达理诺尔国家级自然保护区森林景观管理信息系统的设计与实现

2022-09-11

森林资源是一种全球性的、复杂的生态系统, 森林资源作为陆地第一大生态系统, 关系到人类赖以生存的环境;对森林资源的管理不当最终会导致森林资源管理决策失误和未来发展规划的失实, 因此合理利用和保护森林资源越来越受到国家的重视。我们要及时了解森林资源现状及存在的问题、进行科学的管理、并做出合理的决策规划, 对林业可持续发展及其重要。

本文选择了内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗达里诺尔国家级自然保护区作为研究区, 主要以达里诺尔森林景观数据为核心, 通过Arc GIS软件实现对林相图的数字化, 获取森林景观的空间数据和属性数据, 再使用ENVI软件实现对林相图的纠正、投影转换、对森林景观影像数据进行分析和处理。

一、研究区概况

达里诺尔国家级自然保护区 (研究区) 位于内蒙古自治区赤峰市克什克腾旗的西部, 距克什克腾旗政府所在地经棚镇约90公里。保护区的地理坐标为东以116°22′~117°00′, 北纬117°′~43°27′, 总面积119.41公顷。如下图1-2为达理诺尔国家级自然保护区 (研究区) 优势树种分布图。

二、开发平台

森林景观管理系统选择的操作系统为Windows7企业版, 以.NET Framework4.5为开发框架, 开发平台上, 选择了Visual Studio 2012作为开发平台, 编程语言选择了C#语言, 使用Arc GIS Engine作为GIS软件二次开发组件, 数据库的选择考虑到性能、价格及开发的实际需要等选用了SQL Server2012数据库。

三、森林景观管理信息系统的总体设计

(一) 需求分析

根据研究区森里景观管理的现状, 现有的森林景观管理手段不能对森林景观管理工作实行全面监控。如, 管理手段落后, 即手工管理手段、数据不能及时更新、不能有效的进行监督等;现有的技术手段不能实时反映森林景观资源消长等情况, 导致森林景观资源数据不准确;各森林景观管理部门之间的数据共享比较困难。由于现有的软件技术手段落后导致森林景观信息的共享性较差, 使各森林景观管理部门及时得不到森林资源信息, 造成森林景观资源管理的困难。

针对用户需求把森林景观管理系统的功能归纳为以下几点:首先, 系统具备森林景观管理系统森林景观信息的查询、浏览、更新、统计河维护等功能;其次, 系统利用森林景观信息对森林景观系统进行综合分析和评价功能;最后, 系统具有森林景空间分异分析等功能。因此需要建立一套完整的森林景观管理系统, 实现森林景观数据的有效管理, 及时、准确、有效的管理森林景观资源。

(二) 系统功能模块设计

根据系统需求分析和设计目标, 本系统所实现功能有文件管理、地图浏览模块、森林景观资源管理模块和打印输出模块等几个功能。

四、森林资源管理系统功能插件开发与实现

(一) 文件的打开与保存

本系统可以打开Arc GIS的mxd工程文件和保存mxd文件, 它记录系统中文档的存储位置和显示信息。编写Open Project和save Project两个类, 继承ICommand接口, 在on Click事件中实现打开和保存功能。

(二) 地图浏览

系统中地图放大功能由Map Zoom In类实现。该类继承了ITool接口, 通过Arc GIS Engine组件的Contrls Map Zoom In Tool Class类实现, 把生成的对象赋给了ICommand对象my Command, 然后通过该对象的On Create方法传到Map Control控件, 这样便把Arc GIS的地图放大、缩小、漫游等插件封装了系统所定义的接口插件中。使用Ax Map Control、Ax TOCControl、Ax Toolbar Control等GIS可视化控件, 建立地图的浏览界面。使用Ax Map Control控件加载和显示地图数据, 使用Ax TOCControl控件显示图层目录, Ax Toolbar Control控件是容器控件, 把常规地图中浏览的使用的按钮等工具定制在其中。使用IPage Layout Control接口的Print Page Layout方法可以打印Page Layout Control控件中视图。

(三) 森林景观资源管理

系统具有森林景观资源管理功能, 如树种、林种 (自然保护区林、防风固沙林等) 的添加、修改、删除等。

(四) 打印输出模块

系统具有森林景观地图的打印输出功能。系统使用IPage Layout Control接口的Print Page Layout方法打印Page Layout Control控件中视图, 通过IPage接口的Page To Printer Mapping设置了页面和打印纸张的大小匹配。

(五) 基于DEM的森林空间分异分析

1. 树种随高程分布

达理诺尔海拔高程值处于1230~1478m之间, 利用Arc GIS软件, 将上述按照Natural Breaks分类划分的5个高程区与达理诺尔研究区的林相图叠加, 并分别分析每一高程区的森林信息。

结果显示, 树种在1230~1290m (1-2) 的高度, 除了榆树随着海拔高度的升高而减少外, 其余各树种的分布总趋势上都是随着海拔高度的升高而增大, 由于研究区内山杏、杨树和锦鸡儿等数量较少, 无法找寻其分布与海拔高度的规律性, 因此本文对上述树木不做深一步探究。在1290~1320m (2-3) 高度区内, 山杏和沙柳随着海拔高度的升高而增大, 面积分别为16.36%和72.22%, 其余各树种的分布总趋势上都是随着海拔高度的升高而减少。在1320~1478m (3-5) 高度区内, 榆树和山杨随着海拔的升高而增大, 面积分别占到44.15%和4.10%, 而山杏和沙柳随着海拔的升高而减小。山杏在1230~1260m的高度区内没有分布, 山杨在1230~1320m (1-3) 的高度区内没有分布, 海拔在1230~1290m (1-2) 的高度区内没有分布, 杨树、虎榛子和锦鸡儿在1350~1478m的高度区内没有分布。因此可以看出, 相比于其它树木, 山杨在高海拔地区具有活跃的生命力。可见, 榆树在1230~1260m和1350~1478m (1-2) 地区内生长最为旺盛, 沙柳在1290~1320m (2-3) 地区内生长最为旺盛。

2. 树种随坡度的分布特征

研究区的坡度分布在0°~46°, 利用由达理诺尔DEM提取的达理诺尔坡度数据, 对其进行重分类, 将地面坡度分7级, 采用GIS叠加分析方法提取每一类型树木在不同坡度等级对应的树木信息, 得出树种在各坡度区的面积百分比分布情况。

图1显示, 坡度为20°以上, 沙柳和榆树在该坡度区数量上占绝对优势, 其次是虎榛子和山杏。坡度与树木生长有极大关系, 坡度越大越不利于树木生长。

对树种进行具体分析后可知, 在大于20°的坡地上, 除了山杏和杨树随着坡度的升高而增大以外, 其余各类树种随着坡度的增大, 其分布频数也在减小;而在20°以内, 随着坡度的增大, 榆树和山杏等树种分布也增大。在大于20°的坡地上, 除了山杏和杨树增大外, 其余树种的分布频数骤然减小, 尤其是在20°~46°的坡地上, 山杨和锦鸡儿呈零星分布。沙柳在3°~7°的坡度分区内存活率最高, 共占到其总数的54.42%。综合上述的海拔信息我们不难发现, 沙柳在低海拔地区生长旺盛的树种。榆树等高海拔地区生长旺盛的树种, 在陡峭的坡地上也能生长良好, 并占有绝对的优势。

3. 树种随坡向的分布特征

将达理诺尔研究区坡向划分成无坡向、阴坡、阳坡、半阴坡、半阳坡五个坡向级。研究区内各个坡向除平地无坡向区外, 其余四个坡向级坡面面积分布较为均匀, 统计结果, 5个坡向坡面面积大小以依次为半阳坡>半阴坡>阳坡>阴坡。

通过图2可以看出, 沙柳和榆树在平地、阴坡、半阴坡、半阳坡和阳坡上占的面积最大, 而山杨、杨树和锦鸡儿分布几乎是零星分布, 虎榛子和山杏分布较少。阳坡上面积比例大小依次为:沙柳>榆树>虎榛子>山杏>山杨>杨树>锦鸡儿。

4. 森林资源动态变化分析

(1) 各类林地面积变化分析

从1995年到2008年, 研究区林业用地 (包括疏林地、灌木林地) 面积呈下降趋势, 由12946.45h㎡, 下降为12672.75 h㎡, 年均净减率达1.07%。

(2) 各类优势树种生长情况及森林动态变化原因分析

榆树和杨树分布在河谷阶地、缓坡丘陵及地台上, 土壤以沙性土壤为主。分布在中山和低山缓坡和斜坡上, 处在阳坡地区。分布在南部缓丘和沙地上。分布在种地山阴坡地区。森林动态变化的主要原因: (1) 通过封山育林来保护森林的健康成林; (2) 一部分未成林地造林地转化为森林; (3) 积极造林, 加大林业生态建设来增大森林资源等。

五、结论

本文的研究以内蒙古赤峰市克什克旗达理诺尔国家级自然保护区为研究区域。由基于DEM的森林空间分异分析可知, 不同树种对地形的适应性不同, 坡度主要从立地条件方面影响树种的分布, 大部分树种都可以在坡度较缓的区域生长, 而有些树种是在坡度较大的区域也有很旺盛的生命力, 在不同的地形条件下, 树种的竞争能力就产生了差异, 因此其分布也产生了差异, 高程和坡向的影响也是显著的, 不同高程和坡向的组合反映了不同的水分和光照条件, 这些都会对树种的分布产生影响。本文成功的完成了森林资源管理信息系统和网络信息发布功能。基本实现了预期的森林资源管理信息系统的所有功能。