东北内蒙古重点国有林区二类调查与信息技术深度融合与实践

高金萍,高显连,孙忠秋,刘金丽,李 晗

(1.国家林业局调查规划设计院,北京 100714；2.北京林业大学,北京 100083)

东北内蒙古重点国有林区二类调查与信息技术深度融合与实践

高金萍1,高显连1,孙忠秋1,刘金丽2,李 晗2

(1.国家林业局调查规划设计院,北京 100714；2.北京林业大学,北京 100083)

森林资源规划设计调查(二类调查)是我国建立地方森林资源数据本底、编制森林经营方案的基础性工作。当前越来越多的新技术和方法应用于二类调查工作,但存在与二类调查业务融合不够、功能零碎分散、各业务流程彼此脱节,以及卫星遥感等新兴技术方法未得到充分挖掘应用等问题。结合东北、内蒙古重点国有林区二类调查业务需求,研发了二类调查成果信息化服务平台,实现了二类调查数据流与业务流的统一,解决了传统软件外业调查、内业质检、成果统计彼此脱节问题,实现三维GIS、仿真模拟、海量存储等新技术方法与地面调查、树种建模等调查成果一体化应用,并将研发结果应用于2016—2018年东北、内蒙古重点国有林区二类调查实践工作。

东北内蒙古重点国有林区；二类调查成果管理；业务融合

0 引言

森林资源规划设计调查(二类调查)通过建立地方森林资源数据本底,为地方林业部门编制森林经营方案,科学经营管理森林资源,制定地方经济发展计划和林业发展规划提供数据。二类调查成果具有落实到山头地块、成果内容丰富、数据翔实可靠的特点,对合理利用森林资源,不断提高林地生产力,充分发挥森林多种效益具有重要意义,是造林采伐、征占用林地、森林防火以及病虫害防治等各项林业业务工作的数据基础[1]。

森林资源二类调查涉及小班区划、外业(小班角规、控制样地)调查、内业建库、统计表和林相图制作等诸多内容,工作量大、技术性强,属于林业行业中最早引入地理信息与遥感等技术方法的业务领域之一,技术应用水平也相对较高。我国林业工作者自20世纪70年代,就开始开展森林资源领域航天遥感应用研究[2],80年代开始尝试研究建立“森林资源管理信息系统”,并就小班矢量属性一体化存储管理、海量小班存储访问、林相图动态注记、森林资源调查成果管理等关键技术和方法,开展了多年试验和研究[3]。近10年来,随着空间数据库、地理信息系统、网络技术的成熟,湖南、辽宁、北京等省(市)陆续建立了统一的森林资源数据库平台。

随着森林资源二类调查成果信息化管理工作由小范围试验转向大规模生产应用,业务融合能力不足和集成应用能力不强的问题逐渐凸显。特别是随着航空测量技术、卫星遥感技术和仿真技术的飞跃发展,海量影像数据与矢量业务数据的融合、森林生长可视化仿真、大数据存储与快速访问[4]等需求日益凸显。2016年开始的东北、内蒙古重点国有林区规划设计调查工作中,林业信息技术全面支撑了东北、内蒙古重点国有林区5个森工集团16个林业局从小班区划、外业调查、内业质检、数据建库、统计分析、成果制图等各个环节的工作。本轮东北、内蒙古重点国有林区规划设计调查实践,促进了新兴技术与业务工作融合,在极大提升我国东北、内蒙古重点国有林区二类调查技术水平和工作效率的同时,全面提升了二类调查的成果质量和服务能力。

1 二类调查成果服务平台建立背景和意义

东北、内蒙古重点国有林区是我国最大的国有林区,是我国重要的生态安全屏障和森林资源培育战略基地,建国以来为国家经济建设做出了重大贡献。为培育和保护东北内蒙古重点国有林区森林,做好森林经营方案编制,科学地经营森林资源,国家林业局从2016年开始计划用3年的时间,对东北、内蒙古重点国有林区5个森工集团全部林业局开展一轮全面的二类调查,以查清查实东北、内蒙古重点国有林区家底。东北、内蒙古重点国有林区二类调查是在国家推进重点国有林区改革,出台“全面停止东北、内蒙古重点国有林区天然林商业性采伐”的政策大背景下组织开展的,具有十分重要的意义。本次二类调查成果服务平台的建设对以下工作具有重要的支撑作用。

1)确保不同省(森工)调查成果按照统一技术标准*《东北内蒙古重点国有林区森林资源规划设计调查技术规定》(办资字〔2016〕42号).*《东北内蒙古重点国有林区森林资源规划设计调查补充技术规定》(资调函〔2016〕29号).执行。二类调查多年来是各省林业部门实施,技术标准有一定差异。本轮调查第一次由国家林业局统一组织,调查成果的一致性对接难度大。通过本服务平台,实现外业调查、内业质检、成果统计等业务工作从源头到成果的有效控制,可以最大程度确保二类调查技术标准的一致性和调查成果质量。

2)支撑我国国有重点林区家底的全面清查和管理。全面停止东北、内蒙古重点国有林区天然林商业性采伐之后,科学抚育和经营的开展必须要有详实的基础数据作支撑；评价停伐后可持续经营情况和停伐落实情况也需要详实的本底数据支撑。这就需要一个强大的二类成果管理平台实现对东北、内蒙古5个森工集团87个林业局的海量成果数据进行有效管理和分析。

3)实现二类调查成果快速高效管理。传统的二类调查周期通常为10年,本轮二类调查要求通过3年实现东北、内蒙古重点国有林区全覆盖调查。这就需要迅速搭建一个高效的支撑平台,实现外业调查数据采集、内业质检、成果建库、统计分析、制图出图、信息服务等一条龙服务。

2 系统目标和主要功能

2.1系统目标

建立东北、内蒙古重点国有林区森林资源二类调查成果管理平台,实现五大森工集团87个林业局二类调查从外业到内业到成果产出的全流程管理；建立覆盖完整、上下衔接、技术统一、结果一致的东北、内蒙古国有林区二类调查成果数据库,掌握我国东北、内蒙古重点国有林区森林资源翔实数据。通过以上建设,可及时反映森林资源现状和动态变化,为指导东北、内蒙古重点国有林区的森林资源管理和科学经营提供有力支撑。

2.2系统框架

东北、内蒙古重点国有林区二类调查成果服务平台(以下简称为二类调查成果服务平台),如图1所示,由调查管理和成果展示两个系统组成。调查管理系统提供森林资源二类调查外业采集、内业检查、成果入库、统计出数、成果制图功能,是服务于国家和各级林业生产部门的二类调查成果全流程生产管理；调查成果展示系统提供从森工集团、林业局到山头地块小班的信息查询、专题分析及重点关注区林木仿真、林分生长模拟及无人机调查成果展示。

图1 二类调查成果服务平台系统框架图

2.3调查管理系统功能

2.3.1小班区划和角规布设

小班区划模块依据最新林地一张图成果、森林分类区划成果,以像元分辨率1m左右的高分遥感影像为底图,叠加等高线、公路、水系等基础地理信息,大大提高了小班边界勾绘精度。专业软件的使用,使得不同类型的数据清晰、直观地叠加在一起,林业基层部门小班区划和角规布设效率和精度大幅提高。

2.3.2外业采集

本次东北、内蒙古重点国有林区调查中,外业采集器成为外业调查必备工具。外业采集模块按照东北、内蒙古重点国有林区森林资源二类调查技术规程,以平板电脑(PAD)为终端,采用移动GIS技术,集成森林资源、地理信息和高精度遥感影像,结合北斗/GPS定位、语音识别等技术手段,为调查人员提供快速、准确的野外定位导航、属性数据录入、矢量数据绘制和编辑等功能,记录野外调查工作情况,全面提高森林资源二类调查工作效率。

2.3.3内业质检

二类调查成果包括小班、角规点、样地、样木以及统计报表等不同类型成果,仅小班调查成果就包含基础因子、林地因子、林分因子、土壤因子、下木及灌木、森林经营状况等近百项因子,内业质检要求高、难度大。2016年的二类调查成果质检工作,通过与东北7个调查单位调研沟通,制定出近200项逻辑检查项,并及时开发出统一规则的成果内业质检软件。该软件免费推送到各个调查单位,由于规则科学透明、操作简单,实施效果较好。

2.3.4数据建库和成果管理

调查成果通过质检后,以森工集团或林业局为单位建库存档。再通过林业局数据库的合并、更新、维护等操作,实现全部森工集团成果数据库的建立和更新。2016年16个调查的林业局成果数据已全部完成建库,建库流程如图2所示。所建数据库包括小班成果数据库(约40多万个小班)、角规成果数据库(约20万个角规点)和控制样地成果数据库(数千个样地点)。成果管理提供成果数据的集成管理、更新、查询、专题分析等综合信息管理功能。

图2 二类调查成果服务平台数据建库流程

2.3.5统计和制图

系统提供了规程要求的9张统计表统计功能,以及5类调查成果图(林相图、森林分布图等)制图功能。此外,系统还根据各省森林经营的需要提供了报表和专题图定制功能,实现森林经营统计表的统计表格定制和统计分析。除了必备的调查成果图,还提供了全套专题制图功能,突破了传统国产GIS制图和管理功能难以兼顾的瓶颈。

2.4调查成果展示平台

基于网络三维GIS技术、树种生长模型、可视化仿真技术,实现整个东北、内蒙古重点国有林区从森工集团、林业局到山头地块小班三维全景信息查询和专题展示,并结合重点关注区森林树种及组成、年龄结构、郁闭度等现势因子,逼真还原森林场景,模拟林分生长,实现重点关注区林分仿真。

2.4.1信息逐级查询

提供对森工(集团)、林业局、林场、林班到小班的森林资源信息查询,将管理落实到山头地块,为国家林业局和各级林业管理部门宏观上了解森林资源状况,微观上掌握森林资源现状和变化提供了实用手段。图3为内蒙古大兴安岭林业区划边界图。

图3 林业区划界示意图

2.4.2专题分析

以小班属性字段为依据,按照森林资源专题图制作规范,制作各种森林资源专题图。通过图、表和文字等丰富的信息,为森林资源管理人员提供地类、起源、公益林、优势树种、龄组、郁闭度、珍贵树种等专题信息。图4为经营措施专题图。

图4 经营措施专题图

2.4.3制图成果展示

展示二类调查制图成果,包括基本地形图、林相图、森林分布图、森林区划略图、森林分类图等。系统成果制图界面如图5所示。

2.4.4辅助森林经营

利用二类调查成果丰富的调查因子,开展辅助森林经营工作,如珍贵树种分布分析、林下经济-代表性下木分布分析、林下经济-蜜源植被分析等。对拟开展森林经营的小班,正在开发林业局级三维全景展现功能,以更好地服务森林经营工作。系统辅助管理界面如图6所示。

2.4.5重点关注区林分仿真

2016年同步在苇河林业局组织开展了为期20来天的无人机综合飞行试验。通过二类调查信息展示系统,依据地面调查数据、树种参数、无人机激光雷达飞行数据,还原林分中不同树种、龄组和郁闭度的树木姿态、树叶等细节,建立与二类调查成果相关联的树种模型库,实现苇河林业局飞行试验区林分场景仿真模拟,让管理人员和决策人员如身临其境,增强了服务决策能力。林分建模仿真效果如图7所示。

3 业务融合关键技术的实现

3.1二类调查全工作流程的无缝融合

二类调查主要工作流程包括小班区划、外业调查、内业质检、统计出数、成果制图、成果管理。基于这些基本工作,实现对落实到山头地块的小班数据浏览查询、专题分析、档案更新和信息服务等较高层次的功能,支撑本单位森林科学经营和森林资源管理工作。本系统实现了二类调查工作全流程的无缝覆盖,并融合树种生长建模和三维仿真等新兴技术实现了林分仿真模拟。二类调查业务流程与软件流程融合情况如图8所示。

图6 系统辅助管理界面示意图

图7 林分建模仿真

图8 二类调查业务流程与软件流程融合示意图

3.2业务流程与软件设计的融合

在初期软件设计中,功能实现上满足了二类调查业务需要,但软件分发给各调查单位使用后,反馈得到工作流程交叉多、实施效率低等问题。比较突出的是内业质检模块,其质检流程如图9所示。该模块包括的近200项检查项中,属性检查项占98%以上,图面检查项仅占全部检查项2%不到。

图9 改造前的二类质检模块流程图

成果质检工作按分工由内业制图部门来负责。按照初始软件工作模式,内业制图部门利用质检软件完成成果检查,将属性因子的不合格项反馈给内业数据库部门,两个部门分头修改后,再由内业制图部门汇总集成成果,并重复前面的检查过程,直到数据无误。由于属性检查项占绝对数量,而质检工作由内业制图部门主导,因此出现了内业制图部门和内业数据部门分工交叉多、耦合多、工作效率低等问题。

质检模块按业务分工优化后,新增成果预检查功能,改造后的二类质检模块流程如图10所示。内业数据库部门先行对未集成的纯属性库开展预检查,通过后,内业制图部门实现小班等图面和属性挂接,然后开展成果质检。该模式下,两个部门工作交叉少、耦合度少,98%的不合格项在内业数据库部门的预检查工作中得到解决,实现了部门分工与软件设计的融合。

图10 改造后的二类质检模块流程图

3.3业务规则与软件实现的融合

二类调查要求严格按照统一技术标准①《东北内蒙古重点国有林区森林资源规划设计调查技术规定》(办资字〔2016〕42号).②《东北内蒙古重点国有林区森林资源规划设计调查补充技术规定》(资调函〔2016〕29号).执行。以往质检人员往往根据工作经验,手工开展质检工作,其检查项设置、检查内容和深度都取决于质检人员自身业务素质。本系统在充分调研东北、内蒙古重点国有林区7家调查单位的基础上,将业务规则转换为较为系统全面的质检项。

近200项质检因子中,包括缺漏项检查因子近40项、空间拓扑因子5项和逻辑检查项近150项。逻辑检查项根据调查技术规程的要求,对属性数据之间的逻辑关系进行检查。如郁闭度、起源、林种、龄组等与其他因子间逻辑关系的检查。空间拓扑关系检查包括交叉、跨界、边界悬挂等检查项。此外,对优势树种、林分类型、起源等小班核心因子进行质检。

本系统将二类调查业务规则全部融入软件,每条质检项与查询规则一一对应。通过友好的交互界面进行增项、减项和修改操作,实现了业务规则和软件的有机结合。

4 结语

二类调查成果服务平台在2016年的东北、内蒙古重点国有林区二类调查工作中发挥了重要作用,完成了5个森工集团16个林业局二类调查数据的外业采集、接收、质量检查、成果建库、统计制图等各项业务。

本次实践实现了林业传统调查工作与新一代信息技术深度融合,极大提高了我国东北、内蒙古重点国有林区工作效率,全面提升了二类调查成果质量控制和服务能力。2016年二类调查成果服务平台已实现16个林业局全部调查成果管理。2017—2018年将在完成全部87个林业局二类成果数据库建设的基础上,在完善系统功能全面支撑二类调查工作,功能设计与业务流程进一步融合,林分调查数据、建模和新兴仿真等技术深入应用,等等方面继续做好工作。同时,实现地面调查、航空飞行和卫星遥感等天-空-地多源调查监测成果的数据融合和应用衔接,在实践中实现二类调查成果服务平台与二类调查实际工作一体化。

[1] 刘永杰.森林资源二类调查空间数据获取与更新的关键技术研究[D].北京:北京林业大学,2009:1-7.

[2] 赵宪文,李崇贵,斯林,等.基于信息技术的森林资源调查新体系[J].北京林业大学学报,2002,24(5):147-155.

[3] 董乃钧,陈谋询.“森林资源管理信息系统”研建[J].林业资源管理,1988(S1):1-10.

[4] 董灵波,刘兆刚.樟子松人工林空间结构优化及可视化模拟[J].林业科学,2012,48(10):77-85.

StudyontheDeepIntegrationandPracticeofForestResourceInvestigationandInformationTechnologyinNortheastandnnerMongoliaAutonomousRegionofChina

GAO Jinping1,GAO Xianlian1,SUN Zhongqiu1,LIU Jinli2,LI Han2

(1.AcademyofForestInventoryandPlanning,stateForestryAdministration,Beijing100714,China;2.BeijingForestryUniversity,Beijing100083,China)

The management inventory of forest resources is the basic work of establishing local forest resource data file and compiling forest management plan.At present,more and more new technologies and methods are applied to forest resource planning and design investigation.But there are still some problems,such as insufficient functional integration of technology and business,the business processes are out of touch with each other,satellite remote sensing and other emerging technology methods have not been fully excavated and applied.This paper combines the requirement of management inventory of forest resources,and develops the information service platform of management inventory of forest resources results.The platform realizes the unity of management inventory of forest resources data flow and service flow,solves the problem that the traditional software can not integrate the field investigation,the industry quality inspection,the results of statistics and other functions.In addition,the platform achieves 3D GIS,simulation,mass storage and ground investigation,models of trees and other survey results integration applications.The results of this research have been applied to 2016—2018 management inventory of forest resources in northeast Inner mongolia key state-owned forest area.

northeast and Inner Mongolia key state-owned forest region,inventory of forest resources management,business and technology integration

S757.2

A

1002-6622(2017)05-0020-08

2017-07-11；

2017-09-01

国家林业局森林资源管理司项目“重点国有林区森林资源规划设计调查与森林经营方案编制——重点国有林区森林资源规划设计调查(二类平台)”(2130207)

高金萍(1976-),女,湖北鄂州人,教授级高工,主要从事林业时态GIS相关研究和应用工作。

Email:gaojinping_cz@sina.com

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.05.005