2023年第12期
现代园艺
实景三维地理信息系统在智慧林业中的应用
马天炜
（天水市麦积区林业和草原局，甘肃天水741000）
摘要：在智慧林业建设过程中，其经营决策需要建立在有效掌握林业资源时空分布信息的基础上，在多方面因素影响下，林业资
源处于动态变化过程中。因此，其不确定性、复杂性也给林业经营管理带来阻力，在有效应用实景三维地理信息系统的条件下，可以克服
阻力，帮助获取具有价值的信息。本研究阐述了实景三维地理信息系统的概念、设计理念及应用意义，并从林业资源调查，绘制专题图、
统计林业资源，强化信息管理、规划林业配置，加强林业经营、预防林业破坏，做好应急防范4个方面出发，具体分析了实景三维地理信
息系统在智慧林业中的应用。
关键词：实景三维地理信息系统；智慧林业；应用
随着信息化、科学技术的快速发展，林业信息化进程也在不断推进，林业工作已从早期的数字林业逐渐转向智慧林业。数字林业的特点是对相关信息实施数字化采集，并通过有效的传输和处理，为其应用提供支持。智慧林业的特点是以数字林业为基础，并有效结合云计算、物联网、互联网等新型信息技术，依托物联化和智能化方式，实现对资源的立体感知，并满足管理协同的需求，在促进林业发展的基础上，彰显出独特的生态价值[1]。
基于当前林业工作的开展要求，需要掌握森林资源的数量、质量、结构、动态变化规律，在实景三维地理信息系统的支持下，实现对森林资源空间分布状况的动态展现，有效发挥林业研究的作用。在有效探究森林资源空间分布及动态变化规律的基础上，能为后续林业规划、合理经营提供科学的依据，有效保障森林资源满足可持续经营的条件。依托地理信息系统，工作人员能将对应的原始数据、基础地理信息要素加以整合，展现出真实效用，从而提升其生态及社会效益。
1实景三维地理信息系统概述
1.1实景三维地理信息系统定义及应用优势
实景三维地理信息系统以二维地理信息系统为基础，增加了连续的地面可量测影像库作为新的数据源，并利用开放的软件与地理信息系统实现无缝集成，从而给用户提供一个更直观、易用的实景可视化环境。实景三维地理信息系统可为用户带来更多崭新的功能及应用模式，具备面向管理与决策的高级应用特征。实景三维信息系统涵盖实景三维、数据库、倾斜摄影、卫星遥感等多样化技术手段，其可以构建起完善的信息系统，并将林业数据加以融合处理，可得到计算机硬件和软体的支持，实现对目标范围内有关地理分布数据的精确采集，涵盖后续的储存、管理、运算、分析等阶段，并联系对比分析、三维标绘等过程，在林业资源管理方面具有重要的应用价值。
实际应用过程中，三维数据相对于二维数据，更能表现出客观、实际性，同时，三维地理信息系统与二维地理信息系统均具有类似相关空间数据处理功能，可支持数据获取、组织、操纵、分析等过程。但三维地理信息系统更具应用优势，主要表现在：首先，三维空间信息展现较为直观，人类在获取空间信息时，通常是按照图形化的形式来呈现，借助二维图形界面呈现出来的空间信息相对抽象，而借助三维空间呈现出来的信息更加丰富与逼真，能将传统、抽象化的空间信息变得可视化、直观化，对信息内容的理解更为容易。其次，在三维地理信息系统满足可视化的条件下，还需具备动态化互动过程，通过获取计算机图形技术的支持，构建起完善的系统[3]。最后，在分析处理空间信息时，通常涉及复杂、动态、抽象化的信息内容，加上数量繁多、关系复杂，增加了处理难度。执行二维空间分析时，在功能方面存在局限性，无法执行地质、空间扩散、通视性分析等，而使用三维地理信息系统，既能降维至二维，又能完成二维无法完成的任务，如地质、空间扩散、通视性分析等。
1.2实景三维地理信息系统设计
实景三维地理信息系统设计，涵盖应用层、服务层、数据层、用户层4个层次[4]，需要有效结合地形三维与实景三维模型、基础地理信息数据等材料，并辅以互联网、数据库、三维建模等技术搭建完成。从各个层次功能性出发：（1）数据层：涉及倾斜影像、实景三维、地形三维等多样化数据信息内容，具有基础数据存储、处理、入库、管理等功能，能为后续服务层提供支持。（2）应用层：包括对相关数据的叠加浏览、地图呈现、空间测量、漫游管理、浏览查询、场景标绘、多屏对比等，能实现可视化渲染，并为数据管理提供帮助。（3）服务层：涵盖倾斜影像数据、地形三维数据、实景三维数据等服务项目，能够分析系统运行过程中涉及到的数据，并提供相关服务，还能在自然资源管理、消防水池定位等方面提供服务。（4）用户层：可对接林业管理部门，使其满足对外服务查看的条件，并将有关信息及时反馈给社会公众。
从其功能方面出发，在设计时，其软件系统要满足以下需求，即数据库、地理信息服务、运营支撑系统。其中，地理信息服务属于核心功能模块，运营支撑系统则关联着系统管理、地图数据有效维护、CP数据管理等项
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目。按照信息服务机制，涵盖5项内容：（1）地图发布服务。可动态化展现地图，无论是栅格、矢量格式，均能满足要求，其中，栅格格式包括jpg、png、gif、wbmp等，并能在对应的地图上叠加绘制路线、标注相应位置等；（2）目录服务。实现最近查，在锁定的目标范围内及时查，利用其属性（如名称输入、号码输入等）就可实现查，并能标注出查到的位置；（3）路径搜索服务。通过对路径的有效搜索，及时筛选出最短、最快的路线；（4）提供地理编码服务。针对林区，在执行地理编码，按照地址——3d卫星街景地图
—坐标（x，y），逆地理编码——
—坐标（x，y）——
—位置模式来运行；（5）提供测算服务。即能够实现距离测算，完成坐标转换，明确拓扑关系。在系统接口设计方面，确保实景三维地理信息服务平台可满足运营需求及系统能有效扩展。针对GIS接口，旨在提供对应的地理信息服务，该接口也属于系统对外接口的关键核心；针对CP 数据管理接口，为了能保证系统更好地为用户提供服务，实景三维地理信息系统可支持CP对系统数据的管理及更新。
2实景三维地理信息系统在智慧林业中应用的意义
2.1提升工作效率
目前，按照智慧林业要求，实现对目标范围内林业资源的电子化制图，在应用实景三维地理信息系统条件下，能明显提升工作效率，有效缩短工作时间[5]。当前，在城镇化进程不断推进的过程中，也会对林业林区资源规划带来影响，对应的林业规划应紧随经济发展步伐，动态化掌握林业资源变化情况，为及时更新决策提供支持。传统工作方式主要是借助定期监测，人工整理相关数据，并装订成册，不仅涉及数据资料繁多，而且从规划拟定到最终的方案确定需要经过漫长的时间，且在执行期间会存在规划不符合现实的情况，难以满足当前发展需求。应用实景三维地理信息系统，可有效弥补上述缺陷，发挥地理信息系统的优势，提升调查规划效率。
2.2节省成本经费
实景三维地理信息系统涉及对地理信息的处理，包括标注、描、分析、统计等一系列环节，在实际应用过程中，首先，可充分发挥电子化处理的优势，相对于传统人工处理方法，能有效节省成本和劳动强度。其次，在获取动态化的林相基本图、相关数据后，依托整套的电子信息数据就能及时生成专题图片，可为营林规划提供参考，不会涉及到传统的调研分析、绘制过程，更无需支出制作专题图片经费。最后，由于实景三维地理信息系统具有较强的信息处理能力，可对相关林业信息进行动态化更新，并生成动态化的立体林相图，为全面调查、综合化分析奠定基础的同时，还可避免使用或降低外业调查经费。2.3实现科学化管理
在信息化快速发展的时代，为了保证智慧林业的建设更加合理，传统的数据分析过程暴露出落后特点，并在多方面存在局限性，无法保证科学化管理的落实。而在应用实景三维地理信息系统的基础上，能综合考量和全面分析多维数据因素，保证调查决策结果满足合理性要求。另外，在具备动态化更新功能的基础上，可实现对林业资源空间的有效感知，保证可顺利实现动态化管理，在数据更新以后，对应的林业资源也会产生变化，其模型结构会加以调整。在此过程中，实景三维地理信息系统能为规划制定提供支持，满足时效性要求。规划人员借助对应的专题图就能合理开展工作，并促使其方案满足立体化、形象化特征，为后续规划决策提供支撑。3实景三维地理信息系统在智慧林业中的应用3.1林业资源调查，绘制专题图
林业资源呈现出动态化发展的过程，在林业资源调查工作中，要进一步提高林业资源管理效率及实际利用率，有效保证林业的健康可持续性发展[6]。在开展林业资源调查时，利用实景三维地理信息系统可获得相关资料，为林地保护和资料利用规划、湿地面积调查、绿化林区建设提供指导，实践期间可节省时间，有效提升林业工作效率，彰显出林业调查、数据统计分析的高效性。同时，借助实景三维地理信息系统，能展现出良好的制图和空间数据分析功能，促使林业制图工序简化，实现对制图信息的收集、整理，在将其数字化处理后，可构建起属性和图形的逻辑关联，从而实现对专题图的绘制能突破地理位置的限制。实景三维地理信息系统既能有效输出林业资源信息图，又可结合工作人员的实际需求进行编制，涉及植被分布图、立地类型图、土壤图、林相图等种类，并且查询、保存过程较为简单。
3.2统计林业资源，强化信息管理
结合林业发展要求，当前的林业资源地理信息管理和传统的林业资源信息管理存在着明显的差异，尤其是在智慧林业建设过程中，应对空间图形数据、属性数据实施综合化处理分析，有效克服传统单一数据分析存在的弊端[7]。在利用实景三维地理信息系统时，其具备查询功能，可满足对空间及属性数据库的统一查询。结合相关查询方法，包含属性数据和图形的对应，按照相关指令执行逐级查询，借助利数字化高程模型确定地理坐标等查询模式。目前，在调查林业资源期间，会涉及信息整合过程，信息整合属于勘测的重要基础，在明确地区林业资源的使用情况下，可综合分析其分布特征，有效绘制出对应的林业资源图，并及时发现当前在林业资源方面暴露出的问题。应用期间，尤其是针对地形较为复杂、地势分布不均等区域，借助实景三维地理信息系统，能够快速掌握林业资源的分布和利用信息，有效节省人力
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和物力。该系统可实现对数据的自动化编辑，并整理统计相关数据，利用信息化测绘工具加以整合，最终得到相关结论。在具体应用时，其能够有效解决林业调查中存在的较为困难、工作量大等难题。
3.3规划林业配置，加强林业经营
在实景三维地理信息系统的支持下，使用数字地面模型完成接收过程，并以此为依据执行对地貌的处理。在规划林业配置期间，必须充分考虑地形因素可能带来的影响，从自然经济、气象、土壤等不同方面出发，保证可将资源现状、地形地貌特征加以清晰地呈现，明确林业资源的空间分布现状，获取更为丰富的专题数据信息资料，为林业经营规划提供原材料[8]。实景三维地理信息系统在发挥作用期间，借助科学设备，按照林业资源现状，使用数据、图件等形式整理成本地资料，确保能全面化、系统化展现出林业资源的动态变化过程，可提取地貌地形因子，充分考虑自然经济、气象、土壤调查因子等，有效生成土层厚度、海拔高度分布等多种派生图。另外，还可与造林、地形类型予以配准，较为直观地展现出造林现状、地形地貌特征。相对而言，实现对林业资源的动态化监测具有较高难度，在应用传统监测方法条件下，对应的监测结果不具有时效性特征，只能是被动进行解变，获得的数据无法保证其真实性。三维地理信息系统可进行信息化测绘，借助遥感技术观察林业资源，明确其数量变化特点，并结合GPS获取位置信息，最终直观呈现出动态信息。
3.4预防林业破坏，做好应急防范
工作开展期间，按照林业消防要求，从消防基础设施配置方面出发，完善防火检查站、消防通道、消防水池、水源、防火阻隔带等配置，上述设施属于林业消防应急的必备项目或工具，结合实景三维地理信
息系统，标注对应项目的位置，保证消防救援设施实现可视化管理。一旦出现火灾，系统能迅速展开分析，并及时显示火灾位置，精确判断出距离最近的取水点位置，从而实现对消防通道的最优规划。此外，通过监测林业资源，还能更好地落实资源保护任务。受各种因素的影响，林业生态环境可能会逐渐恶化，在操作期间，需要勘测林业资源、明确林区范围、了解林业资源状况，并结合用地面积计算等过程，为用地审批提供精准资料。实践阶段，可将GPS和地理系统有效结合，保证数据处理符合一致性要求，并提高数据的自动化、准确性。
4结语
在有效应用实景三维地理信息系统的基础上，能掌握林业资源的动态变化，了解区域生态环境变化特征，强化对林业资源的有效监测。结合智慧林业倡导，满足林业经营规划、管理的要求，结合实景三维地理信息系统的设计理念，充分应用三维建模、地理信息、倾斜摄影、数据库等多样化技术，准确获取林业资源的三维模型数据，并借助三维交互功能强化林业资源管理，避免出现违建事件，加强建设消防应急设施，从而达到提高林业资源管理效率，促进林业健康发展的目标。
（收稿：2023-03-20）参考文献：
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