谢鹏芳，李 颖，黄家荣

（河南农业大学林学院，河南 郑州 450002）

基于GIS的森林抚育间伐规划设计

谢鹏芳，李 颖，黄家荣

（河南农业大学林学院，河南 郑州 450002）

以郏县林场西大坪林区为研究对象，应用GIS空间分析的方法，利用ArcGIS软件绘制郏县林场林相专题图，对郏县林场西大坪林区内需要森林抚育的林分进行面积总量和空间位置分析，确定相关的规划方案。分析结果表明，郏县林场需要进行抚育间伐的面积为108.8 hm2，地理位置主要分布在林场的中部和西北部。同时证明将GIS技术应用到森林抚育间伐工作上，可以有效节约大量人力物力，同时为间伐工作的规划和实施提供决策依据，促进林业全面协调可持续发展。

GIS；森林抚育间伐；空间分析

GIS的空间分析功能，为森林经营管理工作提供技术性的指导和决策支持［5］。以河南省郏县林场西大坪林区为研究对象，对GIS在森林抚育间伐规划中应用进行示范性研究，为林区和相关研究提供依据。

1 研究区概况

西大坪林区是国有郏县林场内的一个林区，位于平顶山市郏县境内，与襄县、汝州、禹州市、宝丰和平顶山市郊相邻，海拔400～600 m，属于大陆性季风气候，光照充足，四季分明，平均温度为14.6℃，年降水量678.6 mm，水源缺乏，土壤贫瘠、干旱，天然植物破坏殆尽，水土流失比较严重。郏县西大坪林区为国有人工林区，全部为生态公益林，林地总面积为764 hm2，有林地的面积为276.7 hm2，包括纯林107.6 hm2，混交林为169.10 hm2；未成林造林地为48.80 hm2，宜林荒地的面积为438.50 hm2。林区内森林活立木总蓄积量为17 018 m3，有林地中全部为乔木林地，其中纯林的蓄积量为4 431 m3；混交林的蓄积量为12 587 m3，林木资源规划主要以抚育间伐、封山育林、森林防火为主，树木病虫害以防为主。

2 研究方法

利用ArcGIS软件制作出研究区小班林相图，对林相图中需要森林抚育的林分进行面积总量和空间位置分析地图的处理分析，确定相关的规划方案，为森林抚育间伐提供方法和现代化技术，从而满足林场抚育间伐的需求。技术流程图如图1所示。

2.1 栅格数据预处理

研究底图为1：25 000纸质版西大坪林场的地形图，用扫描仪得到JPG格式，利用ArcMap软件将其转化为所需要用的TIFF格式，并保存（如图2所示）。

扫描图片没有地理坐标，缺乏地理属性，需要进行栅格配准使其具有地理意义。栅格配准是需要利用Georeferencing和Add Control Point工具，通过选取几个分布均匀的控制点，输入该地区的真实坐标，就可以对扫描后的栅格数据进行配准和校正，从而保证矢量化工作顺利进行［6］。根据所扫描地形图中的方里网的坐标为其定义Beijing1954投影坐标系统。

图2 西大坪林场扫描后地形图

2.2 创建数据库

为了更好的存储调查项目中小班的相关属性数据，需要创建个人数据库，数据库是在ArcCatalog指定目录下进行创建的，创建完成后还需要创建相对应的小班要素集来存储小班属性要素，同时还需要定义要素集的投影坐标系，此时的投影坐标系统需要与栅格配准时的坐标系统保持一致，从而保证要素类之间可以建立正确的拓扑关系，使小班矢量化工作可以正常进行。最后在创建好的要素集下创建要素类，为“小班面”要素添加小班号、面积、树种、土壤类型和郁闭度等字段，并为每个字段选择合适的数据类型［7］。

2.3 矢量数据的编辑与处理

将小班矢量化可以更方便的获取小班的地理属性数据，且地图放大或者缩小时不会失真，可以更好的对相关信息进行查询和处理。其主要方法是在ArcMap，加载已配准地形图到数据框中，再将新建的“小班面”要素图层加载进去。然后在“Editor”下，执行“startEditing”命令，用“SketchTool”工具将小班从地形图中勾画出来，最后结束编辑并保存。

图1 技术流程

图层要在处于编辑状态的前提下，才能对属性数据进行输入。右击数据框中“小班面”要素类，点击“Open Attribute Table”，打开该要素的属性表，将相关数据输入进去。属性数据的录取，可以方便以后更好的进行筛选出所需小班的工作［8］。

小班面创建好之后，为使制作图像中的小班属性数据能够及时更新，可将小班数据的外部属性表与其属性表连接起来［9］。主要通过GIS软件中“Joins and Relates”下的“Join”命令，在打开的“Join data”窗口中输入需要连接的外部Excel表，选择两个表中共有的属性字段进行连接，经此处理，两个表中的属性都会在小班的属性表中显示出来。

为了使制作出的图像更加清晰，将所需小班从整副林相图中裁剪出来，运用Arc Toolbox工具下的data management→raster→raster processing→clip工具，在弹出的对话框中输入要裁剪的栅格数据和前面矢量化出的小班面，将所需图层裁剪出来（图3）。

图3 矢量化小班图

3 结果与分析

3.1 抚育间伐的小班筛选

根据制作出的林相专题图，可将所需小班根据相关属性快速筛选出来。按照相关规定，人工林郁闭度在0.9以上的幼龄林、中龄林郁闭度在0.8以上的林分，郁闭度在0.8或郁闭度在0.7以上分布不均的天然林适合进行抚育间伐［10］。根据这些条件分别将郁闭度在0.8、0.9以上的林分和幼龄林、中龄林分别筛选出来。

图4 郁闭度大于0.8的小班

打开小班面的属性表，在“Attributes of小班面”的对话框中点击Options按钮，选择“Select By Attributes”输入主要的筛选的条件，将所需要的小班筛选出来，郁闭度大于0.8的小班（图4）。

3.2 抚育间伐的地块分析

将筛选出来适合抚育间伐的小班进行叠加分析，可得出郏县西大坪林区内幼、中龄林需抚育间伐相关数据和空间地理位置。叠加分析是GIS空间分析的组成部分之一，可以将空间中的一些隐含信息提取出来，从而对森林资源进行详细的分析。叠加分析不仅生成了新的空间关系，而且还将输入的多个数据层的属性联系起来产生新的属性关系［11］。

主要是利用Arc Toolbox中的Intersect功能，逐个输入筛选出来的图层，首先叠加出郁闭度0.8以上的中龄林，再叠加出郁闭度0.9以上的幼龄林，再用Union输入叠加出的这两个图层，最后得出需抚育区域的地理位置（图5），图中的蓝色区域就是需要进行抚育间伐的地块。

图5 西大坪林场需要抚育间伐地块

3.3 抚育间伐的面积

通过结果可以统计得出西大坪林场幼、中龄林地的面积共有243.6 hm2，根据该图层导出数据（表1）。

表1 西大坪林场幼、中龄林按郁闭度分级统计表

从表1可得郁闭度在0.8以上的幼、中龄林所占比重比较大，根据人工林郁闭度在0.9以上的幼龄林、中龄林郁闭度在0.8以上的林分适合进行抚育间伐的原则，需要进行抚育间伐面积是108.8 hm2，占西大坪林场幼、中龄林总面积的44.7%，其中幼龄林需抚育面积39.1 hm2，占全林场幼、中龄林总面积的16.1%；中龄林需抚育69.7 hm2，占全林场幼、中龄林总面积的28.6%。

3.4 抚育间伐空间位置分析

从图5可以看出需要进行抚育的小班位置，从地理位置分析，可抚育间伐区域主要集中在丁家沟和刘大寨附近，分布在林场的中部和西北部。

按照相关政策的要求，对于郁闭度为0.9或分布不均的郁闭度在0.8以上的人工幼龄林采用透光抚育的采伐方式，而郁闭度在0.8以上的中龄林采用生长抚育的采伐方式。通过分析幼、中龄林的分布情况，可制定合适的森林抚育间伐方案。

4 结论与讨论

（1）利用ArcGIS工具可以快速的制作出林区的林相专题图，操作方法简单，可以对大批量的数据进行高效的处理，提高制图精度。通过2014年森林资源规划设计调查数据可以发现，研究区工作人员从进行实地踏查，合理确定抚育作业区，对符合抚育间伐条件的地块开展外业调查，到最后制定出合理的工作方案共花费了62 d，可以证明利用GIS技术进行抚育间伐的工作可以节约大量的人力物力及其相关费用；GIS空间分析可以有效的对林区内需要进行抚育间伐的地块进行科学定量的分析，从而确定出可进行抚育间伐的面积和空间地理位置。通过2014年郏县西大坪林区森林抚育间伐作业设计的研究，发现实验结果中的需抚育间伐的面积108.8 hm2以及空间地理分布的位置与实际规划的抚育间伐面积及空间地理位置相一致的，从而可证明结果的正确性。

（2）抚育对象的确定除了通过郁闭度来判断，也要通过林木的生长情况、竞争关系以及林分构造等的分析来判断是否需要对其进行抚育经营，但是由于缺乏相关数据，研究仅通过郁闭度一个指标来确定抚育间伐的面积和空间地理位置，指标因子的单一。研究仅处于一个初级阶段，对以后的调查工作有一定参考作用，但有些问题需要进一步的研究和探讨。

［1］ 李淑华，杨继承，刘妍妍. 森林抚育间伐研究综述［J］. 黑龙江生态工程职业学院学报，2010，（1）：30-31.

［2］ 周 勇. 森林抚育作业设计方案［D］. 咸阳：西北农林科技大学，2013.

［3］ 李宇昊. 我国森林抚育技术体系存在的问题及建议［J］. 世界林业研究，2013，（6）：59-63.

［4］ 张丹华，石军南，陈传松，等. 基于GIS林业专题制图及方法优化［J］.中南林业科技大学学报，2012，（10）：173-178.

［5］ 李晓军. GIS空间分析方法研究［D］. 杭州：浙江大学，2007.

［6］ 王洪站，马燕燕，张振涛，等. 基于ArcGIS的专题地图制作方法综合研究［J］. 城市勘测，2008，（4）：47-49.

［7］ 汤国安，杨 昕. ArcGIS地理信息系统空间分析实验教程［M］. 北京：科学出版社，2006. 52-61.

［8］ 徐向阳，钱远煌. 浅谈ArcGIS在林业规划设计制图中的应用［J］.湖北林业科技，2012，（5）：47-50.

［9］ 刘化冰. ArcGIS在林业专题图制作中的应用［J］. 福建林业科技，2010，（1）：30-32，36.

［10］ 郑 兴. GIS在大理州森林抚育中的分析应用［J］. 林业建设，2014，（2）：64-67.

［11］ 陈红梅，汪小钦. 基于GIS的福建省漳浦县森林资源分析［J］. 森林调查规划，2005，（2）：1-5.

（责任编辑：肖彦资）

The Design and Planning of Forest Tending and Thinning Based on GIS

XIE Peng-fang，LI Ying，HUANG Jia-rong
（College of Forestry， Henan Agricultural University， Zhengzhou 450002， PRC）

Took Jiaxian forest farm Xidaping forest region as the research object， used ArcGIS software to draw thematic map of Jiaxian forest form， carried through analysis of total area and spatial position of JiaxianXidaping forest farm which need to forest tending， then identifed relevant p lanning program s.The analysis results showed that the need for Jiaxian forest tending and thinning area of 108.8 hm2，the geographical position was mainly distributed in the central and northwest forest farm；GIS technology could save a lot of manpower and resources if applied to the forest thinning work， and provided decision-making basis for thinning work planning and implementation，promote comprehensive coordinated and sustainable development of forestry.

GIS； forest tending and thinning； spatial analysis森林资源是宝贵的自然资源，对环境和经济都有重要的影响。随着我国经济的高速发展和人民生活水平的提高，人们逐渐意识到资源可持续发展的重要性，森林抚育间伐工作逐渐引起重视［1-2］。传统的抚育间伐技术已经不能顺应时代的要求［3］，为了适应新时期下的新要求，我国专家学者不断研究，借鉴国外的先进技术和经验，引进了GIS（Geographic Information System）技术。GIS技术可以将空间数据和属性数据结合在一起，将大量的森林资源信息以可视化效果直观方便的表现出来。利用ArcGIS软件为森林抚育间伐规划设计进行数据科学化处理，可提高制图速度，制作出的图像也更加的清晰美观，精度高，通过对图像分析得出的决策方案也更加合理［4］，同时可以运用

S757

A

1006-060X（2016）09-0059-04

10.16498/j.cnki.hnnykx.2016.09.018

2016-07-08

河南省科技攻关项目（0624050007）

谢鹏芳（1989-），女，河南漯河市人，硕士研究生，主要从事森林资源信息化管理研究。

黄家荣