森林資源信息集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賴 超，方陸明，李 記，周昌和

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省林業(yè)智能監(jiān)測(cè)與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安311300； 3.浙江農(nóng)林大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 臨安311300；4.浙江省龍泉市林業(yè)局，浙江 龍泉323700）

森林資源信息集成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

賴 超1,2，方陸明2,3，李 記2,3，周昌和4

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，浙江 臨安 311300；2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省林業(yè)智能監(jiān)測(cè)與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 臨安311300； 3.浙江農(nóng)林大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 臨安311300；4.浙江省龍泉市林業(yè)局，浙江 龍泉323700）

森林資源的管理數(shù)據(jù)相對(duì)分散，不同環(huán)節(jié)的管理系統(tǒng)及信息相對(duì)獨(dú)立，不利于森林資源的整體管理和決策。圍繞森林資源管理的不同環(huán)節(jié)，基于正在運(yùn)行的10余個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，在森林資源信息集成機(jī)制研究的基礎(chǔ)上，較全面地分析了用戶、數(shù)據(jù)、安全等方面的需求，并基于MVC模式的WPF架構(gòu)，采用Visual Studio 2010開(kāi)發(fā)工具，以ArcGIS Server為地圖服務(wù)器，選用Mssql作為數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了森林資源信息集成系統(tǒng)，最后在浙江省龍泉市林業(yè)局投入使用。該系統(tǒng)集林權(quán)、采伐、營(yíng)造林、生態(tài)公益林、森林資源調(diào)查等15個(gè)管理方面、77項(xiàng)管理內(nèi)容于一體，較好地實(shí)現(xiàn)了信息的綜合表達(dá)，全面、系統(tǒng)地表達(dá)一個(gè)區(qū)域的森林資源狀況以及林業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理情況，為森林資源管理的信息共享與協(xié)同監(jiān)管提供了統(tǒng)一的平臺(tái)。圖8參12

森林經(jīng)理學(xué)；森林資源； MVC模式；WPF架構(gòu)；信息集成；龍泉市

20世紀(jì)90年代以來(lái)，伴隨著信息技術(shù)，特別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化已成為各國(guó)普遍關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn)。在新的歷史時(shí)期，信息化已經(jīng)成為推動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要力量［1］。中國(guó)的林業(yè)信息化經(jīng)歷了20世紀(jì)80年代起步，90年代系統(tǒng)化，21世紀(jì)網(wǎng)絡(luò)化這一個(gè)過(guò)程［2］。近年來(lái)，為有效推進(jìn)森林資源信息化管理，各地、各級(jí)林業(yè)主管部門和林業(yè)企業(yè)按照各自不同的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，圍繞林地屬權(quán)、森林資源調(diào)查、森林防火、林木采伐、林產(chǎn)品運(yùn)輸?shù)壬纸?jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)，開(kāi)發(fā)和應(yīng)用了相應(yīng)的管理系統(tǒng)［3-6］。這些系統(tǒng)對(duì)林業(yè)信息化整體建設(shè)起到了積極的作用，但其發(fā)展的許多矛盾也凸顯出來(lái)，主要表現(xiàn)在：①由于長(zhǎng)期以來(lái)主要針對(duì)某一環(huán)節(jié)或方面進(jìn)行信息管理研究與實(shí)踐，缺乏整體、系統(tǒng)、全面的數(shù)據(jù)流動(dòng)與共享機(jī)制研究，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能有效共享；②系統(tǒng)分散，各自為政，難以集成；③由于系統(tǒng)分散、數(shù)據(jù)不能有效共享，難以實(shí)現(xiàn)協(xié)同監(jiān)管以及系統(tǒng)、全面的決策，從而降低林業(yè)部門的服務(wù)能力和效率［7］。針對(duì)現(xiàn)有森林資源信息系統(tǒng)存在的問(wèn)題，作者在森林資源信息集成機(jī)制研究的基礎(chǔ)上［8］，圍繞對(duì)各環(huán)節(jié)管理信息的整合，基于正在運(yùn)行的10余個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了縣域尺度的森林資源信息集成系統(tǒng)，并在浙江省龍泉市進(jìn)行了實(shí)際應(yīng)用。

1 系統(tǒng)需求分析

①中國(guó)森林資源的信息化管理起步相對(duì)較晚，浙江省作為林業(yè)信息化建設(shè)較好的省份之一，目前已建立包括林地權(quán)屬、森林資源調(diào)查、生態(tài)公益林、營(yíng)造林、林木采伐等10余個(gè)圍繞森林資源管理的應(yīng)用系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫(kù)。但與其他行業(yè)的信息化水平相比仍存在較大的差距。主要表現(xiàn)在各系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，數(shù)據(jù)只反映本環(huán)節(jié)情況，不能有效共享，難以實(shí)現(xiàn)協(xié)同監(jiān)管。因此，必須整合以環(huán)節(jié)建立的、分散的信息系統(tǒng)，建立其關(guān)聯(lián)關(guān)系，并給予綜合表達(dá)，也就是把已建立和運(yùn)行的各應(yīng)用系統(tǒng)在系統(tǒng)層、數(shù)據(jù)層進(jìn)行集成，將森林資源及林業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理的狀況予以直觀、全面呈現(xiàn)，以滿足用戶系統(tǒng)化、智能化辦公和綜合決策。②林業(yè)信息化建設(shè)經(jīng)過(guò)30多年的研究與發(fā)展，系統(tǒng)研究工作者和系統(tǒng)開(kāi)發(fā)人員在系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)，技術(shù)方法、模型創(chuàng)建等方面都有許多可以借鑒的成果和經(jīng)驗(yàn)，有進(jìn)行信息集成的技術(shù)基礎(chǔ)。③隨著運(yùn)行系統(tǒng)的增加，特別是數(shù)據(jù)量急增，系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性問(wèn)題需要放在最重要的位置，這要求將成功經(jīng)驗(yàn)和新技術(shù)有機(jī)結(jié)合，采取更為安全的架構(gòu)、更為有效的措施，保障數(shù)據(jù)的安全傳輸和存儲(chǔ)，同時(shí)建立科學(xué)的管理制度，設(shè)置不同控制的權(quán)限，增加系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的安全性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

由于需整合浙江省已建立的10余個(gè)基于森林經(jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)的應(yīng)用系統(tǒng)及其數(shù)據(jù)，工作量較為龐大。森林資源信息集成系統(tǒng)以MVC（model，view，control）模式來(lái)實(shí)現(xiàn)的［9］，具體設(shè)計(jì)運(yùn)用的是WPF（windows presentation foundation）架構(gòu)［10］。這種設(shè)計(jì)允許不同的開(kāi)發(fā)人員同時(shí)開(kāi)發(fā)視圖、控制器邏輯和業(yè)務(wù)邏輯，并且讓應(yīng)用程序測(cè)試與管理更加有序及簡(jiǎn)易。

2.1.1 MVC模式設(shè)計(jì) MVC 3層模式是現(xiàn)在比較流行的基于C#語(yǔ)言的軟件開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)模式，它強(qiáng)制性地使應(yīng)用程序的輸入、處理和輸出分開(kāi)［12］，其運(yùn)行機(jī)制如圖1所示。其含義：M是模型（model），表示企業(yè)數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)規(guī)則；V即視圖（view），為用戶調(diào)用模型提供了可視化的交互界面；C是控制（control），它根據(jù)用戶的請(qǐng)求和模型處理的結(jié)果來(lái)為用戶展現(xiàn)出和請(qǐng)求匹配吻合的視圖。

圖1 MVC模式的互動(dòng)機(jī)制Figure 1 Interaction mechanism of MVC mode

2.1.2 WPF架構(gòu) WPF屬于.NET Framework 3.0的一部分。它主要包括3部分：PresentationFramework，Presentation-Core和Milcore［11］。其中前兩者由受管模塊組成，Milcore是非受管模塊，起到中介的作用，以實(shí)現(xiàn)WPF與DirectX的通信。其運(yùn)行機(jī)制如圖2所示。

圖2 WPF架構(gòu)Figure 2 Structure of WPF

2.2 系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)

森林資源信息集成系統(tǒng)是以森林資源信息集成機(jī)制（森林資源多環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)模型與森林資源信息綜合表達(dá)模型）為基礎(chǔ)，基于15個(gè)環(huán)節(jié)的業(yè)務(wù)流程而設(shè)計(jì)的，每個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)應(yīng)1個(gè)功能模塊，其中9個(gè)外置模塊采用連接和調(diào)取相應(yīng)軟件系統(tǒng)的信息和數(shù)據(jù)。這些軟件系統(tǒng)包括林權(quán)管理、古樹(shù)名木管理、林木采伐管理等系統(tǒng)；其余的6個(gè)為內(nèi)置模塊，包括地圖管理、林木資源管理、生態(tài)公益林管理等模塊。集成系統(tǒng)由數(shù)據(jù)綜合查詢子模塊、信息交互子模塊、統(tǒng)計(jì)分析子模塊、數(shù)據(jù)管理子模塊等涉及15個(gè)管理方面、77項(xiàng)管理內(nèi)容的業(yè)務(wù)模塊構(gòu)成，并對(duì)用戶采用權(quán)限控制。系統(tǒng)功能框架如圖3所示。

2.3 系統(tǒng)功能模塊類設(shè)計(jì)

對(duì)關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)的進(jìn)一步分析，確定資源管理和業(yè)務(wù)管理的設(shè)計(jì)，如圖4所示（部分操作方法和部分屬性省略）。其運(yùn)行機(jī)理是：資源類（resource）用于記錄資源的數(shù)據(jù)屬性和質(zhì)量屬性，即原始數(shù)據(jù)的規(guī)整，包括地理信息類（geography），林木類（wood），動(dòng)物類（animal），人屬性類（man）和其他類（others）；類別類（category）用于署名資源的類別；統(tǒng)籌類（arrange）為協(xié)調(diào)器，用于協(xié)調(diào)用戶和9個(gè)已有的軟件系統(tǒng)之間的較好交互和響應(yīng)；業(yè)務(wù)類（operation）即在協(xié)調(diào)確定不同資源之間的關(guān)系之上，進(jìn)而所作的操作信息動(dòng)作類；資源間協(xié)商類（resource_arrange）是對(duì)資源和協(xié)調(diào)器的之間的協(xié)調(diào)；業(yè)務(wù)融合類（arrange_operation）是對(duì)協(xié)調(diào)器和業(yè)務(wù)之間的調(diào)用進(jìn)行協(xié)商和歸類；資源掛別類（resoure_category）是資源的類別掛起。

2.4 系統(tǒng)總體E—R圖設(shè)計(jì)

把森林資源信息集成系統(tǒng)中的每個(gè)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)分別看作是一個(gè)實(shí)體，其具有的業(yè)務(wù)功能就是附屬于這個(gè)實(shí)體的屬性，根據(jù)這種思想設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總體E—R圖（圖5）。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于以上設(shè)計(jì)，采用B/S模式，以Visual Studio 2010為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，以ArcGIS Server（Web Server和GIS Server）為地圖服務(wù)器，選用Mssql作為數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，開(kāi)發(fā)了森林資源信息集成系統(tǒng)，主要實(shí)現(xiàn)的功能包括數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)綜合查詢、各環(huán)節(jié)信息交互、統(tǒng)計(jì)分析、專題圖瀏覽等。為了檢驗(yàn)集成系統(tǒng)反映森林資源以及林業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理的整體效果，應(yīng)用龍泉市森林資源及經(jīng)營(yíng)管理的實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行試驗(yàn)應(yīng)用。

圖3 系統(tǒng)功能框架圖Figure 3 Functions framework of the system

圖4 系統(tǒng)功能模塊類圖Figure 4 Function module classes of the system

4 案例分析

龍泉市是浙江省最大的林區(qū)縣（市），全市森林蓄積量1 456萬(wàn)m3，森林覆蓋率84.2%，近年來(lái)先后建立了包括林權(quán)、林木采伐、營(yíng)造林、生態(tài)公益林、森林資源調(diào)查等15個(gè)管理方面的14個(gè)圍繞森林資源管理的應(yīng)用系統(tǒng)與數(shù)據(jù)庫(kù)。龍泉市在林業(yè)信息化建設(shè)上一直走在全省的前列，有著良好的技術(shù)與經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)。

圖5 系統(tǒng)總體E—R圖Figure 5 E—R diagram of the system

系統(tǒng)外置模塊調(diào)取了龍泉市已有的9個(gè)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并對(duì)其余6個(gè)內(nèi)置模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充和完善，形成了龍泉市林業(yè)信息集成系統(tǒng)。 圖6為該信息集成系統(tǒng)的主界面，視圖最左側(cè)為屬性數(shù)據(jù)管理欄，包含了屬性數(shù)據(jù)的錄入、查詢、統(tǒng)計(jì)分析等功能，由不同類別的基礎(chǔ)信息表與統(tǒng)計(jì)信息表構(gòu)成；視圖右側(cè)為地圖信息管理欄，包含專題圖瀏覽主體窗口、地圖操作工具欄、圖層類別選擇菜單以及地圖底圖模式切換工具欄（地形圖與普通衛(wèi)星圖的轉(zhuǎn)換）等功能。在該界面內(nèi)，通過(guò)選取具體的操作選項(xiàng)，實(shí)施多種交互運(yùn)算和綜合圖、文、表的表達(dá)。

以不同森林經(jīng)營(yíng)環(huán)節(jié)的信息交互為例，用以檢驗(yàn)集成系統(tǒng)對(duì)森林資源管理整體面貌的反映情況。①林木采伐管理環(huán)節(jié)與生態(tài)公益林管理環(huán)節(jié)的信息交互。根據(jù)《浙江省公益林管理辦法》規(guī)定，禁止采伐名勝古跡、自然保護(hù)區(qū)中核心區(qū)和緩沖區(qū)的林木，并且公益林只準(zhǔn)進(jìn)行撫育和更新性質(zhì)的采伐，其采伐強(qiáng)度也受到了嚴(yán)格的限制。通過(guò)對(duì)2個(gè)環(huán)節(jié)圖層數(shù)據(jù)的疊置運(yùn)算，該系統(tǒng)可以在同一視圖內(nèi)快速地反映同一年度（通過(guò)選取不同的年份實(shí)現(xiàn)）、不同尺度的林木采伐信息與生態(tài)公益林信息，既可以對(duì)當(dāng)年林木采伐地塊的空間分布進(jìn)行較為準(zhǔn)確的了解，又避免了對(duì)生態(tài)公益林地塊的誤伐，較好地提高了管理與決策的效率和精度（圖7）。②林木采伐管理環(huán)節(jié)與營(yíng)造林管理環(huán)節(jié)的信息交互。根據(jù)《浙江省林木采伐管理辦法》規(guī)定，林木采伐單位和個(gè)人應(yīng)當(dāng)與發(fā)證機(jī)關(guān)訂立采伐跡地造林更新協(xié)議，并按照協(xié)議于當(dāng)年或者最遲于次年完成更新造林任務(wù)，對(duì)上一年度采伐林木后未完成更新造林任務(wù)的，不得再次核發(fā)林木采伐許可證。通過(guò)對(duì)上一年度林木采伐信息與本年度營(yíng)造林信息的疊置運(yùn)算，系統(tǒng)可以較為準(zhǔn)確地反映上一年度采伐跡地的更新造林任務(wù)的完成情況，以便對(duì)林木采伐單位和個(gè)人進(jìn)行監(jiān)督，如圖8所示。

圖6 系統(tǒng)功能圖解Figure 6 Function diagram of the system

圖7 林木采伐與生態(tài)公益林空間信息分布Figure 7 Spatial information distribution of forest felling and ecological public forest

圖8 林木采伐與營(yíng)造林空間信息分布Figure 8 Spatial information distribution of forest felling and afforestation

5 結(jié)論與討論

運(yùn)用信息集成理念整合現(xiàn)有分散的森林資源管理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)是針對(duì)森林資源的復(fù)雜性管理提出的全面解決方案。本研究基于分散、獨(dú)立的多個(gè)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)，采用基于MVC模式的WPF架構(gòu)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了集林權(quán)、采伐、營(yíng)造林、生態(tài)公益林、森林資源調(diào)查等15個(gè)管理方面、77項(xiàng)管理內(nèi)容為一體的森林資源信息集成系統(tǒng)，并在龍泉市林業(yè)局進(jìn)行使用，較為全面系統(tǒng)地反映森林資源生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)的全貌，實(shí)現(xiàn)了多層級(jí)、立體式地表達(dá)一個(gè)區(qū)域的森林資源狀況以及林業(yè)生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)和管理的情況，有效地解決了目前各應(yīng)用系統(tǒng)普遍存在的信息孤島問(wèn)題，提升了林業(yè)管理與決策的效率，也為森林資源信息集成做出了示范。 但還有諸多方面需要深入研究和實(shí)踐：①系統(tǒng)各功能模塊間數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)與表達(dá)模型還需要作深入的理論研究，并將成果應(yīng)用于集成系統(tǒng)，需要在以后的研究中予以補(bǔ)充；②根據(jù)業(yè)務(wù)需要，補(bǔ)充和完善各管理環(huán)節(jié)的應(yīng)用系統(tǒng)功能，不斷豐富各類數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)，提升集成系統(tǒng)的綜合分析和表達(dá)效果。

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Design and implementation of an integrated forest resources information system

LAI Chao1,2,FANG Luming2,3,LI Ji2,3,ZHOU Changhe4
（1.School of Environmental and Resources Science,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Forestry Intelligent Monitoring and Information Technology,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;3.School of Information Engineering,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;4.Forestry Bureau of Longquan City,Longquan 323700,Zhejiang,China）

Forest resources management is faced with relatively scattered forest resource management data,and relatively independent information systems of different linkages which has been detrimental to overall management of and decision making in forest resources.To integrate scattered data and independent systems,more than 10 running application systems and research on the Forest Resources Information Integration Mechanism were considered to design and implement an Integrated Forest Resources Information System.The system was developed by Windows Presentation Foundation （WPF）architecture based on Model-View-Controller（MVC）pattern,Visual studio 2010,ArcGIS Server,and Mssql with a comprehensive analysis of user demands,data, and security in China,having been put into use at Longquan Forestry Bureau in Zhejiang Province.The resulting system combined 77 items on 15 management aspects including forest rights,felling,afforestation,ecological forests,and forest resource inventory that produced a broad expression of information.This new system could comprehensively and systematically express forest resource conditions,portray forestry production and management operations,and provide a unified platform for information sharing and collaborative supervision inforest resource management.［Ch,8 fig.1 2 ref.］

forest management;forest resources;MVC pattern;WPF architecture;information integration; Longquan County

S757

A

2095-0756（2016）06-0890-07

浙 江 農(nóng) 林 大 學(xué) 學(xué) 報(bào)，2015，32（6）：890-896

Journal of Zhejiang A＆F University

10.11833/j.issn.2095-0756.2015.06.010

2015-01-15；

2015-04-21

浙江省公益性技術(shù)應(yīng)用研究計(jì)劃項(xiàng)目（2014C33045）；浙江省林業(yè)智能監(jiān)測(cè)與信息技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放基金項(xiàng)目；浙江農(nóng)林大學(xué)智慧農(nóng)林業(yè)研究中心預(yù)研項(xiàng)目（2013ZHNL01）

賴超，從事森林資源信息管理研究。E-mail：zjlqlch@126.com。通信作者：方陸明，教授，博士，從事林業(yè)信息化、資源與環(huán)境信息系統(tǒng)等研究。E-mail：fluming@126.com