基于GIS的县级森林病虫害信息系统设计与应用探讨

朱仲云

摘要    本文基于GIS技术，结合工作实践和理论学习，设计了一套县级森林病虫害信息系统，并对系统的设计环境以及系统架构、功能设计方法进行了详细叙述。本文所介绍的县级森林病虫害信息系统具有可行性，不仅充分发挥了GIS技术的优势，也能对森林病虫害的发展趋势进行跟踪监测，值得推广应用。

关键词    GIS技术;县级森林病虫害信息系统;系统架构;系统功能

中圖分类号    S763        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2020）09-0124-02                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

森林资源在现代生态系统中占据着举足轻重的地位，在改善生态环境、维持物种多样性中具有重要作用。但是，当前森林一直遭受病虫害威胁，根据多年来的调查结果显示，由病虫害造成的直接损失达到数百万元，所以必须要立足于现代信息技术寻找治理森林病虫害的新路径[1]。

1    系统环境设计

在本文所介绍的县级森林病虫害信息系统中，系统环境设计具体包括以下几点。一是系统硬件平台。考虑到县级单位的使用要求，对硬件的要求相对较低，所以设计的硬盘位40 G以上、内存超过256 M的微机即可。二是操作系统平台。以Windows系统为操作平台，满足Windows XP、2007等系统的操作要求。三是数据库平台。平台采用Access 2000以上的版本，各种输出报表采用Office 2003以上的版本。

2    系统架构设计

2.1    系统结构设计

在本次系统结构设计期间，遵照一般系统的关系结构概念，采用“自上而下，逐层展开”的结构设计原则，强调不同模块之间的功能耦合。同时，考虑到县级单位对GIS系统的应用要求，除了必要的人机界面外，还应该具有基础数据管理、查询模块、数据编辑等功能，并能与国家森林病虫害防治体系相连接，确保整个系统的功能满足预期。因此，系统结构设计采用了典型的垂直化功能设计模式，在GIS县级森林病虫害信息系统平台的基础上，将功能细分为专家知识库模块、预测数据模块、数据输出模块、上传国家软件模块、数据管理模块等。

2.2    数据库设计

数据库是整个地理信息系统的核心，由于应用目的存在差异性，会导致数据库的组织方式不同。在本文的数据库设计中，采用空间数据库模式用来展示空间实体的位置、分布特征、大小等基本数据，符合森林病虫害管理的标准。因此，考虑到县级单位的需求，使用“级别到村”的行政区域划分，数据格式为Shapefile，其中的关键内容包括：①核心数据，是指森林资源分布数据，通过调查县级单位森林资源的分布情况，形成闭合的空间分布图;②行政区域划分数据，指县级行政区域划分情况，坐标系统采用了WGS1984模式，闭合面状为shp;③基础地理数据，是指GIS系统采集到的各种数据，包括河流、森林、丘陵、病虫害分布等;④栅格数据，栅格数据能够明确各种要素的分布情况，在外业调查期间能够帮助用户更好地了解自身所在的位置。

3    系统功能设计

3.1    基础数据管理模块

空间数据管理体现了用户对系统功能的使用情况，其中的关键数据管理内容包括以下几点。①地图文档数据管理。地图文档管理包括文档的打开、编辑、数据管理以及数据保存等基本操作，同时也可以根据功能要求来选择林业区域的空间划分与基础地理数据等。②数据导入与导出。是指将GIS采集到的野外数据输入到系统中。③空间数据浏览。对数据对象的各项空间数据管理过程进行控制，包括空间信息的放大缩小、前后视图与漫游等基本图形操作[2]。④图层合并。能够将2个图层的区域合并一起，达到地形叠加与地图输入的目的。

3.2    数据录入模块

县级森林病虫害管理必须要遵照“预防为主，综合治理”的原则，所以在基于GIS的系统设计中，可以按照病虫害防治的基本要求，各个监测站及时发送与病虫害有关的信息，并提出防治意见，为病虫害的防治提供相应的数据支持。在模块功能界定中，通过GIS确定目标地区的边界之后，由测报员、监测员来汇总调查数据，并按时上报各种数据资料，包括月报、季度报表或者年度报表等。同时在本文系统设计中，添加1个Access数据库，数据库中包含了各种详细的数据处理资料，包括目标地区调查表、成虫出现记录、森林病虫情况以及虫害防治资料等。例如，可以在每年3—4月幼虫活动期以及10月左右的越冬前期来统计森林的病虫害情况。

3.3    数据查询模块

数据查询模块的功能就是要显示各种病虫害的处理信息，并为管理层决策提供相应的数据支持，其中的关键功能包括：①属性数据查询模块，在数据查询阶段，用户可以设定的查询条件可以是一个或者多个，当用户提出相应的查询标准之后，系统能够自动匹配数据库中的资料，并将数据导入到病虫害防治的数据表中;②属性图查询，该功能实现了从属性到空间的数据处理，用户在系统的支持下能够直接选择对目标区域进行数据处理，包括数据查询、数据输入等，或者在病虫害发生之后直接在软件上更改相关数据。

3.4    病虫害预测模块

森林病虫害的发生具有一定的规律，所以在系统设计上为了更好地满足基于GIS的病虫害系统处理要求，本文在软件设计中采用了有效积温法。该方法重点考虑了害虫生长时期的各个因素，在了解氣候变化的基础上来预测病虫害的发生时间，其中的计算关系式为：

N=K/（T-C）

式中，N为害虫生长所需要的时间;T为病虫发育期间温度;K是常数，表示总积温指标;C为最低有效温度，单位为 ℃。

在模块设计中，可以按照上述方法来对病虫害的发生时期进行预测，并结合GIS系统所采集的资料，对森林病虫害的发生、发展作进一步预测。

3.5    上传数据模块

按照我国的相关管理规定，森林病虫害数据都应该统一上传到国家林业局，方便国家深入了解病虫害发生情况。因此，在功能模块设计中，需要在数据预处理的基础上来明确数据的传输过程[3]。在功能模块设计上，其中的基本步骤为：采集县级森林病虫害的GIS数据→筛选病虫种类并做好小班记录→筛选发生病虫害的面积，并根据种类分类处理→生成病虫害发生的资料→上传数据[4]。

一般在县级病虫害调查期间，需要将调查任务下发到具体的乡镇，因而在数据处理过程中，首先就需要对多个乡镇的数据进行合并，这样才能获得详细的病虫害发生资料。

4    实例分析

在按照上述方法构建基于GIS的县级森林病虫害系统之后，用户通过人机交互界面登录系统，此时系统与GIS系统一样，设置图层管理窗口、鹰眼窗口、工具栏等。系统按月统计森林病虫害数据，并将每月的调查结果输入到本月数据库中，设置“shp”图层，每个图层都是每次的调查结果，图层名称设计为“2019.X.XX”。在记录时间的基础上，设置关键词，组成为“乡代码+村代码+林班号+小班号+有害生物代码”的模式，这样保证数据库中存在不同的记录。

之后在图片编辑环节，可以直接按照图层的病虫害分布情况形成GIS图像。根据GIS图像分布，可以直接了解病虫害情况，在用鼠标点击相应的区域之后，会直接提供与病虫害有关的标签，包括病虫害的信息、小班号、林班号等，使相关人员能够实时了解森林病虫害变化情况。同时，为了强化效果，在GIS的病虫害分布上还可以通过地理信息符号的方法来调整表达方法，例如通过丰富的地图符号与视觉标量来展示地理信息，降低工作人员分析数据的难度。

5    结语

本文介绍了基于GIS的县级森林病虫害信息系统，从实例结果可以判断，本文所介绍的系统具有理想的应用效果，能够清晰展示森林病虫害情况，具有先进性，因而应该成为未来森林病虫害管理的首选方法。

6    参考文献

[1] 桑开军.GIS技术林业应用实践研究[J].绿色科技，2019（19）：121-122.

[2] 刘继洲.林业生态环境建设中的森林病虫害防治策略[J].吉林农业，2019（18）：100.

[3] 李浩，郑恒宇，陈学永.无人机遥感技术在森林病虫害监测中的应用[J].南方农机，2019，50（17）：55.

[4] 张淑梅.黑龙江垦区森林病虫害管理信息系统构建及应用研究[D].哈尔滨：东北林业大学，2009.