聶 雄 ，石軍南 ，羅 鵬 ，唐小明 ，王振華 ，何 斌

（1.中南林業(yè)科技大學(xué)，湖南 長沙 410004；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所，北京 100091；3.湖南省益陽市南縣林業(yè)局，湖南 益陽 413200；4.湖南省益陽市資陽區(qū)林業(yè)局，湖南 益陽 413000）

林地資源更新是森林資源更新的重要組成部分。隨著我國林地“一張圖”建設(shè)的完成[1]以及現(xiàn)有的森林資源調(diào)查更新體系時效性太差，為了保持林地“一張圖”的現(xiàn)勢性和拓展現(xiàn)有森林資源調(diào)查體系，國家啟動了林地年度變更調(diào)查工作[2]。林地年度變更是貫徹落實國務(wù)院審議通過的《全國林地保護(hù)利用規(guī)劃綱要（2010～2020年）》的重要基礎(chǔ)工作[3]，林地年度變更調(diào)查需要各業(yè)務(wù)部門的支持。近年來，隨著3S技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)在林業(yè)的廣泛應(yīng)用，我國部分省市建設(shè)了林業(yè)GIS數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)[4-7]，在一定程度上滿足了各部門業(yè)務(wù)管理的需要，但是隨著信息系統(tǒng)的增加，“信息孤島”、“系統(tǒng)孤島”問題逐漸暴露出來[8]。隨著信息化水平的提高，出現(xiàn)了基于業(yè)務(wù)功能和可視化界面的林業(yè)定制系統(tǒng)[9-11]。但目前林業(yè)系統(tǒng)都是針對特定業(yè)務(wù)建立的，而林地變更調(diào)查是一項多部門的協(xié)同工作，各項業(yè)務(wù)聯(lián)系緊密，需要實現(xiàn)跨部門共享。由于林地變更工作開展不久，現(xiàn)有的變更流程并不完善，總體更新效率低。因此本研究將各林業(yè)業(yè)務(wù)專題進(jìn)行分類從而優(yōu)化林地變更流程，并設(shè)計了高效的協(xié)同變更數(shù)據(jù)庫，通過開發(fā)縣級林地年度更新系統(tǒng)進(jìn)行了驗證，為建立職責(zé)明確、高效運轉(zhuǎn)的林地資源更新工作機制進(jìn)行了探索。

1 林地年度變更內(nèi)涵

1.1 林地變化原因分析

林地變化的原因主要包括植樹造林、森林采伐、規(guī)劃調(diào)整、占用征收、毀林開墾、非法占用、災(zāi)害因素、自然因素、調(diào)查因素以及行政區(qū)劃調(diào)整、森林分類區(qū)劃、林權(quán)改革等。這些原因使林地變化可以總結(jié)為林地的內(nèi)部轉(zhuǎn)移及林地與非林地之間的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出。林地內(nèi)部轉(zhuǎn)移表現(xiàn)在林地利用狀況的變化以及管理屬性的變化，包括地類、權(quán)屬、森林類別等。林地與非林地之間的轉(zhuǎn)入轉(zhuǎn)出主要表現(xiàn)在林地范圍的變化[12]。大部分原因與縣級林業(yè)局經(jīng)營管理業(yè)務(wù)相關(guān)聯(lián)，而少數(shù)變化原因與其他單位有關(guān)，主要關(guān)系如表1所示：

表 1 林地變化原因與業(yè)務(wù)部門之間的關(guān)系Table 1 Relationship between causes of forestland changes and business department

1.2 林地變更調(diào)查內(nèi)容

1.2.1 林地范圍變更

根據(jù)森林經(jīng)營活動需要和林地變更原因分析，林地變更的調(diào)查內(nèi)容如下：

(1)新增林地。包括：因植樹造林增加的林地；因林業(yè)工程建設(shè)增加的林地；規(guī)劃批準(zhǔn)增加的林地等。

(2)減少林地。包括：因占用征收減少的林地；依規(guī)劃批準(zhǔn)減少的林地等。

1.2.2 林地地類變更

(1)新增森林地塊。由非森林的地類轉(zhuǎn)為有林地或國家特別規(guī)定灌木林地的森林地塊。

(2)減少森林地塊。由有林地或國家特別規(guī)定灌木林地轉(zhuǎn)為非森林的森林地塊。

(3)其他林地地類變化的地塊。包括疏林地、一般灌木林地、未成林地、苗圃地、無立木林地、宜林地、林業(yè)輔助生產(chǎn)用地之間地類變化的林地地塊。

1.2.3 管理屬性變更

(1)林地權(quán)屬。國有和集體所有林地之間的變更，以及集體所有林地的農(nóng)戶家庭承包經(jīng)營、聯(lián)戶合作經(jīng)營和集體經(jīng)濟(jì)組織經(jīng)營林地之間的變更，依據(jù)有關(guān)權(quán)屬證明核實確認(rèn)。

(2)森林類別。國家級公益林地、地方公益林地和商品林地之間的變更，依據(jù)森林分類區(qū)劃界定成果核實確認(rèn)。

(3)林種。按防護(hù)林、特用林、用材林、經(jīng)濟(jì)林和薪炭林進(jìn)行變更調(diào)查，核實確認(rèn)記載到亞林種。

(4)工程類別。根據(jù)林業(yè)工程建設(shè)項目實施情況進(jìn)行核實確認(rèn)。

2 林地年度變更流程

2.1 林地小班變化情況分析

林地的變更以小班為基礎(chǔ)，結(jié)合GIS空間技術(shù)和林地小班調(diào)查，通過分析林地小班圖形和屬性變化，總結(jié)出林地小班的3種變化：小班新增，小班減少，小班保留。

（1）小班新增。指非林地發(fā)生了轉(zhuǎn)入變化或原始林地的部分或全部發(fā)生轉(zhuǎn)移變化而產(chǎn)生的新小班，林地小班面積增加。如果原始小班和新增小班地類都為林地，則將原始小班稱為父小班，新增小班稱為子小班，兩者之間有繼承關(guān)系。圖1表達(dá)了原始小班（A）與變更小班（B）圖形的6種基本拓?fù)潢P(guān)系。

（2）小班減少。指原始林地小班全部或部分轉(zhuǎn)換為非林地小班，林地面積減少，而非林地面積增加。原始小班和變更小班的拓?fù)潢P(guān)系和圖1類似。但原始小班和變更小班之間不存在繼承關(guān)系。

（3）小班保留。分為圖和屬性都變以及圖不變而屬性變兩類。當(dāng)小班新增或減少時，都可能伴發(fā)生此類變化。如圖1中的（2）至（6）中的林地小班A。

2.2 林地年度變更流程

圖1 林地小班變化情況Fig.1 Changes about forestland small classes

我國林地年度變更調(diào)查工作采取的是三級聯(lián)動、兩級匯交的工作方式，省級林業(yè)部門根據(jù)兩期影像進(jìn)行變更圖斑的邊界提取和檢測，形成遙感檢測矢量圖層，并將其與遙感影像圖下發(fā)給縣林業(yè)局?？h林業(yè)局則組織技術(shù)力量收集掌握本年度內(nèi)的變更資料，再集中處理，形成本期原始成果。再經(jīng)過前后期高分辨率衛(wèi)星遙感影像對比區(qū)劃，判斷出變化圖斑，通過核實調(diào)查，確定林地變化情況，生成本期林地變更調(diào)查成果，經(jīng)逐級上報到省和國家，完成全國林地年度變更調(diào)查。但此流程并為對各林業(yè)專題進(jìn)行分類，因此效率不高。本研究結(jié)合林地變更原因?qū)⒘值胤譃樵炝?、采伐、征占用等多個經(jīng)營管理專題，再對各專題進(jìn)行變更調(diào)查。經(jīng)優(yōu)化后的流程如圖2。

圖2 縣級林地變更流程Fig.2 Flow of county-grade forestland changes

3 林地更新數(shù)據(jù)庫設(shè)計

數(shù)據(jù)一致性是規(guī)范數(shù)據(jù)及安全訪問的基礎(chǔ)，共享數(shù)據(jù)庫可以消除“業(yè)務(wù)孤島”和“信息孤島”[13]。本研究通過對縣級林地年度變更的要求、特點以及相關(guān)技術(shù)規(guī)范進(jìn)行研究，從網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)、邏輯結(jié)構(gòu)兩方面對縣級變更林地進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計。

3.1 數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)設(shè)計

林地變更系統(tǒng)工具由用于查詢?yōu)g覽的B/S結(jié)構(gòu)和用采集錄入的C/S結(jié)構(gòu)工具型軟件組成。工具型軟件由采用C#+ArcGIS Engine進(jìn)行開發(fā)，數(shù)據(jù)由ArcSDE 和SQL Server Express進(jìn)行存儲。由于縣域范圍內(nèi)用戶數(shù)量比較穩(wěn)定，因此采用局域網(wǎng)客戶端訪問模式（圖3），既能實現(xiàn)數(shù)據(jù)集中管理又能實現(xiàn)不同客戶端的分布式調(diào)用。本地客戶端不存儲任何數(shù)據(jù)，通過局域網(wǎng)從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中加載，得到授權(quán)后才能進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問和編輯。為了更高效的管理數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)將矢量數(shù)據(jù)和柵格數(shù)據(jù)分開部署。矢量數(shù)據(jù)以年為單位采用獨立的庫進(jìn)行管理；柵格數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理后，生成獨立的數(shù)據(jù)文件，部署于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的文件夾中，通過調(diào)用REST影像服務(wù)進(jìn)行訪問。

3.2 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計

根據(jù)林地變更業(yè)務(wù)，將數(shù)據(jù)在邏輯組織上分為12類數(shù)據(jù)集（圖4），各數(shù)據(jù)集由一個或多個空間或（和）業(yè)務(wù)屬性數(shù)據(jù)表構(gòu)成。每年的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)（空間參考系、表字段的組成、命名、精度及數(shù)據(jù)單位等）采用統(tǒng)一的規(guī)范進(jìn)行定義。命名規(guī)范上，數(shù)據(jù)庫名由縣級單位代碼和年度組合而成；數(shù)據(jù)表名根據(jù)業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)類型組合而成，其他數(shù)據(jù)按照林地落界數(shù)據(jù)命名規(guī)范進(jìn)行命名。

圖3 共享數(shù)據(jù)庫部署網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)Fig.3 Net topology structure of shared database deployment

圖4 更新數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)Fig.4 Logical structure of update database

4 系統(tǒng)實現(xiàn)

4.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

整個系統(tǒng)采用分層設(shè)計，從上到下可以分為4個部分：系統(tǒng)用戶界面、應(yīng)用層、服務(wù)層和系統(tǒng)支撐層（圖5）。其中，系統(tǒng)用戶界面提供數(shù)據(jù)可視化和系統(tǒng)基本操作的圖形界面；系統(tǒng)應(yīng)用層提供針對系統(tǒng)功能需求定制的功能模塊，接受用戶界面的調(diào)用，將具體的應(yīng)用需求解析為一般性的數(shù)據(jù)操作，然后調(diào)用服務(wù)層的相關(guān)服務(wù)完成該操作，并返回結(jié)果；服務(wù)層提供一般的數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計分析和管理功能；系統(tǒng)支撐層提供系統(tǒng)運行的基礎(chǔ)支撐。

圖5 系統(tǒng)總體設(shè)計Fig.5 Overall system structure design

4.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

根據(jù)林地變更的業(yè)務(wù)流程，本系統(tǒng)采用ArcGIS Engine 10.0作為地理信息系統(tǒng)開發(fā)平臺，采用 SQL Server Express作為數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)編輯功能（表單錄入、圖形編輯、數(shù)據(jù)導(dǎo)入和屬性編輯等）；數(shù)據(jù)檢查功能（拓?fù)湫ｒ?、邏輯校驗）；瀏覽查詢功能（瀏覽地圖、獲取地圖屬性信息、查詢更新小班信息等）；制圖功能；系統(tǒng)管理與數(shù)據(jù)維護(hù)功能（系統(tǒng)日志管理、作業(yè)設(shè)計管理等）。信息采集系統(tǒng)主界面如圖6。

4.3 系統(tǒng)應(yīng)用實例

江西省婺源縣作為2012年林地年度變更調(diào)查的試點縣，該縣有分辨率為5 M的RapidEye影像2景，覆蓋全縣面積，更新前共有林地小班26 877個。通過內(nèi)外業(yè)的核查及系統(tǒng)測試表明（表2），應(yīng)用優(yōu)化的林地變更流程后，在內(nèi)業(yè)核查中林地變更小班的合格率從90.67%提高到96.40%，提高近5個百分點；在外業(yè)核實小班數(shù)相同的情況下，林地變更小班的合格率從93.33%提高到96.23%，提高近3個百分點。結(jié)果表明，優(yōu)化后的變更流程提高了林地更新效率。

表 2 林地變更小班優(yōu)化對比（單位：個）Table 2 Verification results of optimized forestland samllclasse change and un-optimized

5 結(jié) 語

圖6 系統(tǒng)主界面Fig.6 System main interface

本研究通過對縣級林地年度變更內(nèi)涵進(jìn)行分析和優(yōu)化林地變更流程，基于ArcGIS Engine和數(shù)據(jù)庫技術(shù)實現(xiàn)了縣級林地年度更新系統(tǒng)。優(yōu)化后的變更流程大大提高了林地變更的效率，更新系統(tǒng)不僅能滿足林地年度變更的需要，還能為林業(yè)部門提供真實準(zhǔn)確、時效性強的林地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及制定決策提供技術(shù)支持。但對于如何擴展系統(tǒng)應(yīng)用范圍，例如將森林防火[14]以及經(jīng)濟(jì)林[15-16]等研究加入林地一張圖中，實現(xiàn)林地數(shù)據(jù)管理的智能化，還有待進(jìn)一步研究。

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