地理信息系统_GIS_在林业上的应用及发展趋势.pdf

第29卷第3期吉林林业科技Vol129No132000年6月J I L I N FORESTRY SC IENCE AND TECHNOLOGYJun12000文章编号:1005-7129(2000)03-0001-04地理信息系统(GIS)在林业上的应用及发展趋势王宪成(吉林省林业科学研究院,吉林 长春130031)摘要:通过对地理信息系统概念及功能、产生背景及发展过程的介绍,指出GIS作为一项具有强大生命力的高新技术在林业上应用的广泛性和必要性,并对其有待解决的问题及发展趋势进行了论述。关键词:地理信息系统;林业应用;发展趋势中图分类号:F3261299文献标识码:AApplication of GIS on Forestry and ItsDeveloping TendencyWAN G Xian-cheng(Jilin Province A cademy of Forestry Science,Changchun 130031,China)Abstract:The universality and necessity of application of GIS,a new high technologicalmethodw ith strong vitality,on forestry was introduced in this paper on basis of introduction of concept,function,formation background and developing process of GIS.M eanwhile the existing problem sand developing tendency were discussed.Key words:GIS;application;forestry;developing tendency收稿日期:2000-03-23作者简介:王宪成(1945-),男,山东黄县人,研究员,东北林业大学博士生导师,主要从事森林生态和森林经营研究 1目前,吉林省正处在一个新的发展阶段。依靠科技振兴发展林业,已势在必行。现仅就地理信息系统在林业上的应用及其发展前景概述如下,以供学术交流和各级领导决策参考。1地理信息系统(GIS)概念及功能地理信息系统(Geographic InformationSystem,简称GIS)属于信息技术范畴,是一种应用前景十分广阔的高新技术。111狭义地理信息系统是一个具有多种功能的计算机软件系统,是建立在统一地理坐标基础上利用地学模型分析空间数据,对地理环境与自然资源的信息进行管理的空间信息系1 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/统。利用GIS可以对环境与资源的动态变化进行预测、预报,从而实现为工农业生产、国民经济建设和国防军事等部门服务的目的。112广义11211描述地理信息系统的地球表面空间分布事物的地理数据,包括属性数据和空间数据。11212管理与分析地理数据的软件,如基于矢量的地理信息系统和基于栅格的地理信息系统。11213输入、存储、处理和输出地理信息数据的硬件,如工作站、各类微型计算机、数字化仪、扫描仪等。11214使用地理信息系统的机构和人。2 GIS的产生与发展目前,世界上常用的GIS软件已达400多 种。国 外 较 著 名 的 有ARC?I N FO,GENAMA P等;国内较著名的有MA P?GIS,Geostar等。GIS起步晚,发展快,至今已成功地应用到100多个领域。1960年美国科学家诺基尔汤姆林逊(Roger F.Tom linson)博士首先提出了要把地图变成数字形式的地图,以便利用计算机处理和分析,这个新颖的思想导致了地理信息系统的诞生。1965年,W1L1 国瑞森(Garrison)在一次会议上第一次提出了“地理信息系统”这个术语。概括起来,GIS从产生到发展,大体经历如下4个阶段:211起步阶段自1960年形成地理信息系统创意思想起,到1971年加拿大土地管理局开发出第一个地理信息系统。人们的关注点主要集中在GIS是什么,它能够干什么这方面。当时的一些学术会议围绕地理信息系统这方面的问题展开了广泛的探索和研讨。此期间出现了基于栅格数据格式的GIS及基于矢量数据的GIS。但此时的地理信息系统功能简单,存储地理信息能力小,操作和使用不方便,图形缺乏交互功能,对地图输入错误不能及时改正。212地理信息系统的发展阶段70年代,西方国家环境保护运动的兴起,致使各国政府迫切需要应用地理信息系统解决自然资源开发、环境保护及国土规划等领域存在的问题,为地理信息系统的广泛应用和发展提供了机遇,各级政府及相关部门成为GIS的主要用户或潜在用户。这个时期,计算机的发展为地理信息的管理、分析和处理提供了强有利的硬件支持。地图交互编辑技术得到应用,地图数字化过程可以通过屏幕监视。但由于地理数据的复杂性,地图输入仍然是个瓶颈问题。213地理信息系统理论、方法和技术趋向成熟阶段80年代,地理信息系统的数据处理能力,空间分析功能,人机交互对话、地图的输入、编辑和输出技术均有了较大发展。人们对地理信息系统有了更为广泛和深入的了解和认识,一些计算机公司开始向用户介绍和展示地理信息系统,越来越多的专业杂志发表地理信息系统方面应用和方法的文章。计算机硬件技术的、软件开发工具的广泛应用和数据库技术的推广,对地理信息系统的成熟起到推动作用。特别是80年代后期,以工作站为平台的地理信息系统日益发展,出现了一大批作为商品的地理信息系统软件。这些软件为用户提供了良好的用户界面和多种数据格式转换的接口,有的GIS软件还可以在计算机网络上使用,并可用作2次开发。214地理信息系统作为高技术产品广泛应用阶段自90年代起,地理信息系统已经成为支持 多种硬件平台的高技术产品,并利用W indow s开发工具与多媒体技术,为用户提供了多窗口环境与更为良好用户界面。目前,地理信息系统已经在如下领域有着广泛的应用:21411在自然资源管理方面。GIS被用于资2 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/源分布、统计、查询,在资源评价与预测、资源合理开发利用、自然资源动态管理及监测等方面广为利用。21412在国土整治及生态建设方面。GIS被用于国土资源调查、国土开发、国土规划,在景观生态结构、生态演替模拟、生态评价等景观生态管理方面发挥着较好的作用。21413在土地及房地产管理方面。发达国家GIS被广泛用于房地产评估、土地类型划分、土地信息查询、土地利用评价、土地开发规划、土地承载力分析、土地税收和房地产动态管理。21414在市政工程及城市管理方面。一些国家已将GIS广泛用于交通规划、公共设施布局、地下管网管理及小区规划。此外,地理信息系统还在社会治安、消防、运输、商业网点、通讯、环境保护、石油、气象、水利、地质、农业及林业等领域得到广泛应用。3GIS在林业上的应用前景地理信息系统做为一项具有广泛应用前景和强大生命力的高新技术,在我国,特别是在林业建设方面,起步较晚,方兴未艾。我国研制、开发和应用地理信息系统,始于80年代末。北京大学、北京师范大学、中科院等一些单位,于80年代末、90年代初,在这些方面做了大量卓有成效的研究开发工作,为我国GIS奠定了坚实的基础。90年代初,我国林业科研单位,高等院校为GIS在林业上的应用,起到了率先垂范的作用。如中国林科院结合林业特点研制开发了自己的GIS软件,林业部规划院、北京林业大学也在应用地理信息系统方面取得了可喜的成绩。目前,一个广泛应用GIS的工作正在全国林业科研、教学、管理、生产等部门悄然兴起。我们相信,通过地理信息系统的广为传播和应用,必将会推动我国林业建设开创新局面、跃上新台阶。从发展前景上看,地理信息系统必将在如下林业建设方面广为应用,并发挥划时代的作用。311森林资源信息管理各地、各林业局、各林场森林面积,森林蓄积,森林类型,林种分布,树种结构,林龄结构及变动情况等,过去只能从森林资源档案数据库中了解情况,应用地理信息系统可以做到图上动态管理和监测,从而可以做到更真实、更直观地把握森林资源的状况及变化。312森林分类经营管理利用地理信息系统,可以做到以林班、林场、林业局、地区及全省为单位的森林分类经营管理,能够做到分类更为科学、更为客观,为各级领导及林业管理部门、生产部门提供可操作的森林分类经营方案及科学依据。313天然林保护工程管理实施天然林保护工程,“两类三划分”必须要落实到可操作的地块,并可进行动态管理。只有利用地理信息系统才能真正做到科学经营管理,否则很难将天然林保护工程各项工作落到实处。314森林限额采伐管理应用地理信息系统,可以清楚地把握各地、各林业局及林场,乃至各林班、小班的森林资源状况,下达森林采伐限额指标可做到有的放矢。同时,可以确定各小班的森林经营及采伐方式,实现以小班为单位的动态经营管理。315更新造林管理通过建立地理信息系统,能够在立地评价和树种选择基础上,做到适地、适树、适品种、适方式,搞好更新造林规划,指导科学造林。316林业用地信息管理我省林业用地约占全省国土面积的5119%,可开发利用的潜力很大。但至今为止,林业用地的管理还较为粗放。利用地理信息系统,可以做到有效地管理林业部门的3 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/土地资源,实现对林业用地的权属、利用情况及开发前景动态管理。317森林病虫鼠害监测及控制应用地理信息系统,可以实现对森林病害、虫害、鼠害发生规律、分布状况及控制程度动态监测及跟踪管理,能够克服工作的盲目性和被动性,做到心中有数,防治工作及时。318森林防火监测及动态管理可通过建立应用地理信息系统,对省、地、县森林防火系统进行动态监测和管理。国家林业局林业规划院于90年代就研制出了“林火管理”地理信息系统。目前,我省森林防火办也着手构建全省森林防火GIS系统。该系统的建立,必将会大大提高我省的森林防火现代化管理水平,并产生巨大社会效益和经济效益。此外,地理信息必将还会在野生动物管理、林区综合开发管理、林政管理、林区人口管理及林区建设管理方面发挥难以估量的作用。4GIS技术的发展趋势自60年代地理信息系统产生以来,GIS技术和产业得到蓬勃发展。当前和今后一个时期,GIS技术将在以下几个方面得到进一步完善和发展。411地理数据采集自动化41111地形图和专题图输入自动化国外发达国家(如美国、加拿大)在这方面研究已经取得很大进展,并已进入实用阶段。其原理是利用扫描数字化仪(Scanneror Xcan digitizer)对地形图和其它专题图进行扫描,依据模数转换原理将图形转换为离散的数字量,实现图形数字化。采用扫描仪自动输入地图可以大大降低手工地图输入强度,但自动输入处理工作量非常大。如对扫描仪生成的地图数据进行边界跟踪,识别符号注记,曲线交叉、间断等方面的处理给地图输入自动化带来一些难题。41112遥感图象专题内容的自动解译这项工作是将卫星和飞机扫描得到的光学图象或数字图象,由计算机自动解译为数字地图。这是当前各国在“3S”技术应用方面的一个研究热点。美国和北约在科索沃战争中将数字地图应用于飞机导航,轰炸南斯拉夫的大量数据表明,其自动解译水平已经达到了相当高的精度。遥感图象专题内容的自动解译工程量大、涉及领域广,目前除军事上取得较好的效果外,在其它方面的应用还仅是初步的。如在抽取光谱特征、形状特征、纹理特征及高程信息等方面,还有很多问题有待进一步研究解决。412地理信息的智能化人工智能技术在各个领域用于解决复杂问题,实现GIS智能化也将成为今后一个时期的追求目标。从发展趋势上看,地理信息系统智能化将主要集中在地学知识获取与表达、地学知识库与管理、推理机开发等3个方面的研究上。能否找到一种完全适合地学知识获取和方法,如何实现地学知识宝库象关系数据库一样的操作,怎样摸拟地学专家解决问题的思维过程和方法构造符合地学要求的推理机,这都将成为GIS智能化的关键。近些年来,有人正在进行把神精网络的方法引进GIS智能化的探索,以提高GIS的应变能力。413地理信息系统共享与网络化目前,各国乃至各部门拥有的地理信息系统五花八门,还不能做到信息共享。随着计算机局域网和远程网的发展,以及“信息高速公路”的开通,必将要实现一个区域、一个国家至世界各地信息系统的网络化。进而可以及时快速从各地地理信息库中获取资源、环境和经济信息,实现地理信息的共享。为此,必须制定统一的数据规范标准和相应的编码体系,采用通用数据交换格式,解决分布式地理数据库接口技术。414用户界面友好化(下转第22页)4 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/3成果总结研究及推广通过施工范例中C13砼在加入炉渣前后的情况来看,加入炉渣后砼的12h强度(拆模强度)比原来降低了1215%;7d强度比原来提高了311%。由此可知,加入炉渣7 d以后强度是完成可以达到设计标号。但12 h拆模强度与48 h的扣板强度都有所下降,这对施工进度有不利因素。虽然施工时已加入5%的M S-F早强减水剂,但是施工时气温较低时(12),加炉渣砼强度的增长速度不能满足施工进度要求,气温愈低愈明显。为提高加磨沸腾炉渣砼早期强度(648 h),尚需研究或寻找一种对提高早期强度有明显效果的早强剂,特别是提高648 h内早期强度尤为重要。表4砼抗压强度单位:M pa标号材料用量kg?m3(标养)抗压强度M pa水泥砂砾石炉渣LNC-?型外加剂水7d28d90dC203182686236091323131088715910159170175141915162314241125172717C253573005935801319130696819311188170175161116172915301733133416C3039833452751513541341108919513126170175201421123612361941184311总结C13砼施工范例,其有利因素有:a1提高了砼的和易性。b1 提高了砼的吸水性,解决了砼墙面表面积大、吸水性差造成砼不易养生的难题。c1 降低了水泥用量进而降低了成本造价。不利因素是由于C13砼标号低而造成早期强度不能完全适应施工要求。在较高强度级别的墙体砼中,应用这项成果就可以克服早期强度低的弱点。而其提高和易性改善养生条件,降低成本的优点会表现的更加突出。如果这种加磨细炉渣砼新技术推广应用到C20以上砼中,不仅会收到良好的经济效益,而且有利于环境保护。(上接第4页)在全球范围内,地理信息系统正在以前所未有的速度发展,越来越多的用户加入到使用地理信息行列。这就要求未来的GIS界面更加友好、更加方便用户。多媒体技术必将在实现GIS用户界面友好化方面发挥更大的作用。多媒体技术是一种界面技术,随着计算机的进一步发展,大容量光盘的广泛应用及多媒体专用芯片的生产,多媒体技术必将在地理信息系统中广为应用,使GIS界面技术向着更加接近人的自然方式发展,实现人与GIS系统在自然方式下更加友好地交流。除上述外,GIS还将会在“3S”结合方面,在数据、图面及其它信息动态管理,以及综合评价与模拟预测、空间查询与分析等方面得到进一步完善和发展。可以预言,21世纪将是GIS大发展的时期。作为一种现代化工具,GIS必将在各个领域、各个部门得到广泛地应用。22 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http:/