基于GIS的森林资源调查空间平衡抽样理论与方法研究

了解森林资源的现状及变化趋势是森林资源管理工作的前提。空间平衡抽样，使得样本的空间格局与研究总体的空间格局具有近似型，同时能够考虑无反应样本单元对抽样方案的影响。利用GIS平台进行空间平衡抽样在建立抽样框、抽样方案可视化、方便样本点的定位和寻找等方面具有较大的优势。.通过森林资源调查因子空间分布理论和最优抽样估计方法研究，明确空间平衡抽样算法的地统计学基础。通过计算机情景模拟、景观实验，建立空间平衡抽样性能评价指标体系，设计基于GIS平台的抽样算法。在森林资源专项调查、多资源调查试点验证的基础上，制定空间平衡抽样的工作步骤和森林资源监测框架。.基于GIS的森林资源空间平衡抽样方法研究，对于弥补传统森林资源调查抽样方法存在的空间关联性强、适应性差的缺陷，减少森林资源调查过程中的抽样框变化、无反应样本单元现象，解决有限调查费用与迅速上升调查成本之间的矛盾，具有较为重要的理论和现实意义。

2010～2012年，按照研究计划，课题组在森林资源调查空间抽样理论基础、森林资源调查空间平衡抽样性能评价、空间平衡抽样在森林生物多样性监测网络构建中的应用、基于GIS的空间抽样软件分析与研制、基于GIS的森林资源空间数据挖掘方面开展了系列研究，发表学术论文18篇，其中EI检索论文5篇，ISTP检索1篇，中文核心期刊8篇，开发出基于GIS的空间抽样软件一套，出版研究专著《森林资源调查空间抽样与数据分析》1部，较为完满地完成了既定研究任务。在“森林资源调查空间抽样理论基础”部分，主要探讨了空间平衡抽样的地统计学理论基础及分析方法，介绍了基于通用随机方格分层算法（GRTS)、反向随机四分递归栅格算法（RRQRR）2种算法的空间平衡抽样实施步骤，从不等概抽样的角度，分析了空间平衡抽样参数估计方法。在“森林资源调查空间平衡抽样性能评价”部分，课题组以连续面状分布的风景林、线状分布的地物（道路）、离散面状分布的地物（湖泊）、斑块状离散分布的野生动物生境为调查对象，与简单随机抽样、系统抽样等传统抽样方法相比，分析空间平衡抽样在降低空间相关性、提高抽样效率、降低抽样误差等方面的技术优势。分析了如何根据调查总体的表面属性特征，有针对性地选择抽样方案，从而提高抽样估计效率的方法。在“空间平衡抽样在森林生物多样性监测网络构建中的应用”部分，主要针对我国森林资源连续清查清查体系在生物多样性监测中存在的缺点和不足，以南方重点林区湖南省为例，在明确影响森林生物多样性主要环境因素基础上，通过空间平衡抽样、改进的Whittaker 样地设计，构建省级尺度上森林生物多样性监测网络。在“基于GIS的空间抽样软件分析与研制”部分，在介绍基于GIS平台的抽样模拟软件基本功能基础上，分析了4种抽样模拟软件的性能特点，并以Python为开发工具，开发出一种基于ArcGIS平台、界面友好、使用方便的插件式平衡抽样计算机模拟软件，并通过南京紫金山国家森林公园蓄积量模拟抽样案例研究，对各种软件抽样性能进行了比较分析。在“基于GIS的森林资源空间数据挖掘”部分，以森林资源连续清查数据、森林规划设计调查数据、专项调查数据为主要信息源，采用空间热点探测、趋势面分析、地理加权回归、C5.0决策树分析方法对河南西峡县的森林生物量空间分布规律进行挖掘，采用主成分分析、空间聚类方法对江苏省句容市下蜀镇的森林健康知识进行挖掘。