استخدام نظم المعلومات الجغرافية للتحقيق في الغابات الحضرية
المصدر: مختبرات مارغريت وركمان وكيمبرلي فراي - جامعة ديبول
تشمل الغابات الحضرية على نطاق واسع المتنزهات الحضرية وأشجار الشوارع والشوارع ذات المناظر ال…
فئة
1. جمع البيانات باستخدام جهاز استقبال GPS وشريط dbh
- في مكان مفتوح في الهواء الطلق ، قم بتشغيل جهاز استقبال GPS بالضغط على زر الطاقة. انتظر 2-3 دقائق بينما يتصل جهاز الاستقبال بثلاثة أقمار صناعية على الأقل.
- المشي إلى منطقة المسح لجمع البيانات. قم بمسح مقطع كتلة مدينة واحد في كل مرة وقم بترقيم أشجار المتنزهات في ورقة بيانات (الشكل 1) ، وأعد تعيين الترقيم في بداية كل مقطع كتلة.
- في كل شجرة في المسح ، قم بتسجيل الأنواع والعنوان البريدي (على سبيل المثال ، 1253 W. Lill) ، والإحداثيات الجيوديسية (خط الطول / خط العرض) التي يوفرها مستقبل GPS (الشكل 1). تأكد من جمع الإحداثيات الجيوديسية من نفس الاتجاه في كل شجرة (على سبيل المثال ، الجانب الشمالي من كل شجرة).
- قم بقياس قطر كل شجرة على ارتفاع 4 أقدام فوق سطح الأرض وسجل القطر عند ارتفاع الثدي (dbh).
- راقب حالة كل شجرة من خلال التقدير البصري والتسجيل وفقا للمعايير (الجدول 1). اجمع النقاط لدرجة إجمالية واحدة لكل شجرة وقم بتعيين كل شجرة لفئات الصحة المقابلة. سجل الحالة الصحية في ورقة البيانات.
2. إدخال البيانات في نظم المعلومات الجغرافية
- نظم المعلومات الجغرافية باستخدام Google Earth: اكتب إحداثيات الشجرة واحفظها في مجلد "أماكني" باستخدام ميزة "إضافة علامة موضعية". قم بتسمية كل شجرة باسم الأنواع. بمجرد حفظ جميع نقاط بيانات الشجرة كعلامات موضعية ، انقر بزر الماوس الأيمن فوق اسم أماكني ، وحدد "حفظ باسم" ، واحفظه في أي موقع.
- GIS باستخدام ESRI ArcGIS 10.2: للاستيراد إلى ArcGIS، تأكد من عدم وجود مسافات على جميع عناوين الأعمدة ؛ يجب استبدال أي مسافات بشرطة سفلية. إذا كانت الإحداثيات في خطوط العرض/العرض، فيجب أن تكون بتنسيق الدرجات العشرية (DD) قبل الاستيراد إلى ArcGIS. يجب تحويل المواقع بالدرجات والدقائق والثواني (DMS) أو الدقائق العشرية (DM) إلى DD أولا. هناك محولات متوفرة على الإنترنت (http://www.fcc.gov/encyclopedia/degrees-minutes-seconds-tofrom-decimal-degrees).
- حفظ/تصدير البيانات كملف نصي محدد بفواصل (تنسيق CSV).
- قم بإنشاء "طبقة" عن طريق إضافة ملف .csv إلى ArcMap باستخدام أداة إضافة بيانات ، إما عن طريق توسيع القائمة الفرعية ضمن ملف> إضافة بيانات أو بالنقر فوق أداة إضافة بيانات على شريط الأدوات القياسي (الشكل 2).
- انقر بزر الماوس الأيمن على الطبقة الجديدة واختر عرض بيانات XY. تأكد من تحديد حقلي X و Y بشكل صحيح بواسطة ArcMap - يجب أن يكونا صحيحين إذا كانت الأسماء المختارة تعكس مواضع الإحداثيات (شمالا وشرقا أو x و y).
- انقر فوق الزر "تحرير"، ثم "حدد" لتحديد نظام الإحداثيات للنقاط و"إضافة" و"موافق" (3x). يمكن الحصول على نظام الإحداثيات الصحيح المراد استخدامه من وحدة GPS (تحت إعداد الخريطة أو الوحدات). لهذه البيانات، حدد أنظمة الإحداثيات > أنظمة الإحداثيات الجغرافية > العالم > WGS1984.prj (مرجع GPS الافتراضي).
- يجب أن تكون هناك الآن طبقة نقطية في الجزء العلوي من جدول المحتويات بنفس اسم الملف .csv وكلمة الأحداث في نهاية الاسم (الشكل 3). هذا هو "موضوع الحدث" وهو طبقة مؤقتة. للحصول على نسخة أكثر ديمومة، انقر بزر الماوس الأيمن على الطبقة واختر Data > Export Data... اختر موقع الإخراج - فئة ميزة قاعدة البيانات الجغرافية أو دليل لملف الشكل - وأدخل اسم الملف. قم بتغيير الاسم من "Export_Output" الافتراضي إلى Urban_Forestry_Survey. انقر فوق موافق.
- باستخدام هذا البرنامج ، يمكن حساب فوائد الأشجار على جانب الشارع. يتضمن ذلك الفوائد السنوية للشجرة لإدارة مياه الأمطار ، وقيمة الممتلكات ، وكفاءة الطاقة ، وعزل الكربون. شاهد الفيديو تحديد الشجرة: كيفية استخدام مفتاح ثنائي التفرع للحصول على إرشادات حول استخدام حاسبة فوائد الشجرة.
الشكل 1. وجدت النتائج التمثيلية لأشجار الشوارع كتلة واحدة. < p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "دائما" >
الشكل 2. أداة إضافة بيانات على شريط الأدوات القياسي. < p class = "jove_content" fo: keep-together.within-page = "دائما" >
الشكل 3. أشر إلى الطبقة في أعلى جدول المحتويات بنفس اسم ملف CSV. <جدول cellpadding="0" cellspacing="0" fo:keep-together.within-page="دائما"> حالة خط الاتصال
صوت وصلب
أقسام اللحاء مفقودة
تسوس واسع النطاق وجوفاء درجة الحالة
5< br / > 3< / > 1 معدل النمو (ضع في اعتبارك الأنواع)
أكثر من 6 "استطالة غصين
2-6 "استطالة غصين
أقل من 2 "استطالة غصين
3< / > 2< / > 1 < td colspan = "3" > الهيكل
الصوت
أحد الأطراف الرئيسية / عدة أطراف ثانوية ميتة ، مكسورة ، مفقودة
2 أو أكثر من الأطراف الرئيسية ميتة أو مكسورة أو مفقودة
5< br / > 3< / > 1 الحشرات والأمراض
لا توجد آفات
1 آفة موجودة
2 أو أكثر من الآفات الموجودة
3< / > 2< / > 1 Crown Development
كامل ومتوازن
كامل ولكن غير متوازن
غير متوازن ويفتقر إلى تاج كامل
5< br / > 3< / > 1 متوسط العمر المتوقع
أكثر من 30 عاما
15-20 سنة < / > أقل من 5
5< br / > 3< / > 1 فئة الحالة:
< / > ممتاز: 26-23
جيد: 22-19
معرض العرض: 18-14
ضعيف: 13-10
ضعيف جدا: 9-6
الجدول 1. جدول لحساب فئة شرط الشجرة. ترتبط كل درجة شرط بوصفها في كل فئة ، ثم يتم تجميع جميع الدرجات الست لمجموع نهائي - فئة الشرط.
تسجيل الدخول أو للوصول إلى المحتوى الكامل. تعرّف على المزيد حول وصول مؤسستك إلى محتوى JoVE هنا
الغابات الحضرية هي موارد قيمة ، وتتطلب رعاية وإدارة لضمان صحتها. يمكن رسم خريطة لتوزيع الأشجار وحالتها وحجم وشكل الغابات الحضرية باستخدام نظام المعلومات الجغرافية ، أو نظام المعلومات الجغرافية ، البرمجيات.
قد تتراوح الأشجار في المناطق الحضرية من أشجار الشوارع البسيطة إلى الشوارع ذات المناظر الطبيعية أو الممرات الخضراء أو الحدائق العامة أو تلك الموجودة في مواقع الحقول الصناعية. هذه الغابات الحضرية مجتمعة هي مكونات أساسية للبنية التحتية للمدن. تستخدم الغابات الحضرية طرقا جديدة لتلبية الاحتياجات والتحديات الفريدة للأشجار الحضرية.
تملأ الغابات الحضرية منافذ بيئية قيمة ، وتعمل على تنظيف الهواء والمياه ، والتحكم في مياه العواصف ، ومنع التعرية ، وتقليل الضوضاء ، والحفاظ على الطاقة. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للغابات الحضرية أن توفر موائل مهمة للحيوانات ، أو توفر مأوى للتعشيش ، أو تعمل كممرات سفر للحياة البرية. يمكن أن تكون قيمتها اجتماعية أيضا ، حيث تربط سكان المناطق الحضرية بالطبيعة ، وتعزز الهندسة المعمارية ، وتوفر فرصا تعليمية للتعرف على الطبيعة.
يمكن قياس الهيكل والتنوع والقيمة البيئية الناتجة عن الغابات الحضرية باستخدام نظم المعلومات الجغرافية ، أو برامج نظم المعلومات الجغرافية. ويسمح نظم المعلومات الجغرافية بجمع البيانات وإدارتها على نطاق واسع، وهو إطار مثالي لتجميع بيانات الغابات الحضرية. وتتيح نظم المعلومات الجغرافية للمستخدمين الجمع بين البيانات الجغرافية وبيانات مسح الأشجار لإنتاج خرائط دقيقة للغابات الحضرية.
سيوضح هذا الفيديو عملية جمع بيانات مسح الأشجار ، ودمج هذه البيانات في منصة نظم المعلومات الجغرافية ، وتقييم القيمة البيئية للأشجار ذات الأهمية.
يمكن إجراء مسوحات الغابات الحضرية في مجموعة متنوعة من المواقع. بشكل عام ، يتم تسجيل أشجار المتنزهات المزروعة بين الأرصفة والحواجز. عادة ما يتم جمع البيانات حسب كتلة المدينة ، وتسجل موقع الشجرة والأنواع والصحة واستخدام الأراضي والقطر عند ارتفاع الثدي أو DBH.
حالة الشجرة هي تقييم مرئي يعتمد على ست فئات. هذه هي حالة الجذع ، والتي تأخذ في الاعتبار عوامل بما في ذلك اللحاء المفقود أو التسوس. معدل النمو ، وفحص استطالة الغصين وطول نمو العام الحالي ؛ والهيكل ، مع ملاحظة الأطراف الميتة أو المكسورة. لوحظت الحشرات والأمراض. تطوير التاج ، الذي يقيم الأشجار من أجل مظهر متوازن للفروع والأوراق والهياكل التناسلية ؛ وأخيرا متوسط العمر المتوقع ، بناء على متوسط العمر المتوقع للأنواع ، مطروحا منه الضرر الموجود.
تحمل كل فئة نظام تصنيف ، بناء على مقدار ميزات الشجرة غير الصحية المجمعة معا ، والتي تعطي مجتمعة درجة حالة إجمالية للشجرة. يمكن أن يعزى ذلك إلى قياس صحة الشجرة الفئوي الذي يتراوح من ممتاز إلى جيد جدا ، جيد ، عادل ، ضعيف ، إلى فقير جدا.
يسمح جهاز استقبال GPS ، الذي يستخدم تحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية المرسلة إلى الهاتف ، للمستخدم بتسجيل الإحداثيات الجيوديسية لخطوط الطول والعرض. يتم الإشارة إلى الموقع أيضا بالعنوان البريدي. بمجرد جمعها ، يمكن إدخال البيانات في برنامج نظم المعلومات الجغرافية ، والذي يسمح بالتحليل الإحصائي المكاني والجغرافي المكاني للأشجار وخصائص الأشجار. هناك العديد من هذه البرامج المتاحة ، بما في ذلك ArcGIS أو Google Earth.
حاسبة فوائد الشجرة الوطنية هي أداة برمجية مجانية عبر الإنترنت تستخدم لتقديم تقدير اقتصادي للفوائد النقدية التي توفرها أشجار المناطق الحضرية والضواحي. هنا، يمكن للمستخدمين تحديد منطقة الاستطلاع الخاصة بهم، والاختيار من قائمة الأشجار في تلك المنطقة. سيؤدي إدخال بعض التفاصيل البسيطة بما في ذلك قطر جذع الشجرة ونوع استخدام الأرض إلى إعطاء تقدير لقيمة الشجرة في العديد من المجالات الرئيسية ، بما في ذلك قيمة العقار وجودة الهواء والتحكم في مياه الأمطار.
الآن بعد أن أصبحنا على دراية بمفهوم مسوحات الغابات الحضرية والمبادئ الكامنة وراءها ، دعنا نلقي نظرة على كيفية تنفيذها في هذا المجال.
لبدء الاستطلاع ، حدد موقعا خارجيا مناسبا وقم بتشغيل جهاز استقبال GPS. انتظر حتى يتصل بالأقمار الصناعية ويكتشف الموقع. انتقل إلى بداية منطقة الاستطلاع المحددة لجمع البيانات. مسح جزء واحد من كتلة المدينة في كل مرة. في كل شجرة تمت مواجهتها ، سجل الأنواع باستخدام فيديو هذه المجموعة على تحديد الشجرة. سجل أيضا خطوط الطول والعرض التي يوفرها جهاز استقبال GPS والعنوان البريدي.
بعد ذلك ، قم بقياس قطر كل شجرة على ارتفاع 4.5 قدم فوق سطح الأرض ، والذي يؤخذ على أنه القطر عند ارتفاع الثدي ، أو DBH. قم بتعيين رقم لكل شجرة، وإعادة تعيين الترقيم في بداية كل مقطع كتلة.
راقب حالة كل شجرة من خلال التقدير البصري والتسجيل وفقا للمعايير المعروضة في الجدول الموضح. اجمع النقاط للحصول على درجة إجمالية لكل شجرة، وقم بتعيين فئة صحية مقابلة.
هناك برنامجان يمكن استخدامهما لتجميع بيانات نظم المعلومات الجغرافية هما Google Earth أو ArcGIS. باستخدام هذه البرامج ، يمكن وضع علامة على الأشجار بشكل فردي أو امتثال إحداثياتها في ملف واحد وتحميلها.
لاستخدام برنامج Google Earth GIS ، اكتب إحداثيات الشجرة وحدد علامة موضعية جديدة ، باستخدام ميزة "إضافة علامة موضعية". قم بتسمية كل شجرة باسم الأنواع ، وبمجرد حفظ جميع نقاط بيانات الشجرة كعلامات موضعية ، انقر بزر الماوس الأيمن على تسمية "أماكني" ، وحدد "حفظ باسم" ، ثم احفظها في أي موقع.
لاستخدام برنامج ArcGIS، عند استيراد البيانات، تكون جميع عناوين الأعمدة خالية من المسافات. يمكن استخدام الشرطة السفلية بدلا من ذلك. إذا كانت الإحداثيات بتنسيق خطوط الطول والعرض ، فيجب تحويلها إلى تنسيق الدرجات العشرية قبل استيرادها إلى ArcGIS.
احفظ البيانات كملف CSV محدد بفواصل. بعد ذلك ، قم بإنشاء طبقة عن طريق إضافة ملف CSV إلى ArcMap باستخدام أداة إضافة بيانات ، إما ضمن ملف: إضافة بيانات ، أو بالنقر فوق أداة "إضافة بيانات" على شريط الأدوات القياسي.
انقر بزر الماوس الأيمن على الطبقة الجديدة واختر "عرض بيانات XY". تأكد من تحديد حقلي X أو خط الطول وY أو خط العرض بشكل صحيح بواسطة ArcMap.
بعد ذلك ، انقر فوق "تحرير" ، ثم "تحديد" لتمييز نظام الإحداثيات للنقاط ، ثم "إضافة" و "موافق". يمكن الحصول على نظام الإحداثيات الصحيح لاستخدامه من وحدة GPS نفسها.
يجب أن تكون هناك الآن طبقة نقطية في أعلى جدول المحتويات بنفس اسم ملف CSV ، وكلمة "الأحداث" في نهاية الاسم. هذا هو "موضوع الحدث" ، وهو طبقة مؤقتة. لعمل نسخة دائمة ، انقر بزر الماوس الأيمن على الطبقة واختر "البيانات" ثم "تصدير البيانات". اختر موقع الإخراج وأدخل اسم الملف. قم بتغيير الاسم من "إخراج التصدير" الافتراضي إلى "Urban_Forestry_Survey" وانقر فوق "موافق".
ستنتج البيانات التي تم إدخالها في برنامج ArcGIS خريطة لبيانات الغابات الحضرية. يمكن استخدام هذه الخرائط بعدة طرق ، بما في ذلك تحديد أنماط أحجام DBH ، أو تحديد ما إذا كانت الأشجار في منطقة معينة لا تصل إلى متوسط العمر المتوقع.
افتح أداة برنامج iTree for Education. لكل شجرة ، أدخل البيانات ذات الصلة ، وسجل الفوائد البيئية لكل شجرة. يمكن حساب الفوائد المقدرة للأشجار الحضرية وتعيين قيم نقدية. يتضمن ذلك الفوائد السنوية للشجرة لإدارة مياه الأمطار ، وقيمة الممتلكات ، وكفاءة الطاقة ، وعزل الكربون.
يمكن أن تقدم نتائج التحليل باستخدام حاسبة فوائد الأشجار الوطنية ملخصا للقيمة الاقتصادية والبيئية للأشجار التي تم مسحها. يمكن أن يسمح ذلك للمخططين الحضريين باتخاذ قرار بشأن أي عمليات إزالة للأشجار ، أو مزارع تكميلية قد تفيد المنطقة التي تم مسحها.
يمكن استخدام خرائط الغابات الحضرية في مجموعة متنوعة من التطبيقات ، ويتم استكشاف بعضها هنا.
في المناطق السكنية الحضرية أو الضواحي ، غالبا ما يكون للغابات الحضرية متطلبات مختلفة عن تلك الموجودة في المناطق التجارية أو مناطق البيع بالتجزئة. يمكن حماية الأشجار أو اختيارها للزراعة بناء على خصائص بيئية مماثلة مثل حواجز الرياح أو الضوضاء ، أو مخاوف إدارة المياه. ومع ذلك ، قد تلعب القيمة الجمالية دورا أكبر في الغابات السكنية.
يمكن أيضا استخدام نظم المعلومات الجغرافية لرسم خرائط للعديد من الظواهر الأخرى ، الطبيعية أو من صنع الإنسان. يمكن أيضا تجميع خرائط نظم المعلومات الجغرافية للقياسات الطبيعية لمستويات الرصاص في التربة واستخدامها لتحديد مستويات التلوث ، أو المناطق الآمنة مقابل المناطق غير الآمنة لزراعة المحاصيل الغذائية.
لقد شاهدت للتو مقدمة JoVE للغابات الحضرية باستخدام نظم المعلومات الجغرافية. يجب أن تفهم الآن أهمية الغابات الحضرية ، وكيفية استخدام نظم المعلومات الجغرافية لإنشاء خرائط لدراسة الأشجار الحضرية ، وكيفية استخدام حاسبة فوائد الأشجار الوطنية للتأكد من قيمة الأشجار التي تم مسحها. شكرا للمشاهدة!
View the full transcript and gain access to JoVE Science Education videos
Q1: What environmental benefits do urban forests provide to cities?
Urban forests clean air and water, control storm water runoff, prevent erosion, reduce noise, and conserve energy. They also provide wildlife habitats, nesting sites, and travel corridors for animals. Socially, urban forests connect residents to nature, enhance architecture, and offer educational opportunities about the natural world.
Q2: How is tree condition assessed during an urban forestry survey?
Tree condition is evaluated using six visual assessment categories: trunk condition, growth rate, structure, insects and disease presence, crown development, and life expectancy. Each category receives a rating based on unhealthy features. The combined scores produce an overall health score ranging from excellent to very poor.
Q3: What is diameter at breast height and why is it measured in tree surveys?
Diameter at breast height, or DBH, is the tree trunk diameter measured 4.5 feet above ground. This standardized measurement is recorded during urban forestry surveys because it directly correlates with a tree's ability to provide ecosystem services. Larger trees with greater leaf area deliver more environmental benefits.
Q4: How does GIS software help manage urban forestry data?
GIS allows extensive data collection and management by combining geographical and tree-survey data to produce accurate maps of urban forests. Programs like Google Earth and ArcGIS enable spatial analysis of tree characteristics, pattern identification, and quick database updates. This framework supports decision-making for tree removals and supplementary plantings.
Q5: What information does the National Tree Benefit Calculator provide?
The National Tree Benefit Calculator is a free online tool that estimates monetary benefits of urban trees. Users input tree trunk diameter and land-use type to receive economic valuations across key areas including property value, air quality improvement, and storm water control benefits.
Q6: How do you record tree location data during a field survey?
A GPS receiver records geodesic coordinates of latitude and longitude for each tree location. Postal addresses are also noted. Once collected, this location data is entered into GIS software programs for spatial analysis. GPS coordinates should be converted to decimal degrees format before importing into ArcGIS.
Q7: What data should be collected when surveying trees in urban areas?
Urban tree surveys record species, location coordinates, postal address, diameter at breast height, health condition score, land use type, and trunk diameter. Species identification can be assisted by using a tree identification dichotomous key. Data is typically collected by city block, with each tree assigned a number for tracking.