平板电脑在森林资源二类调查工作中的应用与研究

陈 强 黄光体 王晓光 邵 政 严 潇

(湖北省林业调查规划院 武汉 430079)

1 引言

森林资源规划设计调查简称“森林资源二类调查”或“二类调查”，是以森林经营管理单位或县级行政区域为调查总体，查清森林、林木和林地资源的种类、分布、数量和质量，客观反映调查区域森林经营管理状况，为编制森林经营方案、开展林业区划规划、指导森林经营管理等需要进行的调查活动[1]。该项调查工作主要包括小班区划、属性因子调查、四旁树调查、森林蓄积量抽样控制调查、内业汇总及成果编制，分野外调查和内业整理两个阶段进行，是一项调查时间长、投入大、覆盖广的大型综合调查。

目前，中国主要采用采用传统的二类调查模式开展调查，即由调查队员携带纸质影像图和小班卡片，逐地块区划调查，该调查模式需耗费大量的人力、物力和财力，而且费时、效率低，尤其是受人为影响较大，调查成果精度无法保证。在信息化快速发展的今天，随着计算机技术的普及、3S技术的发展、移动GIS技术的成熟，三种技术的综合集成得以实现，平板电脑作为三种信息技术的综合集成载体，逐步应用于森林资源数据采集、信息化、档案化管理中，如何利用平板电脑准确、及时、髙效开展森林资源二类调查，同时，确保调查成果数据的真实性和准确性，提高森林资源二类调查精度和效率，实现森林资源二类调查无纸化、内外业一体化、工作流程简单化是一项非常重要的工作。

2 二类调查模式综述

2.1 传统调查模式

传统二类调查工作模式分外业调查和内业整理两个阶段。

(1)外业调查阶段：外业调查人员携带预先准备的纸质地形图或者遥感影像图、纸质卡片以及相关调查工具到野外逐地块开展二类调查工作，首先，调查人员结合实地地形地貌，采取对坡勾绘的方式，按照林业小班区划条件，在1∶1万纸质地形图进行小班区划；然后，深入到已区划小班内，利用调查工具进行小班属性因子调查，并现地完成纸质小班调查卡片的填写，同时，对于部分小班，还需借助计算器现场完成公顷蓄积、公顷株树、平均胸径、平均树高和优势树种的计算(也可室内统一计算)。

(2)内业整理阶段：外业调查结束后，内业工作人员需将野外调查成果进行整理并录入电脑，首先，将已完成野外小班区划的纸质地形图(或影像图)进行扫描、配准，并利用GIS软件进行小班界线矢量化和小班面积计算，形成二类调查小班矢量图，同时，将所有纸质小班调查卡片上的属性因子人工逐条录入excel电子表格，并对属性因子之间的逻辑关系进行检查和修改，形成二类调查小班属性表，然后，将二类调查小班矢量图与属性表通过小班号进行关联，生成二类调查小班数据库。最后，根据二类调查小班数据库生成各类图件、统计表和成果报告。

2.2 平板电脑调查模式

近年，随着平板电脑技术的迅速发展以及移动GIS的逐步成熟，具备有GPS定位导航、无线互联的移动智能设备(平板电脑、智能手机等)广泛应用于包括林业在内的各行各业，2018年湖北省启动全省第五次森林资源二类调查，为了简化工作流程、提高工作效率、确保工作进度和质量，湖北省林业调查规划院在严格遵循国家森林资源二类调查技术规定的基础上，基于平板电脑研发了一套森林资源调查系统(平板端)和森林资源管理系统(台式机端)，并在全省森林资源二类调查工作中推广应用，下面就利用平板电脑开展森林资源二类的相关支撑技术、技术思路、调查方法进行阐述。

(1)相关支撑技术概述。①平板电脑技术。平板电脑也叫便携式电脑(简称Tablet PC)，是一种小型、方便携带的个人电脑，以触摸屏作为基本的输入设备。它拥有的触摸屏(也称为数位板技术)允许用户通过触控笔或数字笔来进行作业而不是传统的键盘或鼠标[2,3]。目前市场上主要的平板电脑操作系统有：IOS、Android、Windows 8、Web OS、Kindle Touch等，本次二类调查所用的平板电脑操作系统是谷歌的Android。②移动GIS技术。移动GIS是建立在移动计算环境、有限处理能力的移动终端条件下，提供移动中的、分布式的、随遇性的移动地理信息服务的GIS，是一个集GIS、GPS、移动通信三大技术于一体的综合系统[4]。它通过GIS完成空间数据管理和分析，GPS进行定位和跟踪，利用移动设备完成数据获取功能，借助移动通信技术完成图形、文字、声音等数据的传输，是继桌面GIS、WEBGIS之后又一新的技术热点。它由客户端部分、服务器部分和数据源三部分组成，具有移动性、客户端多样性、服务实时性、数据资源分散、多样性以及信息载体的多样性等特点。主要应用于野外测量和外业数据采集等领域，目前在电力、国土、林业、农业、水利、环保、城管、物流、交通等各领域得以广泛应用。③3S技术。是遥感技术(Remote Sensing, RS)、地理信息系统(Geography Information System,GIS)和全球定位系统(Global Positioning Systeem,GPS)的统称，是空间技术、传感器技术、计算机技术、卫星导航定位技术和通讯技术相结合，多学科高度集成的对空问地理信息进行数据采集、数据处理、数据管理、空问分析、多方式表达、信息传播和应用的现代化信息技术[5]。

(2)技术路线。以县市区或者森林经营管理单位为主体，以在2016年林地变更调查小班数据库基础上完成地理国情小班数据库、公益林数据库以及其他专题数据库对接后的小班数据为基础，以遥感影像和经营档案资料为辅助，以“3S”技术为手段，利用平板电脑深入实地逐小班开展森林资源二类调查工作(见图1)。

图1 森林资源二类调查技术路线图

(3)调查方法。将调查单位的各级行政界线或经营区界线、遥感影像图、二类调查小班基础数据(含2 km×2 km四旁样地数据和蓄积量控制点数据)导入平板电脑的森林资源调查系统中，外业调查队员携带平板电脑和调查设备，利用森林资源调查系统对二类调查小班基础数据中的所有小班、四旁样地、蓄积量控制点进行核实、修改、调查，每到一个小班后，首先，利用平板电脑的GPS定位和导航功能，借助遥感影像，按照森林资源二类调查小班区划条件，结合现场地形地貌核对小班边界，如果小班边界与现场有出入，则实地利用平板电脑对该小班边界进行修改，否则直接开展属性因子的补充调查和信息录入，针对属性因子调查，森林资源调查系统控制了每个调查队员必须深入到所调查小班边界内开展调查，并且自动根据调查记录完成优势树种、树种组成、公顷蓄积、公顷株树、龄组、龄级、产期等因子的计算，完成小班边界核实修正和属性因子调查后，利用逻辑检查程序对小班属性因子进行逻辑错误检查并实地进行修改，在进行小班调查的同时，完成四旁树样地和蓄积量控制点调查，最后，将所有基于平板电脑的森林资源二类外业调查成果回收到湖北省森林资源管理系统(台式机端)，通过该系统进行汇总、统计和分析，并生产最终调查成果。

3 模式比较及优劣分析

为了进一步完善平板电脑调查模式，以期达到在全国推广应用，于是对传统调查模式与平板调查模式进行了对比分析(见表1)。

表1 森林资源二类调查传统模式与平板模式比较

3.1 优势分析

通过对传统调查模式与平板电脑调查模式的比较分析，研究发现平板电脑调查模式主要存在以下几个方面的优点：

(1)负重轻量化。采用平板电脑模式开展森林资源二类调查可以大量减轻调查人员的负重量，不需要像传统调查模式携带纸质调查地图、小班调查卡片、图筒、计算器、铅笔、橡皮擦、夹板等设备，只需要携带平板电脑、角规、围尺、皮尺就足够了，真正做到了轻装上阵。

(2)无纸化、电子化。以往，采用传统方法开展森林资源二类调查，调查人员需现场利用绘图笔在纸质调查底图上勾绘小班边界，然后逐小班进行调查，并现场填写纸质调查卡片，至整个调查任务结束，每个调查单位大约有5～10万份纸质小班卡片、上百份1∶10000比例尺的纸质底图。采用平板电脑模式，全调查过程实现无纸化，整个小班边界区划和小班卡片填写均在平板电脑上执行，所有调查数据完全实现电子化。

(3)实时验证、精度可控。平板电脑的调查系统内置了三种质量控制机制：调查点实地创建、属性因子逻辑检查、照片航迹。外业调查时，调查人员需实地创建小班调查点(角规点、样园点、样带点)，且平板电脑通过GPS控制调查人员必须在调查点30 m范围内调查，否则无法完成属性因子的记载和计算，同时，完成小班调查后，平板电脑限制调查人员必须现场进行属性因子逻辑检查和修改，确保每个调查小班的属性因子无逻辑错误，且符合实地，最后，还需现场拍照和采集航迹，有效的防止了调查人员偷工减料、弄虚作假，确保了整个调查项目的调查质量和精度。

(4)内、外业一体化。传统调查模式存在严格的内外业之分，整个工作分外业调查和内业整理汇总两个阶段进行，两者之间部分工作存在重复，比喻小班区划和属性因子填写，都需要外业纸质填写和内业转绘、转录，致使完成外业调查后还需要大量的时间进行内业整理，平板调查模式有效的规避了传统模式的不足之处，整个调查工作全程实现内、外业一体化，一旦外业调查工作结束，则标志整个调查工作基本结束，尤其是调查成果短时间内就可以产出，有效的减轻了调查人员的内业处理工作量，提高了工作效率。

(5)数据计算自动化。平板电脑的调查系统集成了材积表和林业相关计算公式，外业调查时，平板电脑自动根据调查记录计算优势树种、树种组成、每公顷蓄积、每公顷株数、平均胸径、平均树高、龄组、龄级、林地质量等级、小班面积等因子，同时，平板电脑还专门提供了推算计算方式，对于军事禁区以及人力所不能及的小班可以目测其相关主要因子，然后采用推算方式，查找所有已调查小班中与其林分结构类似的小班推算其相关计算因子，相较于传统方法可以大量减轻调查人员的工作量，同时，在提高调查效率的基础上也有效的保证了数据计算的准确性。

(6)辅助数据多元化。相较于传统模式，平板电脑可以将多种遥感影像数据、地形图、林地变更数据、公益林落界数据以及其它经营档案资料以不同的数据图层导入存放于其中，调查人员在进行小班区划时可以多图层叠加显示，作为参考数据辅助小班区划，既有利于提高小班边界区划的效率和准确性，又可以解决森林资源二类调查小班与其他专题数据不一致的问题，调查成果基本可以实现一图多用。

3.2 劣势分析

虽然，平板电脑调查模式相较于传统模式有比较明显的优点，但也存在一些缺点和不足，主要表现在以下几个方面：

(1)轻区划重调查。各项目组采用平板电脑开展调查前，将2016年林地变更调查小班数据库与地理国情小班数据库、公益林数据库以及其他专题数据库进行了对接，生成森林资源二类调查小班基础数据库，并导入到平板电脑中，对于小班区划，调查人员需要现场核对并修改，然后开展调查，由于受先入为主的因素影响，部分调查人员认为平板电脑中已有小班区划，主观上臆断区划是正确的，不需要实地核实修改，因此，直接开展小班调查，忽略了小班区划的核实修正，导致小班区划存在与实地不符情况出现。

(2)需定期备份调查数据。平板电脑属于电子产品，在一些不可预见的突发情况下，容易损坏和遗失，比如雨水浸泡、过热烧机、充电爆炸、被盗等，因此，采用平板电脑开展调查，需要有严谨的备份机制，要定期做好数据保存和备份工作，否则一旦平板电脑损坏或者遗失，将对整个调查工作造成无法估量的损失，需要调查人员重新逐个小班开展实地核实调查。

(3)调查时间受电池影响较大。平板电脑属高能耗产品，需要大容量电池来维持其正常运行，目前，市场上的平板电脑的自带电池一般只能连续使用6～8 h,但一般野外调查时间在11～12 h之间，因此，需要专门为平板电脑添置专用充电宝，否则，将因断电无法开展外业调查工作。

(4)平板性能制约工作效率。为了便于外业调查，调查人员在平板电脑中导入大量的辅助参考数据，如：地形图、影像图、行政界线、森林资源二类调查小班基础数据、各类经营档案资料等，数据量较大，图层加载较多，尤其是部分调查人员为了便于核实修改小班边界，对所有小班进行了属性标注，如果平板电脑的性能过低，容易造成其频繁死机，严重影响调查人员的情绪和工作效率。

4 结论

通过对传统调查模式和平板调查模式的比较，结合平板调查模式的优、劣势分析，平板电脑调查模式完全满足森林资源二类调查工作要求，能较好的完成森林资源二类调查，另外，其拓展了森林资源二类调查的工作方法，降低了外业工作人员的劳动强度，减轻了内业处理工作量，加速了调查成果的产出，可节省大量劳力和物力，同时，确保了调查成果的真实性和准确性。