全 文 ：第 wu卷 增刊 t
u s s y年 | 月
林 业 科 学
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基于组件 ≥的立地决策支持模型的研究
谭 伟t ou 冯仲科t 张 雁t 姚 山t 石丽萍t
kt1北京林业大学 v≥中心 北京 tsss{v ~ u1 贵州大学林学院 贵阳 xxssuxl
摘 要 } 以林场造林规划设计中立地类型划分为目标 o以小班为基本单元 o以获取小班的立地类型为目的 o在嵌
入式组件 ≥软件 ) ) ) ¤³¥¨¦·¶kl的支持下 o讨论立地决策支持模型的基本组成及建立过程 ∀其由二级决策
支持模型组成 o即立地区划决策支持模型和立地类型决策支持模型 ∀将造林地的空间信息与属性信息结合起来 o
运用 所提供的空间分析模块 o结合 的空间 ≥≥±查询语句 o对基于立地因子的立地类型知识库和基于行政
区划的立地亚区知识库进行操作 o实现造林地小班的立地类型自动决策 ∀
关键词 } 组件 ≥ ~立地决策支持模型 ~造林小班 ~空间分析 ~自动决策
中图分类号 }×°vsu1t 文献标识码 } 文章编号 }tsst p zw{{kussyl增 t p stsy p sx
收稿日期 }ussx p sz p uu ∀
基金项目 }国家 {yv课题/数字林业平台技术研究与应用0kussvus|sysl !贵州省农业科技攻关项目/基于组件 ≥的造林决策支持系统
的研究0k黔科合 ussw¼sxtl !北京市自然科学基金重大项目/北京市森林植被景观四维表达应用基础研究0kwswtssul ∀
Στυδψ ον Σιτε ∆εχισιον Συππορτ Μοδελ Βασεδ ον ΧΟΜ ΓΙΣ
פ± • ¬¨t ou ƒ ±¨ª«²±ª®¨ t «¤±ª≠¤±t ≠¤² ≥«¤±t ≥«¬¬³¬±ªt
kt1vΣ Ρεσεαρχη Χεντρε o Βειϕινγ Φορεστρψ Υνιϖερσιτψ Βειϕινγ tsss{v ~ u1 Φορεστρψ Χολλεγε o Γυιζηου Υνιϖερσιτψ Γυιψανγ xxssuxl
Αβστραχτ}
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Κεψ ωορδσ} ¦²°³²±¨ ±·²¥¨¦·°²§¨¯k≤l ª¨²ªµ¤³«¬¦¬±©²µ°¤·¬²± ¶¼¶·¨°k≥l ~¶¬·¨ §¨¦¬¶¬²± ¶∏³³²µ·°²§¨¯k≥⁄≥l ~
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立地是造林规划设计的主要内容 o也是造林规划其他设计的基础k孙时轩 ot||ul ∀理论上 o相同的立地
应该具备相同的森林植物生长效果 o正确地划分与评价造林地的立地状况 o是保障造林树种决策和造林密
度 !整地技术 !幼林抚育等造林技术设计的关键 o是科学 !合理造林的基础 ∀立地类型的划分与评价包括定性
与定量 u种方法 o如图 t所示 o定量方法有地位级和地位指数 u种 o定性则存在指示植物与立地类型划分 u
种方法k张万儒 ot||zl ∀无论哪一种方法都是建立在地域分异理论基础上 o按不同的尺度分级水平进行综
合与分异 o从而获得对造林地小班的立地评价与类型划分 ∀在林场范围内 o大气候和大地貌基本保持一致 o
但受土壤 !水文 !植被及其他环境因素的影响 o使得造林地在小班水平上的立地类型不同 o在林场范围内进行
人工造林规划首先需要进行立地类型划分 ∀应用 v≥技术解决立地分类与立地质量评价问题 o众多学者做过
不少研究k张晓丽等 ot||{ ~全志杰等 ot||zl ~在空间决策支持和智能化空间决策支持模型方面 o也有不少学
者做过研究k龚敏霞等 oussu ~马爱军等 oussul ∀
本文在前人研究的基础上 o以林场造林规划设计中立地类型划分为目标 o以小班为基本单元 o以获取小
班的立地类型为目的 o在组件 ≥的支持下 o建立立地决策支持模型 o将造林地的空间信息与属性信息结合
起来 o如数字高程模型 !数字地形模型 !土壤分布模型 !森林分布等 o运用组件 ≥提供的空间分析模块 o结合
≥≥±查询k谭伟等 oussxl o实现小班的立地类型自动确定与决策 ∀
图 t 立地类型划分评价方法
ƒ¬ªqt ≤¯ ¤¶¶¬©¬¦¤·¬²± ¤±§ √¨¤¯∏¤·¬²± °¨ ·«²§¶²± ¶¬·¨·¼³¨
t 立地类型集合
建立的模型不仅能在试验区应用 o更需要具有普遍的适用性 ∀根据5中国森林立地类型6k5中国森林立
地类型6编写组 ot||xl o建立立地类型集合 ΣΤ }
ΣΤ ¾στt oστu o, oστνÀ ktl
式中 } στιkι t ou o, oνl是 ΣΤ的元素 o为立地类型 ∀如果 ι Ξ ϕo则 στι Ξ στϕ o表示立地类型集合中每一个元素
都是独立的 ∀ στι 是根据一系列标准划分的 o可以将这些标准认为是 στι 的属性 ∀可以根据立地类型的相似
性 o将一些立地进行综合 o建立高一层次的立地分类 o即立地类型组 ∀如继续向上分级 o有立地类型小区 !立
地类型亚区 !立地类型区 !立地带 !立地区域等 ∀为了管理方便和快速解算 o在立地决策支持系统中 o将立地
决策分为 u级 }立地亚区和立地类型 ∀如果令立地亚区集合为 Στ o则 }
Στ ¾στt oστu o, oστπÀ kul
相应地有 }
Στ < ΣΤ kvl
如果 στι Ι Στkι t ou o, oπl o则 στι Ι ΣΤo为了区别 o将 ΣΤ称为立地类型总集合 ∀对于立地亚区可以这
样理解 }一方面 o它是由立地类型组成的集合 ~另一方面 o它是立地类型总集合的元素 ∀立地类型总集合由立
地亚区元素组成 o即 }
ΣΤ ¾Στt oΣτu o, oΣτµÀ kwl
式中 }Στι Ι ΣΤokι t ou o, oµl ∀立地亚区集合由立地类型组成 o有 }
Στι ¾στι ot oστι ou o, oστι oπÀ kxl
如此 o立地决策支持模型由 u个模型组成 }立地区划决策支持模型和立地类型决策支持模型 ∀
u 立地区划决策支持模型
立地区划决策支持模型建立的理论意义是 }对大地域来讲 o存在着大气候 !大地貌条件的差异 o也存在着
土壤 !植物生理 !群落的差异 o这使得在大区域范围内进行立地类型划分不可能采用完全统一的标准 ∀为了
立地决策支持模型的普遍性 o即该模型不仅能够适用于某一个林场 o而且能够扩展至全国范围内的其他林
场 o需要考虑不同的地理环境条件下选用不同的立地类型划分标准 ∀因此 o建立立地区划决策支持模型是立
地决策支持模型的先决条件 o是立地决策支持模型的有机组成部分 ∀立地区划决策支持模型的解算结果是
林场所属的森林立地亚区 o根据所属的森林立地亚区可以确定林场范围内小班单元的立地类型划分标准 ∀
构建立地区划决策支持模型 o是根据林场所属的地理位置 o在立地区域分类系统中进行搜索 o获取林场
的立地区划 o即获取式kwl中的 Στι o通过分析 oΣτι 具有以下特性 }
tl唯一性 对任意一个元素 Στι Ι ΣΤo在集合中只能是唯一存在的 o不能有完全相等的另一个元素 Στϕ Ι
ΣΤkϕΞ ιll存在 o即 }Στι Ξ Στϕ ∀
ul概括性和排它性 立地亚区是森林自然地理条件综合属性的一种反映 o对于造林决策支持模型的基
本单元 ) ) ) 小班来讲 o由于小班是地理属性 !生态属性 !生产经营方式一致的森林地块 o因此 o全国范围内任
意一个小班 o必须有唯一的一个 Στι 元素与它相对应 ∀
zst 增刊 t 谭 伟等 }基于组件 ≥的立地决策支持模型的研究
vl多样性 对于由多个小班组成的林场或者区 !县 !省 o可能存在不同的立地亚区 o即会在 ΣΤ集合中找
到 u个或 u个以上的立地亚区 ∀如本研究的试验区 ) ) ) 北京市房山区就属于这样的情况 o它属于海河平原
森林立地亚区和太行山北段山地立地亚区 ∀
基于这些特性 o建立立地区域决策支持模型 o如式kyl }
Στ φkψ α¿ΣΤl kyl
式中 }Στ为作业小班的立地亚区 ~ψ α为搜索条件 oψ是小班单元的一个或一组地理指标 oα为指标取值 ~ φ
为运算法则 o是以 ψ α为条件在 ΣΤ中搜索 o获取 Στ的取值 o其表示的涵义是 }当小班区域中的某一个地理
指标或者某几个地理指标等于某一数值时 o其所处的地域是 Στ立地亚区 ∀
按立地区划集合的特性 ) ) ) 多样性 o搜索的条件理论上应该是小班单元的属性指标 o但是由于立地区划
的广域分布特性和地域上的连续分布特性 o使得一定区域范围内的小班集合也处于同一立地区划下 ∀为了
决策方便和解算快速 o将搜索条件扩展至林场范围 o即 ψ是林场的一个或者一组相应的地理指标 ∀同时 o模
型解算的值也可能存在多义性 o即在林场范围内获取的立地亚区可能不只一个 o需要对这些立地亚区进行条
件限定 ∀
一般地 o林场的地理指标可以选择 u个 }林场所属的行政区划 o林场范围内的经纬度范围 ∀相应地 o算法
也存在 u种模式 }一是基于经纬度的算法模型 o可以在 tΒts sss地形图的基础上通过坐标变换获取地图的经
纬度 o然后在知识库中查找 o从而找到林场所在位置的立地亚区 ~另一种方法是直接输入林场所在的行政区
划 o然后在立地区划知识库中搜索 ∀u种方法各有优缺点 o第一种可以唯一地获取立地亚区的名称 o但增加
了知识库建立的难度 o要将全国的立地亚区所在的经纬度确定下来是一个非常大的工作量 o并且经纬度所确
定的范围是一个矩形区域 o而立地亚区所在的范围并不完全是这种规则的区域 o采用这种立地亚区界定的方
法必然存在着立地亚区间的重叠性 o使模型运算存在多种解 ∀采用第二种方法的缺点是如果行政区域选择
大了 o模型解算将会得到几种立地区划 o而区域选择小了 o又可能无法在知识库中找到相应的地名 ∀在5中国
森林立地类型6k5中国森林立地类型6编写组 ot||xl中 o行政区划以县k区l为单位 o则 ψ为林场所处的县一级
行政区划 oα为行政区划的名称 ∀
图 u 立地亚区设置对话框
ƒ¬ªqu ⁄¬¤¯²ª¥²¬²©¶¬·¨ ¶∏¥µ¨ª¬²± ¶¨·¬±ª
行政区划的来源是小班森林资源数据库 o
因此 o直接对小班集合操作 o获取小班集合中的
县k区l行政区划名称 o然后对模型进行解算 ∀
当出现多解时 o需要增加限制条件 ∀在对房山
区进行立地区划决策支持模型演算过程中 o增
加了地貌这一限制条件 }当地貌为山地时 o所属
的立地亚区为太行山北段山地立地亚区 ~当地
貌为平原时 o立地亚区为海河平原森林立地亚
区 ∀
图 u所示为房山区蒲洼乡立地区划解算示
意图 o根据蒲洼乡的区县级行政区划以及地貌
形态 o解算出来其所在的立地亚区为太行山北
段山地立地亚区 o其立地类型划分指标有地貌 !
地形部位 !海拔 !坡向 !土层厚度 !土壤质地 ∀将
该指标保存到立地分类图 q¶«³中 o就可以对蒲
洼乡各小班进行立地类型划分了 ∀
v 立地类型决策支持模型
立地亚区确定后 o立地类型划分的标准就确定了 o可以在林场范围内进行立地类型划分 ∀立地类型决策
支持模型的基本操作模式是 }首先获取小班相应立地指标的属性数据 o然后根据立地分类标准 o解算立地类
型 ∀由于数据源不一样 o可以将立地属性数据获取分为 u种情况 }一种是根据林相图获取小班立地各指标的
属性 o另一种是根据地形单元模型和土壤单元模型进行实时解算 ∀
{st 林 业 科 学 wu卷
图 v 立地属性字段匹配对话框
ƒ¬ªqv ⁄¬¤¯²ª¥²¬²©¶¬·¨©¬¨ §¯±¤°¨ °¤·¦«¬±ª
311 林相图
近期的森林资源二类调查已经调查了林场
范围内的小班立地情况 o并且保存在林相图中 o
采用这种方法是一种直接的搜索算法 ∀如式
kzl }
Σι φkξ α¿ξ Ι Λχl kzl
式中 }φ是运算法则 o是按 ξ α在小班记录集合
中进行搜索 o取 ξ α的小班 o并将其立地属性各
指标对应的数据取出 ~ Λχ为林相图小班记录集
合 ~ξ为林相图小班记录集合中小班编号的字段
名 oα为小班编号 oΣι为小班立地属性的取值 o也
是一个集合 }
图 w 地形因子解算对话框
ƒ¬ªqw ⁄¬¤¯²ª¥²¬²©·¨µµ¤¬±©¤¦·²µ¦¤¯¦∏¯¤·¬±ª
Σι ¾海拔 o地貌 o, o土壤母质À k{l
需要说明的是 o由于林相图建立的非规范性 o使
得立地属性数据指标在林相图小班数据库中相
应的字段名也不一致 o因此 o需要建立一个字段
名匹配对话框 o将需要解算的立地属性指标与林
相图小班数据集中的字段名相匹配 o如图 v 所
示 ∀字段匹配后 o点击确定即可从立地因子数据
库中获取各因子数据 o完成解算 ∀
312 根据单元模型进行解算
单元模型是立地类型决策支持模型的基本
构成 o为立地类型决策支持模型提供立地类型划
分所依赖的地形 !土壤 !生态等信息 o根据单元模
型解算立地属性参数是在获取小班对象的几何
形状和空间地理位置后 o调用单元模型对地形图
层 !土壤图层与小班图层进行叠置分析 o获取小
图 x 立地决策支持模型解算对话框
ƒ¬ªqx ⁄¬¤¯²ª¥²¬²©¶¬·¨ §¨¦¬¶¬²± ¶∏³³²µ·°²§¨¯¦¤¯¦∏¯¤·¬±ª
班单元各立地属性参数 ∀如图 w地形各因子解
算对话框图 o用户也可根据需要自行选择相应立
地属性参数 ∀
313 立地类型决策支持模型
通过式kyl获取了造林作业小班立地类型划
分的标准 o通过式kzl从林相图获取小班的立地
属性或者通过单元模型解算出来各立地属性 o便
可以进行立地类型模型的解算了 ∀模型的基本
结构同立地区划决策支持模型一样k式kyll ∀
在进行模型解算时可能存在指标表示形式
的不一致 o如土壤厚度 o在有的分类体系中直接
采用数值k如 vs ¦°l方法表示 o有的则用厚 !中 !
薄来表示 o在进行解算时 o有时需要进行类型转
换 ∀
图 x 为房山区蒲洼乡某一作业区小班
kttsysussuwtl的立地因子数据和解算出来的相
应立地类型k土石山低中山阳坡薄土立地类型l ∀
解算出各数据后 o将各参数数据添加至立地类型数据库中 o并按立地类型进行渲染 ∀图 y为按立地决策支持
|st 增刊 t 谭 伟等 }基于组件 ≥的立地决策支持模型的研究
图 y 蒲洼乡造林小班立地分类图
ƒ¬ªqy ≥¬·¨ ¦¯¤¶¶¬©¬¦¤·¬²± °¤³²©¤©©²µ¨¶·¤·¬²± ¶∏¥¦²°³¤µ·°¨ ±·¬± °∏º¤ ∂¬¯¯¤ª¨
模型解算出来的试验区立地分类渲染图 ∀
w 结论与讨论
tl在组件 ≥的支持下 o根据空间叠置
分析的基本原理和集合论的基本思想 o建立
作业区立地决策支持模型 o通过对立地区划
的指定获取立地类型划分指标 o在地形单元
模型 !土壤单元模型或者基于林相小班资源
数据集的搜索模型的支持下 o进行小班立地
因子各指标的解算 o得出小班的立地类型 o
为树种规划及造林技术措施的决策提供数
据支持 ∀
ul立地决策支持模型为人机交互式立地
类型划分提供理论支持 o将立地分类系统存
储在知识库中 o在进行模型解算时通过调用
立地分类知识库既解放了人的记忆限制 o又
促进了立地分类的标准化 o造林决策规划自
动化具有广阔的应用前景 ∀
vl运用集合论的思想进行立地类型划
分 o为运用空间数据分析的专业决策规划提
供了基本思路 ∀
参 考 文 献
陈文伟 qussw1决策支持系统及其开发 q北京 }清华大学出版社
龚健雅 o杜道生 o李清泉 o等 qussw1 当代地理信息技术 q北京 }科学出版社 owu p {s
龚敏霞 o闾国年 o张书亮 o等 qussu1 智能化空间决策支持模型库及其支持下 ≥与应用分析模型的集成 q地球信息科学 oktl }|t p |z
韩 鹏 qussw1地理信息系统开发 ) ) ) ¤³¥¨¦·¶方法 q武昌 }武汉大学出版社
马爱军 o王延章 qussu1 空间决策支持系统的数据集成方法 q计算机工程与应用 oktwl }{{ p |t
全志杰 o黄 林 o毛晓利 o等 qt||z1 森林立地条件遥感分类自组织神经树模型研究 q林业资源管理 okxl }y{ p zt
孙时轩 qt||u1 造林学 q北京 }中国林业出版社 ous| p vuz
谭 伟 o冯仲科 o胡 涌 o等 qussx1 基于组件 ≥的造林决策支持系统的构建研究 q浙江林学院学报 ouuktl }zz p {t
王新洲 o史文中 o王树良 qussv1 模糊空间信息处理 q武昌 }武汉大学出版社
吴立新 o史文中 qussv1 地理信息系统原理与算法 q北京 }科学出版社 ovuv p vvw
张万儒 qt||z1 中国森林立地 q北京 }科学出版社
张晓丽 o游先祥 qt||{1 应用/ v≥0技术进行北京市森林立地分类和立地质量评价的研究 q遥感学报 oukwl }u|u p u|z
5中国森林立地类型6编写组 qt||x1 中国森林立地类型 q北京 }中国林业出版社
¨∏±ª× o≤«¨ ± ⁄ ≤ qt|{x1 初等集合论 q闾金童 o译 q南宁 }广西人民出版社 ot p yy
k责任编辑 石红青 于静娴 张君颖l
stt 林 业 科 学 wu卷