1.引言
計(jì)算機(jī)技術(shù)是當(dāng)代三大高新技術(shù)之一，隨著以電子計(jì)算機(jī)為中心的地理信息系統(tǒng)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅速發(fā)展，以其為技術(shù)手段的森林資源綜合管理的可操作性越來越明顯，展示了廣闊的發(fā)展前景。利用地理信息系統(tǒng)，可以做到以林班、林場(chǎng)、林業(yè)局、地區(qū)及全省為單位的森林分類經(jīng)營(yíng)管理，能夠做到分類更為科學(xué)、更為客觀，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)及林業(yè)管理部門、生產(chǎn)部門的林業(yè)經(jīng)營(yíng)決策提供更及時(shí)、更準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為科學(xué)合理地經(jīng)營(yíng)管理，為實(shí)現(xiàn)森林資源的持續(xù)發(fā)展和分類經(jīng)營(yíng)提供依據(jù)。
2.研究區(qū)概況
哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)位于新疆博樂市和溫泉縣北部，地處天山北麓中段。地理坐標(biāo)介于東經(jīng)81°21′-82°20′，北緯45°07′-45°19′之間，東西長(zhǎng)約70千米，南北寬約20千米。氣候?qū)贉貛Т箨懶愿珊禋夂騾^(qū)，呈現(xiàn)夏季溫涼短暫，冬季溫長(zhǎng)寒冷的特點(diǎn)。年均降水量400-600毫米，降雪量占全年降水量的20%左右，高山積雪是河流徑流的主要來源。林場(chǎng)土壤垂直差異明顯,自上而下分布有高山原始石質(zhì)堆積物，高山草甸土，亞高山草甸土，灰褐色森林土和山地黑鈣土等土類。森林植被垂直帶譜明顯，自下而上，海拔1100-1500米，陰坡為森林草原帶，主要樹種有云杉、天山樺，下木有天山花揪、忍冬、繡線菊等，地被物以苔草為主；陽坡為干旱草原帶，主要有蒿類和禾本科雜草。海拔1500-2600米，陰坡為以天山云杉為主的森林帶，林下灌木較少；陽坡為灌叢草原及草原帶。2600-2800米，為稀疏的云杉林和云杉懸崖林。海拔2800-3500米為高山草甸帶及墊狀植帶。3500米以上為高山石礫帶。林場(chǎng)植物群落分布極具特點(diǎn)，其中云杉較耐蔭，淺根性，在溝底及坡下部多與樺木、楊類混生，海拔較低處的谷底溪旁有樺木純林分布；林下灌木常見的有忍冬、小蘗、爬地柏、兔兒條、茶庶子等；草本層以根系發(fā)達(dá)的各種苔草、禾本科草類為主；林內(nèi)蘚類層較微弱。
3.研究方法
3.1技術(shù)路線
本次研究主要是在哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)原有的圖班上加以修正和補(bǔ)判。具體過程主要是先對(duì)已有資料進(jìn)行了收集和整理，同時(shí)通過野外調(diào)查獲得解譯標(biāo)志，然后將處理后的遙感影像和矢量數(shù)據(jù)導(dǎo)入SuperMapDeskpro2003中進(jìn)行配準(zhǔn)、矢量化、屬性的錄入以及專題地圖的制作和輸出等過程實(shí)現(xiàn)哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)森林資源分類經(jīng)營(yíng)區(qū)劃。
3.2資料收集與整理
3.2.1原始資料收集
通過購買獲得哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)的分辨率為15米的ASTER衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，從網(wǎng)上下載公開的分辨率為15米的ETM衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)。從林業(yè)部門獲取1:10萬的博州地形圖、溫泉地形圖、溫泉行政區(qū)劃圖、博樂行政區(qū)劃圖、溫泉縣資源分布圖、博樂市資源分布圖等Mapgis文件格式的電子地圖。
3.2.2野外調(diào)查
利用筆記本電腦、衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和GPS全球衛(wèi)星定位儀結(jié)合1:10萬博州地形圖、溫泉地形圖，利用GPS記錄下所走的路線和航點(diǎn)，并根據(jù)所拍攝的實(shí)地照片，建立一系列不同樹種、同一樹種不同蓋度、同一樹種在不同區(qū)域的衛(wèi)星影像解譯標(biāo)志。形成并建立衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)和地面實(shí)況的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。
3.2.3數(shù)據(jù)預(yù)處理
運(yùn)用ERDAS軟件對(duì)ASTER遙感影像進(jìn)行圖像配準(zhǔn)，圖像鑲嵌，圖像增強(qiáng)，格式轉(zhuǎn)換等預(yù)處理．首先通過圖像配準(zhǔn)（ImageGeometricCorrection）將含有幾何畸變和比例尺差異的原始遙感影像，以ETM遙感影像為參考，通過一種數(shù)學(xué)變換，生成與實(shí)際地理坐標(biāo)相符的新的遙感影像。經(jīng)過圖像配準(zhǔn)的數(shù)字化遙感影像，均為一幅幅具有相同比例尺和實(shí)際地理坐標(biāo)的影像圖。這些影像圖互相之間都存在著部分的重疊，通過圖像鑲嵌（MosaicImages）將相鄰影像圖相互間的重疊部分去掉。然后通過圖像增強(qiáng)（SpatialEnhancement、SpectralEnhancement等）突出遙感影像中的森林資源信息，使遙感影像中不同樹種的特征得以強(qiáng)調(diào)，使遙感影像變得清晰，提高圖像的可解譯性。最后將增強(qiáng)后的遙感影像經(jīng)過格式轉(zhuǎn)換（Import）轉(zhuǎn)存為SuperMapDeskpro2003可以識(shí)別的柵格數(shù)據(jù)格式如：TIF格式。由于SuperMapDeskpro2003對(duì)已有的MAPGIS文件格式的電子地圖不能直接進(jìn)行操做，所以首先利用MAPGIS軟件將收集到的電子地圖中有關(guān)哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)的小班號(hào)層、林班號(hào)層、標(biāo)注層、河流層、公路層、林班界層、林場(chǎng)界層、小班面層等轉(zhuǎn)換成SuperMapDeskpro2003中所能操作的格式。如：E00。
3.3數(shù)據(jù)采集與輸入
3.3.1工作空間和數(shù)據(jù)源的建立
在SuperMapDeskpro2003中，工作空間是用于管理用戶的工作環(huán)境，即用戶在工作環(huán)境和工作過程中操作和處理的所有數(shù)據(jù)，包括數(shù)據(jù)源、布局和資源等內(nèi)容，因此新建工作空間是進(jìn)行空間數(shù)據(jù)處理的第一步工作。數(shù)據(jù)源是存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)的場(chǎng)所，是用來管理各種類型的數(shù)據(jù)集（如點(diǎn)、線、面類型數(shù)據(jù)、TIN、Grid、NetWork）的復(fù)合數(shù)據(jù)集[1]。在SuperMapDeskpro2003中空間數(shù)據(jù)存放于數(shù)據(jù)源中，任何對(duì)空間數(shù)據(jù)的操作都需要先打開或者獲得數(shù)據(jù)源。因此在導(dǎo)入遙感影像和矢量數(shù)據(jù)之前首先要?jiǎng)?chuàng)建數(shù)據(jù)源，在創(chuàng)建數(shù)據(jù)源時(shí)尤其要注意的是新建投影坐標(biāo)系，要根據(jù)制圖用途、比例尺、研究區(qū)域形狀和大小來選擇其坐標(biāo)系，此次研究所采用坐標(biāo)系為“UTMWGS1984，44Zone”。
3.3.2導(dǎo)入矢量、柵格數(shù)據(jù)集
數(shù)據(jù)集(Dataset)是一組數(shù)據(jù)對(duì)象的集合，相當(dāng)于通常的圖層。在SuperMapDeskpro2003中有十五種類型的數(shù)據(jù)集，如:點(diǎn)數(shù)據(jù)集，線數(shù)據(jù)集，多邊形數(shù)據(jù)集,TIN數(shù)據(jù)集,GRID數(shù)據(jù)集、復(fù)合數(shù)據(jù)集、NetWork數(shù)據(jù)集、文本數(shù)據(jù)集等，添加至地圖后即成為圖層[1]。將E00復(fù)合數(shù)據(jù)集導(dǎo)入后換成SuperMapDeskpro2003所支持的河流、公路、林場(chǎng)界、林班界、小班面等點(diǎn)、線、面矢量數(shù)據(jù)集，遙感影像數(shù)據(jù)直接導(dǎo)入即可。
3.3.3修改矢量數(shù)據(jù)表結(jié)構(gòu)
SuperMapDeskpro2003是以關(guān)系數(shù)據(jù)庫儲(chǔ)存各類要素的空間信息和屬性信息,要素的每個(gè)對(duì)象在表中體現(xiàn)為一條記錄，其屬性特征體現(xiàn)為字段。本研究由于已有的小班數(shù)據(jù)的屬性表結(jié)構(gòu)不統(tǒng)一，共有兩種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，所以為了保證數(shù)據(jù)庫最小的數(shù)據(jù)冗余以及較為方便的操作和數(shù)據(jù)派生，同時(shí)為了操作的可行性與方便必須將原有的表和字段進(jìn)行規(guī)范化處理。由于SuperMapDeskpro2003不支持多字段多記錄創(chuàng)建專題圖，所以在修改表結(jié)構(gòu)時(shí)給用于制作專題圖的數(shù)據(jù)集添加了一個(gè)“制圖”字段。
3.3.4遙感影像與矢量數(shù)據(jù)配準(zhǔn)
由于已有矢量數(shù)據(jù)地理坐標(biāo)上有一定的誤差，所以以導(dǎo)入的ASTER衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)作為參考圖層對(duì)已有矢量數(shù)據(jù)進(jìn)行配準(zhǔn)。SuperMapDeskpro2003中可以對(duì)所有數(shù)據(jù)集集體配準(zhǔn)，因此在配準(zhǔn)第一個(gè)圖層時(shí)將控制點(diǎn)保存，然后用“批量配準(zhǔn)矢量數(shù)據(jù)”的方法對(duì)其他的數(shù)據(jù)集配準(zhǔn)。矢量圖配準(zhǔn)精度與地面控制點(diǎn)的精度、數(shù)量、分布有關(guān)，因此在配準(zhǔn)矢量數(shù)據(jù)集時(shí)主要選擇比較明顯的點(diǎn)，精度較高的控制點(diǎn)比如河流的交叉點(diǎn)，控制點(diǎn)個(gè)數(shù)是四個(gè)，盡可能保證均勻分布。
3.3.5地圖矢量化與屬性數(shù)據(jù)輸入
由于本次研究主要是在哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)原有的圖班上加入補(bǔ)判的圖班，所以直接在原有的小班數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行驗(yàn)證、追加補(bǔ)判。但為了后期比較原有小班和現(xiàn)有小班的變化，采取“數(shù)據(jù)集復(fù)制”方法復(fù)制一個(gè)具有相同分布特征和字段的數(shù)據(jù)集，命名為“新小班”，補(bǔ)判和修改都是在這個(gè)數(shù)據(jù)集中進(jìn)行的。SuperMapDeskpro2003中對(duì)于圖班鄰接面處理采用對(duì)象自動(dòng)分割的方法，大大減小了工作量。在矢量化的同時(shí)，與野外調(diào)查中所作的解譯標(biāo)志對(duì)比，對(duì)原有的小班不對(duì)的屬性值進(jìn)行修改，對(duì)新增的圖班直接進(jìn)行目視判譯，并輸入各字段的屬性值。新增圖班按照從上到下從左到右輸入林班號(hào)、小班號(hào)。
3.4屬性字段到文本數(shù)據(jù)集的轉(zhuǎn)換
SuperMapDeskpro2003中具有“字段到文本數(shù)據(jù)集”功能，可以用這個(gè)功能將新增的圖班的林班號(hào)、小班號(hào)字段轉(zhuǎn)成文本數(shù)據(jù)集，同時(shí)還可以自行設(shè)定文本風(fēng)格，以及設(shè)定文本對(duì)象與原地圖對(duì)象的相對(duì)位置[3]。為了減少冗余數(shù)據(jù)集，將轉(zhuǎn)換出來的新林班號(hào)、小班號(hào)文本數(shù)據(jù)集追加到原有的林班號(hào)、小班號(hào)文本數(shù)據(jù)集中。
3.5地圖的制作和輸出
3.5.1專題圖的制作
專題圖是指使用各種圖形風(fēng)格(例如顏色或填充模式)圖形化地顯示地圖的基礎(chǔ)信息,某特征的一類地圖。SuperMapDeskpro2003為用戶提供了單值專題圖、范圍分段專題圖、等級(jí)符號(hào)專題圖、點(diǎn)密度填充圖、統(tǒng)計(jì)專題圖、標(biāo)簽專題圖、自定義專題圖等七種專題圖以供選擇，此項(xiàng)研究采用單值專題圖制作出了哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)森林資源分布圖和哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)生態(tài)區(qū)位圖。SuperMapDeskpro2003的符號(hào)庫提供的圖例符號(hào)非常有限，其中沒有疏林地的圖例符號(hào)可以通過“填充編輯器”來設(shè)計(jì)制作。
3.5.2地圖輸出
在布局窗口中新建布局，選擇合適比例尺繪制當(dāng)前窗口地圖，然后分別創(chuàng)建圖例、比例尺，圖名等圖外要素，對(duì)其進(jìn)行合理的圖面配置，即完成地圖創(chuàng)作過程。在布局窗口中選擇打印當(dāng)前布局窗口將已經(jīng)創(chuàng)建的哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)森林資源分布圖和哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)生態(tài)區(qū)位圖通過打印機(jī)輸出，如果是要脫離SuperMapDeskpro2003打印專題圖可以以柵格方式輸出，最后通過Photoshop進(jìn)行出圖。
3.6統(tǒng)計(jì)分析
應(yīng)用GIS進(jìn)行面積的量算必須搞好數(shù)據(jù)質(zhì)量控制，數(shù)據(jù)質(zhì)量控制應(yīng)貫穿在整個(gè)數(shù)據(jù)生產(chǎn)和處理的各個(gè)環(huán)節(jié)中，在數(shù)據(jù)檢查完成的基礎(chǔ)上，方可進(jìn)行面積的量算[4]。在SuperMapDeskpro2003中,面積的量算十分容易，利用“SQL查詢”和“字段統(tǒng)計(jì)”統(tǒng)計(jì)出不同地類SmArea字段的和，即為各地類小班的總面積。經(jīng)過GIS求得的面積還不是最后確定的面積，為了保證面積的精度，面積量算應(yīng)以圖幅的理論面積為基本控制，按照區(qū)劃系統(tǒng)在規(guī)定的容許限差內(nèi)逐級(jí)進(jìn)行平差。哈日?qǐng)D熱格林場(chǎng)森林資源分類經(jīng)營(yíng)區(qū)劃統(tǒng)計(jì)結(jié)果為全林場(chǎng)公益林135100648.83m2；其中國家公益林111700491.83m2，占林場(chǎng)公益林總面積的82.68%；山區(qū)國有公益林23401210.00m2，占林場(chǎng)公益林總面積的17.32%。
4.結(jié)束語
在本項(xiàng)目中，通過采用了和以往傳統(tǒng)的森林資源分類經(jīng)營(yíng)區(qū)劃不同的調(diào)查方法和技術(shù)手段，采用GIS技術(shù)來完成森林資源分類經(jīng)營(yíng)區(qū)劃項(xiàng)目，提高制圖速度、縮短內(nèi)業(yè)時(shí)間，提高專題調(diào)查的效率，提高制作經(jīng)營(yíng)決策方案的效率，而且使整個(gè)項(xiàng)目的各個(gè)環(huán)節(jié)更加便于檢查、修改。采用傳統(tǒng)方法完成這項(xiàng)研究需要花費(fèi)幾年的時(shí)間、耗費(fèi)大量資金，現(xiàn)在采用GIS技術(shù)，只需幾個(gè)月時(shí)間。利用GIS技術(shù)進(jìn)行森林資源分類經(jīng)營(yíng)區(qū)劃使林業(yè)經(jīng)營(yíng)管理更趨科學(xué)化。采用該技術(shù)將空間數(shù)據(jù)作為不可缺少的因素與屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析，改變單一屬性數(shù)據(jù)分析的缺陷，使制作的決策方案更加合理，對(duì)林業(yè)森林資源的空間屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理，一旦資源發(fā)生變更，即刻對(duì)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，從而準(zhǔn)確掌握資源的狀況，做出有效的決策，為經(jīng)營(yíng)方案準(zhǔn)確有效的實(shí)施奠定基礎(chǔ)。