GIS在林业专题地图中的制作与应用 以帽儿山实验林场为例
作者姓名：李杰 专业班级：测绘工程32013010603
指导教师：唐斌
摘 要
森林资源是决定一个国家林业生产发展的先决条件，森林资源的数量直接关系到国家重要性的基础资源。依据《森林资源规划设计调查主要技术标准》（GB/T 26424-2010），本文应用GIS技术为核心的3S技术手段对帽儿山实验林场的森林资源状况进行了如下分析：
（1）利用帽儿山实验林场的DOM数据，借助不同GIS软件平台进行森林资源的二类调查，完成林业专题地图制作。
（2）根据跃进施业区的DEM数据派生出坡度和坡向的数据，再进行坡度和坡向分析。
（3）建立森林火险评估机制体系，有效预防森林火灾的发生。
借助帽儿山实验林场林相图对各类森林资源分布状况加以分析，实现了森林火险险情的模拟分析，有效预防了森林火险的发生。
关键词：GIS；林相图；空间分析；森林火险评估
I
Making and Application of GIS in Forestry
Feature Map
Abstract：Forest resources are a prerequisite for determining the development of forestry production in a country. The quantity of forest resources is directly related to the basic resources of national importance. According to the \"Forest Resources Planning and Design Survey of the main technical requirements\" (GB /T 26424-2010), this paper uses GIS technology as the core of the 3S technology to Maoer Mountain Experimental Forest Farm forest resources status of the following research:
(1)Using the DOM data of Maoer Mountain Experimental Forest Farm, we use the different GIS software platform to carry out the second class investigation of forest resources, and complete the forestry thematic map production.
(2)Based on the DEM data of the leaping area, the slope and slope data are derived, and the slope and aspect analysis are carried out.
(3)To establish a forest fire risk assessment mechanism to effectively prevent the occurrence of forest fires.
With the help of the forest forest map of Maoer Mountain Experimental Forest Farm, the dynamic monitoring of forest fire risk is realized, which can effectively prevent the occurrence of forest fire risk.
Keywords: GIS; forest facies; spatial analysis;forest fire risk assessment
II
目 录
第1章 前言......................................................... 1
1.1 研究背景和意义.............................................................................................. 1 1.2 国内外发展现状.............................................................................................. 3 1.3 研究内容.......................................................................................................... 4 第2章 森林火险评估与林业专题地图设计理论........................... 6
2.1 研究区概况...................................................................................................... 6 2.2 数据预处理...................................................................................................... 7 2.3 建立森林火险评估指标体系........................................................................ 11
2.3.1 限制性因子分析.................................................................................. 11 2.3.2 森林火险区划方法.............................................................................. 13 2.4 森林火险损失评估........................................................................................ 14
2.4.1 森林火灾损失...................................................................................... 14 2.4.2 森林火灾损失评估方法...................................................................... 14 2.5 林业专题地图制作与应用设计模式............................................................ 16 第3章 基于ArcGIS的林业专题地图制作与输出......................... 18
3.1 数据处理........................................................................................................ 18
3.1.1 新建小班图层及字段.......................................................................... 18 3.1.2 小班区划的编辑和拓扑处理.............................................................. 19 3.1.3 加入小班调查属性.............................................................................. 21 3.2 成果输出........................................................................................................ 23
3.2.1 专题地图的制作.................................................................................. 23 3.2.2 林班分布成果图输出.......................................................................... 25 3.2.3 三维可视化渲染专题地图输出.......................................................... 26
第4章 基于MapGIS的林业专题地图的制作与输出....................... 27
4.1 MapGIS软件模块 .......................................................................................... 27 4.2 数据格式转换及误差校正............................................................................ 27
4.2.1 shpfile格式转换 ................................................................................... 27 4.2.2 误差校正及投影变换.......................................................................... 28
III
4.3 拓扑构建和地图配色.................................................................................... 28 4.4 调查数据与区文件合成................................................................................ 29 4.5 工程图例及地图三要素整饰........................................................................ 30
4.5.1 工程图例新建...................................................................................... 30 4.5.2 标准公里网文件生成.......................................................................... 31 4.5.3 工程文件输出...................................................................................... 32
第5章 林业专题地图在森林火险评估中的应用.......................... 33
5.1 森林火险区划................................................................................................ 33
5.1.1 限制性因子分类赋值.......................................................................... 33 5.1.2 火险指数与火险区划建立.................................................................. 35 5.1.3 森立火险分析...................................................................................... 37 5.2 森林火灾损失评估分析................................................................................ 37
5.2.1 数字化过火范围.................................................................................. 37 5.2.2 提取过火区面积.................................................................................. 37 5.2.3 调查森林过火区损伤情况.................................................................. 39 5.2.4 统计森林火灾蓄积量损失.................................................................. 40 5.3 实验分析........................................................................................................ 41 结论............................................................... 42 致谢............................................................... 43 参考文献........................................................... 44
IV
成都理工大学2017届学士学位论文
第1章 前 言
1.1 研究背景和意义
我国GIS起步晚，发展速度快，至今已广泛应用到1000多个行业。 第一，在自然资源管理方面。GIS被广泛与其他信息产业及产品相集成，如基于GIS与GPS结合的森林智能化管理系统、GIS与数字地球的结合，大大丰富了人们在社会、经济、科教文化等方面的便利性。
第二，在矿区矿藏和地质勘探方面。有些领域已将GIS用于矿山地质体断层和层位，表现为地质体地层的构造和几何形态的三维立体图形。
第三，在市政工程及管理方面。一些国家已经将GIS用于城市三维可视化地图，让人类的衣食住行方便快捷，包括实景地图、实时查询。
第四，在林业发展方面。GIS在林业上应用和发展是随着GIS在其它方面应用和发展而进行的，传统的纸质地图逐渐被数字化制图所取代，数字化地图在动态性、交互性和直观性及数据更新的现势性、数据多样性方面有绝对优势，在森林资源动态监测、静态管理和快速决策方向有待于发展。每个地区因现代化数字地图的实现程度不同，而各有差异[1]。
此外，GIS还在社会安全、商业网点、通信、环境保护、不可再生能源、气候、水利、选址、农业等领域得到广泛应用[2]。
从社会发展方向出发，伴随着计算机图形学及空间数据库技术的迅猛发展，森林资源方面的研究被外界所关注。于是，森林资源调查方案必须在多领域多方面多角度的与GIS空间分析技术结合的双重把关下来制定，对于有科技局限性的领域，要多采用新技术新思想新方法。因此，从社会化需求的出发点上看，必须做好森林资源调查的以下三个方面。
（1）森林资源调查内容。调查之前，必须确立森林资源调查的总体目标，远期目标和急于实现的目标，把握森林调查内容的主次之分，对于林班边界、小班边界、以及林场的相关内容予以深刻理解，制定森林资源调查主要内容表，做到有的放矢。
（2）森林资源调查的方法。森林调查有多种调查方法，可以分为传统调查方法和现代化调查方法。在这些调查方法中，又可以细分为抽样调查法、样地
1
成都理工大学2017届学士学位论文
实测法等传统方法，总体控制法、系统法、航空图片法等高科技手段的现代调查方法。
（3）森林资源调查的意义。凡事必有利弊，森林资源调查的意义明确、目的鲜明。从经济性、效益性、现势性、资源可再生性、综合性等方面均有重大的意义，在森林资源利用现状分析和资源可持续利用方面可为社会的可持续发展做出重大贡献。
当然，从社会环境保护方面看，做好森林资源调查的同时，也要抓好以下两个方面。
（1）天然林的持续经营。天然林具有保护外界干扰的能力，人工辅助林种的快速增长，对于非常具有种植潜力和必须加大保护力度的林分类型予以特别措施加以保护。对于低增长高质量的次生繁育树种，应该加强这类优化树种的保护举措，稳步增长树木的品质与生长速度；在对于可采伐的树木时也要综合考虑各种外界因素。森林资源开采时，要与周边环境和谐相处，对于枯竭资源要尽力维护，例如动植物、不可再生资源，动物采取设立保护区或保护带的方法，植物采取移植栽培或基因重组提取优良树种，不可再生资源采取现代遥感技术和卫星定位技术实施监测。
（2）人工培育林的持续经营。由于保护力度不够，导致天然林资源的枯竭，人工培育林的发挥的职能也越来越大，我们应该对人工培育林进行大量种植。在人工林的规划当中，可以将不同物种的树木结合起来，使得人工林也具有物种的多样性和多层性，形成合理的森林资源系统；以确立一种稳定的、良性的生态循环系统，尽量降低化学物质的利用，对树林进行科学的管理；为了持续发展人工林的经济，应当根据调查结果建立出合理的采伐强度和采伐方式，从而保持森林的生态系统不受约束[3]。
综上所述，森林资源调查对于我们保护自然环境和社会资源再利用都具有现实性的意义，因此，我们应当加强对森林资源调查这项工作的重视。
2
成都理工大学2017届学士学位论文
1.2 国内外发展现状
1.林业GIS在北美的发展
加拿大第一个成为GIS方向的开拓者，同时也是林业GIS的重要发源地之一。从1986年起林业GIS的学术交流会每年如期举行，GIS已成为大多数林业院校的一门核心课程[4]。
在美国，GIS是林业部门必不可少的利用手段。GIS在林业方面应用领域极其广泛，如森林防火、森林病虫害监测、森林资源规划等等。林业GIS的应用不只是存在于美国的交通局、国家水利部门等、像土地规划局、税务局、国土局等其它单位也从不同的方面进行了有关林业GIS的应用[5]。 2.林业GIS在西欧的发展
西欧国家GIS的利用也非常广泛。法国利用GIS进行景观模拟分析，开展生态旅游计划，英国利用GIS进行森林资源大调查；欧洲遥感信息研究所利用GIS分析全球环境恶化的趋势[6]。 3.林业GIS在东南亚的发展
在东南亚地区GIS首选成为综合环境治理的系统。泰国将GIS作为城市综合治理的必要武器等等。 4.林业GIS在中国的发展
林业GIS在我国的发展分为四个阶段：
第一阶段：1970--1980年，为基础准备阶段，我国各大科研部门及高校团队渐渐进入GIS理论研究的环节，初步确立了GIS所要研究的基础知识、人才、技术、设备等方面。
第二阶段：1981--1985年，为起步阶段，参考国内外该领域研究成果、资料及技术、编写适应于国内的GIS行业标准法规，规范空间数据库开发模式及软件试运营分析。
第三阶段:1986--1995年前后，为初步发展阶段，开始萌生了MapGIS等国内一批先进的空间分析和地形图制作软件，奠定了国内GIS的基础。
3
成都理工大学2017届学士学位论文
第四阶段：1996年至今，快速发展阶段。GIS成为大众化的制图工具，与人民生活息息相关，特别是3S技术集成应用,如GPS与GIS的综合利用[7]。
综上所述，可将GIS在林业领域上的发展分为三个方面。
（1）将GIS作为森林综合制图工具。以GIS众多的常规制图及专题地图制作功能为主，结合计算机及其相关外围设备快速度、高精度、大批量地完成森林资源林分类型的分类及分类专题地图的制作。
（2）将GIS作为空间分析工具。以图形运算及处理为主要特征。采用各种专业图（如DEM）的空间分析来派生出新的信息。
（3）是GIS作为森林资源管理系统综合决策工具。将森林资源外业调查的文字、图像、表格转换为直观地三维可视化立体模型，可供决策者快速浏览、第一时间拿出可行性方案。
1.3 研究内容
本文基于GIS在林业专题地图中的制作与森林火险评估中的应用研究内容主要可分为三个方面：
（1）对森林资源调查及林业专题地图制作有较深刻的理解认识，打好ArcGIS和MapGIS软件基本制图功能的学习基础，建立森林火灾评估机制体系。换句话说，首先应该了解森林资源调查与林业专题地图制作的定义范畴，其次应该全面了解GIS软件的功能基础上加强对本论文的实现任务的了解。GIS软件平台已经成为广泛的大众工具型软件平台，因此，需要利用互联网与图书馆资源以及针对GIS软件平台的空间分析功能与制图功能的工具书，同时可参考GIS软件的帮助文档及Esri提供的On-line Help。
（2）针对基于GIS林相图制作的专题应用数据类型可分为点、线（弧段）、面（区）进行数据的处理与分析，建立专题地图制作的整个流程。
（3）以帽儿山实验林场跃进施业区林班、小班、边界线的原始资料为数据基础，在ArcGIS的ArcToolbox功能及MapGIS的四大软件模块功能的支持下，通过软件常规制图及空间分析功能分别进行数据编辑、数据处理、数据成图的等方面的研究。本文分析了基于ArcGIS软件平台和MapGIS软件平台的专题地图制作的优缺点，重点阐述了两种GIS平台的实际操作过程。
4
成都理工大学2017届学士学位论文
另外，基于GIS的森林专题地图制作和森林火险评估的相关研究还可从以下几个方面入手：
第一，专题地图的符号设计与表现形式研究。专题地图符号的设计在现代化制图领域中，不能只用简单唯一的符号来表示多元化、复杂化的内容。应该从多维角度来考虑图形的综合表达，如三维可视化表达。首先是要对林业专题地图的调查成果及其符号体系理论、方法进行理论性研究，并利用GIS与计算机辅助制图技术完成专题地图的三维符号系统的设计与制作。
第二，GIS专题数据三维化方法研究。森林资源数据林业专题地图制作首先解决数据源的问题。必须能采用现有的GIS软件和技术，这样不仅仅节约国家对于三维数据采集上的生产成本、人力、物力、财力。把现有二维基础数据经过分析与处理，增加高程等三维信息，形成可直接用于直观决策的三维模型的数据形式，具有深远的现实意义和经济效益。
第三，DEM数据的分析研究。距离量算、坡度、可视化等操作是电子地图的重要特点。在GIS、DEM的基础上进行这些操作也是研究的热点区域，同时基于GIS的专题地图的分析更具有可靠性和准确性。
5
成都理工大学2017届学士学位论文
第2章 森林火险评估与林业专题地图设计理论
2.1 研究区概况
1.地理位置
帽儿山实验林场跃进施业区位于尚志市西北部，东经127°32′26″-- 127°39′24″，北纬45°20′11″-- 45°23′47″；林场东边与小九、尚志林场毗邻，南与五常市相连，西与哈尔滨市阿城区接壤，北与林大实验林场相接，行政区域位于帽儿山镇境内，研究区位置图如下2-1所示。
图2-1 研究区位置图
6
成都理工大学2017届学士学位论文
2.自然和森林资源概况如图2-2，2-3所示。
自然地理概况
山脉 水系 气候 植被
跃进施业区以山区丘陵为主，坡度大都在5°～25°之间，地势南高北低，平均海拔400米左右。 主要河流为松花江二级支流，较大河流为黄泥河、大泥黑河汇入阿什河。
温带大陆季风气候，冬季长寒冷而干燥，夏季温热雨水集中，年平均气温2.4℃、平均降雨量700mm。 主要河流为松花江二级支流，较大河流为黄泥河、大泥黑河汇入阿什河。
图2-2 自然地理概况
森林资源概况
2.2 数据预处理
1.软件准备
森林分类区
划 森林资源概况
经营区总面积27858hm2，林业用地面积26067hm2，非林地面积1527hm2，森林覆盖率83.29%。
林分类型
林分类型主要有：阔叶林、针叶林、杨树林 柞树林、椴树林、软阔叶混交林、珍贵树种混交林等类型。
区划生态公益林面积17339hm2，占林业用地 面积66.5%，其中重点生态公益林53.6%， 区划一般生态公益林12.9%。 图2-3 森林资源概况
本部分研究在ArcGIS软件基础上来进行，ArcGIS是ESRI公司集40余载科研攻关开发出的一款可伸缩的、可二次开发的、可与其他平台扩展的GIS软件平台，先进的软件构造理念与分布式平台，树立了全球GIS产品的典范。
7
成都理工大学2017届学士学位论文
2.数据准备
（1）帽儿山林场跃进施业区的边界（yjbnd.shp，shapefile格式）和林班界数据（yjlb.shp，shapefile格式)
（2）跃进施业区2003年拍摄的航空摄影测量数据（yj.img，shapefile格式）； （3）利用ERDAS软件校正的2002年5月28日的LandsatTM影像（yjtm.img文件组合了Band1--Band5、Band7共六个波段，分辨率为30m，yjtmband8.img表示Band8波段数据，分辨率15m），作为辅助数据；
（4）跃进施业区数字高程模型（DEM）数据（yjdem.img，IMG格式，分辨率30m）；
（5）后期森林资源调查数据（森林资源调查数据2004.dbf）。 3.投影系统的选择
地图投影是将地球椭球面上的点通过一定的投影方法展绘到平面上的方法。投影时综合考虑的因素较多，主要为制图区域的内容、制图区域范围及比例尺等，在本次论文实验中，采用林相图通用的投影类型：Gauss-Kruger，即横轴墨卡托投影。具体投影参数如下：
地图投影名称：Transverse Mercator 单位：meters
椭球体：Krasovsky_1940 中央经线：129.0 投影起始纬度：0.0 东偏移量：22500000 北偏移量：0。 4.数据预处理
数据预处理过程主要完成以下操作：地理配准、投影变换、误差处理、DEM数据分析产生多种新信息的过程。本文主要介绍DEM数据处理部分的操作。 5.坡度因子分级
（1）地理环境的设置
8
成都理工大学2017届学士学位论文
在Spatial Analyst工具栏设置地理环境为DatapreProcessing文件夹下的yjbnd.shp，让施业区外部的地区不会被处理掉，如图2-4所示。
图2-4 环境设置对话框
（2）坡度的因子的分级
根据我国坡度分类计术标准可分为：5°，15°，25°，35°，进行再分类成1，2，3，4。其中1表示平坡（Ⅰ级），2表示缓坡（Ⅱ级），3表示斜坡（Ⅲ级），4表示陡坡（Ⅳ级），依次为0~15°，5°~15°,15°~25°，25°~35°，如图2-5，2-6所示。
9
成都理工大学2017届学士学位论文
图2-5 重分类对话框
图2-6 坡度重分类图
（3）坡向因子提取
在本次坡向分析实验中，我们规定-1 -- 0为无方向输出的新值改为0，将 0 -- 22.5°和337.5° -- 360° 级别输出的新值改为北方向的代码1，依次类推，完成坡向因子的九类分级，见表2-1，图2-7，2-8所示。
表2-1 坡向分类
方向 Aspect 角度范围(°) 0 无 -1-0 1 N 0-22.5 337.5-360 2 NE 22.5-67.5 3 E 67.5-112.5 4 SE 112.5-157.5 5 S 157.5-202.5 6 SW 202.5-247.5 7 W 247.5-292.5 8 NW 292.5-337.5
10
成都理工大学2017届学士学位论文
图2-7 坡向重分类
图2-8 坡向重分类图
2.3 建立森林火险评估指标体系
根据《森林资源规划设计调查主要技术标准》（GB/T26424-2010）及森林火灾与地形因子之间的原有统计资料，森林火险限制性因子主要有地物类型、地形因子、土壤湿度及其它因子[8]。 2.3.1 限制性因子分析 1.地物类型
根据帽儿山研究区域小班数据的地类及优势树种的两个字段值，把可燃物类型分为16类，并赋予不同的等级值，见表2-2所示。
11
成都理工大学2017届学士学位论文
表2-2 可燃物类型
可燃物类型 幛子松 落叶松 红松 水曲柳 杨树 针叶 榆树 云杉 可燃性 易燃 易燃 易燃 易燃 易燃 易燃 易燃 易燃 等级分值 10 10 9 8 8 8 8 8 可燃物类型 阔叶 人天混 天人混 柞树 软阔 硬阔 无林地 可燃性 易燃 可燃 可燃 可燃 可燃 可燃 难燃 等级分值 8 7 6 6 5 5 0 2.地形因子
（1）海拔
研究区域海拔高度在0～600m之间，属于低丘陵地带，一般挨近河流等要素，故发生森林火险的几率很小。具体海拔因子分级见表2-3所示。
表2-3 海拔因子类型分级
地形因子 危险程度 等级分值 ＜10 低 1 10～300 低 3 300～450 偏高 6 450～600 高 9 （2）坡度
随着坡度的上升，森林火险蔓延趋势一般呈现中间高、两边低的状况，坡度越高，发生火险的可能性越大，见表2-4所示。
Ⅰ级为平坡1°~5°；Ⅱ级缓坡5°~15°；
Ⅲ级斜坡15°~25°；Ⅳ级为陡坡25°~35°；
Ⅴ级为急坡35°~45°；Ⅵ级为险坡45°以上。
表2-4 坡度因子类型分级
地形因子 危险程度 等级分值 平坡 低 4 缓坡 中 6 斜坡 较高 9 陡坡 高 7 （3）坡向
坡向直接影响地表接收太阳辐射量的多少，造成不同坡面上的温度差异性，其中南坡太阳辐射量最大，可按E、S、W、N、NE、SE、NW、SW及无九个
12
成都理工大学2017届学士学位论文
方位确定坡向，见表2-5所示。
表2-5 坡向因子类型分级
地性因子 危险程度 等级分值 东坡 中 5 南坡 高 10 西坡 中 5 北坡 低 3 东北坡 较低 4 东南坡 较高 8 西北坡 较低 4 西南坡 较高 7 无坡向 中 5 3.土壤湿度
土壤湿度因子直接影响落叶层的含水量，直接影响森林火灾的蔓延程度，根据森林资源Ⅱ类调查规定，将土壤湿度可分为以下五种，并赋予不同的分类值，见表2-6所示。
表2-6 土壤湿度因子类型分级
土壤湿度 危险程度 等级分值 干 高 10 潮 较高 8 湿 中 6 重湿 低 3 极湿 低 1 2.3.2 森林火险区划方法 1.森林火险指标因子计算
森林火险指数(FFDI)采用加权叠加综合分析法进行计算得出，采用以下公式：
FFDI＝地类因子×ω1＋海拔因子×ω2＋坡度×ω3
（2-1）
＋坡向因子×ω4＋土壤湿度因子×ω5
本研究采用加权叠加分析法，依据专家经验法和参考以往重要资料，各项火险指标因子分别为：ω1=0.4，ω2=0.1，ω3=0.1，ω4=0.1，ω5=0.3[9]。 2.森林火险区划标准
根据FFDI计算值，借助GIS空间分析功能将研究区域分为五类森林火险区划，见表2-7所示。
13
成都理工大学2017届学士学位论文 表2-7 森林火险区划分类标准
级别 代码 指数 无火险区 1 0≤FFDI＜2 低火险区 2 2≤FFDI＜5 中火险区 3 5≤FFDI＜6.5 高火险区 4 6.5≤FFDI＜8 极高火险区 5 FFDI≥8 2.4 森林火险损失评估
2.4.1 森林火灾损失
森林火灾损失一般是指自然因素或人为因素的影响下，对周围森林资源、动植物、生产及生活设施及人员的伤亡，主要分为直接经济损失、间接经济损失、补救损失三大类[10]。 1.直接经济损失
直接经济损失是指发生森林火灾时造成的森林资源损失、人民财产损失。 2.间接经济损失
间接经济损失是指森林火灾发生后，造成的环境、生物物种及社会经济损失。 3.补救损失
森林火灾补救损失是指扑灭火灾产生的人力、物力、财力的损失。
2.4.2 森林火灾损失评估方法 1.森林火灾过火面积的确定
根据Landsat TM遥感影像数据yjtm.img(共Band1～Band5、Band7共六个波段)进行提取过火区面积。
（1）建立过火面积解析标志
利用遥感影像燃烧区域的432波段在在彩色图像上的合成为黑色，321波段合成为深紫色，与周围环境很容易区分出来，如图2-9所示。
14
成都理工大学2017届学士学位论文
图2-9 解析标志
（2）建立火灾损失评估方法
将遥感影像数据中提取的过火面积与小班图层进行叠加分析，得到过火面积内的各小班平均蓄积Xi，然后采用下列公式计算各个小班的蓄积损失：
Si＝Ai×Xi×Pi （ 2-2 ）
Si表示表示第i个小班的蓄积损失，Pi表示第i个小班的森林火灾损失系数，Ai表示第i个小班的过火面积；由于在过火面积范围内有n个小班，对每个小班的蓄积损失求和即此次火灾损失的总蓄积，即
S＝Si
i1n（2-3）
（3）森林火灾损失系数的确定
Pi＝P1×1.0＋P2×0.7＋P3×0.4
（2-4）
其中：Pi表示第i个小班森林火灾损失系数；P1表示小班过火区域重度烧伤木的百分比；P2表示小班过火区域内中度烧伤的百分比；P3表示小班过火区域内轻度烧伤木的百分比。P1、P2、P3的值根据森林资源野外调查求取[11]。
15
成都理工大学2017届学士学位论文
2.5 林业专题地图制作与应用设计模式
GIS专题地图制作与应用可主要分为5个阶段（如图2-10所示）：数据准备、数据分析、地理地图制作、专题地图的制作。
（1）数据准备阶段主要收集专题地图相关资料、编写技术设计书、研究专题制图区域地理特征，建立空间数据库等。
（2）数据分析阶段主要进行数据的逻辑一致性、图数一致性、空间位置关系正确性、现势性等，进行充分的空间分析是保证空间数据正确性的关键。
（3）底图制作阶段主要进行林业专题地图地理底图制作。该阶段，必须采用制图综合的方法进行质量、数量、形状的精简。
（4）专题地图输出阶段必须采用GIS现有的分析工具和处理技术来完成
[12]
。
（5）专题地图应用阶段必须在现有林业专题地图基础上建立森林资源火险
评估体系。
16
成都理工大学2017届学士学位论文
数
据 准 备 数 据 分 析
地图资料
文字资料
数字资料
地理空间数据
库 完整性 逻辑一致性 现势性
研究区域范围
地 理 底 图 制 作 专 题 地 图 制 作
地图资料 文字资料 地理空间数据库 数据选择 保存用户 设置参数 保存用户 设置参数 数据更新 数据综合 预备地理底图 统计资料 文字资料 地理空间数据库 数据处理 专题数据文件 专题地图 数据更新 专题地图 应用
地图输出 限制性因子 火险等级区划 建立森林火损失评估分析 FFDI法 险模拟体系
图2-2 林业GIS专题地图的制作与应用模式
17
成都理工大学2017届学士学位论文
第3章 基于ArcGIS的林业专题地图制作与输出
3.1 数据处理
3.1.1 新建小班图层及字段
目录树定位在czlj文件夹下，在Contents数据项中单击空白区域，在弹出的快捷菜单中选择New Shapefile命令，将弹出如图3-1所示的Create New Shapefile对话框，并右键yjxb.shp图层，打开如图3-2所示的Shapefile属性对话框，依次键入SYQH（施业区编号）、LBH（林班号）、XBH（小班号） 三个字段，定义数据类型为短整型。
图3-1 创建要素对话框
图3-2 Shapefile属性对话框
18
成都理工大学2017届学士学位论文
3.1.2 小班区划的编辑和拓扑处理
（1）启动ArcMap，依次排列czlj文件夹下的yjbnd.shp、yjlb.shp、yjxb.shp、yj.img、yjtm.img、yjtmband8.img、slopeclass、aspectclass图层，合理排列好TOC的次序，设置好对应图层图框的颜色和宽度，如图3-3所示。
图3-3 TOC目录表
（2）根据航空影像yj.img进行小班区划，分析过程参考TM遥感图片及坡度坡向分析数据，利用Topology Tasks下的Auto-Complete Polygon自动跟踪完成面，并根据调查数据完成XBH属性的录入，完成所有小班图层的处理，如图3-4所示。
（3）拓扑处理
图3-4 小班区划边界及属性录入
在小班矢量化过程中，常常产生数字化误差，因而我们需要建立空间实体的拓扑关系来表现出真正的地物空间关系。本次研究在操作中主要处理有以下
19
成都理工大学2017届学士学位论文
几种错误（如图3-5所示）：
①伪结点（pseudo node）：一段连续线被分成两段进行矢量化产生的结点如图（a）。
②悬挂点（danging node）：一个图层中的线必须在两个端点处与同一图层中的其他线接触，悬挂结点分为多边形不闭合如图（b），过头和不及如图（c）、如图（d），节点不重合等几种情形如图（e）。
（a） 虚伪结点 （b） 多边形不闭合
（c） 过头 （d） 不及
（e） 节点不重合
图3-5 伪结点和悬挂点的四种情形
③“碎屑”多边形（sliver polygon）（如图3-6所示），碎屑多边形一般多次重复输入而引起的，由于前后几次重复输入带有空间位置误差，因而造成“碎屑”多边形的存在，除此以外，由于地图比例尺的不同，对地图数据的更新也
20
成都理工大学2017届学士学位论文
会造成“碎屑”多边形存在。
图3-6 碎屑多边形
④不正规的多边形（如图3-7所示），矢量化过程中，由于节点位置的交换和顺序叠置，进行拓扑生成时，同样会产生“碎屑”多边形。在编辑过程中可对这些矢量化误差进行纠正，常采用ArcGIS软件来进行编辑。将shapfile格式的线图层转换为coverage格式。用ARCEDIT工具来完成拓扑编辑[13]。
（a） 正规多边形图
（b） 不正规多边形
图3-7 不正规多边形
3.1.3 加入小班调查属性
（1）.定义连接公有字段ZBH
ZBH字段的定义可用一个六位整数进行编号，首位表示施业区编号，跃进施业区编号为4，第二位和第三位表示林班号，第四位、第五位和第六位表示小班号，可采用以下作业公式定义：ZBH= SYQBH×10000＋LBH×100＋XBH。
在本次实验中，分别在yjxb.shp图层和森林经理调查表中按上述定义公式
21
成都理工大学2017届学士学位论文
定义ZBH字段如图3-8，3-9所示。
图3-8 森林经理调查属性数据ZBH字段定义
公共字段
图3-9 yjxb空间数据ZBH字段的定义
（2）专题属性数据输入
专题数据属性输入可采用人机交互式的输入法输入。但针对大批量属性数据输入时可将空间数据的输入与属性数据的编辑分别在两个不同环境中处理，将属性数据编辑存储为一个顺序文件森林经理调查数据“2004.dbf”Excel格式如上图3-8所示，检查无误后转存至地理空间数据库的相应表格。
22
成都理工大学2017届学士学位论文
（3）空间数据与非空间数据连接
定位数据与非定位数据的连接多采用关键字段加主键的方式进行，因此，空间数据yjxb.shp与属性数据森林经理调查数据“2004.dbf”连接的最好采用特征编码或识别符ZBH，将非定位数据与定位数据通过ZBH主键连接在一起，如图3-10所示。
图3-10 yjxb空间数据与2004.dbf属性数据的连接
3.2 成果输出
3.2.1 专题地图的制作
（1）添加数据施业区边界（yjbnd.shp）和林班图层（yjlb.shp），将图例设置为无颜色，边框为黑色，宽度为1.5，调整图层的上下层顺序关系。
（2）右击yjxbresult图层，按类别字段属性值“林分类型”进行唯一值渲染来指定图例，单击添加所有值，在空值对应的林分类型下输入非林地，依次为各种林分类型设置不同颜色级别的图例，图例的设置根据其隶属于纯林、针叶林、阔叶林、混交林的不同选择不同的色系，配置林相图的色差，以便于不同级别的林分类型能明显区别开，如图3-11所示。
23
成都理工大学2017届学士学位论文
图3-11 唯一值符号化
（3）在Labels标注窗口，设置标注信息，依次设置LBH字段，标准字体选择为Arial，字体号为16，红色，加粗；XBH字段，标准字体设置为宋体，字号8。
（4）设置文件子菜单“页面设置”，并调整版面框图的大小和位置，并一同设置地图三要素等必须的地图整饰要素。
（5）添加公里格网，并选择分割公里网的方式为将地图分割为一个地图单位格网，设置公里网的线型样式、空间参考、X轴、Y轴的间隔，如图3-12所示。
图3-12 公里网的设置
24
成都理工大学2017届学士学位论文
（6）设置公里网的起始X轴坐标（22387000）和Y轴坐标（5000000），单位为米和字体样式，如图3-13所示。
图3-13 空间参考属性对话框
3.2.2 林班分布成果图输出
文件页面设置好林相图导出路径及分辨率300dpi，导出帽儿山实验林场跃进施业区森林林班资源分布成果图，如图3-14所示。
图3-14 林班资源分布成果图
25
成都理工大学2017届学士学位论文
3.2.3 三维可视化渲染专题地图输出
利用Spatial Analyst--Surface Analysis--HillShade命令，进行山体阴影三维效果图制作，根据对比度、亮度、透明度的比例来设置色差级别，通过多次实验分别确定为0%，0%，40%显示效果较好，输出三维渲染效果图如图3-15所示。
图3-15 可视化三维渲染成果图
26
成都理工大学2017届学士学位论文
第4章 基于MapGIS的林业专题地图的制作与输出
4.1 MapGIS软件模块
库管理系统 图形处理系统
空间数据 属性数据
空间分析系统
图4-1 MapGIS软件模块
图像处理系统
4.2 数据格式转换及误差校正
4.2.1 shpfile格式转换
基于ArcGIS的shpfile格式基础上，采用MapGIS图形处理--文件转换--装入“P、L、R”功能，将shpfile格式转换成对应的边界线文件WL、林班数据WP、小班数据WP后，自动完成区文件注释，如图4-2(a)、(b)、(c)所示。
林班及林班号
边界区
图a 边界区
图b 林班
小班及小班号
图c 小班 图4-2 MapGIS区文件
27
成都理工大学2017届学士学位论文
4.2.2 误差校正及投影变换
（1）误差校正
在模块“实用服务”的误差校正子菜单下，装入对应的区文件WP，设置好控制点参数，添加控制点坐标至少4个控制点坐标，进行线性点位中误差校正，保存文件，如图4-3所示。
图4-3 误差校正控制点建立
（2）投影变换
利用shpfile格式的跃进区面文件，获取对应的经纬度范围：127°32′26″--127°39′24″E、45°20′11″-- 45°23′47″N。利用“投影变换”对小班及林班等数据完成投影的转换。
4.3 拓扑构建和地图配色
1.拓扑处理
MapGIS的拓扑造区功能相对繁杂，在此简要描述。经过数据准备--自动剪断线--清除重叠坐标及自相交--清除微短线及结点平差后，装入转换的弧段文件，进行拓扑差错及重建区文件，如图4-4所示。
拓扑区重建
图4-4 拓扑区重建
28
成都理工大学2017届学士学位论文
2.地图配色方案
MapGIS配色方案与普通的RGB值不同，但它的CMYK配色方案值可由RGB值根据公式(4-1)转换算出，如图4-5所示。
公式：Y （1-R/255）*100% （4-1）
图4-5 CMYK颜色合成
4.4 调查数据与区文件合成
属性挂接操作流程如下：制作小班区文件WP--制作小班调查数据Excel表--制作mdb数据库表，修改公有字段ZBH--转换成dbf表格式--转成WB格式文件--属性挂接--检查完成的属性文件是否正确[14]；如图4-6，4-7所示。
29
成都理工大学2017届学士学位论文
图4-6 属性挂接过程
连接公有字段ZBH
图4-7 属性合成示意图
4.5 工程图例及地图三要素整饰
4.5.1 工程图例新建
（1）在MapGIS主界面窗口右键点击“新建工程图例文件”根据图式要求，输入对应分类的图例类型及图例名称；地图三要素的整饰按照《国家基本比例尺地图图式GB/T20257-2007》[15]要求来完成，并根据具体项目经验常采用暖色调层层叠加图面效果更好，也可更好地显示专题地图上的其他专题信息；并利用SQL语句“**＜shape-Area＜**”来定义地块大小，来注释区文件数据WP如图4-8，4-9所示。
30
成都理工大学2017届学士学位论文
图4-8 工程图例建立及地图整饰
图4-9 浅色调(左)与深色调(右)对比
4.5.2 标准公里网文件生成
（1）利用经纬度范围为127°32′26″--127°39′24″、45°20′11″--45°23′47″在“实用服务”投影变换--绘制投影变换经纬网子菜单中设置相应的经纬度信息、投影信息，完成标准公里网的构建。
（2）在利用误差校正功能完成标准公里网的投影信息的变换，如图4-10所示。
图4-10 标准公里网文件的生成
31
成都理工大学2017届学士学位论文
（3）标准公里网与区文件数据的套合
在MapGIS编辑主界面系统中，完成对区文件数据与校正后的带投影信息的标准公里文件 进行地图参数的配置，使其融入到一个成图界面，如图4-11所示[16]。
图4-11 公里网与区文件WP的叠加
4.5.3 工程文件输出
在MapGIS主菜单“工程输出”界面，设置好页面设置后，输出TIF格式的帽儿山实验林场跃进施业区森林林相分布图，如图4-12所示。
图4-12 森林林相分布图
32
成都理工大学2017届学士学位论文
第5章 林业专题地图在森林火险评估中的应用
5.1 森林火险区划
5.1.1 限制性因子分类赋值
根据森林火险限制性因子评定标准，在小班数据（yjxbresult.shp)的属性数据基础上对各个森林火灾限制性因子进行分类赋值。 1.添加主要字段
在小班数据（yjxbresult.shp)基础上添加地物类型、海拔、坡度、坡向、土壤湿度、火险指数、火险分级字段，火险指数定义为Double，其余为Short Integer。如图5-1所示。
图5-1添加字段
2.小班地物类型赋值
（1）利用SQL语句在SELECT * FROM yjxbresult WHERE对话框中定义查询条件：\"地类\" = \"森林\" AND \"林分类型\" = '樟子松'，按属性选择出树种为樟子松的小班，并根据表2-1所示赋予分类值10，得到结果如图5-2，5-3所示，其它树种赋值方法一样。
33
成都理工大学2017届学士学位论文
图5-2地物类型赋值
图5-3地物属性图层界面
（2）重复(1)操作，根据森林火险评估指标体系理论完成海拔、坡度、坡向、土壤湿度的分类赋值。
34
成都理工大学2017届学士学位论文
5.1.2 火险指数与火险区划建立 1.火险指数计算
（1）右击“火险指数”字段，在字段计算器对话框中按照森林火险指标因子(FFDI)计算公式得出，如图5-4所示。
图5-4 火险指数对话框
2.火险区划表建立
依据森林火险区划指标因子，完成其他小班的火险分级赋值，建立每类火险等级小班总面积与个数统计表，见表5-1所示。
表5-1帽儿山实验林场不同火险区划面积与小班个数
火险分级 1 2 3 4 5 火险区划 无火险区 低火险区 中火险区 高火险区 极高火险区 面积（公顷） 0 102.5 398.9 191.9 7.2 小班个数 0 18 31 32 1 占区域面积比例/% 0 14.7 56.9 27.3 1.1
35
成都理工大学2017届学士学位论文
3.火险区划图建立
在基于GIS平台的林业专题成果图的基础上，以火险分级指标为分类依据，建立火险分布区划图，如图5-5，5-6所示。
图5-5 火险等级区划
图5-6 火险分布区划图
36
成都理工大学2017届学士学位论文
5.1.3 森立火险分析
由表5-1和图5-6统计和对比分析可以得到以下简单结论：森林火险程度处于中火险区的小班面积比例最大，应建立良好的管理机制；极高火险区和高火险区虽然占比不大，但应建立有效措施及时预防；对于火险区应实时动态监测。
5.2 森林火灾损失评估分析
森林火灾损失评估分析对于有效预防森林火灾和建立森林火灾补救机制具有至关重要性的作用。 5.2.1 数字化过火范围
根据遥感影像数据数字化完成过火区域的面积空间数据和属性数据的输入，如图5-7所示。
图5-7 过火范围确立
5.2.2 提取过火区面积 1.过火区面积裁剪
由提取分析“裁剪”操作根据yjxbresult和过火区FireAREA完成过火区范围的剪裁，并用FireAREA字段作为每个小班过火的面积，LOSS字段作为小班蓄积量损失，如图5-8所示。
37
成都理工大学2017届学士学位论文
图5-8 裁剪对话框
2.小班过火区面积计算
右击FireAREA字段，弹出如图5-9所示的预定义VBA代码模块对话框中，输入如下代码：
Dim Output as double Dim pArea as Iarea Set pArea = [Shape] Output = pArea.AREA/10000
图5-9 VBA代码框
38
成都理工大学2017届学士学位论文
5.2.3 调查森林过火区损伤情况 1.建立森林过火区域名单
导出FireAREA图层的属性数据，保存为firexb.dbf数据表文件，统计发生火灾的小班名单，制定可行的森林资源野外调查路线。举例说明调查表，见表5-2所示。
林班号 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 小班号 21 26 22 23 25 24 32 30 28 31 林班号 8 8 8 8 8 8 8 9 9 9 小班号 12 102 106 107 105 108 11 1 7 6 表5-2过火区野外调查表示例
2.小班损伤情况调查表
由森林火灾损失系数计算公式：Pi＝P1×1.0＋P2×0.7＋P3×0.4及结合野外实地调查，确定各小班的过火区域内重度烧伤林木、中度烧伤林木、轻度烧伤林木的百分比，建立过火区域小班损伤情况调查表，并添加概率字段P，见表5-3所示。
表5-3小班损伤情况调查表示例
P1 0.30 0.25 0.34 0.26 0.32 0.26 0.22 0.37
P2 0.30 0.25 0.26 0.23 0.31 0.32 0.35 0.26 39
P3 0.40 0.50 0.40 0.51 0.37 0.42 0.43 0.34 P 0.67 0.625 0.682 0.625 0.685 0.652 0.637 0.688 成都理工大学2017届学士学位论文
0.35 0.30 0.35 0.7 5.2.4 统计森林火灾蓄积量损失
1.小班损伤调查表与yjxbresult小班数据集成
利用公有字段ZBH进行两者的连接，得到综合情况调查表firexb，见表5-4所示。
表5-4综合情况调查表示例
火线指数 火险分级 火险区划 FireAREA P1 P2 P3 每公顷蓄积 小班总蓄积 5.70 5.70 6.70 6.10 7.30 7.30 7.30 6.30 5.70 3 3 4 3 4 4 4 3 3 中火险区 中火险区 高火险区 中火险区 高火险区 高火险区 高火险区 中火险区 中火险区 8.173 9.385 0.022 0.916 3.675 1.324 0.601 0.999 2.624 0.30 0.30 0.40 0.25 0.25 0.50 0.34 0.26 0.40 0.26 0.23 0.51 0.32 0.31 0.37 0.26 0.32 0.42 0.22 0.35 0.43 0.37 0.26 0.34 0.35 0.30 0.35 117 174 96 117 67 48 72 131 117 2843 13520 634 1217 395 134 86 734 304 P 0.67 0.63 0.68 0.63 0.69 0.65 0.64 0.69 0.70 2.小班蓄积量损失的计算
根据小班调查综合情况表，利用小班蓄积损失计算公式：[每公顷蓄积] * [FireAREA] * [P]，计算得出每个小班的蓄积量损失，经过简单EXCEL表格统计，得出本次森立火灾蓄积损失为21461.47m³。
图5-10 总蓄积损失
40
成都理工大学2017届学士学位论文
5.3 实验分析
在GIS平台上制作的林业专题地图基础上，根据火险限制性五大因子，计算出森林火灾损失系数，建立森林火险分级表和森林火险区划分布图，能很好建立一个火灾现场模拟系统，制定简单可行、实时动态监测的方案，供决策者使用。
通过本次研究得到了以下结论：
（1）森林火险受很多因子的影响比如人为因素和自然因素，本次实验主要分析自然因素，在自然因素中起决定性作用的因素为：地物类型、海拔、坡度、坡向、土壤湿度。
（2）森林火险发生的随机性，因此我们在动态监测大范围的森林火灾时，必须参考专家经验和以往历史资料，总结出适用于我们的一套可行性方案。
（3）建立森林火险评估指标体系时，必须参照动态火险指数和静态火险指数，同时将两者综合应用到森林火灾现场模拟系统中，是正确进行森林防火工作的重要依据。
41
成都理工大学2017届学士学位论文
结论
21世纪开始,创新技术是“3S”技术是遥感技术（Remote Senescing RS）、地理信息系统（Geographical information System GIS）、全球定位系统（Global Positioning System GPS）的集成应用。
中国的各行各业进入了飞跃式的发展,随着大量林业计划、工程的开展,对当前传统制图业的冲击新形势下计算机助制图发挥了自己的特点,既能保持图面整洁,美观大方；又要较多的信息量,这就迫使计算机机助制图与“3S”技术集成应用。现代制图技术与地理信息系统相关技术结合已是大势所趋,大大加快了各行行业的工作效率，同时将GIS空间分析技术作为主要武器去解决林业专题制图中遇到的问题,让关键性问题都迎刃而解,但也有难题。
通过对本篇论文应用分析和实践研究，主要得出以下结论：
（1）众多GIS产品中ArcGIS专题制图功能与空间分析能力优于MapGIS，MapGIS在地图配色方案选择上优于ArcGIS软件系统，系统优化设置方面ArcGIS软件明显好于MapGIS软件系统。
（2）通过GIS平台建立森林火险评估体系，并能很好防止森林火灾的发生。 （3）机助制图与GIS技术的结合，将大大提高成图质量与效率，减少大量劳动力的投入，进一步降低成本。
（4）通过GIS等三维渲染工具可实现可视化输出，增强了数据可视化效果，将大量繁复的数据转换为直观的三维图形、图像，可供决策者直观决策。
（5）GIS空间分析技术功能强大，在社会方方面面得到了广泛应用，如交通、水利、农业、气候、林业等方向。
42
成都理工大学2017届学士学位论文
致谢
时光荏苒，两年的时光一掠而过，在成都理工大学地球科学学院学习过程中，我历经艰难险阻，克服重重难关，来到了几百万毕业生的大军中。在这毕业弥留之际，我怀着感恩的心向论文工作中帮助我的人致以崇高的敬意。
首先，有感于地球科学学院的唐斌老师及漂亮的崔锦霞师姐，授之以鱼不如授之以渔、学真知、求真理。老师以身作则、不言之教、诲人不倦的精神，值得我去探讨和钻研；师姐严谨、通情达理的处事态度让我备受感激，他们当之无愧成为我今后人生道路的长河中的楷模。
其次，我要感谢地球科学学院的全体老师及给予我帮助的同学，老师们从繁重的教学任务中，抽出休息时间来修改、评阅我们毕业生的论文，同学那不厌其烦的态度和踏实的学习作风，他们那孜孜不倦和锲而不舍的精神，值得我们去赞赏，值得我们去学习，值得我们作为以后生活的榜样。
最后，在此诚挚表达对家人的谢谢，“殚竭心力终为子，可怜天下父母心”的情怀视为中华之传统精神，“百事孝为先”的深深情感视为中华之孝道。母亲“儿行千里母担忧”的情感世间无二，父亲的为人正派、严谨的做人之风，激励着我学习和生活。同时感谢温文尔雅、宽以待人、通情达理的女友对我测绘事业的支持，感谢有你，感谢有你们。在此，再次以真挚的心道出对你们最真的爱！
43
成都理工大学2017届学士学位论文
参考文献
[1] 宁利国，孙成良.GIS在林业应用的发展状况[J].林业勘察设计.2005(02):66.
[2] 穆红霞，高韵梅.地理信息系统(GIS)在林业上的应用前景[J].信息技术.2008(12)：19. [3] 山晓燕.浅谈GIS技术在工作中的应用[J].内蒙古林业调查设计.2012,35(02):65.
[4] Budreckien6,Viktorija;Birltonas,Ramfinas.Legal Effects of Registration of Ownership in
immovable Property[J].Jurisprudence,2012,19(4):1479-1493.
[5] Shan Yanlong,Hu Haiqing,Liu Baodong.Divi—sion of forest fuel type areas of Heilongjiang
Prov—ince by using GIS[J].Journal of Forestry Re—search,2002，13(1):61—66.
[6] David Rino,Emilio Chuvieco,Javier Salas.Gen—eration of fuel type maps from landsat TM
imagesand ancillary data in mediterranean ecosystems[J].Canadian Journal of Forest Research,2002(32):1301—1315.
[7] 吴信才等.全国GIS应用水平考试参考书[M].武汉:武汉大学出版社.2016:13-14. [8] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员
会.GB/T26424-2010.《森林资源规划设计调查主要技术标准》[S].北京：中国标准出版社.2011:1.
[9] 解士学,杨延国.林业区划中的森林区划综合论述[J].黑龙江科技信息.2009(23).
[10] 蔡琼，岳素青.GIS技术在我国林业中的应用[J].长江大学学报(自然科学
版).2012,9(01):16.
[11] 吴秀芹,李瑞改,王曼曼,董贵华等.地理信息系统实践与行业应用[M].北京:清华大学出版
社.2013:276-280.
[12] 潘燕.一种基于GIS的专题地图制作模式[J].测绘通报.2005(09):39-40. [13] 吴永平，吕玉荣.林业地理信息系统的发展及应用概况[J].测绘学报.2014(21). [14] 李勤林.MapGIS属性连接的应用[J].中国高新技术产业.2013(34).
[15] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局/中国国家标准化管理委员
会.GB/T20257.4-2007.《国家基本比例尺地图图式GB/T20257-2007》[S].北京：中国标准出版社.2007:4.
[16] 陈艳枝，马培果.基于MapGIS平台系统的专题地图制作[J].2015(02).
44
因篇幅问题不能全部显示，请点此查看更多更全内容