基于ArcGIS和二类调查数据的森林资源动态分析系统
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2 系统目标与需求 本研究开发的森林资源动态分析系统( Analysis
System of Forest Resource Dynamic) 所面向的用户主 要是从事森林资源管理的研究者或管理人员。基于 对业务的需求, 结合林业行业的特点和森林资源数 据状况, 以地理信息系统( GIS) 作 为系统开发的基 本平台, 实现森林资源统计分析、森林景观格局指数 计算分析、森林生态效益计算分析等功能。具体来 讲, 主要目标是实现以下几个方面的功能:
表 1 景观要素划分因子及分级列表
分类因子
分级范围
I 级: 土地利用类型 有林地、疏林地、灌木林地、未成 林地、苗圃地、 无立木林地、宜林地、辅助生产林地、非林地
II 级: 优势树种组 侧柏、落叶松、油松、栎类、桦木、山杨、刺槐、杨 树、山杏、阔叶树、经济林
景观格局
景观指数
表 2 系统中应用 的 10 个景观指数
4) 森林资源数据的生态效益计算和分析, 包括 森林涵养水源、保育土壤、固碳、空气净化等生态效 益的实物量计量和分析;
5) 对区域的森林资源格局实现景观生态学的 分析, 包括景观要素组成结构、斑块特征、景观异质 性、空间分布格局等指数的计算和分析;
6) 森林资源的空间动态分析, 即专题图的制作 生成。
计算公式
斑块个数 NP
N Pi = ni
要素组成
斑块特征 ( 大小、形状)
面积 CA 优势度 D 面积加权的平均形状指数 AWMSI 面积加权的平均分形指数 AWMPFD
n
CA i = ai = j = 1aij
n
n
Di =
j
=
a
1
ij
/A
+
j
= 1nij
/N
100 /2
n
A WMSIi = j = 1
1 研究区域概况及数据来源 研究区域延庆县位于北京市西北部, 县城距北
京市城区约 745km, 为北京市辖远郊县。地理坐标 介于东经 115 44 ~ 116 34 , 北纬 40 10 ~ 40 47 之 间。县域呈东北向西南延伸的长方形, 境内地势东 北高, 西南低, 东、南、北三面环山, 西面为官厅水库, 在县域 西南 部形成 山间 盆地。土 地总面 积为 1 993 755km2, 现辖 15 个乡镇。
工栽植的树种主 要有油松、侧柏( Platycladus orien talis) 、落叶松( Larix principis rupprechtii) 、刺槐( Rob inia pseudoacacia ) 、国 槐 ( Sophora japonica ) 、黄 栌 ( Cotinus coggygria) 、火炬树( Rhus typhina) 、元宝枫 ( Acer truncatum) 等。
根据北京市公布的 十五 森林资源二类调查 结果, 延庆县林地面积为 151 228 5hm2, 占土地面积 的 75 9% ; 林 木 绿 化 率 达 67% , 森 林 覆 盖 率 达 56 3% , 活立木蓄积量达 180 9 万 m3。县内森林资 源丰富, 类型多样, 原始植被类型为暖温带落叶阔叶 林和温带 针叶林, 常 见的森 林类 型主 要有油 松林 ( Pinus tabulaeformis) , 蒙 古 栎 林 ( Quercus mongoli cus) , 山杨林( Populus davidiana) , 阔( 落) 叶混交林 等。此外, 白 桦 ( Betula platyphylla) 、山 杏 ( Prunus armeniaca) 、胡桃楸( Juglans mandshurica) 、臭椿( Ai lanthus altissima) 、毛白杨( Populus tomentosa) 、旱柳 ( Salix matsudana) 、榆树( Ulmus pumila) 、桑树( Mo rus alba) 等华北常见树种也有广泛分布。延庆县人
Analysis System of Forest Resource Dynamics Based on ArcGIS and Forest Management Survey Data
ZHANG Huiru1 , HE Peng1 , JIN Aixian2
( 1 Institute of Forest Resource Informat ion Techni ques, China Academy of Forestry, Beijing 100091; 2 Academy of Forest Inventory and Plan ning, State Forestry AdministratioBaidu Nhomakorabea, Beijing 100714, China)
第4期
张会儒等: 基于 ArcGIS 和二类调查数据的森林资源动态分析系统
1 05
4 2 森林景观格局分析 选择土地利用类型和优势树种组两个因子进行
景观划分, 形成两级景观类型的体系( 表 1) 。在此 基础上, 采用了常见的 10 个景观指数( 表 2) 对研究 区域两年的景观格局进行 4 方面的动态分析, 包括 景观要素组成结构、斑块特征、景观异质性、空间分 布格局等方面[ 5] 。
0 282 pij / aij
1 04
林业资源管理
第4期
为了实现上述目标, 我们以 ArcGIS 作为系统开 发的基本平台[ 1 ] , 将相关 基础功能进行整 合, 开发 形成一个具有林业行业分析意义的应用软件, 满足 森林资源动态变化分析的工作需求。
3 系统主要功能模块设计 根据森林资源动态统计分析系统的设计目标和
相关原则, 在充分利用现有计算机软硬件资源的条 件下, 深入挖掘原始数据 的利用价值, 力求完成全 面、深入、可靠的统计和分析功能。图 1 为本系统功
Abstract: This study takes Beijing Yanqing county as an example The analysis system of forest resource dynamics with forestry characteristics was built based on the 1999 and 2004 forest management survey ( class 2 survey) data and ArcGIS Engine development platform The system not only has functions of ge neric operation, inquiry and statistics, but also the functions of forest resources statistics analysis, forest landscape pattern index calculation and analysis, forest ecological benefit calculation and analysis The system is easy to operate and has high efficiency So it provides practical means and tools for statistical a nalysis of of forest resources dynamic change, and also a foundation for future researchon on building for est resources comprehensive evaluation system Key words: forest resource, landscape pattern, ecological benefit statistics and analysis, ArcGIS, forest management inventory data, Yanqing County
本文的基础数据来源于北京市延庆县 1999 年 和 2004 年两期森林资源二类调查结果, 以 ArcGIS 的 shapefile 矢量形式储存, 包含空间数据和属性数 据。空间数据的基本 元素 为多边 形, 采 用北 京 54 坐标系, 高斯 - 克吕 格投 影。属 性数 据严 格按 照 《国家森林资源规划设计调查技术规程》中命名的 要求, 包括小班号、面积、地类、优势树种组、起源、 树种组成、坡度、坡向、海拔等若干数据项。
Email: huiru@ caf. ac cn
第4期
张会儒等: 基于 ArcGIS 和二类调查数据的森林资源动态分析系统
1 03
分析森林资源的动态变化是森林资源评价和制 定林业发展方针的前提和基础。近年来, 随着计算 机和信息技术的飞速发展, 给森林资源的动态变化 分析提供了新的技术手段。利用计算机和地理信息 系统建立森林资源的动态变化分析系统, 实现森林 资源动态变化分析的自动化和高效率, 成为当前新 的发展趋势。虽然我国以往在森林资源管理系统中 也有一些森林资源统计分析的功能, 但仅限于静态 的, 缺少动态变化的分析, 且从分析的内容上来看, 仅限于森林资源的数量和质量的分析, 未包括景观 格局和生态效益的分 析。本文以北 京市延庆县为 例, 基于 ArcGIS 和二类调查数据, 研究开发了森林 资源动态分析系统。系统除具有一般通用的操作和 查询统计功能外, 主要实现了森林资源动态变化、森 林景观格局变化、森林生态效益变化的统计计算和 分析, 为森林资源动态变化分析提供了实用的手段 和工具。
1) 森林资 源数据的导入、导 出、预览等 基本功 能, 并希望支持多种格式的数据;
2) 森林资源数据的基础统计分析, 包括图像要 素的选择、小班数据的查询、数据统计、数据汇总等 功能;
3) 森林资源数据的高级统计分析, 希望实现时 间的动态变化分析, 内容包括地类分析、林种分析、 林木起源分析、林分因子分析等方面;
能架构。
4 系统主要分析模块的实现方法与原理 4 1 森林资源统计分析
森林资源的动态变化包括时间上和空间上 2 个 方面[ 2 -4] , 本研究利用 ArcGIS 具有的强大的归纳统 计和空间叠加分析功能, 进行研究区域森林资源动 态变化的时空分析, 包括面积的变化、蓄积的变化、 林分因子的变化、优势树种的变化和龄组的变化以 及其空间分布等, 分析结果以图表的形式显示。
摘要: 以北京市延庆县为例, 基于 1999 年和 2004 年森林资源规划设计调查 ( 二类调查) 数据以及 ArcGIS Engine 开发平台, 研建了具有林业行业 特色的森林资源动态分 析系统 软件。系统 除具有 一般通 用的操作 和查询 统计功 能外, 还实现了森林资源统计分 析、森林 景观格局指 数计算 分析、森林 生态效 益计算 分析等 功能, 系统 操作简 便、高效, 为森林资源动态变化的统计分 析提供了实用 的手段 和工具, 为 今后研 建森林 资源综合 分析评 价系统 奠定了基础。 关键词: 森林资源; 景观格局; 生态效益; 统 计分析; ArcGIS; 二类调查 数据; 延庆县 中图分类号: S757; TP39 文献标识码: A 文章编号: 1002 - 6622( 2011) 04 - 0102 - 07
2011 年 8 月 第4期
林业资源管理 FOREST RESOURCES MANAGEMENT
August 2011 No 4
基于 ArcGIS 和二类调查数据的森林资源动态分析系统
张会儒1 , 何 鹏1 , 靳爱仙2
( 1 中国林业科学研究院 资源信息研究所, 北京 100091 ; 2 国家林业局调查规划设计院, 北京 100714)
收稿日期: 2011 - 06 - 03; 修回日期: 2011 - 06 - 23 基金项目: 林业公益性行业专项( 200804009) ; 国家 十一五 科技支撑计划 专题( 2006BAD23B0202) 作者简介: 张会儒( 1964 - ) , 男, 甘肃合水人, 研究员, 主要从事森林资源管理与决 策、森林可持续经营研究。
System of Forest Resource Dynamic) 所面向的用户主 要是从事森林资源管理的研究者或管理人员。基于 对业务的需求, 结合林业行业的特点和森林资源数 据状况, 以地理信息系统( GIS) 作 为系统开发的基 本平台, 实现森林资源统计分析、森林景观格局指数 计算分析、森林生态效益计算分析等功能。具体来 讲, 主要目标是实现以下几个方面的功能:
表 1 景观要素划分因子及分级列表
分类因子
分级范围
I 级: 土地利用类型 有林地、疏林地、灌木林地、未成 林地、苗圃地、 无立木林地、宜林地、辅助生产林地、非林地
II 级: 优势树种组 侧柏、落叶松、油松、栎类、桦木、山杨、刺槐、杨 树、山杏、阔叶树、经济林
景观格局
景观指数
表 2 系统中应用 的 10 个景观指数
4) 森林资源数据的生态效益计算和分析, 包括 森林涵养水源、保育土壤、固碳、空气净化等生态效 益的实物量计量和分析;
5) 对区域的森林资源格局实现景观生态学的 分析, 包括景观要素组成结构、斑块特征、景观异质 性、空间分布格局等指数的计算和分析;
6) 森林资源的空间动态分析, 即专题图的制作 生成。
计算公式
斑块个数 NP
N Pi = ni
要素组成
斑块特征 ( 大小、形状)
面积 CA 优势度 D 面积加权的平均形状指数 AWMSI 面积加权的平均分形指数 AWMPFD
n
CA i = ai = j = 1aij
n
n
Di =
j
=
a
1
ij
/A
+
j
= 1nij
/N
100 /2
n
A WMSIi = j = 1
1 研究区域概况及数据来源 研究区域延庆县位于北京市西北部, 县城距北
京市城区约 745km, 为北京市辖远郊县。地理坐标 介于东经 115 44 ~ 116 34 , 北纬 40 10 ~ 40 47 之 间。县域呈东北向西南延伸的长方形, 境内地势东 北高, 西南低, 东、南、北三面环山, 西面为官厅水库, 在县域 西南 部形成 山间 盆地。土 地总面 积为 1 993 755km2, 现辖 15 个乡镇。
工栽植的树种主 要有油松、侧柏( Platycladus orien talis) 、落叶松( Larix principis rupprechtii) 、刺槐( Rob inia pseudoacacia ) 、国 槐 ( Sophora japonica ) 、黄 栌 ( Cotinus coggygria) 、火炬树( Rhus typhina) 、元宝枫 ( Acer truncatum) 等。
根据北京市公布的 十五 森林资源二类调查 结果, 延庆县林地面积为 151 228 5hm2, 占土地面积 的 75 9% ; 林 木 绿 化 率 达 67% , 森 林 覆 盖 率 达 56 3% , 活立木蓄积量达 180 9 万 m3。县内森林资 源丰富, 类型多样, 原始植被类型为暖温带落叶阔叶 林和温带 针叶林, 常 见的森 林类 型主 要有油 松林 ( Pinus tabulaeformis) , 蒙 古 栎 林 ( Quercus mongoli cus) , 山杨林( Populus davidiana) , 阔( 落) 叶混交林 等。此外, 白 桦 ( Betula platyphylla) 、山 杏 ( Prunus armeniaca) 、胡桃楸( Juglans mandshurica) 、臭椿( Ai lanthus altissima) 、毛白杨( Populus tomentosa) 、旱柳 ( Salix matsudana) 、榆树( Ulmus pumila) 、桑树( Mo rus alba) 等华北常见树种也有广泛分布。延庆县人
Analysis System of Forest Resource Dynamics Based on ArcGIS and Forest Management Survey Data
ZHANG Huiru1 , HE Peng1 , JIN Aixian2
( 1 Institute of Forest Resource Informat ion Techni ques, China Academy of Forestry, Beijing 100091; 2 Academy of Forest Inventory and Plan ning, State Forestry AdministratioBaidu Nhomakorabea, Beijing 100714, China)
第4期
张会儒等: 基于 ArcGIS 和二类调查数据的森林资源动态分析系统
1 05
4 2 森林景观格局分析 选择土地利用类型和优势树种组两个因子进行
景观划分, 形成两级景观类型的体系( 表 1) 。在此 基础上, 采用了常见的 10 个景观指数( 表 2) 对研究 区域两年的景观格局进行 4 方面的动态分析, 包括 景观要素组成结构、斑块特征、景观异质性、空间分 布格局等方面[ 5] 。
0 282 pij / aij
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林业资源管理
第4期
为了实现上述目标, 我们以 ArcGIS 作为系统开 发的基本平台[ 1 ] , 将相关 基础功能进行整 合, 开发 形成一个具有林业行业分析意义的应用软件, 满足 森林资源动态变化分析的工作需求。
3 系统主要功能模块设计 根据森林资源动态统计分析系统的设计目标和
相关原则, 在充分利用现有计算机软硬件资源的条 件下, 深入挖掘原始数据 的利用价值, 力求完成全 面、深入、可靠的统计和分析功能。图 1 为本系统功
Abstract: This study takes Beijing Yanqing county as an example The analysis system of forest resource dynamics with forestry characteristics was built based on the 1999 and 2004 forest management survey ( class 2 survey) data and ArcGIS Engine development platform The system not only has functions of ge neric operation, inquiry and statistics, but also the functions of forest resources statistics analysis, forest landscape pattern index calculation and analysis, forest ecological benefit calculation and analysis The system is easy to operate and has high efficiency So it provides practical means and tools for statistical a nalysis of of forest resources dynamic change, and also a foundation for future researchon on building for est resources comprehensive evaluation system Key words: forest resource, landscape pattern, ecological benefit statistics and analysis, ArcGIS, forest management inventory data, Yanqing County
本文的基础数据来源于北京市延庆县 1999 年 和 2004 年两期森林资源二类调查结果, 以 ArcGIS 的 shapefile 矢量形式储存, 包含空间数据和属性数 据。空间数据的基本 元素 为多边 形, 采 用北 京 54 坐标系, 高斯 - 克吕 格投 影。属 性数 据严 格按 照 《国家森林资源规划设计调查技术规程》中命名的 要求, 包括小班号、面积、地类、优势树种组、起源、 树种组成、坡度、坡向、海拔等若干数据项。
Email: huiru@ caf. ac cn
第4期
张会儒等: 基于 ArcGIS 和二类调查数据的森林资源动态分析系统
1 03
分析森林资源的动态变化是森林资源评价和制 定林业发展方针的前提和基础。近年来, 随着计算 机和信息技术的飞速发展, 给森林资源的动态变化 分析提供了新的技术手段。利用计算机和地理信息 系统建立森林资源的动态变化分析系统, 实现森林 资源动态变化分析的自动化和高效率, 成为当前新 的发展趋势。虽然我国以往在森林资源管理系统中 也有一些森林资源统计分析的功能, 但仅限于静态 的, 缺少动态变化的分析, 且从分析的内容上来看, 仅限于森林资源的数量和质量的分析, 未包括景观 格局和生态效益的分 析。本文以北 京市延庆县为 例, 基于 ArcGIS 和二类调查数据, 研究开发了森林 资源动态分析系统。系统除具有一般通用的操作和 查询统计功能外, 主要实现了森林资源动态变化、森 林景观格局变化、森林生态效益变化的统计计算和 分析, 为森林资源动态变化分析提供了实用的手段 和工具。
1) 森林资 源数据的导入、导 出、预览等 基本功 能, 并希望支持多种格式的数据;
2) 森林资源数据的基础统计分析, 包括图像要 素的选择、小班数据的查询、数据统计、数据汇总等 功能;
3) 森林资源数据的高级统计分析, 希望实现时 间的动态变化分析, 内容包括地类分析、林种分析、 林木起源分析、林分因子分析等方面;
能架构。
4 系统主要分析模块的实现方法与原理 4 1 森林资源统计分析
森林资源的动态变化包括时间上和空间上 2 个 方面[ 2 -4] , 本研究利用 ArcGIS 具有的强大的归纳统 计和空间叠加分析功能, 进行研究区域森林资源动 态变化的时空分析, 包括面积的变化、蓄积的变化、 林分因子的变化、优势树种的变化和龄组的变化以 及其空间分布等, 分析结果以图表的形式显示。
摘要: 以北京市延庆县为例, 基于 1999 年和 2004 年森林资源规划设计调查 ( 二类调查) 数据以及 ArcGIS Engine 开发平台, 研建了具有林业行业 特色的森林资源动态分 析系统 软件。系统 除具有 一般通 用的操作 和查询 统计功 能外, 还实现了森林资源统计分 析、森林 景观格局指 数计算 分析、森林 生态效 益计算 分析等 功能, 系统 操作简 便、高效, 为森林资源动态变化的统计分 析提供了实用 的手段 和工具, 为 今后研 建森林 资源综合 分析评 价系统 奠定了基础。 关键词: 森林资源; 景观格局; 生态效益; 统 计分析; ArcGIS; 二类调查 数据; 延庆县 中图分类号: S757; TP39 文献标识码: A 文章编号: 1002 - 6622( 2011) 04 - 0102 - 07
2011 年 8 月 第4期
林业资源管理 FOREST RESOURCES MANAGEMENT
August 2011 No 4
基于 ArcGIS 和二类调查数据的森林资源动态分析系统
张会儒1 , 何 鹏1 , 靳爱仙2
( 1 中国林业科学研究院 资源信息研究所, 北京 100091 ; 2 国家林业局调查规划设计院, 北京 100714)
收稿日期: 2011 - 06 - 03; 修回日期: 2011 - 06 - 23 基金项目: 林业公益性行业专项( 200804009) ; 国家 十一五 科技支撑计划 专题( 2006BAD23B0202) 作者简介: 张会儒( 1964 - ) , 男, 甘肃合水人, 研究员, 主要从事森林资源管理与决 策、森林可持续经营研究。