ArcGIS和PDA在山杏种质资源库管理中的应用情况

刘本玉

(辽宁省喀左县森林病虫害防治检疫站,辽宁 喀左 123000)

1 与国内外同类研究和技术的比较

目前,ArcGIS和平板PDA在国内外林业系统的应用日渐增多,各种调查因子诸如林木使用权、林地所有权、土层厚度、林班、小班、坡度、坡向、树种、林种、树高、直径、林龄等,都有采用ArcGIS软件进行统计分析和使用平板PDA调查和的用例,但皆因存在精度不是很高的问题,故难以满足林木良种基地特别是种质资源库等高端项目的要求条件[1-3]。为了提升喀左县山杏良种基地和国家林木种质资源库的综合管理技术水平,保障档案等技术数据的安全性、可靠性和精准度,实现节本增效和提高功效目标,完成了ArcGIS和PDA在林木种质资源库和良种基地管理中的应用技术,具有新颖性、先进性、适用性以及可复制、可推广性,相关技术体系业已成熟[4-5]。

例如,过去我们采用的网格纸实况图在林木良种基地和种质资源库外业调查中,常因其页幅过大原因造成携带不便,给外业调查带来困惑,如果遇有下雨刮风天气则无法使用,同时还有易受水、火灾害和鼠害等致命不足；改进后的Excel表格实况图,虽说可打印成纸质文件并置于合宜的垫板上以方便外业调查时使用或携带,但依然存在明显短板,即该实况图只能作为查找不同的山杏良种植株时使用,且较为耗时；尤其是这种传统的调查记录方法需要手工填写实地调查数据和粗略计算结果。显而易见,这种传统老旧调查记录方式非但不精准,而且效率低、速度慢,给内业电脑录入带来压力,很难保证不会出现错误,费力、耗时不说,且给科研成果的准确度带来负面影响。上述缺点和不足,唯有借助技术创新方能加以改变。从与国内外现有技法进行比较表明：本项研究采用ArcGIS软件系统结合平板PDA,既可在外业中随时记录调查数据、进行精准定位和查找,进而实现山杏良种基地和种质资源库内每株良种树的精准定位,相当于赋予每株良种树以一张“电子身份证”,实现内、外业和档案数据的无缝链接,同时又可无笔、无纸作业,精准可靠、节能环保、安全无虞。

“ArcGIS和PDA在山杏种质资源库管理中的应用”技术的应用,对加快精准林业和数字林业建设步伐、加速相关领域管理体系和管理能力的现代化进程具有重要意义。

2 在山杏良种基地和种质资源库管理中的应用情况

2.1 ArcGIS应用情况

实现了用ArcGIS软件进行档案数据的处理,可编辑项目区的道路、配水管路、功能区布局规划、资源配置植株图谱、标桩、蓄水池等。

在ArcGIS软件上具体使用时,航拍的底图分辨率达到 5 cm左右,把图层比例放大即可清晰看见山杏植株的状态,很容易精确勾绘出每株山杏的位置。在进行数据属性录入时纵横坐标值利用软件自动计算,种质资源的特征、性状、树体、习性、物候、调查数据等每株资源的所有档案信息数据利用人工录入,采用Excel表格批量录入数据。

2.2 平板PDA应用情况

本应用所使用的是带有RTK功能的PDA产品,软件采用星瑞源“资源宝”GIS移动操作系统,集成GIS、RS、卫星定位和网络通信技术,支持北斗、GPS、GLONASS全星座接收,堪称移动“互联网+”数据采集之神器,能轻松加载各类高分辨率遥感影像、地形图和资源分布图,加载海量GIS数据,并可接入多种外部差分源,实现厘米级的精准定位,实时显示高精度动态导航定位轨迹。可快速进行点线面数据采集,具有音频、视频、照片等强大的多媒体采集功能。

2.2.1 在试验基地内的具体应用。PDA主要用于外业调查上,ArcGIS内业数据可通过桌面软件转换成PDA格式的数据。外业调查数据通过PDA录入,大大提高了记录速度。PDA外业调查数据可以直接导出ArcGIS格式文件,使用ArcGIS软件进行编辑存储以及用 Excel直接打开文件提取数据整理存档即可。

对于在调查技术规程里有代码的调查因子,如树体、枝、叶、花、果、果核、果仁等的描述,皆可选择“列表单选”方式填写记录,这样采用PDA进行外业调查时只需手指点击选择即可完成调查因子的输入。

2.2.2 在异地种质资源调查收集中的应用。先在PDA中新建一个“调查工程”,异地调查数据是用点图层来记录调查收集资源坐标、资源描述等信息的,调查轨迹可直接在软件里进行记录而不需要另建图层。

在调查过程中,优树确定后需要采集信息和录入数据。优树定点采用GPS模式确定,定点时PDA一定要靠近树干部位以增加位置信息的精确度,完成定点后调查数据则需要边测量边录入。

调查结束后数据导出ArcGIS格式文件,一是在ArcGIS软件中进行整理存储；二是直接用Excel表格打开文件进行整理、汇总、统计等,最后进入档案管理信息系统。另外可把调查过程中记录的轨迹导出成ArcGIS格式文件实现永久保存,利用桌面软件把导出的轨迹文件转换成PDA格式的线图层文件,再逆向导入到PDA调查工程里,以后即使更换其他从未去过调查地的人员,亦可按照轨迹线层文件导航找到调查母树。因为PDA的线图层即便是在没有路的山地上也有路线引导,该路线是和初始调查人员所走过的路线相同,这要比其它导航软件更精准。

3 技术推广情况

本项实用技术以其自身所具有的实用性、新颖性、独到性、开创性以及可复制和可推广性,展现出广阔的推广应用前景,适合应用于高等级林木种植资源库、林木良种基地等的精准化管理实践中。截止《国家林业局关于公布第二批国家林木种质资源库的通知》全国共批设国家级林木种质资源库99处,不同等级的林木良种基地更不胜数,这些高投入的大项目,无一不需要附加“精准”“安全”“有序”“高效”等条件。本项目的研制恰好契合了这种管理能力和管理体系现代化之发展大势,应用前景无限光明。另外,本项目尚可供大农业领域其它行业稍加改造直接“拿来”应用,相应地,其成效亦将伴随应用空间的拓展而呈指数级显现。

2016年以来,先后有沈阳农业大学林学院、喀左县林业种苗管理站等5家单位,分别在、喀左县山杏良种基地、喀左县山杏国家林木种质资源保存库国家林业和辽宁省草原局(喀左)林业长期科研基地等8个项目中应用本项技术,累计应用面积达837.7万hm2,涉及林木良种株数3420份,应用绩效皆获满意评价。本研究项目的大面积推广应用,较好地解决了林业项目的精准度难题以及科研档案的安全性问题,对加速林木良种的研究和可持续推广具有现实意义[6]。

保守估计,本项目应用在投资上千万的相关项目时,每年至少可节省研究经费100万元强。现已成功选育出通过省级审定的山杏新品种4个,迄今已在本地获得大面积推广,每年可增加收入720万元。在外业调查、数据记录等方面,相对于传统纸质材料至少提高工作效率10倍以上。