GIS基础上森林资源生态效益动态分析

第1章 绪论

1.1 研究背景与研究意义

地球分为陆地和海洋，而陆地上最复杂的生态系统就是森林。人类诞生的几千年来，森林源源不断的向人类社会提供着栖息环境、食物与木材，以及其他的副产品。然而，随着人类现代文明的发展，人类对森林资源的掠夺和砍伐日益加剧，造成森林环境的极度恶化。近几年来，随着科学、协调、可持续的发展观深入人心，森林生态系统中的森林资源与人类社会、生物圈的关系平衡日益得到关注。

森林生态效益;是科学研究人员与政府人员一起提出的评估森林资源价值的概念，但是其具有特殊性，无法直接通过市场价值来衡量与评估，但其又广泛的以商品形式出现在各种供给中，使森林生态系统的功能与维护与其商业角色、商业价值产生冲突，对森林资源的维护与评估出现了不好评估、投资不足的困境。

因此，对森林生态效益进行科学的、有效的计量评估具有很大的必要性。本文基于以上需求，主要集中以下两个方面进行探索研究，为实现森林资源的科学评估，实现森林资源的可持续发展提供依据。

（1）应用 GIS（地理信息系统）的空间分析功能，一方面对研究区域内的森林资源和环境变化关系进行有效分析、研究，另一方面采用新技术后将森林资源与环境变化的关系进行抽象总结，提高到更科学的高度。（2）利用 GIS技术对森林生态效益进行科学的评估，寻找与设计合适的数学模型，并在研究区域中进行示范分析，为森林资源的商业化评估提供有力的科学理论与技术支撑。

1.2 国内外的研究现状

1.2.1 国内研究现状

另一方面则是技术的发展，最近几年，计算机、通信、网络的发展让人目不暇接，突飞猛进，从随时随地访问的 3G、WIFI、VLan 到各种新型的终端设备如Pad、基于iOS和 Android 的手机操作系统，以及目前各种热门的基于云计算和 Web2.0的应用如SNS、Google Earth、Twitter 等，整个世界已经向无缝化、网格化、一体化发展。仓储管理信息系统正是这个大背景下的一个趋势。在中国，2008 年 3G 商用放号以后，无线网络得到了前所未有的发展，中国三家电信运营商纷纷推出自己的3G服务，同时开始在各大城市投放无线热点访问，因此，目前用户可以自由的使用各种移动终端进行视频通话如 FaceTime 等。现在运营商无线业务与固话业务、三网融合等为统一的部署物流环节上的增值业务和基础服务提供了大量机会。无线网络的技术发展使通信速率的瓶颈问题得到解决。最后，数据压缩业务本身也是当前一个热门研究与应用领域，通过对数据压缩的自动化管理，可以满足诸如企业运营、物联网与智慧城市建设等，俨然已经成为现代化的关键技术支撑，为这些科技发展增光添彩。虽然计算机早在各行各业得到了广泛的应用，但基于无线网的数据压缩的相关应用目前还正处于研究的初期，在应用上更是完全还没有起步。在后面的几年里，随着需求的不断增加、技术的不断进步、相关标准、政策与法规的不断完善，这个行业必将如火如荼的发展，迎来属于它的一片黄金时期。而基于GIS的各种计算自2007 年兴起以来，正以高速增长的态势吸引了众人的目光。

云存储概念提出来后在全球受到热捧，中国和美国等均把云存储的发展提到了国家级的战略高度，ICT行业为之沸腾，各大公司纷纷推出相关的计划和举措。云计算被称为世界信息产业第三次浪潮，代表了下一代信息发展技术，被世界各国当作应对国际金融危机、振兴经济的重点技术领域。目前，全球各国都在积极部署云存储产业计划。云存储就是物物相连的互联网，而在云存储过程中一个重要的问题就是如何让大量的数据在无线的环境中得到快速实时的传输与应用，以满足日益增长的通过无线网络环境查看各种专题数据以及发送信息的需求。这也是本文关注的问题，即适用于无线网络环境中的空间数据压缩。

综上所述，当前地理信息与云计算等的应用越来越广泛，应用于森林资源监控管理方面也逐渐多样化并且各有自己的优点，但总的来说还在起步阶段。

第2章 相关理论基础

2.1 基本概念

2.1.1 森林资源

森林资源主要为林木资源，林中的动植物、微生物和一些其他的环境因子等也同样为森林资源。林地包括乔木林地、疏林地、灌木林地、林中空地、采伐迹地、火烧迹地、苗圃地和国家规划宜林地。

地球上最重要的资源包括水资源等，而森林资源是最重要的资源之一。森林资源是人类和各种动物赖以生存的基本环境和生物多样化的重要保证。它可以为人类的生产和生活提供材料、食物，为各种经济生活提供木材，并蕴育了各种珍贵的物种。除此之外，森林资源还可以保持水土、调节地球气候、防风护沙、减轻各种自然灾害等，森林还可以通过光合作用为人类提供大量的氧气，削除噪音、光污染等。它提供着各种药材、动植物，是一种可再生的宝贵天然资源。也是一种重要的屏障和能源，主要通过森林面积和森林蓄积量来反映森林资源的数量。

2.1.2 森林生态效益

不妨说，森林对整个地球起到调节作用，它控制着自然界中水和空气的分布、转换与循环过程，阻挡雨水与风沙对土壤的直接伤害，吸收大气尘埃与部分污染气体，从而对人类的生存环境与地球生态起到净化作用。

青山与绿水总是共同存在的，在森林茂盛的地方，水资源也相应比较丰富。存在这一现象的原因是，森林的生长需要大量水资源作保证，因此森林能调节空气中水循环的分布，增加该地区的降水量与空气湿度。通过森林的截流，使降水下渗到土壤中，被土壤中的根系结构截留并储存，其中一部分被植物吸收，运用在植物的光合作用中，另一部分则通过植物的蒸腾作用将水分返回空气中，使该地区降水量增加，形成良好的生态循环机制，所以森林能涵养水源。

同样，森林在防风固沙方面也起到了积极重要的作用。土壤以一种松散而疏松结构存在于岩石层上，受到外力冲击如雨水冲刷土壤时，土壤的原有结构形式极易被破坏，加之雨水在地表汇集为径流，极易将被冲散的土壤带走，汇入江河湖泊当中，则原始冲刷地的土壤流失。但是，森林的存在可以阻挡雨水冲刷地表，首先雨水被树冠截流，减少对土壤的冲击，剩余雨水顺树干慢速流至地面，减轻对土壤的损害。当森林存在时，降落在地表的雨水不易汇集为地表径流，而下渗为地下水，以更加温和缓慢的方式进入水循环。并且，森林中树木根系发达，起到巩固土壤的作用，使土壤的结构更加牢固与稳定。因此水土不易于森林流失，可以有效防止地区沙漠化的现象的发生。据相关统计，在年平均降水量相同的情况下，森林防止水土流失的效能是一般农地的几十到上百倍，而对于放牧地来说更是达到几千倍之多，由此可见，森林是土壤的有效保护者。

2.2 智慧环境与智慧城市

智慧城市的需求。智慧城市不是简易的数字城市，数字城市是把现实的城市信息上网，智慧城市是把城市的人和物通过互联网，通过云计算进行操作、服务、管理控制，用传感器把现实世界除了数字地球的加上现实世界人工服务集约到网上，对其进行应用和服务，访问量会更大，有多少个传感器呢?到 217 年 7万亿个无线传感器，人口是 70 亿，独自一人有一千个，比如智能交通，将每个汽车、路口、停车场信息要做综合分析，再告诉汽车驾驶员往哪儿走是比较宽敞的，哪儿是堵的。可能用不同的终端上网，也可能做不同的事情，也可能在不同的地方都能上网服务，做他想做的事情，这对宽带的要求就更高了。智慧城市的云存储应用主要包括：户外流媒体、数字家庭、车载娱乐信息、娱乐信息解决电视台的信息不够服务、应急调度。

应急响应联动系统，广东省投了 20 亿，解决省市地和重点企业应急联动响应的问题。武汉市已经做了一个试验，地理信息和路上摄象头相联系，市长在办公室就可以点到每个摄象头，点哪个摄象头的现况传回来，对解决应急问题解决十分重要。

智慧城市中的基本支撑技术包括以下三大方面：

设计模式：软件调控系统在设计时需要采用科学的设计模式。而当前最流行的设计模式为MVC设计模式。Struts 跟Tomcat、Turbine等是开源软件，这是诸多 Apache 项目的一大优点。其内部机制的实现过程能被开发者很好的的了解。该框架构建远在 ava Servlets、ResourceBundles 、avaBeans 和 XML 的技术之上，能够是组件灵活扩展。其中的组件有前端控制组件，动作映射，服务器端支持验证的WEB表单等等。Struts 的灵魂包括模板，国际化支持，实现表现逻辑。Struts 提议使用 SP 标记库构建 View 层以 AetionServlet 的形式实现了 Controller层。Struts通过Action类提供了包装器。

另外，网络软件调控还要顾及浏览器服务器架构，即 Browser/Server。最初的浏览器界面为简易的字符界面，后来在所见即所得的软件开发潮流下，出现了图形界面的浏览器，直至发展到 Microsoft 的 Inter Explorer，B/S 架构开始真正蓬勃的发展。时至今日，从 Firefox、Google Chrome 到苹果的Safari浏览器，争相斗妍，从而使浏览器更加方便、快速、实用。而且普遍做到了跨平台应用，因此，浏览器-服务器架构得到了更为广泛的应用，并出现了很多变种。

如果泛泛而言，网构软件的业务逻辑是按照 EB 模型来构建的，所谓业务逻辑，即是系统在进行业务处理流程时的基本方针。EB模型是Management IS的基本业务模型之一，与地理信息系统、商务管理系统等类似，它也是通过整合服务器、网络、计算机硬件与用户等，进行信息流的采集获取、建模、存储、管理、调度、加工、维护测试等全流程的系统。通过严格的软件工程流程，来使软件调控得到更科学有效的利用，使提高软件的使用效率，并管理维护好。

第 3章 森林资源空间数据建库与分析..............18

3.1 研究区域与主要技术路线 ............ 18

3.1.1 研究区域概况................. 18

3.1.2 数据获取................... 18

第 4章 森林生态效益计量评估..............36

4.1 森林生态效益的含义 ........... 36

4.2 森林生态效益的物理量和货币量 ............... 36

第 5章 总结与展望............40

5.1 总结 ............. 40

5.2 展望 ................. 41

第4章 森林生态效益计量评估

为综合验证本文所研究的基于 GIS 的森林资源与生态效益的动态分析可行性与正确性，本章将对森林生态效益的评估模型进行介绍并运用相关公式对一些具体的效益进行评估计算。

4.1 森林生态效益的含义

当前的主要任务是需要将森林的生态效益发挥挖掘出来。而森林的生态效益可以包括：对小气候的改善效益、对风沙的防抑效益，对水土保持的促进效益、对水源的涵养效益、对臭氧层的保护以及二氧化碳的吸引效益、对大气的净化效益、对噪声消除效益、对环境的美化效益、对动物生存环境维持的效益等。

另外由于世界是无限的，而人类对世界的认知是有限的，还有很多森林效益没有被认知到，所以森林生态效益有多少含义也是需要不断补充完善与拓展的。

森林是我们世界一个庞大而丰富的生态系统，通过各种物理、化学、生物作用以及几千万的的积累产生了如今的生态效益。森林的生态效益来源于森林自身的资源，故森林资源的分布决定了森林生态效益的分布。

4.2 森林生态效益的物理量和货币量

本文对于江苏省东台市的实验林场的生态效益的实验只进行了初步的研究探讨与总体估计，这里我们将引入森林生态效益的两个不同的统计量，它们分布式森林资源生态效益的物理量和货币量。

第5章 总结与展望

5.1 总结

地球分为陆地和海洋，而陆地上最复杂的生态系统就是森林。人类诞生的几千年来，森林源源不断的向人类社会提供着栖息环境、食物与木材，以及其他的副产品。然而，随着人类现代文明的发展，人类对森林资源的掠夺和砍伐日益加剧，造成森林环境的极度恶化。近几年来，随着科学、协调、可持续的发展观深入人心，森林生态系统中的森林资源与人类社会、生物圈的关系平衡日益得到关注。森林生态效益;是科学研究人员与政府人员一起提出的评估森林资源价值的概念，但是其具有特殊性，无法直接通过市场价值来衡量与评估，但其又广泛的以商品形式出现在各种供给中，使森林生态系统的功能与维护与其商业角色、商业价值产生冲突，对森林资源的维护与评估出现了不好评估、投资不足的困境。森林生态效益的载体是森林资源，森林生态效益的分布与多少是由森林资源的分布和数量、质量所决定的。只有通过持续利用、综合利用和立体开发、多种经营，才能在森林资源中得到持久的、良好的森林生态效益，并可以在保护现有的森林资源下对其进行有效的利用，而不是对森林资源进行无计划、无节制的破坏性掠夺。

因此，对森林生态效益进行科学的、有效的计量评估具有很大的必要性。本文在查阅、思考、消化、吸收国内外关于对森林生态效益研究的基础上，提出了研究思路、研究内容，明确了问题，主要集中以下两个方面进行探索研究，为实现森林资源的科学评估，实现森林资源的可持续发展提供依据。研究工作包括：

（1）应用 GIS（地理信息系统）的空间分析功能，一方面对研究区域内的森林资源和环境变化关系进行有效分析、研究，另一方面采用新技术后将森林资源与环境变化的关系进行抽象总结，提高到更科学的高度。

（2）利用 GIS 技术对森林生态效益进行科学的评估，寻找与设计合适的数学模型，并在研究区域中进行示范分析，为森林资源的商业化评估提供有力的科学理论与技术支撑。

参考文献（略）