县级林地年度协同变更的研究

聂 雄 ，石军南 ，罗 鹏 ，唐小明 ，王振华 ，何 斌

（1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.中国林业科学研究院资源信息研究所，北京 100091；3.湖南省益阳市南县林业局，湖南 益阳 413200；4.湖南省益阳市资阳区林业局，湖南 益阳 413000）

林地资源更新是森林资源更新的重要组成部分。随着我国林地“一张图”建设的完成[1]以及现有的森林资源调查更新体系时效性太差，为了保持林地“一张图”的现势性和拓展现有森林资源调查体系，国家启动了林地年度变更调查工作[2]。林地年度变更是贯彻落实国务院审议通过的《全国林地保护利用规划纲要（2010～2020年）》的重要基础工作[3]，林地年度变更调查需要各业务部门的支持。近年来，随着3S技术、空间数据库技术在林业的广泛应用，我国部分省市建设了林业GIS数据库和业务应用系统[4-7]，在一定程度上满足了各部门业务管理的需要，但是随着信息系统的增加，“信息孤岛”、“系统孤岛”问题逐渐暴露出来[8]。随着信息化水平的提高，出现了基于业务功能和可视化界面的林业定制系统[9-11]。但目前林业系统都是针对特定业务建立的，而林地变更调查是一项多部门的协同工作，各项业务联系紧密，需要实现跨部门共享。由于林地变更工作开展不久，现有的变更流程并不完善，总体更新效率低。因此本研究将各林业业务专题进行分类从而优化林地变更流程，并设计了高效的协同变更数据库，通过开发县级林地年度更新系统进行了验证，为建立职责明确、高效运转的林地资源更新工作机制进行了探索。

1 林地年度变更内涵

1.1 林地变化原因分析

林地变化的原因主要包括植树造林、森林采伐、规划调整、占用征收、毁林开垦、非法占用、灾害因素、自然因素、调查因素以及行政区划调整、森林分类区划、林权改革等。这些原因使林地变化可以总结为林地的内部转移及林地与非林地之间的转入转出。林地内部转移表现在林地利用状况的变化以及管理属性的变化，包括地类、权属、森林类别等。林地与非林地之间的转入转出主要表现在林地范围的变化[12]。大部分原因与县级林业局经营管理业务相关联，而少数变化原因与其他单位有关，主要关系如表1所示：

表 1 林地变化原因与业务部门之间的关系Table 1 Relationship between causes of forestland changes and business department

1.2 林地变更调查内容

1.2.1 林地范围变更

根据森林经营活动需要和林地变更原因分析，林地变更的调查内容如下：

(1)新增林地。包括：因植树造林增加的林地；因林业工程建设增加的林地；规划批准增加的林地等。

(2)减少林地。包括：因占用征收减少的林地；依规划批准减少的林地等。

1.2.2 林地地类变更

(1)新增森林地块。由非森林的地类转为有林地或国家特别规定灌木林地的森林地块。

(2)减少森林地块。由有林地或国家特别规定灌木林地转为非森林的森林地块。

(3)其他林地地类变化的地块。包括疏林地、一般灌木林地、未成林地、苗圃地、无立木林地、宜林地、林业辅助生产用地之间地类变化的林地地块。

1.2.3 管理属性变更

(1)林地权属。国有和集体所有林地之间的变更，以及集体所有林地的农户家庭承包经营、联户合作经营和集体经济组织经营林地之间的变更，依据有关权属证明核实确认。

(2)森林类别。国家级公益林地、地方公益林地和商品林地之间的变更，依据森林分类区划界定成果核实确认。

(3)林种。按防护林、特用林、用材林、经济林和薪炭林进行变更调查，核实确认记载到亚林种。

(4)工程类别。根据林业工程建设项目实施情况进行核实确认。

2 林地年度变更流程

2.1 林地小班变化情况分析

林地的变更以小班为基础，结合GIS空间技术和林地小班调查，通过分析林地小班图形和属性变化，总结出林地小班的3种变化：小班新增，小班减少，小班保留。

（1）小班新增。指非林地发生了转入变化或原始林地的部分或全部发生转移变化而产生的新小班，林地小班面积增加。如果原始小班和新增小班地类都为林地，则将原始小班称为父小班，新增小班称为子小班，两者之间有继承关系。图1表达了原始小班（A）与变更小班（B）图形的6种基本拓扑关系。

（2）小班减少。指原始林地小班全部或部分转换为非林地小班，林地面积减少，而非林地面积增加。原始小班和变更小班的拓扑关系和图1类似。但原始小班和变更小班之间不存在继承关系。

（3）小班保留。分为图和属性都变以及图不变而属性变两类。当小班新增或减少时，都可能伴发生此类变化。如图1中的（2）至（6）中的林地小班A。

2.2 林地年度变更流程

图1 林地小班变化情况Fig.1 Changes about forestland small classes

我国林地年度变更调查工作采取的是三级联动、两级汇交的工作方式，省级林业部门根据两期影像进行变更图斑的边界提取和检测，形成遥感检测矢量图层，并将其与遥感影像图下发给县林业局。县林业局则组织技术力量收集掌握本年度内的变更资料，再集中处理，形成本期原始成果。再经过前后期高分辨率卫星遥感影像对比区划，判断出变化图斑，通过核实调查，确定林地变化情况，生成本期林地变更调查成果，经逐级上报到省和国家，完成全国林地年度变更调查。但此流程并为对各林业专题进行分类，因此效率不高。本研究结合林地变更原因将林地分为造林、采伐、征占用等多个经营管理专题，再对各专题进行变更调查。经优化后的流程如图2。

图2 县级林地变更流程Fig.2 Flow of county-grade forestland changes

3 林地更新数据库设计

数据一致性是规范数据及安全访问的基础，共享数据库可以消除“业务孤岛”和“信息孤岛”[13]。本研究通过对县级林地年度变更的要求、特点以及相关技术规范进行研究，从网络部署结构、逻辑结构两方面对县级变更林地进行数据库设计。

3.1 数据库网络部署结构设计

林地变更系统工具由用于查询浏览的B/S结构和用采集录入的C/S结构工具型软件组成。工具型软件由采用C#+ArcGIS Engine进行开发，数据由ArcSDE 和SQL Server Express进行存储。由于县域范围内用户数量比较稳定，因此采用局域网客户端访问模式（图3），既能实现数据集中管理又能实现不同客户端的分布式调用。本地客户端不存储任何数据，通过局域网从数据库服务器中加载，得到授权后才能进行数据访问和编辑。为了更高效的管理数据库，系统将矢量数据和栅格数据分开部署。矢量数据以年为单位采用独立的库进行管理；栅格数据进行预处理后，生成独立的数据文件，部署于数据库服务器的文件夹中，通过调用REST影像服务进行访问。

3.2 数据库逻辑结构设计

根据林地变更业务，将数据在逻辑组织上分为12类数据集（图4），各数据集由一个或多个空间或（和）业务属性数据表构成。每年的数据库结构（空间参考系、表字段的组成、命名、精度及数据单位等）采用统一的规范进行定义。命名规范上，数据库名由县级单位代码和年度组合而成；数据表名根据业务和数据类型组合而成，其他数据按照林地落界数据命名规范进行命名。

图3 共享数据库部署网络拓扑结构Fig.3 Net topology structure of shared database deployment

图4 更新数据库逻辑结构Fig.4 Logical structure of update database

4 系统实现

4.1 系统总体结构设计

整个系统采用分层设计，从上到下可以分为4个部分：系统用户界面、应用层、服务层和系统支撑层（图5）。其中，系统用户界面提供数据可视化和系统基本操作的图形界面；系统应用层提供针对系统功能需求定制的功能模块，接受用户界面的调用，将具体的应用需求解析为一般性的数据操作，然后调用服务层的相关服务完成该操作，并返回结果；服务层提供一般的数据查询、统计分析和管理功能；系统支撑层提供系统运行的基础支撑。

图5 系统总体设计Fig.5 Overall system structure design

4.2 系统功能设计

根据林地变更的业务流程，本系统采用ArcGIS Engine 10.0作为地理信息系统开发平台，采用 SQL Server Express作为数据库管理系统。系统提供数据编辑功能（表单录入、图形编辑、数据导入和属性编辑等）；数据检查功能（拓扑校验、逻辑校验）；浏览查询功能（浏览地图、获取地图属性信息、查询更新小班信息等）；制图功能；系统管理与数据维护功能（系统日志管理、作业设计管理等）。信息采集系统主界面如图6。

4.3 系统应用实例

江西省婺源县作为2012年林地年度变更调查的试点县，该县有分辨率为5 M的RapidEye影像2景，覆盖全县面积，更新前共有林地小班26 877个。通过内外业的核查及系统测试表明（表2），应用优化的林地变更流程后，在内业核查中林地变更小班的合格率从90.67%提高到96.40%，提高近5个百分点；在外业核实小班数相同的情况下，林地变更小班的合格率从93.33%提高到96.23%，提高近3个百分点。结果表明，优化后的变更流程提高了林地更新效率。

表 2 林地变更小班优化对比（单位：个）Table 2 Verification results of optimized forestland samllclasse change and un-optimized

5 结 语

图6 系统主界面Fig.6 System main interface

本研究通过对县级林地年度变更内涵进行分析和优化林地变更流程，基于ArcGIS Engine和数据库技术实现了县级林地年度更新系统。优化后的变更流程大大提高了林地变更的效率，更新系统不仅能满足林地年度变更的需要，还能为林业部门提供真实准确、时效性强的林地基础数据以及制定决策提供技术支持。但对于如何扩展系统应用范围，例如将森林防火[14]以及经济林[15-16]等研究加入林地一张图中，实现林地数据管理的智能化，还有待进一步研究。

[1] 许等平,罗 鹏,党永峰,等. 基于SOA的国家级森林资源信息服务平台建设研究[J].林业资源管理, 2013,(3)94-100.

[2] 黄 众,郑 刚. 推进林地年度变更调查提升林地动态监测水平[J].江苏林业科技,2013,(2):29-31.

[3] 邱尧荣,陆亚刚. 林地年度变更的基本原理_常见问题与对策研究[J].华东森林经理, 2014,(2):1-4.

[4] 武 刚,卢泽洋,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, 2001,23(3):77-80.

[5] 张 旭,李增元,邓 广,等.数字林业平台技术研究与实现[J].林业科学,2006,42(增刊):37-40.

[6] 文东新,胡月明,石军南,等. 森林资源管理信息系统设计方案探讨[J].西北林学院学报,2006,21(3):167-169.

[7] 谢红标,吴吉义. 省级林政管理业务系统的研究与开发[J].电脑知识与技术,2007,(14): 341-343.

[8] 孙金华. 面向服务的生态公益林协同管理平台研究[D].北京:中国林业科学研究院,2009.

[9] 杨全文. 基于JBPM工作流引擎的客户流程定制平台[D].北京:北京交通大学,2010.

[10] 王志国. 基于WebServices的个性化假面定制平台的开发与设计[D].西安:西安理工大学,2008.

[11] 张习科,张 贵. 林业信息系统定制技术的研究[J].中南林业科技大学学报, 2013,33(5):35-40.

[12] 王文武,张小伟,陈晟浙. 江省县级林地变更调查试点技术方法探讨[J].华东森林经理,2013,27(3):71-73

[13] 张志刚.基于SOA的林业资源管理系统的设计与实现[D].西安：西安电子科技大学，2008．

[14] 孙 萍,吴秀平,金 森,等. 一种能够批处理的林火行为空间模拟系统[J].中南林业科技大学学报,2014,11:41-45.

[15] 杨柳青,胡 双,曾 红. 长沙市观果树种园林应用调查与分析[J].经济林研究,2014,03:175-179.

[16] 郭伦发,王新桂,江新能,等. 广西主要木本油料植物生态经济综合评价[J].经济林研究,2014,03:81-86.