福州市“數(shù)字園林”信息系統(tǒng)設計與實踐研究

肖瀟

(福州市勘測院，福建 福州 350108)

1 緒 論

世界經(jīng)濟發(fā)展日趨全球化、信息化、網(wǎng)絡化，以“數(shù)字地球”、“數(shù)字城市”為代表的數(shù)字化信息建設也已成為國內(nèi)外研究和建設領域的熱點，數(shù)字城市作為城市發(fā)展的基礎設施建設已經(jīng)越來越得到重視［1］。黨中央、國務院近年來關于信息化的一系列重大部署，也積極推動城市信息化的建設?！皵?shù)字園林”作為數(shù)字城市建設的重要組成部分，是以地理空間框架為定位基準，集成城市自然、社會、經(jīng)濟、人文、環(huán)境等綜合信息，基于網(wǎng)絡基礎設施實現(xiàn)城市園林信息的廣泛共享。

園林信息化最顯著的特征就是數(shù)字園林的建立。數(shù)字園林是綜合運用地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感(RS)、全球定位系統(tǒng)(GNSS)、網(wǎng)絡、多媒體和虛擬仿真等高科技手段，對園林的基礎設施、功能機制進行自動采集、動態(tài)監(jiān)測管理和輔助決策支持的技術服務體系［2］。數(shù)字園林提供給人們一種全新的園林管理理念和工作方法，通過實施統(tǒng)一的信息化管理，實現(xiàn)管理的科學化、規(guī)范化;通過快速的查詢、統(tǒng)計分析功能，為園林管理部門提供了更為切實有效的管理工具，從而提高了管理工作效率;同時為市民提供便捷的園林綠化信息查詢，提高市民的參與熱情，接受群眾的監(jiān)督，提升城市的園林綠化工作的群眾滿意度，形成了良好的社會效益。

在福州，隨著城市園林綠化建設的迅速發(fā)展，園林綠化主管部門目前所采用的傳統(tǒng)管理方式，難以準確統(tǒng)計各類綠化、古樹名木、公園、風景名勝區(qū)等信息，且采用人工管理方式，各類綠化信息的資料以及相關的工程資料多數(shù)以紙介質的形式存放，不便日常的查詢管理，影響工作效率。如何對城市園林綠化進行有序、合理、規(guī)范的管理建設，對已有園林設施利用現(xiàn)代化的技術手段進行有效管理，從行業(yè)角度推進“數(shù)字福州”建設事業(yè)，成為當前園林綠化管理部門面臨的新課題。

2 “數(shù)字園林”研究現(xiàn)狀及分析

2.1 國內(nèi)外園林信息系統(tǒng)現(xiàn)狀

上世紀50年代美國在世界范圍內(nèi)首先將計算機技術引入了林業(yè)應用后，到這個世紀幾十年的時間，隨著計算機技術的發(fā)展，計算機技術在園林系統(tǒng)中的運用也逐漸由最初的科學計算工具發(fā)展到了現(xiàn)在的綜合信息管理系統(tǒng)和輔助決策系統(tǒng)。在國內(nèi)城市園林綠化領域內(nèi)，GIS 應用起步相對較晚，發(fā)展不夠成熟。隨著數(shù)字城市在國內(nèi)的建設與發(fā)展，園林信息化系統(tǒng)建設也處于方興未艾的階段。上海、北京、武漢、深圳、哈爾濱等幾個大中城市開發(fā)了數(shù)字園林或數(shù)字綠化系統(tǒng)［3～7］;香港特別行政區(qū)政府康樂及文化事務署于2002年開始采用GIS 技術，將全港80 余萬株樹木的地理坐標進行采集并編制了電子地圖，在系統(tǒng)中能清晰地顯示樹木的位置，方便管理人員調配資源，對樹木進行養(yǎng)護護理，從而提高服務效率。

2.2 存在問題

綜上所述，當前3S 技術已經(jīng)在國內(nèi)外園林綠化行業(yè)有了一定的應用，但是存在下述問題:一是深入體現(xiàn)園林綠化行業(yè)特點，覆蓋園林綠地規(guī)劃管理、綠化建設管理、綠化養(yǎng)護管理、樹木移植管理、公園管理、園林綠化企業(yè)管理的系列生命周期的綜合性系統(tǒng)較少，大量園林信息系統(tǒng)僅僅圍繞某一領域或某一方面進行開發(fā)建設。二是城市基礎信息成為制約系統(tǒng)進一步提升的瓶頸。當前的園林綠化GIS 系統(tǒng)，一般都未與城市基礎地理信息及各相關部門專業(yè)系統(tǒng)建立起合理的共享機制。系統(tǒng)中的城市基礎信息一般源自于城市規(guī)劃部門的拷貝。這樣，園林綠化GIS 系統(tǒng)的使用部門除需維護大量專業(yè)信息外，常常還需要管理維護城市基礎地理信息。這一方面導致工作量大幅增加，維護成本大幅提升，另一方面也影響了數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性和準確性，縮短了GIS 系統(tǒng)的使用壽命。三是對于數(shù)據(jù)的后續(xù)利用程度不高，大多數(shù)園林綠化信息系統(tǒng)僅限于進行基本的數(shù)據(jù)查詢、展示的應用，未能充分利用3S 技術來解決行業(yè)內(nèi)所面臨的一些難點問題。四是未能將目前先進的技術運用到園林信息化管理中，如GPS 導航技術、360°全景技術等。本文在完成福州“數(shù)字園林”系統(tǒng)建設的同時，對上述問題進行了研究和實踐。

3 研究的目的、內(nèi)容和技術路線

3.1 研究的目的

本文在全面了解福州市的園林綠化綜合管理應用需求的前提下，提出建立一個基于3S 技術、網(wǎng)絡技術的城市園林綠化綜合管理信息系統(tǒng)，為科學管理福州城市園林綠化市政相關數(shù)據(jù)和業(yè)務，為各類園林綠化市政工程施工建設提供及時可靠的精確數(shù)據(jù)，為相關單位提供數(shù)據(jù)支持和服務，降低行政成本、提高綜合效益。通過與數(shù)字城管的對接，及時更新城市園林綠化市政數(shù)據(jù)，滿足相應部門的數(shù)據(jù)需求，建立園林相關部門之間的信息共享機制、提高辦事效率，科學管理城市。同時，將部門信息面向市民公開化，使市民了解福州園林建設情況，樹木移植情況，通過360°全景拍攝使市民足不出戶即可體驗到福州的園林建設及綠化情況，將福州園林城市的風貌展現(xiàn)在普通市民眼前，也能使外地游客提前領略“清新福建、清新福州”的風貌。

3.2 研究內(nèi)容

“數(shù)字園林”系統(tǒng)的建設是以福州市園林綠化綜合管理數(shù)據(jù)庫為基礎，將計算機技術、網(wǎng)絡技術、地理信息系統(tǒng)技術、遙感技術的理論和方法綜合應用于園林綠化的準備、實施、管理和應用的全過程。系統(tǒng)將地理空間數(shù)據(jù)與園林綠化專題成果數(shù)據(jù)相集成，供福州市園林局各業(yè)務部門使用，同時也可通過系統(tǒng)接口為各相關政府部門提供數(shù)據(jù)共享、查詢分析和輔助決策服務。

3.3 技術路線

福州“數(shù)字園林”系統(tǒng)的建設是以福州市園林局的業(yè)務管理需求為出發(fā)點，在充分利用“數(shù)字福州”數(shù)據(jù)成果的基礎上，繼承福州市園林局已有信息化建設成果，整合優(yōu)勢資源，建立福州市園林綠化綜合管理數(shù)據(jù)庫框架，開發(fā)建設具備園林綠化數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、空間分析和展示功能，滿足福州市園林局在綠地規(guī)劃、綠化建設、綠化養(yǎng)護、樹木移植、公園管理以及綠化展示發(fā)布等方面業(yè)務管理需求的地理信息系統(tǒng)。

4 實例研究

福州市“數(shù)字園林”建設范圍包括福州市鼓樓、臺江、晉安、倉山、馬尾五城區(qū)及大學城約400 km2范圍內(nèi)的建成區(qū)，實現(xiàn)綠化工程、綠地信息、公園信息、風景名勝區(qū)信息、古樹名木信息等的綜合信息化管理。

4.1 建設內(nèi)容

項目建設內(nèi)容主要包括數(shù)據(jù)框架建設、系統(tǒng)設計開發(fā)、軟硬件集成等三大部分，具體情況如下:

(1)福州市園林綠化綜合空間數(shù)據(jù)庫

福州市園林綠化綜合空間數(shù)據(jù)庫框架的建設內(nèi)容主要包括兩大部分，分別是:園林綠化綜合管理數(shù)據(jù)庫、360°全景數(shù)據(jù)庫。

(2)“數(shù)字園林”系統(tǒng)建設

根據(jù)園林局的業(yè)務管理需求，“數(shù)字園林”系統(tǒng)包含以下內(nèi)容:綠地規(guī)劃管理、綠化建設管理、綠化養(yǎng)護管理、樹木移植管理、公園管理、園林綠化企業(yè)管理和綠化展示。

(3)軟硬件集成

基于福州市政務云計算平臺和電子政務外網(wǎng)網(wǎng)絡，搭建本項目軟硬件運行支撐環(huán)境。

4.2 總體框架

在“數(shù)字福州”標準規(guī)范體系、信息安全體系以及組織保證體系的前提下，“數(shù)字園林”系統(tǒng)項目以政務云計算平臺為依托，以福州市園林綠化綜合空間數(shù)據(jù)庫為基礎進行建設。系統(tǒng)的總體框架如圖1 所示:

總體框架采用了層次化設計思想，以實現(xiàn)不同層次間的相互獨立性，保障系統(tǒng)的高度穩(wěn)定性、實用性和可擴展性。

4.3 具體建設方案

根據(jù)項目的總體設計，項目的建設方案分為福州市園林綠化綜合空間數(shù)據(jù)庫建設，園林綠化管理系統(tǒng)建設，網(wǎng)絡、硬件及存儲系統(tǒng)建設，平臺系統(tǒng)建設等四部分的內(nèi)容。

4.3.1 數(shù)據(jù)庫設計

福州市園林綠化綜合空間數(shù)據(jù)庫的建設內(nèi)容主要包括3 大子庫的建設，他們分別是:基礎地理空間數(shù)據(jù)庫、園林綠化綜合管理數(shù)據(jù)庫、360°全景數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫管理軟件采用Oracle 來存儲和管理，所有地理要素數(shù)據(jù)通過空間數(shù)據(jù)引擎在Oracle 數(shù)據(jù)庫中進行存儲、查詢和管理。數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容結構如圖2 所示:

圖1 “數(shù)字園林”系統(tǒng)總體框架

圖2 福州市園林綠化綜合空間數(shù)據(jù)庫內(nèi)容結構

4.3.2 福州市園林綠化綜合空間數(shù)據(jù)庫建設

(1)基礎地理空間數(shù)據(jù)庫建設

基礎地理空間數(shù)據(jù)庫用于表達空間位置信息，用于對園林綠化專題空間要素進行空間位置以及對其周邊空間環(huán)境進行說明，以便于園林綠化專題信息能夠精確落地定位?；A地理空間數(shù)據(jù)庫通過公眾版地理信息公共平臺獲取電子地圖數(shù)據(jù)(1∶2 000)和數(shù)字正射影像數(shù)據(jù)(1∶2 000)。

(2)園林綠化綜合管理數(shù)據(jù)庫建設

園林綠化現(xiàn)狀專題數(shù)據(jù)庫主要包含7 個子數(shù)據(jù)庫:綠地分類專題數(shù)據(jù)庫、綠地規(guī)劃專題數(shù)據(jù)庫、樹木信息專題數(shù)據(jù)庫、公園管理專題數(shù)據(jù)庫、綠化建設項目數(shù)據(jù)庫、綠化養(yǎng)護業(yè)務數(shù)據(jù)庫、園林綠化企業(yè)信息數(shù)據(jù)庫、樹木移植業(yè)務數(shù)據(jù)庫。

其中樹木移植業(yè)務數(shù)據(jù)庫是福州“數(shù)字園林”建設的一項新舉措。樹木移植業(yè)務數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)源有三個方面:樹木移植項目檔案、樹木移植測量數(shù)據(jù)資料和樹木移植施工資料。樹木移植矢量數(shù)據(jù)來源于樹木移植測量成果資料，樹木移植測量成果包含了移植樹木的GPS 定位數(shù)據(jù)，可以據(jù)此生成樹木移植矢量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫建設的主要工作是對移植測量數(shù)據(jù)進行整理，經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉換、坐標轉換、屬性錄入，完成矢量數(shù)據(jù)庫的建立。樹木移植表格數(shù)據(jù)庫建設則是對樹木移植項目檔案、樹木移植測量數(shù)據(jù)資料和樹木移植施工資料的信息根據(jù)系統(tǒng)設計的表格進行數(shù)據(jù)錄入工作，完成數(shù)據(jù)庫建設。

(3)園林綠化360°全景數(shù)據(jù)庫建設

園林綠化360°全景數(shù)據(jù)庫是用360°視覺成像技術，對城市園林綠化的景觀以單點全景或視頻全景兩種形式進行記錄，建立相應的專題數(shù)據(jù)庫。園林綠化360°全景數(shù)據(jù)庫建設有三方面的內(nèi)容:

①需要對已有的園林綠化竣工測量的全景數(shù)據(jù)成果進行數(shù)據(jù)整合，通過規(guī)范化處理建庫。

②對福州市直屬管理的公園和風景區(qū)進行單點全景數(shù)據(jù)采集和建庫工作。單點全景數(shù)據(jù)庫主要針對公園和風景區(qū)管轄范圍內(nèi)的重要景點、特色景點、廣場、古建筑等能體現(xiàn)公園景區(qū)文化的元素進行采集，同時要兼顧采集點對公園景區(qū)的盡量覆蓋。

③根據(jù)道路綠化管理的需要，對福州市二環(huán)路內(nèi)的城市主干道進行車載全景數(shù)據(jù)采集。

360°數(shù)據(jù)庫的建設在系統(tǒng)建設完成后，還可以針對古樹名木、名勝古跡、綠化建設工程等，對沿線(沿街、沿河、沿江)園林綠化帶、綠色廊道、景觀帶進行專題的單點或視頻360°全景數(shù)據(jù)庫的擴展。本項目在系統(tǒng)開發(fā)中，設計專門的數(shù)據(jù)庫管理模塊，對后續(xù)開展的相關項目的全景數(shù)據(jù)進行入庫、管理和展示。

4.3.3 “數(shù)字園林”系統(tǒng)建設

“數(shù)字園林”系統(tǒng)的建設是以福州市園林綠化綜合管理數(shù)據(jù)庫為基礎，將計算機技術、網(wǎng)絡技術、地理信息系統(tǒng)技術、遙感技術的理論和方法綜合應用于園林綠化的準備、實施、管理和應用的全過程。系統(tǒng)將地理空間數(shù)據(jù)與園林綠化專題成果數(shù)據(jù)相集成，供福州市園林局各業(yè)務部門使用。

系統(tǒng)架構如圖3 所示:

圖3 “數(shù)字園林”系統(tǒng)架構

園林綠化地理信息服務是基于公眾版地理信息公共平臺進行開發(fā)，由公眾版地理信息公共平臺提供數(shù)據(jù)服務和功能服務。

4.3.4 網(wǎng)絡、硬件及存儲系統(tǒng)建設

本項目依托福州市在東部新城商務辦公中心機房部署的政務云計算平臺建立支撐環(huán)境，建立能夠支撐福州市園林綠化管理系統(tǒng)運行的網(wǎng)絡環(huán)境、軟件環(huán)境、硬件環(huán)境、標準規(guī)范和管理制度。

“數(shù)字園林”系統(tǒng)采用B/S 模式在福州市園林局內(nèi)部局域網(wǎng)上運行。整個項目需要架設兩臺服務器(應用服務和數(shù)據(jù)服務)，配備交換機及網(wǎng)關設備，園林局內(nèi)部局域網(wǎng)通過100 M分別聯(lián)接到各終端。政務外網(wǎng)相關系統(tǒng)平臺的聯(lián)接通過核心路由交換機，實現(xiàn)數(shù)據(jù)和應用共享。政務外網(wǎng)通過VPN 防火墻與互聯(lián)網(wǎng)進行隔離，公眾通過互聯(lián)網(wǎng)對其進行訪問。

4.3.5 系統(tǒng)平臺建設

系統(tǒng)開發(fā)采用當前較為流行的基于Windows 平臺的Microsoft Visual Studio ．Net 2010 開發(fā)工具，服務器操作系統(tǒng)使用Windows 2012 Server，數(shù)據(jù)庫采用大型關系型數(shù)據(jù)庫軟件Oracle，管理柵格影像數(shù)據(jù)庫和矢量及業(yè)務數(shù)據(jù)庫，GIS 系統(tǒng)平臺軟件和空間數(shù)據(jù)庫引擎選擇較為通用的ArcGIS 產(chǎn)品，系統(tǒng)采用瀏覽器/服務器(B/S)方式建設。

5 總結與展望

5.1 總結

本文在福州“數(shù)字園林”系統(tǒng)建設實踐的基礎上，研究探討了基于3S 技術的城市園林綠化管理信息系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)，著重介紹了“數(shù)字園林”系統(tǒng)的總體設計、專題數(shù)據(jù)庫的建設、GPS 技術在樹木芯片移植中的應用以及360°全景技術在園林審批中的應用等。本文所建立的“數(shù)字園林”系統(tǒng)部分功能己經(jīng)完全開發(fā)完成并投入使用，通過系統(tǒng)的管理、審批模塊與園林綠化的決策和日常管理工作相結合，為城市園林綠化部門提供直觀、準確、及時的信息服務。在步入信息社會的今天，為推動城市園林綠化科學化、規(guī)范化、精細化管理提供技術保障。

5.2 展望

園林管理單位的信息化建設不可能一蹴而就，而是一個長期建設和優(yōu)化的過程。本文從園林綠化的綜合管理角度出發(fā)，對“數(shù)字園林”系統(tǒng)的建設進行了研究和實踐，尤其在芯片定位等功能上做了詳細分析和實踐研究并已開始投入應用，但難免存在理論上的不足以及諸多需要進一步完善之處。在具體實施過程中，需要根據(jù)園林發(fā)展狀況、資源狀況、工作重點、管理可行性等多方面有步驟地實施信息化工作。未來的工作重點在于根據(jù)用戶的使用需求來不斷調試系統(tǒng)的相關功能，除此之外，還應逐步完善數(shù)據(jù)庫的合理性和時效性。

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