ArcGIS在通州区平原生态林经营管理中的应用

分析

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李广会,王 凯，盛 莉，代贺然

(北京市通州区林业工作总站，北京 101100)

自2012年以来，北京市通州区相继启动实施了第一轮百万亩造林工程、完善政策生态林、新一轮百万亩造林工程以及其他绿化建设工程，平原生态林面积逐年增加，有效改善了城乡人居环境，极大满足了百姓生态休闲游憩需求。随着北京市集体林权

改革深入发展，北京市园林绿化局启动了新型集体林场试点建设工作，通州区组织辖区内全部涉农乡镇以乡镇为单位逐年分批建成新型集体林场试点。自2021年，通州区155 km2范围外9个乡镇全面进入了新型集体林场经营管理模式，如何推动实现绿化成果巩固、森林质量提升、功能效益增加，平原生态林资源经营管理工作已成为园林部门长期面临的一项重大挑战与任务。随着北京城市副中心定位通州区，各项工程建设进程迅速加快，为及时掌握更完整的生态林资源变化情况，推动实现精细化养护经营管理，利用现代化先进技术为平原生态林养护经营管理工作服务是解决园林部门所面临困境的重要途径之一。

1 ArcGIS特点

ArcGIS是由Esri开发和维护的一系列客户端软件、服务器软件和在线地理信息系统(GIS)服务。ArcGIS于1999年首次发布，最初作为ARC/INFO发布，是一个基于命令行的用于操作数据的GIS系统。ARC/INFO后来被合并到ArcGIS Desktop，最终在2015年被ArcGIS Pro取代。ArcGIS Pro可用于2D和3D制图和可视化，并包括人工智能(AI)。ArcGIS产品不仅使用方便，功能强大，而且能够支持超大数据量的存储和用户对响应效率的需求，为系统资源的共享、系统的无缝升级、数据和应用功能的平滑移植提供了有力保障。全新ArcGIS系列软件不仅有完善的可扩展体系结构，在保留原来强大功能的基础上，界面风格更加简单友好且易于使用。ArcGIS作为一个可伸缩的平台，无论是在桌面、服务器，还是在野外还是通过Web，为个人用户和群体用户提供完备的GIS功能[1]。通过对可编程组件的合理利用，能够从多个角度出发，实现对调查对象的全面分析，涉及面比较广泛，能够满足各方面提出的数据信息需求，目前已在我国科研、规划、生态修复与治理、森林资源管理等众多领域中得到大范围使用。

2 ArcGIS技术与森林资源管理

从资源管理的角度理解，森林资源是一种包含地理坐标、树种组成、面积等大量复杂信息的基础地理数据，是陆地上最大的动态变化生态系统，对社会经济的可持续发展及人类生存与人类活动具有重要意义。森林资源具有分布的辽阔性、功能的多样性、经营的永续性、再生的长期性等特点，因此森林资源管理工作艰巨。ArcGIS技术的出现和发展为森林资源有效管理提供了强有力的工具[2]。近年来，该技术已在森林资源的调查测绘[3]、规划

、地图制图[4]、病虫害监测、抚育经营、森林防火[5]等方面得到广泛应用，为林业管理和决策提供了参考，信息化已成为我国林业发展的必然趋势，是实现森林资源精细化管理的重要技术手段之一[6]。

3 通州区生态林资源现状

由于通州区已定位为北京城市副中心，京津冀协同发展的桥头堡，同时通州区也正在全力构建北京平原地区首个国家森林城市，以“两带一环一心”为绿色布局，第一条绿带是沿潮白河的东部绿带，第二条绿带是沿着中心城区在西部的一条绿带；“一环”是围绕城市副中心155 km2形成的一个环城绿色休闲游憩环；“一心”是指城市绿心。通过大尺度建绿、大密度增绿，有效地弥补了首都东南部生态短板，展现了北京平原地区森林城市的独特风貌。近年来，通州区努力实践副中心控规要求，突出“蓝绿交织”建设理念，构建大尺度城市水绿空间格局，形成东郊森林公园组团、大运河城市森林组团、城市绿心森林组团、潮白河森林景观带组团、东南郊湿地森林组团、台湖万亩游憩园森林组团等多个万亩森林斑块。

通州区平原生态林主要是指纳入北京市财政补助范围的生态林，包括第一轮百万亩平原造林、完善政策生态林、新一轮百万亩造林等。2021年，通州区155 km2范围外平原生态林已全部移交至新型集体林场养护经营，达到1.4万hm2，均享受市、区养护补助资金。随着园林绿化建养移交工作的推进，通州区平原生态林面积将不断增加。为贯彻落实北京市平原生态林高质量发展理念，巩固平原生态林建设成果，培育健康、稳定、安全、高效、多功能的森林生态系统，通州区平原生态林已由传统养护向养护经营方向转变，依托新型集体林场体制和ArcGIS技术，以森林资源管理为基础，实行区域资金统筹、差异化管理、分类分级精准化养护，突出重点、定向培育。通过开展森林抚育、林分改造、采伐更新、护林防火、林业有害生物防控、野生动植物资源保护、丰富生物多样性和园林废弃物综合利用等工作，促进森林生态效益持久发挥及森林资源永续利用，实现人与自然和谐共生。

4 具体应用

4.1 建立资源数据库准确的资源数据是资源工作的最重要基础之一，只有在完整准确的数据基础上才能开展一系列养护经营管理工作。ArcGIS技术下的数据库是组织、存储和管理数据的有效有段，具有较高的数据独立性，同时有很强的数据控制功能。通州区通过整合全区范围内的生态林矢量数据，形成平原生态林资源“一张图”，并在图层属性表中设置小班编号、区、乡镇、村、面积、主管部门、养护单位、经营类型、养护等级等多个字段，其中小班编号是按照行政区划代码创建的小班唯一标识(小班编号=区+乡镇+村+小班号)。通过建立生态林资源管理数据库(图1)，能够及时掌握资源的动态变化，便于进行信息查询、统计汇总、专题制图、在线更新等。

图1 通州区平原生态林资源数据库Fig.1 Plain ecological forest resource database of Tongzhou

4.2 动态监测与预算管理随着北京城市副中心基础设施建设和园林绿化建设的同步推进，通州区平原生态林始终处于动态变化之中。为实现生态林资源的精细化管理，在已建立的平原生态林资源“一张图”的基础上，定期开展资源动态监测工作，对于园林绿化工程建设形成的新增资源，及时纳入资源“一张图”数据库管理，并输入详细的属性信息；对于其他建设工程占用的平原生态林，及时调减资源面积，确保实时掌握生态林资源现状和变化情况。此外，结合动态监测工作，严格对图对表，每年能够准确核算养护补助资金实际需求，提高预算编制的准确性。

4.3 资源保护通州区地处北京平原地区，社会群体活动对平原生态林的干扰相对严重，资源保护工作面临严峻挑战。森林火灾是世界性林业重要灾害之一，具有突发性、随机性、在较短时间内能造成较大损失等特点。应用ArcGIS技术和火情识别系统，通州区建立森林防火视频监控系统,对数公里范围内的森林资源进行监测，不仅可以实时监看和记录森林资源情况，而且通过智能化设备自动完成对森林资源的火灾监测和报警，辅助森林防火监测人员完成对森林资源的自动监测。森林病虫害，又称无烟森林火灾，是危害森林健康的重大隐患。通过ArcGIS技术，在数据库的基础上全面分析主要树种的分布与面积，根据有害生物的危害规律，形成以美国白蛾、国槐尺蠖、白蜡窄吉丁等为主的有害生物监测与防治

，实现了精准监测与防治。此外，人为非法侵占林地也是毁损生态林的因素之一，通过ArcGIS技术比对多时相、多源遥感数据，快速发现并提取疑似图斑(图2)，并根据审批材料筛选出违法占地与违法建设图斑[7-9]，达到保护森林资源的目标。

图2 2020和2021林地遥感影像判读Fig.2 Interpretation of forest land remote sensing images in 2020 and 2021

4.4 分级分类养护经营在养护经营中开展分级分类是精准提升森林质量的重要措施。通州平原生态林已全面实行分级分类养护经营管理。在ArcGIS技术应用下，将数据库加载至ArcGIS软件中，并导入最新的遥感影像，直观地将平原生态林每个小班呈现在地图上；根据小班的区域位置和主导功能，将平原生态林细分为生态涵养型、生态廊道型、景观游憩型(表1)。根据林分结构配置、林相效果、养护经营强度或者相关政策

，将不同类型平原生态林划分为不同养护经营等级，实行1、2、3级差异化投入，2级养护总面积约占60%(表2)。通过平衡区域内1级、3级养护资金，建立资金统筹平衡机制，提高1级养护经营强度，确保村头片林、困难立地、重要位置节点、特殊林种等重点地块养护资金得到保证，同时每年可对养护经营等级进行动态调整。

表1 2021年通州区平原生态林分类情况Table 1 Classification of plain ecological forest of Tongzhou District in 2021 单位：hm2

表2 2021年通州区平原生态林分级情况Table 2 Rank of plain ecological forest of Tongzhou District in 2021 单位：hm2

4.5 编制中长期森林经营方案科学的中长期森林经营方案是实现森林可持续发展的重要途径，在森林经营中起着至关重要的作用，也是实现森林认证的前提[10]，可为森林经营相关措施办法实行提供有力指导，也为森林经营单位每年制订经营计划提供可靠依据[11]。当前，通州区新型集体林场正在编制平原生态林中长期森林经营方案，包括基本情况、林木资源、生物多样性、经营管理等现状情况；经营原则、经营目标、功能区划、经营类型与措施等经营方向；土壤管理、森林培育、林分结构调整、林木移伐、改造提升、林下经济与园林废弃物综合利用、森林管护、森林防火、林业有害生物防治、生物多样性恢复与保护、基础设施建设与维护等实施措施；投资估算、效益分析等资金管理；组织制度、技术支撑、监督管理等保障措施。因此，编制中长期森林经营方案是一项复杂的系统性工作，需要全面调查并处理大量基础数据，在ArcGIS技术应用下可快速实现森林资源的功能区划，根据林分现状、立地条件、目标林相、功能需求明确经营方向、培育目标、年度任务措施和工作量[12]，显著提升森林经营方案编制的效率与质量。

4.6 制订年度养护经营实施计划北京市建立了以ArcGIS技术为主导的平原生态林养护管理系统，系统整合了全市平原地区生态林数据资源。依据中长期森林经营方案，按照培育方向和全周期经营过程表，结合工作月历和年度气候预测等因素，在科学分级分类的基础上，以“调密度、补幼苗、沃土壤、防病虫、丰物种”为重点，结合林分结构调整、栎类等乡土树种补植、土壤质量提升、生物多样性保育小区和村头片林建设等工作，相关养护单位在系统内逐地块填报养护经营实施计划，对各项养护经营措施进行量化；系统根据养护措施及工作量按定额标准自动核算计划投入的养护资金，后续养护单位利用智能手机填报养护日志，系统随时自动统计养护进度，实行年度养护经营措施与落实进度情况“一张表”清单化管理。各级生态林行业管理部门通过该系统进行养护经营实施方案的审核与批复，实时监控养护进度，全面促进养护管理工作精细化和各项养护措施精准化。

4.7 养护经营监督管理实施严格的养护经营监督管理是推动平原生态林质量提升的重要保障。为确保及时发现并督促解决养护经营过程中存在的问题，通州区依托ArcGIS技术构建了平原生态林监督管理信息系统，并配置了移动端APP；将已建立的数据库导入监督管理信息系统，行业主管部门组织人员开展不间断全覆盖巡查检查，对于发现的不达标问题下达整改通知单，并通过监督管理系统直接发送至相应的森林经营主体并要求限期整改，森林经营主体在规定期限上传现场整改情况，行业主管部门安排人员进行复核，实现了“发现问题—整改问题—复核检查”闭环管理，全面提高了养护经营监督管理效率。

5 结论

经过探索与实践，在ArcGIS技术应用下，通州区平原生态林养护经营管理工作已建立科学有效的管理系统，实现了森林资源管理工作在空间数据层面上的统计更新，提高了森林资源管理工作的准确性和效率性，为森林资源养护经营管理和决策提供准确、及时、全面的信息和依据；提高了管理水平，减轻了工作强度，为森林资源信息化管理提供了科学途径，逐步成为更多园林工作者的有力工具[13-14]，持续推动生态文明建设的高质量发展。

 

-全文完-