法研究[J]. 热带林业，1997(3)：118-125 .

(文字编校：龚玉子)

GISintheSinoGermancooperationafforestationinHunanIIdomesticmonitoringapplication

YAO Shaofeng1, LEI Yuyan2

(1.Forestry Survey and Design Institute of West Hunan Autonomous Prefecture, Jishou 416000, China;2.Forestry Department of Hunan Province, Changsha 410004, China)

The GIS application in Hunan second afforestation project of Sino German Financial Cooperation Domestic Monitoring were dicussed, the program and method to establish the corresponding data of the system were given, it has important reference value for other similar projects, is a beneficial exploration of forestry informatization.

GIS; Sino German Cooperation Afforestation; domestic monitoring; application

2013-10-29

中德财政合作湖南小农户造林项目(BMZ-2002 65 702)。

姚绍锋(1975- )，男，湖南省古丈县人，工程师，主要从事林业调查规划设计。

P 208

A

1003 — 5710(2014)01 — 0121 — 03

10. 3969/j. issn. 1003 — 5710. 2014. 01. 024