邱 琳，王 蕾，高亞琪，鄭江華，劉忠軍，陳 夢，劉 萍

(1.新疆大學資源與環(huán)境科學學院，新疆烏魯木齊830046；2.新疆大學智慧城市與環(huán)境建模普通高校重點實驗室，新疆烏魯木齊830046；3.新疆林業(yè)科學院現(xiàn)代林業(yè)研究所，新疆烏魯木齊830000；4.新疆維吾爾自治區(qū)林業(yè)有害生物檢疫局，新疆烏魯木齊830001；5.華南農(nóng)業(yè)大學林學院，廣東廣州510642)

在林業(yè)有害生物危害森林現(xiàn)象與日俱增的趨勢下，各地區(qū)林業(yè)有害生物災害種類各異，其發(fā)生（危害）程度診斷以及成災診斷是對災害情況的基本判斷指標．由于我國各區(qū)域林業(yè)有害生物災害現(xiàn)象頻發(fā)[1]，調(diào)查數(shù)據(jù)量大且災害發(fā)生診斷標準內(nèi)容多，基于GIS二次開發(fā)進行的林業(yè)有害生物發(fā)生與成災診斷系統(tǒng)的開發(fā)將有效地解決這一問題．

國內(nèi)林業(yè)有害生物災害相關的系統(tǒng)研發(fā)，多以面向縣市級，省級，國家級三級用戶層面實現(xiàn)，大部分為林業(yè)有害生物災害管理信息系統(tǒng)[2?5]．從功能實現(xiàn)來說，實現(xiàn)了林業(yè)有害生物信息的可視化，包括地圖瀏覽功能、信息查詢、專題圖、標本管理、監(jiān)測預警等功能；從應用形態(tài)來講，目前的研究已經(jīng)覆蓋了移動端、桌面端以及WEB端的各種用戶應用需求[6?9]．國內(nèi)外大多地區(qū)都有林業(yè)有害生物相關的信息發(fā)布網(wǎng)站、風險評估及預警系統(tǒng)等，提供在線病蟲害信息查詢，災害情況報告發(fā)布等功能．亦有Forest Invasive Alien Species(FIAS)Pathway Explorer等工具，實現(xiàn)了計算外來入侵物種入侵途徑概率等功能以輔助災害管理和決策．還有林業(yè)有害生物診斷系統(tǒng)如Alberta Forest Pest Damage Diagnostic System，實現(xiàn)了通過植被受害癥狀等進行病因診斷[10]，但林業(yè)有害生物發(fā)生程度及成災診斷一類的系統(tǒng)研發(fā)目前還很少見．

就林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度診斷而言，有學者簡單提出可供參考的災害診斷分級[11,12]，以及國家林業(yè)局下發(fā)的文件《森林病蟲害預測預報管理辦法》（林造發(fā)〔2002〕171號）《林業(yè)有害生物發(fā)生及成災標準》（LY/T1681-2006）《主要林業(yè)有害生物成災標準》（林造發(fā)〔2012〕26號）《全國林業(yè)有害生物普查技術方案》（辦造字〔2014〕92號），均有明確規(guī)范及界定，但是由于林業(yè)有害生物災害多樣，各區(qū)域災害發(fā)生情況迥異，因此其發(fā)生程度以及成災診斷規(guī)則有待進一步完善，發(fā)生程度等級診斷系統(tǒng)也有待進一步實現(xiàn)．

因林業(yè)有害生物災害調(diào)查工作需求，以及我國林業(yè)有害生物發(fā)生情況各地區(qū)不同，使得林業(yè)有害生物災害管理工作數(shù)據(jù)量大，對準確診斷災害發(fā)生（危害）程度以及判斷是否成災的規(guī)則有較高要求．本文將目前常用的林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度以及成災診斷方法，加以歸納整理，編成應用程序，高效地輔助林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度評估和成災診斷．

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 系統(tǒng)總體結構設計

林業(yè)有害生物發(fā)生程度及成災診斷系統(tǒng)是基于有害生物災害發(fā)生情況、林業(yè)相關標準，通過空間表達及行業(yè)規(guī)則實現(xiàn)了林業(yè)有害生物災害信息的可視化及查詢、災害發(fā)生（危害）程度診斷、成災診斷等功能(圖1)．

圖1 系統(tǒng)功能結構圖

1.2 系統(tǒng)開發(fā)與運行環(huán)境

該系統(tǒng)采用Visual studio 2010集成開發(fā)工具，在.NET框架下運用C#語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫層采用了Microsoft SQL Server 2008作為支撐軟件，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與加載，為Windows7操作系統(tǒng)平臺的應用程序．

為了能正確的使用該應用程序，需確保電腦裝了以下組件：(1)NetFramework35sp1；(2)ArcGIS Engine 10.1 Runtime(ArcGIS Engine Runtime已經(jīng)正確授權)．

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)庫構建

文章以新疆為研究區(qū)，屬性數(shù)據(jù)包括2012年新疆林業(yè)有害生物發(fā)生情況數(shù)據(jù)和2010—2015年新疆各地州林業(yè)有害生物發(fā)生面積數(shù)據(jù)，分別來源于新疆林檢局和新疆統(tǒng)計年鑒．空間數(shù)據(jù)包括新疆各縣市行政區(qū)邊界．

數(shù)據(jù)庫包含林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度標準，指定林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度標準，林業(yè)有害生物成災標準，指定林業(yè)有害生物成災標準，全國林業(yè)檢疫性有害生物名單，以及2012年新疆林業(yè)有害生物發(fā)生情況，統(tǒng)計單位．數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)表之間的連接關系如圖2所示．

圖2 數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)之間的關系

2.2 評價標準與方法

林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度及成災診斷系統(tǒng)包含對林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度診斷，林業(yè)有害生物成災診斷．不同類型的森林其易受害程度與物種多樣性，林分密度等有較密切的關系[13?15]．而不同森林類型易受林業(yè)有害生物影響程度為人工闊葉林＞天然闊葉林；闊葉林＞針葉林；物種單一林分＞多樣性高林分，而其抵抗病蟲害能力則反之[11,14]．因此，林業(yè)有害生物發(fā)生及成災的界定，體現(xiàn)了林業(yè)工作人員對森林中自然規(guī)律的探索程度以及對各種自然現(xiàn)象綜合表現(xiàn)認知水平．根據(jù)歷年來國家林業(yè)局下發(fā)的相關文件，袁菲等提到林業(yè)有害生物危害程度等級分級[11]、Alberta Forest Pest Damage Diagnostic System中診斷病蟲害的分類等，充分反應了診斷所需影響因素．

圖3 林業(yè)有害生物發(fā)生及成災診斷因子

結合森林發(fā)生有害生物災害的規(guī)律，我國林業(yè)有害生物發(fā)生情況及森林分布規(guī)律，并根據(jù)以上文件和參考資料，統(tǒng)計得到林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度及成災診斷因子（圖3）．林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度包括寄主類型、調(diào)查階段、林分類型、有害生物名稱、危害部位、有害生物種類、統(tǒng)計單位、其它限定、發(fā)生（危害）程度等級．林業(yè)有害生物成災診斷包括林業(yè)檢疫性有害生物、林分類型、有害生物名稱、危害部位、統(tǒng)計單位、有害生物種類、其它限定、成災指標．

2.2.1 林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度標準

林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度等級劃分主要參照國家林業(yè)局辦公室印發(fā)的《全國林業(yè)有害生物普查技術方案》（辦造字〔2014〕92號），該文件明確規(guī)定了各林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度等級的評定標準，詳見表1．

表1 林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度等級

表1為非指定有害生物發(fā)生（危害）程度診斷規(guī)則．此外，參照2006年《林業(yè)有害生物發(fā)生及成災標準》（LY/T1681-2006）中的“林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度標準”，羅列了部分林業(yè)有害生物的發(fā)生程度等級評判標準，并且規(guī)定幼林的林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度在成林的基礎上降低1/3．

2.2.2 林業(yè)有害生物成災標準

根據(jù)2012年國家林業(yè)局文件《主要林業(yè)有害生物成災標準》（林造發(fā)〔2012〕26號），指定林業(yè)有害生物的成災規(guī)則見其文件所示，非指定林業(yè)有害生物的成災診斷規(guī)則見表2所示．

2.3 診斷算法設計

本系統(tǒng)采用了兩種用戶數(shù)據(jù)輸入方式，一種是導入本地Microsoft Oきce EXCEL（.xls）數(shù)據(jù)或?qū)霐?shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表，另一種是通過系統(tǒng)提供的用戶數(shù)據(jù)輸入界面進行數(shù)據(jù)錄入．診斷算法流程為導入用戶調(diào)查數(shù)據(jù)，查詢標準規(guī)則表，得到診斷結果表（圖4）．即用戶導入發(fā)生程度調(diào)查數(shù)據(jù)表，系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)表格式檢查．經(jīng)字段檢查正確后，用戶點擊診斷按鈕，程序開始逐條讀取記錄，并對該記錄中的調(diào)查數(shù)據(jù)值進行計算，計算方法參見2006年國家林業(yè)局文件《林業(yè)有害生物發(fā)生及成災標準》（LY/T1681-2006）．再根據(jù)表1“林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度等級”和表2“林業(yè)有害生物成災標準”對其計算值進行輕、中、重度危害的等級判斷．直到用戶數(shù)據(jù)表的最后一條記錄診斷完，最后形成的發(fā)生（危害）程度診斷結果以表的形式輸出．

表2 林業(yè)有害生物成災標準

圖4 林業(yè)有害生物發(fā)生及成災診斷算法流程圖

3 系統(tǒng)功能與應用

3.1 有害生物發(fā)生信息可視化表達

利用2012年的新疆林業(yè)有害生物發(fā)生情況數(shù)據(jù)，在ArcGIS中，以縣市名稱為關鍵字，與行政區(qū)矢量邊界數(shù)據(jù)聯(lián)合，可得到2012年新疆春尺蠖(Apocheima cinerarius Ershoあ)發(fā)生情況圖層．例如將繪制春尺蠖害的發(fā)生率專題圖，按6個等級分別顯示出來，結合圖例，顏色越深表示發(fā)生率越大，顏色越淺發(fā)生率越小，可以清晰的看到，新疆北疆發(fā)生率相對較小，新疆南疆發(fā)生率相對較大，其中發(fā)生率較大的有和田縣、墨玉縣、巴楚縣等．

3.2 災害診斷功能實現(xiàn)

林業(yè)有害生物發(fā)生及成災診斷功能，參照國家林業(yè)局辦公室印發(fā)《全國林業(yè)有害生物普查技術方案》（辦造字〔2014〕92號），設計了采樣點數(shù)據(jù)錄入界面，便于數(shù)據(jù)錄入．數(shù)據(jù)錄入后直接對該林業(yè)有害生物發(fā)生程度調(diào)查數(shù)據(jù)進行診斷，則會得到各采樣點處不同統(tǒng)計單位下的計算值，同時輸出診斷結果，部分采樣數(shù)據(jù)診斷結果輸出如圖5、6所示．

圖5 發(fā)生（危害）程度診斷結果

圖6 成災診斷結果

4 結論

文章以新疆為研究區(qū)，對林業(yè)有害生物災害進行成災診斷、發(fā)生（危害）程度診斷，建立了林業(yè)有害生物發(fā)生（危害）程度及成災診斷系統(tǒng)．該系統(tǒng)設計了調(diào)查數(shù)據(jù)的錄入功能；構建了林業(yè)檢疫生物、成災標準、發(fā)生（危害）程度標準的數(shù)據(jù)庫，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動診斷；系統(tǒng)結合數(shù)據(jù)庫、診斷模型，為林業(yè)管理者提供了準確有效的數(shù)據(jù)處理及數(shù)據(jù)管理平臺．系統(tǒng)結合林業(yè)工作者工作需求，實現(xiàn)了基本的數(shù)據(jù)瀏覽、查詢、專題圖等功能；以林業(yè)局相關標準為基礎，實現(xiàn)了災害診斷；操作簡單，只需輸入所需要的參數(shù)數(shù)據(jù)，即可運行得到相應的診斷結果．

在實際的林業(yè)有害生物災害評估工作中，為了數(shù)據(jù)能及時共享，以及用戶能更便捷的使用林業(yè)有害生物發(fā)生程度及成災診斷系統(tǒng)，基于移動端或網(wǎng)絡版的災害評估系統(tǒng)和采樣數(shù)據(jù)存儲分析相關的系統(tǒng)也有待進一步開發(fā)和實現(xiàn)．其次，結合我國人工林的現(xiàn)狀而言，在林業(yè)有害生物發(fā)生及成災標準中，關于人工林與自然林的劃分標準也需進一步具體化．

參考文獻：

[1]宋玉雙,蘇宏鈞,于海英,等.2006-2010年我國林業(yè)有害生物災害損失評估[J].中國森林病蟲,2011,30(6):1-4.

[2]梁倩玲,劉萍,陳夢,等.林業(yè)有害生物災害損失評估研究進展[J].林業(yè)資源管理,2015,(2):139-144.

[3]常原飛,武紅敢,董振輝,等.國家級林業(yè)有害生物災害監(jiān)測與預警系統(tǒng)[J].林業(yè)科學,2011,47(6):93-100.

[4]張圓,鄭江華,劉萍,等.新疆林業(yè)有害生物災害信息管理系統(tǒng)研制[J].林業(yè)資源管理,2013(6):168-173.

[5]洪玲霞,陸元昌,雷相東,等.縣級森林資源信息管理系統(tǒng)設計[J].林業(yè)科學研究,2005,18(3):284-291.

[6]周定輝.基于GIS的縣級林業(yè)有害生物管理系統(tǒng)研究[D].北京:中國林業(yè)科學研究院,2006.

[7]曹慶先,武紅敢,孫鐵環(huán),等.基于GIS的天津市林業(yè)有害生物管理信息系統(tǒng)[J].遙感信息,2008,(5):83-86.

[8]劉軍,張偉巖,劉俠,等.基于移動GIS的林業(yè)有害生物普查信息管理系統(tǒng)研究與應用[J].中國森林病蟲,2015,(3):32-37.

[9]趙仁輝,劉麗,王志寶,等.基于開源GIS的林業(yè)有害生物監(jiān)測與預警系統(tǒng)[J].計算機工程與設計,2015,(3):802-808.

[10]劉萍.林業(yè)有害生物災害損失評估指標體系構建[J].林業(yè)科學,2016,52(6):101-107.

[11]袁菲,張星耀,梁軍.基于有害干擾的森林生態(tài)系統(tǒng)健康評價指標體系的構建[J].生態(tài)學報,2012,32(3):964-973.

[12]盛兆湖,陳夢,劉忠軍,等.新疆昌吉州荒漠林鼠(兔)害災害損失評估指標重要性研究[J].中國森林病蟲,2015,34(1):14-17.

[13]Gunst K J V,Weisberg P J,Yang J,et al.Do denser forests have greater risk of tree mortality:A remote sensing analysis of density-dependent forest mortality[J].Forest Ecology&Management,2016,359:19-32.

[14]張莉.全球森林有害生物概況[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2012.

[15]Setiawan N N,Vanhellemont M,Baeten L,et al.The eあects of local neighbourhood diversity on pest and disease damage of trees in a young experimental forest[J].Forest Ecology&Management,2014,334:1-9.