許雪玲

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建福州 350003)

綜合述評

福建省森林資源年度更新成果自動檢驗方法研究

許雪玲*

(福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，福建福州 350003)

根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)規(guī)程，結(jié)合福建省森林資源監(jiān)測管理需求和省級數(shù)據(jù)檢驗程序，研究對森林資源數(shù)據(jù)成果質(zhì)量進行自動化檢驗的方法：總結(jié)通用的技術(shù)規(guī)程，將相關(guān)的空間分析等地理處理過程構(gòu)建成空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗?zāi)Ｐ?、屬性邏輯檢驗?zāi)Ｐ?、?shù)據(jù)評價模型等；對于難以直接實現(xiàn)的圖庫對應(yīng)與數(shù)據(jù)循環(huán)算法，構(gòu)建成數(shù)據(jù)成果規(guī)范的圖庫對應(yīng)檢驗?zāi)Ｐ?，同時編制成界面簡潔的交互操作軟件，將抽象復(fù)雜的技術(shù)流程，轉(zhuǎn)換成智能化、自動化簡單易懂的工具軟件。

森林資源；年度更新；建模；GIS；自動檢驗

福建省已建立森林資源年度變更調(diào)查工作機制，在全省范圍內(nèi)，以縣(市、區(qū))級為調(diào)查單位，以當(dāng)前年度為變更調(diào)查期，開展以林地范圍、林地利用狀況(地類)及林木屬性等多個主要森林資源變化指標(biāo)為主的調(diào)查。經(jīng)過縣級資源更新，地市級、省級逐級匯總，更新福建省森林資源數(shù)據(jù)庫、全國林地“一張圖”數(shù)據(jù)庫。在森林資源年度變更過程及各級匯總階段，產(chǎn)生了大量的中間數(shù)據(jù)，并由于人為或非人為的因素會產(chǎn)生一些誤差。為保證數(shù)據(jù)成果的精確性、完整性，必須對數(shù)據(jù)成果進行嚴(yán)格控制管理。福建森林資源成果管理采取分級控制制度，統(tǒng)一質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)，以保證縣級自檢、市級檢查、省級復(fù)查與國家抽查在質(zhì)量控制與成果管理上保持一致。森林資源調(diào)查技術(shù)方法比較成熟，《林地變更調(diào)查工作規(guī)則》、《福建省地方森林資源監(jiān)測體系小班區(qū)劃調(diào)查技術(shù)規(guī)定》等規(guī)程對工作內(nèi)容、工作程序、數(shù)據(jù)成果、質(zhì)量控制、成果規(guī)范等提出了一系列要求[1-2]?！叭珖值啬甓雀萝浖痹趫D形檢查、屬性檢驗等方面有一套完整的數(shù)據(jù)檢驗功能，但在實際操作中，國家森林資源數(shù)據(jù)代碼與福建省地方數(shù)據(jù)代碼存在差異，且該軟件使用的是特殊格式數(shù)據(jù)，與工作人員日常使用的數(shù)據(jù)不匹配，同時該軟件無法直接體現(xiàn)地方具體工作需求，對地方年度更新工作不適用。全國各地研究人員根據(jù)各地要求對森林資源變更調(diào)查技術(shù)方法開展了深入研究探討[3-5]；高飛等基于ArcObjects技術(shù)開發(fā)了四川省林地落界軟件[6]，研究了四川適用的森林資源空間數(shù)據(jù)更新技術(shù)方法；李崢提出了福建省級變更調(diào)查的解決方案[7]，但僅在數(shù)據(jù)分發(fā)與匯總方面進行探討，數(shù)據(jù)檢驗也僅限于對數(shù)據(jù)容差產(chǎn)生的誤差進行修正。本文對福建省森林資源更新成果的智能化檢驗方法進行研究，通過分析數(shù)據(jù)成果與系列技術(shù)規(guī)定與標(biāo)準(zhǔn)，采用可視化編程的方法來展示模型的構(gòu)建過程，建立數(shù)據(jù)檢驗和數(shù)據(jù)評價的模型，提出自動檢驗的技術(shù)方法，以期充實空間數(shù)據(jù)檢驗修正的研究。

1 研究方法

1.1基于模型構(gòu)建器Model Builder建模

本文基于ESRI的建模工具模型構(gòu)建器Model Builder進行研究，這是一個可視化的編程工具。選擇福建省森林資源年度更新成果為研究對象，采用建模方法建立起資源數(shù)據(jù)與技術(shù)指標(biāo)的相互關(guān)系，構(gòu)建出數(shù)據(jù)檢驗規(guī)則，將研究對象導(dǎo)入系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)的系列運算處理，并與質(zhì)量要求規(guī)則比對的流程。同時將模型編制成界面簡潔的交互操作軟件，將抽象復(fù)雜的技術(shù)流程，轉(zhuǎn)換成智能化、自動化簡單易懂的工具軟件。

1.2數(shù)據(jù)檢驗總體流程

福建省森林資源變更調(diào)查與建檔管理工作，是基于“福建省森林資源監(jiān)測管理系統(tǒng)”，對森林資源動態(tài)變化、林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營、林地與林木狀態(tài)變化等信息進行管理，信息反饋后更新到資源小班數(shù)據(jù)庫。森林資源的變更數(shù)據(jù)，在ArcGIS平臺上落界，進行更新處理，資源成果數(shù)據(jù)格式為shape格式。年度間遙感影像的變化監(jiān)測，形成地類變化的監(jiān)測結(jié)果。分析福建省森林資源數(shù)據(jù)成果檢驗的關(guān)鍵節(jié)點和技術(shù)路線，按照各個節(jié)點數(shù)據(jù)的相關(guān)關(guān)系與邏輯關(guān)系，搭建起質(zhì)量檢驗整體流程。流程主要包括空間數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗、圖庫對應(yīng)檢驗、屬性邏輯檢驗三個預(yù)定義模塊(圖1)。經(jīng)過計算機運算后，未通過則自動生成錯誤列表，并進行數(shù)據(jù)核對與修改；通過則逐級進入下一個模塊。在質(zhì)量檢查合格的基礎(chǔ)上，進入下一節(jié)點模塊——數(shù)據(jù)評價模型，將森林資源影像監(jiān)測與年度數(shù)據(jù)更新情況單獨構(gòu)建一個省級檢查的數(shù)據(jù)評價模塊。

圖1 數(shù)據(jù)檢驗總體流程

2 模型構(gòu)建

2.1模型圖標(biāo)說明

森林資源數(shù)據(jù)檢驗?zāi)Ｐ?，各個節(jié)點模塊都需要對輸入的數(shù)據(jù)(正八邊形框)進行計算機后臺各種運算，字母P標(biāo)記進行交互的操作(即表現(xiàn)到計算機屏幕前端的操作界面上)；圓矩形框表示調(diào)用ArcGIS的空間分析、地理處理等工具進行各種運算；正六邊形框表示用腳本程序編寫封裝成的插件模塊；產(chǎn)生中間過程數(shù)據(jù)，用橢圓框表示；運算結(jié)果自動輸出數(shù)據(jù)用平行四邊形框表示(圖2)。

2.2空間數(shù)據(jù)檢驗?zāi)Ｐ?/p>

2.2.1 圖斑多部件檢查

“圖斑多部件檢查”是基礎(chǔ)流程，產(chǎn)生的結(jié)果分別作為“行政界吻合度檢驗”、“拓?fù)湟恢滦詸z驗”的數(shù)據(jù)源頭；“圖斑多部件檢查”完成后，虛線向下指向“創(chuàng)建文件地理數(shù)據(jù)庫”模塊，表示“圖斑多部件檢查”作為前提條件，流程完成后才開始進入“拓?fù)湟恢滦詸z驗”。每個進程都需要對輸入數(shù)據(jù)經(jīng)過多個模塊的地理處理運算才能完成(圖2)。對輸入的森林資源數(shù)據(jù)，進行“多部件至單部件”處理后，產(chǎn)生中間過程數(shù)據(jù)“拆分多部件數(shù)據(jù)”，該數(shù)據(jù)成為另外兩個進程的數(shù)據(jù)源。

2.2.2 行政界吻合度檢驗

對輸入的標(biāo)準(zhǔn)行政界線數(shù)據(jù)，和2.2.1結(jié)果“拆分多部件數(shù)據(jù)”進行空間分析計算“交集取反”，自動輸出“行政界線不吻合數(shù)據(jù)”。

2.2.3 拓?fù)湟恢滦詸z驗

這是一個完整的拓?fù)鋽?shù)據(jù)檢驗進程[9]，需從交互界面選擇一個存儲拓?fù)涔ぷ骺臻g，如文件夾，在2.2.1進程完成后進入“創(chuàng)建文件地理數(shù)據(jù)庫”模塊；模塊運行得到“要素數(shù)據(jù)集”；將2.2.1結(jié)果“拆分多部件數(shù)據(jù)”，用“要素類至要素類”導(dǎo)入到“要素數(shù)據(jù)集”中，得到“創(chuàng)建拓?fù)涞囊仡悺?；“要素?shù)據(jù)集”同時還需要進行“創(chuàng)建拓?fù)洹?，其結(jié)果與“創(chuàng)建拓?fù)涞囊仡悺眱蓚€中間數(shù)據(jù)共同作為拓?fù)溥\算的載體，再進行拓?fù)溥\算和拓?fù)潋炞C(圖2)。整個拓?fù)錂z驗進程經(jīng)8個模塊運算，最后系統(tǒng)自動輸出“拓?fù)潋炞C結(jié)果”。

圖2 空間數(shù)據(jù)檢驗?zāi)Ｐ?/p>

2.2.4 交互操作

模型構(gòu)建后整個計算機運算進程是在后臺運行，表現(xiàn)在前端人機交互操作界面，只有三個選擇對話框(圖3)。模型運算結(jié)束后，自動獲得“輸出行政界不吻合數(shù)據(jù)”和“拓?fù)潋炞C結(jié)果”2個結(jié)果數(shù)據(jù)(圖2)。

圖3 空間數(shù)據(jù)檢驗操作界面

2.3圖庫對應(yīng)檢驗?zāi)Ｐ?/p>

由于在當(dāng)前的森林資源變更作業(yè)中，將資源調(diào)查、建檔管理、圖面落界分開實施，因此才產(chǎn)生了圖庫對應(yīng)檢驗和數(shù)據(jù)連接這兩個特殊步驟。實際工作中，在圖庫對應(yīng)基礎(chǔ)上，進入下一步工作前還需要將空間圖形數(shù)據(jù)與建檔資源小班數(shù)據(jù)庫屬性表掛接起來。

“Shape File”格式數(shù)據(jù)源屬于非地理數(shù)據(jù)庫文件，不支持子查詢。圖庫一致性檢驗，包括“有圖無庫”、“有庫無圖”檢查。ArcGIS平臺內(nèi)的操作，“有圖無庫”檢查需要將小班建檔數(shù)據(jù)庫掛接到圖面后，查驗沒掛接成功記錄；“有庫無圖”則反之，因此需要多次操作才能完成。而數(shù)據(jù)庫查詢語言SQL語言的介入，一步到位瞬間完成。

編寫腳本程序調(diào)用數(shù)據(jù)庫平臺，采用SQL語句嵌套子查詢的方式檢驗圖庫對應(yīng)關(guān)系，并封裝成“數(shù)據(jù)庫查詢插件”模塊。SQL查詢代碼“SELECT 連接字段 FROM 圖/庫 WHERE 連接字段 NOT IN (SELECT 連接字段 FROM庫/圖)”可以直接實現(xiàn)圖庫對應(yīng)檢驗?！皵?shù)據(jù)庫查詢插件”作為整體模型的一個模塊進入系統(tǒng)，運算后圖庫對應(yīng)一致的前提下，再進入下一流程進行數(shù)據(jù)庫連接(圖4)。

2.4屬性邏輯檢驗?zāi)Ｐ?/p>

屬性邏輯檢驗包括數(shù)據(jù)屬性的完整性與邏輯性、檢查屬性的完備度與合理性、核對數(shù)據(jù)屬性對邏輯關(guān)系規(guī)則的遵循程度等[8]。森林資源數(shù)據(jù)庫對地類植被狀況、資源狀態(tài)、林分狀態(tài)、林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營活動等動態(tài)因子與地形、地貌等靜態(tài)因子進行管理，屬性邏輯規(guī)則有近百條，建立屬性邏輯合理性對照表在此不討論。屬性完備與邏輯關(guān)系合理性檢驗需要對森林資源成果的每個屬性記錄與邏輯規(guī)則表(表1)逐個進行核對，此過程對邏輯規(guī)則表與屬性庫分別進行嵌套兩次的循環(huán)遍歷檢驗[9]。這種方法在數(shù)據(jù)庫中完成效率最高，同2.3方式，用腳本編程封裝成建模模塊來實現(xiàn)該檢驗節(jié)點。

圖4 圖庫對應(yīng)檢驗?zāi)Ｐ?/p>

編號邏輯表達式錯誤說明修改意見1001val(di_lei)<200andval(zl_dj)=0林地質(zhì)量等級不能缺補充林地質(zhì)量等級1002val(di_lei)<200andval(bh_dj)=0林地保護等級不能缺補充林地保護等級2001val(di_lei)<120and(yu_bi_du<0.2oryu_bi_du>1)地類與郁閉度關(guān)系有誤喬木林郁閉度范圍在[0.2,1]3001val(di_lei)<200andval(lin_zhong)notin[251,255]andping_jun_x>5andhuo_lmgqxj=0每公頃蓄積有誤當(dāng)?shù)仡悶閱棠玖?林種不為經(jīng)濟林(251,252,253,254,255),平均胸徑大于等于5時,每公頃蓄積(HUO_LMGQXJ)大于0

2.5數(shù)據(jù)評價及模型

數(shù)據(jù)評價，指對森林資源遙感監(jiān)測變化情況與年度變更成果中的幾個專題突變結(jié)果進行分析評價。遙感監(jiān)測是森林資源變更調(diào)查的一個重要工作方式。福建省在遙感影像突變情況提取與林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營資料收集等方面做了大量工作，形成了地類變化監(jiān)測結(jié)果。森林資源年度變更工作，需要與上一年度工作銜接起來，對幾個專題方向進行突變分析，監(jiān)控調(diào)查期內(nèi)森林資源變化情況。

圖5 數(shù)據(jù)評價模型

數(shù)據(jù)評價分為遙感影像監(jiān)測評價、年度數(shù)據(jù)專題突變分析兩個流程(圖5)。遙感影像監(jiān)測評價，根據(jù)工作任務(wù)制定工作流程，將前期工作地類變化監(jiān)測結(jié)果、縣級提交的影像核實結(jié)果、資源成果數(shù)據(jù)等相互間進行對比，篩選輸出需要數(shù)據(jù)，可以清楚得到遙感影像變化與數(shù)據(jù)成果變更完成情況。年度數(shù)據(jù)專題突變分析，將上一年度基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與資源成果數(shù)據(jù)經(jīng)過空間疊加分析以后，分別對三個專題林地起源、生態(tài)級別、林地保護等級等數(shù)據(jù)發(fā)生突變情況進行篩選，可以將SQL查詢語句嵌入ArcGIS篩選工具，經(jīng)過計算機運算以后，輸出3個專題檢查結(jié)果，獲得森林資源各種動態(tài)變化情況等數(shù)據(jù)評價因子，可作為林地使用報告及其它報告的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源。

3 結(jié)語與討論

本文通過分析現(xiàn)有技術(shù)規(guī)程，合理分解規(guī)程中的各項技術(shù)指標(biāo)，建立數(shù)據(jù)檢驗?zāi)Ｐ停u價數(shù)據(jù)質(zhì)量，將福建省森林資源數(shù)據(jù)質(zhì)量檢驗過程編譯成一套可視自動化檢驗的軟件，人工操作界面上只要在運行對話框中選擇輸入數(shù)據(jù)，整個質(zhì)量檢驗過程在計算機后臺運算自動完成，最終自動輸出結(jié)果數(shù)據(jù)。模型將原本需要手動進行的空間數(shù)據(jù)拓?fù)錂z驗、數(shù)據(jù)庫掛接、空間疊加與數(shù)據(jù)篩選等每個地理信息操作步驟都轉(zhuǎn)化為智能化過程，將肉眼識別、手動操作等人工操作時間差清零，大大減少了誤操作和人為誤差的產(chǎn)生。

由于ArcGIS對結(jié)構(gòu)化查詢語句SQL表達式兼容性不高，嵌套式子查詢無法完成，數(shù)據(jù)庫循環(huán)算法在ArcGIS關(guān)系數(shù)據(jù)庫表中也難以實現(xiàn)，因此，為了提高運算效率，編寫腳本程序調(diào)用數(shù)據(jù)庫平臺來完成，并封裝成模型可調(diào)用模塊，形成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)。影像監(jiān)測與年度數(shù)據(jù)突變檢查，將前期工作與本期工作銜接起來，篩選出不合理范圍，保證數(shù)據(jù)檢驗工作完整、精確，作為省級檢驗評價各地年度變更工作的指標(biāo)。

本研究方法針對福建省森林資源數(shù)據(jù)檢驗，根據(jù)福建省工作現(xiàn)狀定制工作流程，有其特殊性與制定性，數(shù)據(jù)檢驗精度取決于技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)程編制程度；也有其通用性，對福建省森林資源監(jiān)測日常工作生產(chǎn)的面狀空間數(shù)據(jù)都可以適用。采用可視化編程建模方式，將抽象檢查規(guī)范轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)處理流程，簡便易行，通過不同參數(shù)設(shè)定，便于定制和重用，因此可作為林業(yè)或其他行業(yè)空間數(shù)據(jù)檢驗參考。

智能化數(shù)據(jù)檢驗方法，通過技術(shù)方法實現(xiàn)精確的數(shù)據(jù)檢驗，將通用空間數(shù)據(jù)檢驗智能化、將抽象數(shù)據(jù)檢驗可視化，提高了數(shù)據(jù)檢驗可操作性，減少了人工差錯。數(shù)據(jù)檢驗方法適用于縣級自檢、地市檢驗、省級抽查等各個級別數(shù)據(jù)檢驗，可極大提高檢驗技術(shù)水平，提升整個福建林業(yè)信息化工作水平。

數(shù)據(jù)檢驗作為評價地方資源調(diào)查精度、考察調(diào)查人員水平的衡量手段，是建立完整質(zhì)量控制與評價體系一個重要步驟。數(shù)據(jù)檢驗是數(shù)據(jù)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)，如何利用空間數(shù)據(jù)處理建模、編程、工具封裝等手段，提高質(zhì)量檢查智能化，減少人工干預(yù)，也是建立科學(xué)先進質(zhì)量控制體系的重要課題。

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許雪玲(1983-)，女，福建漳浦人，工程師，主要從事森林資源管理，林業(yè)信息化和3S技術(shù)在林業(yè)中的應(yīng)用等研究，(E-mail)lign_000@126.com。

P208、S757、TP311、S7-05

A

1004-2180(2017)03-0001-05