森林资源“多库合一”管理和更新业务平台研建与实践探讨——以内蒙古大兴安岭重点国有林区为例

高金萍,高显连,杜 彬,赵炳柱,陈晓明,郭旭亮,明海军,于慧娜

(1.国家林业和草原局调查规划设计院,北京 100714；2.内蒙古大兴安岭重点国有林管理局,内蒙古 牙克石 022150；3.内蒙古大兴安岭森林调查规划院,内蒙古 牙克石 022150)

0 引言

我国地方林业部门在多年的调查监测、林地年度变更、公益林管理以及年度生产经营作业工作中产生了丰富的森林资源数据,如森林资源规划设计调查(简称二类调查)成果、林地年度变更成果、公益林管理数据、造林(抚育)作业验收成果等。这些数据管理对象都是森林资源小班。实际工作中,由于工作目标、技术标准不同及历史原因等,同一森林资源小班,出现“两层皮”、“三层皮”,多套数据库并存现象,给日常森林资源管理工作带来困扰。此外,由于传统的森林资源档案更新数据与森林资源现状数据脱节,森林资源调查成果得不到及时更新,现势性越来越差,3～5年后往往无法发挥其价值。2019年起,国家森林资源管理部门将林地一张图扩展为森林资源管理一张图,要求东北内蒙古重点国有林区充分利用2016—2018年二类调查成果,先行开展森林资源管理一张图建设。这意味着传统的静态、分散的多库管理方式已远远不能满足管理需求,需要加速整合现存的多套森林资源业务数据,开展森林资源更新关键技术研究,真正实现森林资源动态化管理。从文献资料[1-3]上看,有少数地区,如福建、山西等,开始探索森林资源一张图更新的有效方法和技术。

内蒙古大兴安岭重点国有林区是东北内蒙古五大重点国有林区之一,借助2016—2018年完成新一轮二类调查契机,整合分散管理的森林资源业务数据,建立起一套适应森林资源管理一张图建设新形势、新要求的森林资源数据管理和更新业务平台,从源头解决长期存在的森林资源数据“多层皮”、“多套数”互相打架以及数据更新难题。

1 平台建设目标和内容

1.1 建设目标

以东北内蒙古重点国有林区森林资源管理一张图为服务目标,以内蒙古大兴安岭重点国有林区为示范区,通过森林资源“多库合一”管理和更新业务平台建设,实现森林资源“多库合一”有效融合和森林资源“一张图”、“一套数”管理和更新；有效提升森林资源调查成果现势性和精度；在一个森林经理周期内,实现对森林资源数据管理、林地变更管理、公益林管理及档案更新等各项森林资源管理业务的有力支撑。

1.2 建设内容

1) 森林资源“多库合一”数据融合和基准库建设。以2016—2018年森林资源调查本底为基础,将这3年林地变更、公益林调整、经营作业、林分自然生长产生的林地和资源变化数据更新进来,形成2018年森林资源“多库合一”基准数据库。“多库合一”基准数据库并非林地数据、资源数据和公益林数据等在逻辑上的简单关联,而是在物理上、内涵上的整合和统一。

2) 研建森林资源“多库合一”管理和更新业务平台,围绕森林资源管理一张图建设目标,辅助开展森林资源调查成果管理、林地变更管理、国家公益林管理,以及森林经营作业设计和年度档案更新等森林资源管理业务。伴随着这些业务流程,实现森林资源数据从本底获取(二类调查)、变化采集(年度经营作业),到年度更新(档案更新)全流程的变化管理。

2 主要技术路线

研究内蒙古大兴安岭国有林区森林资源“多库合一”技术方法,重点开展主要技术指标(面积、地类、林种、森林类别等)差异分析和衔接协同,融合形成兼顾国有林区历史区划和林地保护利用规划要求的森林资源一张图数据库,并通过森林资源“多库合一”管理和更新业务平台开展森林资源管理、林地管理、公益林管理等多方面业务工作的同时,实现森林资源数据从本底调查—年度变化采集—数据更新的闭环流动和循环。其技术路线如图1所示。

图1 森林资源“多库合一”管理和更新业务平台建设技术路线Fig.1 The Business Platform of " Multi-databases into One" Management and Update for Forest Resources

3 森林资源“多库合一”物理数据库设计和实现

3.1 基于时空GIS的小班生命周期管理模型

森林资源小班是一个随时间变化的空间对象:从二类调查区划之日起小班被创建,随着造林、采伐等日常生产经营活动,发生空间形状或林地、林分属性的变化。基于时空GIS的小班生命周期管理模型,将小班的生命全过程分为两类状态,即基态和修正态。小班新创建时空间和属性状态为其基态(即本底数据库),每个年度生产经营变化后的更新结果属于其修正态(年度更新成果)。这种更新模式持续下去,直到本轮森林经理期结束,重新开展新一轮二类调查。

按照该模型的小班生命周期管理模式,内蒙古大兴安岭国有林区2018年完成为期3年的二类调查,建立了2018年森林资源“多库合一”数据库,即小班基态数据库。2019年根据补充核(调)查以及经营作业变化更新得到2019年森林资源“多库合一”数据库,即2019年修正态数据库。2020年、2021年……依次往复,直到新一轮二类调查启动,原有小班生命周期结束,新的小班生命周期开始。小班生命周期管理模式如图2所示。

图2 森林资源“多库合一”小班数据库生命周期管理Fig.2“Multi-database into One” database lifecycle management

3.2 森林资源“多库”现状分析

分析内蒙古大兴安岭国有林区主要森林资源数据库建设和更新现状及数据库主要内容,为森林资源“多库合一”数据库设计、标准化整合奠定基础。具体情况如表1所示。

表1 主要森林资源数据库建设现状分析Tab.1 Analysis of the construction status of main forest resource database

3.3 森林资源“多库合一”数据库体系架构设计

森林资源“多库合一”数据库分为国有林区和林业局两级。林业局级“多库合一”数据库是基础,由二类调查成果数据、林地变更数据、公益林区划成果数据融合而成,每年通过经营作业数据、补充核(调)查数据和生长模型进行更新；国有林区级“多库合一”数据库由林业局级数据库汇集而成。数据库体系结构如图3所示。

图3 数据库两级体系架构Fig.3 Database two-level architecture

3.4 森林资源“多库合一”数据库内容设计

梳理森林资源二类调查、公益林、林地等多套数据库因子划分标准、编码体系及物理结构的异同,提出“多库合一”建设方案。原则上保留各库独有字段；相同的字段根据所属业务优先级保留1个；字段内涵相同但存在编码规则、字段长度等差异的,根据内在逻辑关系通过技术手段兼顾三者需求。关键因子(字段)设计的具体内容如表2所示。

表2 森林资源“多库合一”数据库内容设计Tab.2 “Multi-database into One” database content design

3.5 “多库合一”数据标准化整合和建库流程

梳理森林资源多套业务数据现状以及逻辑关系,根据数据采集、更新等先后顺序及继承关系,确定效率高、技术难度小的标准化整合流程,并完成了统一到2018年底时间节点的森林资源“多库合一”数据标准化整合建库。标准化整合建库流程如图4所示。

图4 数据标准化整合和建库流程Fig.4 Standardization integration and database building process of data

4 森林资源“多库合一”管理和更新业务平台建设和实施

基于大型GIS空间管理技术和C/S架构建立“森工—林业局”两级森林资源“多库合一”管理和更新业务平台,实现对“多库合一”后森林资源数据统一管理和更新,为内蒙古大兴安岭林区森林资源管理一张图提供现代化管理工具。

4.1 功能框架

森林资源“多库合一”管理和更新业务平台功能框架如图5所示。从功能模块来看,提供林地年度变更、公益林管理、森林资源管理以及档案管理等森林资源核心业务管理功能；从数据流看,该平台通过各项森林资源管理业务的实施,实现了“多库合一”后森林资源数据库的统一管理和森林资源数据的全面更新。

图5 森林资源“多库合一”管理和更新业务平台功能框架Fig.5 Functional framework of business platform for “Multi-database into One” database

4.2 林地因子变更管理

根据林地变更的技术规程要求,实现林地变更管理业务,提供对林地数据更新、林地数据的查询、专题分析以及统计分析。具体功能如表3所示。

表3 林地因子变更管理Tab.3 Forest land factor change management

4.3 公益林因子调整和管理

按照《国家级公益林管理办法》(1)国家林业局、财政部.国家级公益林管理办法.2017.要求,开展国家级公益林管理及统计分析。具体功能如表4所示。

表4 公益林因子调整和管理Tab.4 Adjustment and management of ecological protection forest

4.4 森林资源因子管理

根据内蒙古大兴安岭森林资源调查成果和档案更新管理要求,开展森林资源本底数据、档案数据和现状数据管理。具体功能如表5所示。

表5 森林资源档案管理和更新Tab.5 Management and update of forest resource

4.5 森林资源“多库合一”档案更新

档案更新包括基于模型的自然生长更新、基于经营活动的更新和补充核(调)查更新3种形式。在当地森林资源管理部门的支持下,将档案管理的要求从单纯的属性变档提升到“小班图形和属性同步变档”,从工作机制上保障了档案更新图形属性的一体化。

1) 基于经营活动的数据更新。

基于经营活动的数据更新实现森林抚育(采伐)、营造林、征收占用等林业生产经营活动导致的森林资源数据更新。经营活动数据获取实质是森林资源变化数据采集的过程,主要依托基层林业局森林资源三类调查作业设计系统,在开展森林抚育(采伐)、营造林、征收占用等经营活动同时,同步采集森林资源变化数据。基于经营活动的数据更新如图6所示。

图6 基于经营活动的数据更新Fig.6 Updates based on business activities

2) 基于模型的自然生长更新。

对没有人为活动或没受到灾害影响的森林资源数据,根据本地区林分生长模型自动更新资源数据。生长模型分地区和树种,参数采用开放式接口,可以适应模型的升级和参数变化。基于模型的自然生长更新如图7所示。

图7 基于模型的自然生长更新Fig.7 Natural growth updates based on the model

3) 基于补充核(调)查结果的更新。

以上两种情形不能包含所有的资源变化状况,有可能还会因为滥砍盗伐、破坏林地,雪灾、火灾、虫灾(病虫害)等自然灾害造成森林资源变化,需要通过补充核(调)查来采集变化数据,实现批量更新。补充核(调)查变化数据采集界面如图8所示。

图8 补充核(调)查变化数据采集界面Fig.8 Collection interface for supplementary survey

5 主要成果

1) 理论成果。基于内蒙古大兴安岭国有林区森林资源数据特点,率先在国内提出森林资源“多库合一”融合形成森林资源管理一张图技术方法,并应用基于时空GIS的小班生命周期模型开展森林资源数据更新。该理论成果成功应用于内蒙古大兴安岭国有林区森林资源一张图建设和年度更新工作,实践性强、有较好的推广应用价值。

2) 实践成果。通过森林资源“多库合一”工作,建成内蒙古大兴安岭2018年森林资源管理一张图数据库及业务支撑平台,实现该地区森林资源数据统一管理,支撑近3年来各项森林资源管理和更新业务顺利、高效开展。

6 结论和讨论

6.1 结论

本文通过森林资源“多库合一”数据库和软件平台建设,彻底解决了困扰内蒙古大兴安岭国有林区多年的森林资源业务数据“多套库”不协调、不一致及更新难题。国家森林资源“一张图、一套数”指导思想在该国有林区率先落地,森林资源数据管理进入动态管理新阶段,为该地区森林资源管理一张图工作提供了高效、实用的智能化工作平台。该平台针对性强、普适性好,可为东北内蒙古其他几个重点国有林区,乃至全国其他地区森林资源管理一张图建设提供行之有效的借鉴和经验。

6.2 讨论

1) 本文的小班生命周期管理模式适用于近两年刚完成森林资源普查(如二类调查等)的地区,不适用于近几年未开展调查的地区。 2) 森林资源数据的动态更新,需要精准的生产经营活动数据支撑。贯彻落实“林业信息化带动林业现代化”发展理念,大力提升基层林业部门调查装备的现代化水平,是有效解决源头数据采集难的治本之道。3) 自然生长更新成果质量取决于模型精度,需大力加强林业基础数表修编、主要树种生长模型优化等基础性工作。