陳 強(qiáng) 黃光體 王曉光 邵 政 嚴(yán) 瀟

(湖北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院 武漢 430079)

1 引言

森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查簡(jiǎn)稱“森林資源二類(lèi)調(diào)查”或“二類(lèi)調(diào)查”，是以森林經(jīng)營(yíng)管理單位或縣級(jí)行政區(qū)域?yàn)檎{(diào)查總體，查清森林、林木和林地資源的種類(lèi)、分布、數(shù)量和質(zhì)量，客觀反映調(diào)查區(qū)域森林經(jīng)營(yíng)管理狀況，為編制森林經(jīng)營(yíng)方案、開(kāi)展林業(yè)區(qū)劃規(guī)劃、指導(dǎo)森林經(jīng)營(yíng)管理等需要進(jìn)行的調(diào)查活動(dòng)[1]。該項(xiàng)調(diào)查工作主要包括小班區(qū)劃、屬性因子調(diào)查、四旁樹(shù)調(diào)查、森林蓄積量抽樣控制調(diào)查、內(nèi)業(yè)匯總及成果編制，分野外調(diào)查和內(nèi)業(yè)整理兩個(gè)階段進(jìn)行，是一項(xiàng)調(diào)查時(shí)間長(zhǎng)、投入大、覆蓋廣的大型綜合調(diào)查。

目前，中國(guó)主要采用采用傳統(tǒng)的二類(lèi)調(diào)查模式開(kāi)展調(diào)查，即由調(diào)查隊(duì)員攜帶紙質(zhì)影像圖和小班卡片，逐地塊區(qū)劃調(diào)查，該調(diào)查模式需耗費(fèi)大量的人力、物力和財(cái)力，而且費(fèi)時(shí)、效率低，尤其是受人為影響較大，調(diào)查成果精度無(wú)法保證。在信息化快速發(fā)展的今天，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的普及、3S技術(shù)的發(fā)展、移動(dòng)GIS技術(shù)的成熟，三種技術(shù)的綜合集成得以實(shí)現(xiàn)，平板電腦作為三種信息技術(shù)的綜合集成載體，逐步應(yīng)用于森林資源數(shù)據(jù)采集、信息化、檔案化管理中，如何利用平板電腦準(zhǔn)確、及時(shí)、髙效開(kāi)展森林資源二類(lèi)調(diào)查，同時(shí)，確保調(diào)查成果數(shù)據(jù)的真實(shí)性和準(zhǔn)確性，提高森林資源二類(lèi)調(diào)查精度和效率，實(shí)現(xiàn)森林資源二類(lèi)調(diào)查無(wú)紙化、內(nèi)外業(yè)一體化、工作流程簡(jiǎn)單化是一項(xiàng)非常重要的工作。

2 二類(lèi)調(diào)查模式綜述

2.1 傳統(tǒng)調(diào)查模式

傳統(tǒng)二類(lèi)調(diào)查工作模式分外業(yè)調(diào)查和內(nèi)業(yè)整理兩個(gè)階段。

(1)外業(yè)調(diào)查階段：外業(yè)調(diào)查人員攜帶預(yù)先準(zhǔn)備的紙質(zhì)地形圖或者遙感影像圖、紙質(zhì)卡片以及相關(guān)調(diào)查工具到野外逐地塊開(kāi)展二類(lèi)調(diào)查工作，首先，調(diào)查人員結(jié)合實(shí)地地形地貌，采取對(duì)坡勾繪的方式，按照林業(yè)小班區(qū)劃條件，在1∶1萬(wàn)紙質(zhì)地形圖進(jìn)行小班區(qū)劃；然后，深入到已區(qū)劃小班內(nèi)，利用調(diào)查工具進(jìn)行小班屬性因子調(diào)查，并現(xiàn)地完成紙質(zhì)小班調(diào)查卡片的填寫(xiě)，同時(shí)，對(duì)于部分小班，還需借助計(jì)算器現(xiàn)場(chǎng)完成公頃蓄積、公頃株樹(shù)、平均胸徑、平均樹(shù)高和優(yōu)勢(shì)樹(shù)種的計(jì)算(也可室內(nèi)統(tǒng)一計(jì)算)。

(2)內(nèi)業(yè)整理階段：外業(yè)調(diào)查結(jié)束后，內(nèi)業(yè)工作人員需將野外調(diào)查成果進(jìn)行整理并錄入電腦，首先，將已完成野外小班區(qū)劃的紙質(zhì)地形圖(或影像圖)進(jìn)行掃描、配準(zhǔn)，并利用GIS軟件進(jìn)行小班界線矢量化和小班面積計(jì)算，形成二類(lèi)調(diào)查小班矢量圖，同時(shí)，將所有紙質(zhì)小班調(diào)查卡片上的屬性因子人工逐條錄入excel電子表格，并對(duì)屬性因子之間的邏輯關(guān)系進(jìn)行檢查和修改，形成二類(lèi)調(diào)查小班屬性表，然后，將二類(lèi)調(diào)查小班矢量圖與屬性表通過(guò)小班號(hào)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，生成二類(lèi)調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫(kù)。最后，根據(jù)二類(lèi)調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫(kù)生成各類(lèi)圖件、統(tǒng)計(jì)表和成果報(bào)告。

2.2 平板電腦調(diào)查模式

近年，隨著平板電腦技術(shù)的迅速發(fā)展以及移動(dòng)GIS的逐步成熟，具備有GPS定位導(dǎo)航、無(wú)線互聯(lián)的移動(dòng)智能設(shè)備(平板電腦、智能手機(jī)等)廣泛應(yīng)用于包括林業(yè)在內(nèi)的各行各業(yè)，2018年湖北省啟動(dòng)全省第五次森林資源二類(lèi)調(diào)查，為了簡(jiǎn)化工作流程、提高工作效率、確保工作進(jìn)度和質(zhì)量，湖北省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院在嚴(yán)格遵循國(guó)家森林資源二類(lèi)調(diào)查技術(shù)規(guī)定的基礎(chǔ)上，基于平板電腦研發(fā)了一套森林資源調(diào)查系統(tǒng)(平板端)和森林資源管理系統(tǒng)(臺(tái)式機(jī)端)，并在全省森林資源二類(lèi)調(diào)查工作中推廣應(yīng)用，下面就利用平板電腦開(kāi)展森林資源二類(lèi)的相關(guān)支撐技術(shù)、技術(shù)思路、調(diào)查方法進(jìn)行闡述。

(1)相關(guān)支撐技術(shù)概述。①平板電腦技術(shù)。平板電腦也叫便攜式電腦(簡(jiǎn)稱Tablet PC)，是一種小型、方便攜帶的個(gè)人電腦，以觸摸屏作為基本的輸入設(shè)備。它擁有的觸摸屏(也稱為數(shù)位板技術(shù))允許用戶通過(guò)觸控筆或數(shù)字筆來(lái)進(jìn)行作業(yè)而不是傳統(tǒng)的鍵盤(pán)或鼠標(biāo)[2,3]。目前市場(chǎng)上主要的平板電腦操作系統(tǒng)有：IOS、Android、Windows 8、Web OS、Kindle Touch等，本次二類(lèi)調(diào)查所用的平板電腦操作系統(tǒng)是谷歌的Android。②移動(dòng)GIS技術(shù)。移動(dòng)GIS是建立在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境、有限處理能力的移動(dòng)終端條件下，提供移動(dòng)中的、分布式的、隨遇性的移動(dòng)地理信息服務(wù)的GIS，是一個(gè)集GIS、GPS、移動(dòng)通信三大技術(shù)于一體的綜合系統(tǒng)[4]。它通過(guò)GIS完成空間數(shù)據(jù)管理和分析，GPS進(jìn)行定位和跟蹤，利用移動(dòng)設(shè)備完成數(shù)據(jù)獲取功能，借助移動(dòng)通信技術(shù)完成圖形、文字、聲音等數(shù)據(jù)的傳輸，是繼桌面GIS、WEBGIS之后又一新的技術(shù)熱點(diǎn)。它由客戶端部分、服務(wù)器部分和數(shù)據(jù)源三部分組成，具有移動(dòng)性、客戶端多樣性、服務(wù)實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)資源分散、多樣性以及信息載體的多樣性等特點(diǎn)。主要應(yīng)用于野外測(cè)量和外業(yè)數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域，目前在電力、國(guó)土、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利、環(huán)保、城管、物流、交通等各領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用。③3S技術(shù)。是遙感技術(shù)(Remote Sensing, RS)、地理信息系統(tǒng)(Geography Information System,GIS)和全球定位系統(tǒng)(Global Positioning Systeem,GPS)的統(tǒng)稱，是空間技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)和通訊技術(shù)相結(jié)合，多學(xué)科高度集成的對(duì)空問(wèn)地理信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)管理、空問(wèn)分析、多方式表達(dá)、信息傳播和應(yīng)用的現(xiàn)代化信息技術(shù)[5]。

(2)技術(shù)路線。以縣市區(qū)或者森林經(jīng)營(yíng)管理單位為主體，以在2016年林地變更調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上完成地理國(guó)情小班數(shù)據(jù)庫(kù)、公益林?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)以及其他專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)接后的小班數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以遙感影像和經(jīng)營(yíng)檔案資料為輔助，以“3S”技術(shù)為手段，利用平板電腦深入實(shí)地逐小班開(kāi)展森林資源二類(lèi)調(diào)查工作(見(jiàn)圖1)。

圖1 森林資源二類(lèi)調(diào)查技術(shù)路線圖

(3)調(diào)查方法。將調(diào)查單位的各級(jí)行政界線或經(jīng)營(yíng)區(qū)界線、遙感影像圖、二類(lèi)調(diào)查小班基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(含2 km×2 km四旁樣地?cái)?shù)據(jù)和蓄積量控制點(diǎn)數(shù)據(jù))導(dǎo)入平板電腦的森林資源調(diào)查系統(tǒng)中，外業(yè)調(diào)查隊(duì)員攜帶平板電腦和調(diào)查設(shè)備，利用森林資源調(diào)查系統(tǒng)對(duì)二類(lèi)調(diào)查小班基礎(chǔ)數(shù)據(jù)中的所有小班、四旁樣地、蓄積量控制點(diǎn)進(jìn)行核實(shí)、修改、調(diào)查，每到一個(gè)小班后，首先，利用平板電腦的GPS定位和導(dǎo)航功能，借助遙感影像，按照森林資源二類(lèi)調(diào)查小班區(qū)劃條件，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)地形地貌核對(duì)小班邊界，如果小班邊界與現(xiàn)場(chǎng)有出入，則實(shí)地利用平板電腦對(duì)該小班邊界進(jìn)行修改，否則直接開(kāi)展屬性因子的補(bǔ)充調(diào)查和信息錄入，針對(duì)屬性因子調(diào)查，森林資源調(diào)查系統(tǒng)控制了每個(gè)調(diào)查隊(duì)員必須深入到所調(diào)查小班邊界內(nèi)開(kāi)展調(diào)查，并且自動(dòng)根據(jù)調(diào)查記錄完成優(yōu)勢(shì)樹(shù)種、樹(shù)種組成、公頃蓄積、公頃株樹(shù)、齡組、齡級(jí)、產(chǎn)期等因子的計(jì)算，完成小班邊界核實(shí)修正和屬性因子調(diào)查后，利用邏輯檢查程序?qū)π“鄬傩砸蜃舆M(jìn)行邏輯錯(cuò)誤檢查并實(shí)地進(jìn)行修改，在進(jìn)行小班調(diào)查的同時(shí)，完成四旁樹(shù)樣地和蓄積量控制點(diǎn)調(diào)查，最后，將所有基于平板電腦的森林資源二類(lèi)外業(yè)調(diào)查成果回收到湖北省森林資源管理系統(tǒng)(臺(tái)式機(jī)端)，通過(guò)該系統(tǒng)進(jìn)行匯總、統(tǒng)計(jì)和分析，并生產(chǎn)最終調(diào)查成果。

3 模式比較及優(yōu)劣分析

為了進(jìn)一步完善平板電腦調(diào)查模式，以期達(dá)到在全國(guó)推廣應(yīng)用，于是對(duì)傳統(tǒng)調(diào)查模式與平板調(diào)查模式進(jìn)行了對(duì)比分析(見(jiàn)表1)。

表1 森林資源二類(lèi)調(diào)查傳統(tǒng)模式與平板模式比較

3.1 優(yōu)勢(shì)分析

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)調(diào)查模式與平板電腦調(diào)查模式的比較分析，研究發(fā)現(xiàn)平板電腦調(diào)查模式主要存在以下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn)：

(1)負(fù)重輕量化。采用平板電腦模式開(kāi)展森林資源二類(lèi)調(diào)查可以大量減輕調(diào)查人員的負(fù)重量，不需要像傳統(tǒng)調(diào)查模式攜帶紙質(zhì)調(diào)查地圖、小班調(diào)查卡片、圖筒、計(jì)算器、鉛筆、橡皮擦、夾板等設(shè)備，只需要攜帶平板電腦、角規(guī)、圍尺、皮尺就足夠了，真正做到了輕裝上陣。

(2)無(wú)紙化、電子化。以往，采用傳統(tǒng)方法開(kāi)展森林資源二類(lèi)調(diào)查，調(diào)查人員需現(xiàn)場(chǎng)利用繪圖筆在紙質(zhì)調(diào)查底圖上勾繪小班邊界，然后逐小班進(jìn)行調(diào)查，并現(xiàn)場(chǎng)填寫(xiě)紙質(zhì)調(diào)查卡片，至整個(gè)調(diào)查任務(wù)結(jié)束，每個(gè)調(diào)查單位大約有5～10萬(wàn)份紙質(zhì)小班卡片、上百份1∶10000比例尺的紙質(zhì)底圖。采用平板電腦模式，全調(diào)查過(guò)程實(shí)現(xiàn)無(wú)紙化，整個(gè)小班邊界區(qū)劃和小班卡片填寫(xiě)均在平板電腦上執(zhí)行，所有調(diào)查數(shù)據(jù)完全實(shí)現(xiàn)電子化。

(3)實(shí)時(shí)驗(yàn)證、精度可控。平板電腦的調(diào)查系統(tǒng)內(nèi)置了三種質(zhì)量控制機(jī)制：調(diào)查點(diǎn)實(shí)地創(chuàng)建、屬性因子邏輯檢查、照片航跡。外業(yè)調(diào)查時(shí)，調(diào)查人員需實(shí)地創(chuàng)建小班調(diào)查點(diǎn)(角規(guī)點(diǎn)、樣園點(diǎn)、樣帶點(diǎn))，且平板電腦通過(guò)GPS控制調(diào)查人員必須在調(diào)查點(diǎn)30 m范圍內(nèi)調(diào)查，否則無(wú)法完成屬性因子的記載和計(jì)算，同時(shí)，完成小班調(diào)查后，平板電腦限制調(diào)查人員必須現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行屬性因子邏輯檢查和修改，確保每個(gè)調(diào)查小班的屬性因子無(wú)邏輯錯(cuò)誤，且符合實(shí)地，最后，還需現(xiàn)場(chǎng)拍照和采集航跡，有效的防止了調(diào)查人員偷工減料、弄虛作假，確保了整個(gè)調(diào)查項(xiàng)目的調(diào)查質(zhì)量和精度。

(4)內(nèi)、外業(yè)一體化。傳統(tǒng)調(diào)查模式存在嚴(yán)格的內(nèi)外業(yè)之分，整個(gè)工作分外業(yè)調(diào)查和內(nèi)業(yè)整理匯總兩個(gè)階段進(jìn)行，兩者之間部分工作存在重復(fù)，比喻小班區(qū)劃和屬性因子填寫(xiě)，都需要外業(yè)紙質(zhì)填寫(xiě)和內(nèi)業(yè)轉(zhuǎn)繪、轉(zhuǎn)錄，致使完成外業(yè)調(diào)查后還需要大量的時(shí)間進(jìn)行內(nèi)業(yè)整理，平板調(diào)查模式有效的規(guī)避了傳統(tǒng)模式的不足之處，整個(gè)調(diào)查工作全程實(shí)現(xiàn)內(nèi)、外業(yè)一體化，一旦外業(yè)調(diào)查工作結(jié)束，則標(biāo)志整個(gè)調(diào)查工作基本結(jié)束，尤其是調(diào)查成果短時(shí)間內(nèi)就可以產(chǎn)出，有效的減輕了調(diào)查人員的內(nèi)業(yè)處理工作量，提高了工作效率。

(5)數(shù)據(jù)計(jì)算自動(dòng)化。平板電腦的調(diào)查系統(tǒng)集成了材積表和林業(yè)相關(guān)計(jì)算公式，外業(yè)調(diào)查時(shí)，平板電腦自動(dòng)根據(jù)調(diào)查記錄計(jì)算優(yōu)勢(shì)樹(shù)種、樹(shù)種組成、每公頃蓄積、每公頃株數(shù)、平均胸徑、平均樹(shù)高、齡組、齡級(jí)、林地質(zhì)量等級(jí)、小班面積等因子，同時(shí)，平板電腦還專(zhuān)門(mén)提供了推算計(jì)算方式，對(duì)于軍事禁區(qū)以及人力所不能及的小班可以目測(cè)其相關(guān)主要因子，然后采用推算方式，查找所有已調(diào)查小班中與其林分結(jié)構(gòu)類(lèi)似的小班推算其相關(guān)計(jì)算因子，相較于傳統(tǒng)方法可以大量減輕調(diào)查人員的工作量，同時(shí)，在提高調(diào)查效率的基礎(chǔ)上也有效的保證了數(shù)據(jù)計(jì)算的準(zhǔn)確性。

(6)輔助數(shù)據(jù)多元化。相較于傳統(tǒng)模式，平板電腦可以將多種遙感影像數(shù)據(jù)、地形圖、林地變更數(shù)據(jù)、公益林落界數(shù)據(jù)以及其它經(jīng)營(yíng)檔案資料以不同的數(shù)據(jù)圖層導(dǎo)入存放于其中，調(diào)查人員在進(jìn)行小班區(qū)劃時(shí)可以多圖層疊加顯示，作為參考數(shù)據(jù)輔助小班區(qū)劃，既有利于提高小班邊界區(qū)劃的效率和準(zhǔn)確性，又可以解決森林資源二類(lèi)調(diào)查小班與其他專(zhuān)題數(shù)據(jù)不一致的問(wèn)題，調(diào)查成果基本可以實(shí)現(xiàn)一圖多用。

3.2 劣勢(shì)分析

雖然，平板電腦調(diào)查模式相較于傳統(tǒng)模式有比較明顯的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一些缺點(diǎn)和不足，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)輕區(qū)劃重調(diào)查。各項(xiàng)目組采用平板電腦開(kāi)展調(diào)查前，將2016年林地變更調(diào)查小班數(shù)據(jù)庫(kù)與地理國(guó)情小班數(shù)據(jù)庫(kù)、公益林?jǐn)?shù)據(jù)庫(kù)以及其他專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行了對(duì)接，生成森林資源二類(lèi)調(diào)查小班基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，并導(dǎo)入到平板電腦中，對(duì)于小班區(qū)劃，調(diào)查人員需要現(xiàn)場(chǎng)核對(duì)并修改，然后開(kāi)展調(diào)查，由于受先入為主的因素影響，部分調(diào)查人員認(rèn)為平板電腦中已有小班區(qū)劃，主觀上臆斷區(qū)劃是正確的，不需要實(shí)地核實(shí)修改，因此，直接開(kāi)展小班調(diào)查，忽略了小班區(qū)劃的核實(shí)修正，導(dǎo)致小班區(qū)劃存在與實(shí)地不符情況出現(xiàn)。

(2)需定期備份調(diào)查數(shù)據(jù)。平板電腦屬于電子產(chǎn)品，在一些不可預(yù)見(jiàn)的突發(fā)情況下，容易損壞和遺失，比如雨水浸泡、過(guò)熱燒機(jī)、充電爆炸、被盜等，因此，采用平板電腦開(kāi)展調(diào)查，需要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膫浞輽C(jī)制，要定期做好數(shù)據(jù)保存和備份工作，否則一旦平板電腦損壞或者遺失，將對(duì)整個(gè)調(diào)查工作造成無(wú)法估量的損失，需要調(diào)查人員重新逐個(gè)小班開(kāi)展實(shí)地核實(shí)調(diào)查。

(3)調(diào)查時(shí)間受電池影響較大。平板電腦屬高能耗產(chǎn)品，需要大容量電池來(lái)維持其正常運(yùn)行，目前，市場(chǎng)上的平板電腦的自帶電池一般只能連續(xù)使用6～8 h,但一般野外調(diào)查時(shí)間在11～12 h之間，因此，需要專(zhuān)門(mén)為平板電腦添置專(zhuān)用充電寶，否則，將因斷電無(wú)法開(kāi)展外業(yè)調(diào)查工作。

(4)平板性能制約工作效率。為了便于外業(yè)調(diào)查，調(diào)查人員在平板電腦中導(dǎo)入大量的輔助參考數(shù)據(jù)，如：地形圖、影像圖、行政界線、森林資源二類(lèi)調(diào)查小班基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、各類(lèi)經(jīng)營(yíng)檔案資料等，數(shù)據(jù)量較大，圖層加載較多，尤其是部分調(diào)查人員為了便于核實(shí)修改小班邊界，對(duì)所有小班進(jìn)行了屬性標(biāo)注，如果平板電腦的性能過(guò)低，容易造成其頻繁死機(jī)，嚴(yán)重影響調(diào)查人員的情緒和工作效率。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)調(diào)查模式和平板調(diào)查模式的比較，結(jié)合平板調(diào)查模式的優(yōu)、劣勢(shì)分析，平板電腦調(diào)查模式完全滿足森林資源二類(lèi)調(diào)查工作要求，能較好的完成森林資源二類(lèi)調(diào)查，另外，其拓展了森林資源二類(lèi)調(diào)查的工作方法，降低了外業(yè)工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，減輕了內(nèi)業(yè)處理工作量，加速了調(diào)查成果的產(chǎn)出，可節(jié)省大量勞力和物力，同時(shí)，確保了調(diào)查成果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。