九峰国家森林公园森林资源信息数字化建设
付甜 崔鸿侠 潘磊 王晓荣 庞宏东
摘 要：利用地理信息系统技术进行森林资源调查、管理及其动态变化监测，是现代森林资源管理中的一个重要方面。本文在对九峰国家森林公园进行野外踏查和本底调查的基础上，利用GIS和RS技术，对园内土地利用及森林资源进行区划，并实现森林资源的数字化，构建九峰国家森林公园森林资源信息数据库，为今后开展九峰森林资源管理决策方面的工作提供数据基础。
关键词：森林资源；资源信息；林地小班；数字化
中图分类号： S759.91文献标识码： A文章编号： 1004-3020（2016）02-0022-04
Abstract： Using geographic information system technology on forest resources investigation， monitoring， management and its dynamic change detection is an important aspect of modern forest management. In this study， the land use and forest resources of Jiufeng National Forest Park were regionalized and digitalized based on the field survey and background investigation by GIS and RS technology. The establishment of forest resource information database can provide the data base for forest resources management decisions on Jiufeng for the future work.
Key words：forest resources； resource information； forest patches； digitalization
九峰国家森林公园是武汉地区唯一的国家级森林公园，植被覆盖率已达85%以上。园内自然景观优美，野生动植物资源丰富，是武汉地区森林面积最大的绿色资源宝库。但是，九峰国家森林公园的森林资源一直未有系统地开展森林本底调查以及森林资源信息的数据集成和可视化工作。通过GIS手段实现森林资源信息的提取与数字化，并在此基础上建立资源信息数据库，可以方便快捷的提取到诸如树种、土地利用类型、资源分布状况，森林分类等一系列信息，为定性或定量的研究森林资源结构状况及其空间分布特征提供了可能性，也能作为森林资源管理决策的依据[1]。本研究的目的是在森林资源清查的基础上，利用GIS技术，构建九峰国家森林公园的森林资源信息数据平台，为实现森林资源的管理、分析和监测等后续研究提供基础。
1 研究区概况
九峰国家森林公园位于武汉市东郊，距武汉市中心约12 km，亚热带季风气候区，年平均气温16.7 ℃，日照充足，雨量适中。夏季高温期间，森林公园的温度较市区低于2～4 ℃。森林公园内森林资源丰富，据不完全统计现有鸟类60余种，维管束植物580多种，其中乔木200余种。现存面积较大的有栓皮栎Quercus variabilis、枫香Liquidambar formosana、小叶栎Q.chenii等落叶阔叶林；常绿阔叶林有青冈Cyclobalanopsis glauca、苦槠Castanopsis sclerophylla等；针叶林有马尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia lanceolata、湿地松Pinus elliottii等。引种有水杉Metasequoia glyptostroboides、银杏Ginkgo biloba、墨西哥落羽杉Taxodium mucronatum等珍贵树种。
2 材料与方法
本文在分析研究区概况和收集相关资料的基础上， 确定土地利用分类原则，通过制作数字高程模型、提取遥感图像信息，划分林地小班，并在2014～2015年在九峰国家森林公园进行了大量的实地调查，最终完成九峰森林公园森林资源的空间矢量化和信息数字化，得到该区域森林资源的空间分布专题图。工作流程见图1。
2.1 空间（图形）数据矢量化
（1）空间校正（地图投影）
在林地调查和区划小班之前，收集的基础材料包括： ①2013年7月～9月TM遥感影像、google earth影像（分辨率1.03m）； ②1：10000等高线地形图；③行政边界及用地权属图；④森林分类与经营的数据资料。这些数据来源不同，数据的特点差异较大，因此需要统一的地理基础以准确地反映地物地理位置与地理关系特征。整合基础数据时，在ArcGIS软件中利用Project 工具来实现已有的数字图形数据的地图投影（UTM），统一坐标系统（WGS84）；没有坐标投影信息的扫描图像则调用ArcGIS 模块中Geo referencing （影像配准功能）对扫描图进行校正， 使基础图件具备统一的空间坐标。
（2）基础地理信息采集
对林区的土地进行的自然地理区划。在进行各种资源调查以前，要先进行遥感影像的色标绘制和特殊地类调查，然后再进行小班区划。初期土地类型分为林地、苗圃、耕地、水域、荒地、墓地、裸岩、草地、建设用地等9个大类。调用ARCGIS模块中Editor（图形编辑功能），以九峰地区的地形图和行政图作为底图对研究区域的边界、道路以及小地名等线状、点状基础地理信息进行数字化采集，根据采集的数据特征按点、线、面分层，具体见表1。
（3）林地小班区划
划分林地小班的原则是每个小班内部的自然特征基本相同，与相邻小班又有显著差别。按照自然地理现状进行区划，一般包括以下内容[2，3]：①地类不同；②权属不同；③林种不同（ 二级林种）；④起源不同；⑤优势树种（组） 比例相差2成以上；⑥龄组不同，Ⅵ龄级一下相差一个龄级，大于Ⅵ龄级相差2个龄级；⑦郁闭度相差0.2以上；⑧立地类型（或林型）不同；⑨地位级不同、坡度级不同；⑩经营类型不同、经营措施不同。将九峰林地按照群落类型分为常绿针叶林、常绿阔叶林、落叶针叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、常绿落叶阔叶林、灌木林等7个类型。各类型按照起源、优势树种比例、坡度坡位等性质的不同进行细化，并依照具有统一空间坐标的外业调查清绘地图中林地斑块的地理信息进行采集。完成矢量编辑形成面层后， 在属性表中建立相关权属字段（小班号）， 字段的属性为数字型[4]。
2.2 属性数据录入
调查数据采用关系型数据库， 每个小班调查卡片为数据库中的一条记录，林地小班卡片的属性字段设计有地点、群落名称、树种组成、乔木层优势树种、林种、土地类型、总盖度、腐殖质层、枯落物厚度等主要字段。具体见表2。小班调查数据经输入、检查、修改，建成小班调查因子数据库和样地调查数据库。为实现属性库与图形库的联接， 对应于林地小班图形库中的Link属性字段， 在小班数据库中增加Link 属性字段小班号， 具体数值需与林地小班图形数据库相同且唯一。
2.3 数据联接
在森林资源信息的获取和矢量化处理之后，就已经初步建立了森林资源的内部属性库以及空间数据的数据库。其后可以在ArcGIS软件中通过“JOIN”功能来实现空间数据库与森林资源内部属性库的连接。
3 制图结果与分析
地图制图是建立在已有数据的基础上，使用GIS平台进行制图。ArcGIS的点线面符号渲染方式，通过绑定字段值即属性数据的方式进行渲染，可以自定义设置图层要素的符号、颜色等，给不同属性的线划林班界、小班界、道路等指定不同的线型和颜色， 为不同意义的小班赋予不同的填充图案、显示标注和颜色等[5]。已有的属性数据库中的属性字段均可生成相应的专题地图，九峰国家森林公园森林类型分布图（图2）。
此研究区域内，现有林地约483.52 hm2。其中，以马尾松纯林为主的常绿针叶林面积最大最广，园内各主峰均有分布，面积约216.56 hm2，占现有林地的44.79%；其次是优势树种为枫香、栓皮栎和马尾松为主的针阔混交林，面积约156.06 hm2，占现有林地的32.28%；另有灌木54.78 hm2、落叶阔叶林27.11 hm2、常绿落叶阔叶林22.72 hm2、常绿阔叶林4.83 hm2和落叶针叶林1.46 hm2，分别占现有林地的11.33%，5.61%，4.70%，1.00%和0.30%。
4 结论与讨论
森林资源信息的数字化可以为森林资源的动态监测提供实时准确的更新数据，能够帮助林业工作者实现数据可视化、空间分析与综合应用等工作，满足森林资源精细化管理和领导决策多维性的需求[6]。
目前，本研究已完成九峰森林公园的基础森林资源的信息化，但还缺乏对森林资源的定量分析，在后续的研究中，可对九峰森林资源的空间分布及景观结构进行进一步分析。另一方面，仅有树种、年龄、直径和树高等调查只能满足了解森林资源基本信息的需要，还有必要对森林资源变化进行监测，主要是土地利用、林地管理和与森林环境变化有关的定期监视。
参 考 文 献
[1] 张跃明，李鹏，陈吉林，等. 以GIS为基础的森林资源信息的制图方法研究[J]. 内蒙古林业调查设计，2009，32（5）：105-107.
[1]刘星宇. 对森林资源调查中合理区划小班的探讨[J]. 林业勘查设计，2011，159（3）：9-10.
[2]曹建斌，胡宏. 二类调查外业工作探讨[J]. 甘肃科技，2012，28（8）：157-156.
[3]万晓会. 面向对象的森林资源数据库的设计与实现[J].林业勘察设计（福建），2013（1）：56-60.
[4]王国荣，赖长鸿，谢云，等. 基于ARCGIS在森林分类区划中的制图探索[J].四川林业科技，2009，30（4）：78-81.
[5]夏朝宗，熊利亚，杨为民，等. 石林县森林资源管理信息系统的研建与应用[J]. 北京林业大学学报，2004，26（3）：24-29.
[6]郭建斌，刘颖，游先祥. 基于“3S”技术的鹫峰森林公园立地分类及制图研究[J]. 安徽农业科学，2009，37（32）：16167-16170.
（责任编辑：郑京津）
摘 要：利用地理信息系统技术进行森林资源调查、管理及其动态变化监测，是现代森林资源管理中的一个重要方面。本文在对九峰国家森林公园进行野外踏查和本底调查的基础上，利用GIS和RS技术，对园内土地利用及森林资源进行区划，并实现森林资源的数字化，构建九峰国家森林公园森林资源信息数据库，为今后开展九峰森林资源管理决策方面的工作提供数据基础。
关键词：森林资源；资源信息；林地小班；数字化
中图分类号： S759.91文献标识码： A文章编号： 1004-3020（2016）02-0022-04
Abstract： Using geographic information system technology on forest resources investigation， monitoring， management and its dynamic change detection is an important aspect of modern forest management. In this study， the land use and forest resources of Jiufeng National Forest Park were regionalized and digitalized based on the field survey and background investigation by GIS and RS technology. The establishment of forest resource information database can provide the data base for forest resources management decisions on Jiufeng for the future work.
Key words：forest resources； resource information； forest patches； digitalization
九峰国家森林公园是武汉地区唯一的国家级森林公园，植被覆盖率已达85%以上。园内自然景观优美，野生动植物资源丰富，是武汉地区森林面积最大的绿色资源宝库。但是，九峰国家森林公园的森林资源一直未有系统地开展森林本底调查以及森林资源信息的数据集成和可视化工作。通过GIS手段实现森林资源信息的提取与数字化，并在此基础上建立资源信息数据库，可以方便快捷的提取到诸如树种、土地利用类型、资源分布状况，森林分类等一系列信息，为定性或定量的研究森林资源结构状况及其空间分布特征提供了可能性，也能作为森林资源管理决策的依据[1]。本研究的目的是在森林资源清查的基础上，利用GIS技术，构建九峰国家森林公园的森林资源信息数据平台，为实现森林资源的管理、分析和监测等后续研究提供基础。
1 研究区概况
九峰国家森林公园位于武汉市东郊，距武汉市中心约12 km，亚热带季风气候区，年平均气温16.7 ℃，日照充足，雨量适中。夏季高温期间，森林公园的温度较市区低于2～4 ℃。森林公园内森林资源丰富，据不完全统计现有鸟类60余种，维管束植物580多种，其中乔木200余种。现存面积较大的有栓皮栎Quercus variabilis、枫香Liquidambar formosana、小叶栎Q.chenii等落叶阔叶林；常绿阔叶林有青冈Cyclobalanopsis glauca、苦槠Castanopsis sclerophylla等；针叶林有马尾松Pinus massoniana、杉木Cunninghamia lanceolata、湿地松Pinus elliottii等。引种有水杉Metasequoia glyptostroboides、银杏Ginkgo biloba、墨西哥落羽杉Taxodium mucronatum等珍贵树种。
2 材料与方法
本文在分析研究区概况和收集相关资料的基础上， 确定土地利用分类原则，通过制作数字高程模型、提取遥感图像信息，划分林地小班，并在2014～2015年在九峰国家森林公园进行了大量的实地调查，最终完成九峰森林公园森林资源的空间矢量化和信息数字化，得到该区域森林资源的空间分布专题图。工作流程见图1。
2.1 空间（图形）数据矢量化
（1）空间校正（地图投影）
在林地调查和区划小班之前，收集的基础材料包括： ①2013年7月～9月TM遥感影像、google earth影像（分辨率1.03m）； ②1：10000等高线地形图；③行政边界及用地权属图；④森林分类与经营的数据资料。这些数据来源不同，数据的特点差异较大，因此需要统一的地理基础以准确地反映地物地理位置与地理关系特征。整合基础数据时，在ArcGIS软件中利用Project 工具来实现已有的数字图形数据的地图投影（UTM），统一坐标系统（WGS84）；没有坐标投影信息的扫描图像则调用ArcGIS 模块中Geo referencing （影像配准功能）对扫描图进行校正， 使基础图件具备统一的空间坐标。
（2）基础地理信息采集
对林区的土地进行的自然地理区划。在进行各种资源调查以前，要先进行遥感影像的色标绘制和特殊地类调查，然后再进行小班区划。初期土地类型分为林地、苗圃、耕地、水域、荒地、墓地、裸岩、草地、建设用地等9个大类。调用ARCGIS模块中Editor（图形编辑功能），以九峰地区的地形图和行政图作为底图对研究区域的边界、道路以及小地名等线状、点状基础地理信息进行数字化采集，根据采集的数据特征按点、线、面分层，具体见表1。
（3）林地小班区划
划分林地小班的原则是每个小班内部的自然特征基本相同，与相邻小班又有显著差别。按照自然地理现状进行区划，一般包括以下内容[2，3]：①地类不同；②权属不同；③林种不同（ 二级林种）；④起源不同；⑤优势树种（组） 比例相差2成以上；⑥龄组不同，Ⅵ龄级一下相差一个龄级，大于Ⅵ龄级相差2个龄级；⑦郁闭度相差0.2以上；⑧立地类型（或林型）不同；⑨地位级不同、坡度级不同；⑩经营类型不同、经营措施不同。将九峰林地按照群落类型分为常绿针叶林、常绿阔叶林、落叶针叶林、落叶阔叶林、针阔混交林、常绿落叶阔叶林、灌木林等7个类型。各类型按照起源、优势树种比例、坡度坡位等性质的不同进行细化，并依照具有统一空间坐标的外业调查清绘地图中林地斑块的地理信息进行采集。完成矢量编辑形成面层后， 在属性表中建立相关权属字段（小班号）， 字段的属性为数字型[4]。
2.2 属性数据录入
调查数据采用关系型数据库， 每个小班调查卡片为数据库中的一条记录，林地小班卡片的属性字段设计有地点、群落名称、树种组成、乔木层优势树种、林种、土地类型、总盖度、腐殖质层、枯落物厚度等主要字段。具体见表2。小班调查数据经输入、检查、修改，建成小班调查因子数据库和样地调查数据库。为实现属性库与图形库的联接， 对应于林地小班图形库中的Link属性字段， 在小班数据库中增加Link 属性字段小班号， 具体数值需与林地小班图形数据库相同且唯一。
2.3 数据联接
在森林资源信息的获取和矢量化处理之后，就已经初步建立了森林资源的内部属性库以及空间数据的数据库。其后可以在ArcGIS软件中通过“JOIN”功能来实现空间数据库与森林资源内部属性库的连接。
3 制图结果与分析
地图制图是建立在已有数据的基础上，使用GIS平台进行制图。ArcGIS的点线面符号渲染方式，通过绑定字段值即属性数据的方式进行渲染，可以自定义设置图层要素的符号、颜色等，给不同属性的线划林班界、小班界、道路等指定不同的线型和颜色， 为不同意义的小班赋予不同的填充图案、显示标注和颜色等[5]。已有的属性数据库中的属性字段均可生成相应的专题地图，九峰国家森林公园森林类型分布图（图2）。
此研究区域内，现有林地约483.52 hm2。其中，以马尾松纯林为主的常绿针叶林面积最大最广，园内各主峰均有分布，面积约216.56 hm2，占现有林地的44.79%；其次是优势树种为枫香、栓皮栎和马尾松为主的针阔混交林，面积约156.06 hm2，占现有林地的32.28%；另有灌木54.78 hm2、落叶阔叶林27.11 hm2、常绿落叶阔叶林22.72 hm2、常绿阔叶林4.83 hm2和落叶针叶林1.46 hm2，分别占现有林地的11.33%，5.61%，4.70%，1.00%和0.30%。
4 结论与讨论
森林资源信息的数字化可以为森林资源的动态监测提供实时准确的更新数据，能够帮助林业工作者实现数据可视化、空间分析与综合应用等工作，满足森林资源精细化管理和领导决策多维性的需求[6]。
目前，本研究已完成九峰森林公园的基础森林资源的信息化，但还缺乏对森林资源的定量分析，在后续的研究中，可对九峰森林资源的空间分布及景观结构进行进一步分析。另一方面，仅有树种、年龄、直径和树高等调查只能满足了解森林资源基本信息的需要，还有必要对森林资源变化进行监测，主要是土地利用、林地管理和与森林环境变化有关的定期监视。
参 考 文 献
[1] 张跃明，李鹏，陈吉林，等. 以GIS为基础的森林资源信息的制图方法研究[J]. 内蒙古林业调查设计，2009，32（5）：105-107.
[1]刘星宇. 对森林资源调查中合理区划小班的探讨[J]. 林业勘查设计，2011，159（3）：9-10.
[2]曹建斌，胡宏. 二类调查外业工作探讨[J]. 甘肃科技，2012，28（8）：157-156.
[3]万晓会. 面向对象的森林资源数据库的设计与实现[J].林业勘察设计（福建），2013（1）：56-60.
[4]王国荣，赖长鸿，谢云，等. 基于ARCGIS在森林分类区划中的制图探索[J].四川林业科技，2009，30（4）：78-81.
[5]夏朝宗，熊利亚，杨为民，等. 石林县森林资源管理信息系统的研建与应用[J]. 北京林业大学学报，2004，26（3）：24-29.
[6]郭建斌，刘颖，游先祥. 基于“3S”技术的鹫峰森林公园立地分类及制图研究[J]. 安徽农业科学，2009，37（32）：16167-16170.
（责任编辑：郑京津）
