福建省古樹(shù)名木管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

莊晨輝 方藝輝 陳銘潮 鄒炳淵

（1 福建省綠化委員會(huì)辦公室 福建福州350003；2 福建省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院 福建福州350003）

古樹(shù)名木是自然界和前人留下的寶貴遺產(chǎn)、綠色文物和活的化石，是中華民族悠久歷史與文化的象征，具有珍貴的歷史價(jià)值、極高的生態(tài)價(jià)值、深厚的文化價(jià)值、重要的科研價(jià)值、豐富的旅游價(jià)值和可觀的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

古樹(shù)名木普查內(nèi)容包括樹(shù)木特征、生長(zhǎng)狀況、立地條件及周邊影響生長(zhǎng)環(huán)境因素、保護(hù)現(xiàn)狀和建議等方面，同時(shí)采用全球定位技術(shù)精確定位每棵古樹(shù)名木的坐標(biāo)，并拍攝數(shù)碼照片。因此，在此基礎(chǔ)上建立覆蓋省、市、縣、鄉(xiāng)四級(jí)網(wǎng)絡(luò)的古樹(shù)名木管理信息系統(tǒng)，用信息化手段科學(xué)、高效管理古樹(shù)名木，對(duì)于古樹(shù)名木資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、跟蹤管理、保護(hù)利用及科學(xué)研究等有著重要理論意義和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)

著力構(gòu)建一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、信息化、數(shù)據(jù)共享的動(dòng)態(tài)信息管理系統(tǒng)，能夠更好的適應(yīng)古樹(shù)名木信息管理的未來(lái)需求。按照“加快林業(yè)信息化，帶動(dòng)林業(yè)現(xiàn)代化”的總體思路和“統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一制式、統(tǒng)一平臺(tái)、統(tǒng)一管理”的建設(shè)要求，福建省古樹(shù)名木管理信息系統(tǒng)涉及省、市、縣、鄉(xiāng)四級(jí)行政區(qū)域。該系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)以下建設(shè)目標(biāo)：

⑴根據(jù)全國(guó)綠化委員會(huì)辦公室最新的《古樹(shù)名木普查技術(shù)規(guī)范（修訂稿）》，建立全省古樹(shù)名木的調(diào)查因子采集系統(tǒng)；

⑵建立覆蓋省、市、縣、鄉(xiāng)四級(jí)用戶(hù)的系

統(tǒng)管理和辦公應(yīng)用平臺(tái)；

⑶實(shí)現(xiàn)各級(jí)行政區(qū)域用戶(hù)的報(bào)表數(shù)據(jù)綜

合查詢(xún)與統(tǒng)計(jì)分析；

⑷按福建省古樹(shù)名木管理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)規(guī)范要求，建立歷史數(shù)據(jù)邏輯檢查、數(shù)據(jù)過(guò)濾和數(shù)據(jù)割接方案。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

⑴易用性原則

系統(tǒng)提供清晰、友好、簡(jiǎn)潔的人機(jī)交互界面，靈活、易學(xué)易用，便于日常管理和維護(hù)。在快速操作和處理突發(fā)事件上有較高的時(shí)效性，最大限度地減輕操作人員的負(fù)擔(dān)，做到部分業(yè)務(wù)的自動(dòng)化處理。

⑵業(yè)務(wù)完整性原則

對(duì)于業(yè)務(wù)進(jìn)行中的特殊情況能夠做出及時(shí)、正確的響應(yīng)，保證業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的完整性。

⑶規(guī)范性原則

系統(tǒng)中采用的接口協(xié)議、編解碼協(xié)議、傳輸協(xié)議等符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)家林業(yè)局頒布的技術(shù)規(guī)范，系統(tǒng)具有良好的兼容性和互聯(lián)互通性。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)的同時(shí)，也為將來(lái)的業(yè)務(wù)流程制定了較為完善的規(guī)范，具有較強(qiáng)的實(shí)際操作性。

⑷可擴(kuò)展性原則

根據(jù)信息技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速、更新?lián)Q代快的特點(diǎn)，應(yīng)用環(huán)境、系統(tǒng)硬件及軟件都將不可避免地被更新或淘汰，系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和版本的兼容性，直接影響著應(yīng)用系統(tǒng)和用戶(hù)需求的發(fā)展和功能的提升。系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮未來(lái)業(yè)務(wù)發(fā)展的需要，設(shè)計(jì)時(shí)采用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)模塊化，降低模塊間的耦合度，便于系統(tǒng)后期的功能擴(kuò)展，同時(shí)需要充分考慮數(shù)據(jù)庫(kù)的兼容性。

⑸安全性原則

由于該系統(tǒng)將為全省各級(jí)用戶(hù)提供古樹(shù)名木網(wǎng)上數(shù)據(jù)采集輸入、傳輸和審核審批等功能，因此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，既要考慮信息資源的充分共享，更要注意信息的保護(hù)和隔離。從系統(tǒng)方面，設(shè)計(jì)時(shí)必須采用安全、成熟的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)框架，具備權(quán)限控制、支持身份認(rèn)證、防暴力破解、防篡改等功能，并提供完善的日志功能，能夠記錄系統(tǒng)使用人員的關(guān)鍵操作，保證系統(tǒng)應(yīng)用的安全。同時(shí)，還應(yīng)考慮系統(tǒng)嚴(yán)密、靈活的訪(fǎng)問(wèn)安全控制，功能授權(quán)與數(shù)據(jù)范圍授權(quán)結(jié)合，做到統(tǒng)一身份管理、統(tǒng)一身份認(rèn)證、統(tǒng)一權(quán)限配置、統(tǒng)一訪(fǎng)問(wèn)控制。從硬件方面，系統(tǒng)部署在安全性和穩(wěn)定性較高的服務(wù)器上，有支持容災(zāi)備份、網(wǎng)絡(luò)防火墻等硬件設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期正常運(yùn)行。

2 系統(tǒng)架構(gòu)及平臺(tái)

2.1 軟硬件平臺(tái)

福建省古樹(shù)名木管理信息系統(tǒng)的基礎(chǔ)平臺(tái)包括部署的操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件、應(yīng)用軟件。操作系統(tǒng)采用具有很高的安全性、可靠性和實(shí)施簡(jiǎn)易性的 Microsoft Window2003 Server；系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)采用Microsoft SQL Server 2008 Enterprise ； WEB 服務(wù)采用Microsoft IIS 7.0,客戶(hù)端推薦使用IE8.0 或更高版本。

服務(wù)器采用惠普DL580 R02 X3000 4M 2P PRC。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)體系包括數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、中間層、表現(xiàn)層，在分層的設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)遵循面向接口設(shè)計(jì)的思想，盡量做到高內(nèi)聚，低耦合的目的。數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層主要是對(duì)單株古樹(shù)名木、古樹(shù)群檔案數(shù)據(jù)以及柵格影像文件的操作層，具體為業(yè)務(wù)邏輯層或表現(xiàn)層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。業(yè)務(wù)邏輯層主要是針對(duì)古樹(shù)名木業(yè)務(wù)邏輯處理、調(diào)用數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)以及其它事務(wù)處理，基于數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層與表現(xiàn)層中間，在數(shù)據(jù)交換過(guò)程中起到承上啟下的作用，對(duì)于一個(gè)可擴(kuò)展的系統(tǒng)架構(gòu)，該層尤為關(guān)鍵。中間層是將業(yè)務(wù)邏輯提取應(yīng)用服務(wù)層，形成瘦客戶(hù)（Thin Client）結(jié)構(gòu)，這樣可以大大降低了客戶(hù)端負(fù)擔(dān)。將古樹(shù)名木的應(yīng)用邏輯單獨(dú)進(jìn)行處理，使得用戶(hù)界面與應(yīng)用邏輯位于不同的平臺(tái)上，兩者之間的通信協(xié)議可以由系統(tǒng)自行定義，如通過(guò)XML 或Web Services 將數(shù)據(jù)共享到林業(yè)的其它部門(mén)。表現(xiàn)層主要包括用戶(hù)界面（ UI,User Interface）和用戶(hù)處理組件，在本系統(tǒng)主要通過(guò)同步模型或異步模型實(shí)現(xiàn)和用戶(hù)的交互，接收用戶(hù)請(qǐng)求或者返回用戶(hù)請(qǐng)求后的結(jié)果展示，它為用戶(hù)和系統(tǒng)的中間層之間提供了一種通信機(jī)制。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)圖

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

3.1 數(shù)據(jù)庫(kù)建立

福建省古樹(shù)名木管理信息系統(tǒng)所涉及的單株古樹(shù)名木和古樹(shù)群作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，通過(guò)MS SQL Server 2008 Enterprise 數(shù)據(jù)庫(kù)建立相應(yīng)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，其中古樹(shù)名木表字段有：編號(hào)、調(diào)查年度、調(diào)查號(hào)、原掛牌號(hào)、樹(shù)種代碼、鎮(zhèn)代碼、村代碼、小地名、生長(zhǎng)場(chǎng)所、是否名木、權(quán)屬、管護(hù)單位/人、林班、大班、小班、東經(jīng)、北緯、分布、估測(cè)年齡、真實(shí)樹(shù)齡、是否分杈、胸圍、地圍、樹(shù)高、東西冠幅、南北冠幅、海拔、坡向、坡度、坡位、土壤名稱(chēng)、緊密程度、生長(zhǎng)勢(shì)、生長(zhǎng)環(huán)境、現(xiàn)存狀態(tài)、地上保護(hù)現(xiàn)狀、養(yǎng)護(hù)復(fù)壯現(xiàn)狀、影響生長(zhǎng)環(huán)境因素、歷史傳說(shuō)或來(lái)歷、特殊狀況描述、鑒定記載、現(xiàn)狀建議等字段。古樹(shù)群表字段有：編號(hào)、調(diào)查年度、調(diào)查號(hào)、原掛牌號(hào)、主要樹(shù)種代碼、鎮(zhèn)代碼、村代碼、主要樹(shù)種株數(shù)、四至（東至、南至、西至、北至）、林班、大班小班、東經(jīng)、北緯、面積、古樹(shù)總株數(shù)、平均胸圍、平均地為圍、平均樹(shù)高、平均樹(shù)齡、郁閉度、海拔、坡向、坡度、土壤名稱(chēng)、土壤厚度、下木種類(lèi)、下木蓋度、地被物種類(lèi)、地被物蓋度、目的保護(hù)樹(shù)種、管護(hù)單位/人、管護(hù)現(xiàn)狀、現(xiàn)存經(jīng)營(yíng)活動(dòng)情況、保護(hù)建議、備注等字段。

3.2 業(yè)務(wù)流程設(shè)計(jì)

福建省古樹(shù)名名木管理信息系統(tǒng)實(shí)行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)了省、市、縣、鄉(xiāng)四級(jí)聯(lián)網(wǎng)，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)同步、業(yè)務(wù)審核審批網(wǎng)絡(luò)化進(jìn)程加速，業(yè)務(wù)流程如圖2所示。

圖2 業(yè)務(wù)流程圖

3.3 系統(tǒng)功能模塊

系統(tǒng)的主要功能模塊劃分遵循每個(gè)模塊功能單一、接口簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)精簡(jiǎn)的原則，在諸多的建設(shè)需求歸類(lèi)整理后，根據(jù)能需求分類(lèi)的方法對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行劃分模塊，主要模塊分為：

圖3 系統(tǒng)功能模塊圖

3.4 系統(tǒng)部署和應(yīng)用

福建省古樹(shù)名木管理信息系統(tǒng)已在全省多個(gè)試點(diǎn)縣使用。由于系統(tǒng)是基于B/S 架構(gòu)技術(shù)和AJAX 異步傳輸技術(shù)應(yīng)用，大大降低了客戶(hù)端載荷，減輕了系統(tǒng)維護(hù)與升級(jí)的成本和工作量。系統(tǒng)在兼顧業(yè)務(wù)邏輯嚴(yán)密性的同時(shí)，UI和用戶(hù)體驗(yàn)上也經(jīng)過(guò)了多次的驗(yàn)證和完善，使得基層用戶(hù)在經(jīng)過(guò)短暫的系統(tǒng)使用培訓(xùn)或通過(guò)閱讀操作教材后，就可以快速入門(mén)。系統(tǒng)主界面如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)主界面

4 系統(tǒng)特點(diǎn)及關(guān)鍵技術(shù)

福建省古樹(shù)名木管理信息系統(tǒng)采用微軟典型的.NET Framework C#（ASP.NET）+Microsoft SQL Server 2008 三層架構(gòu)體系，將數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)、業(yè)務(wù)規(guī)則、邏輯校驗(yàn)等工作放到中間層進(jìn)行處理。Microsoft.NET Framework 是包含公共語(yǔ)言運(yùn)行時(shí)（CLR）、框架類(lèi)庫(kù)（FC）及基類(lèi)庫(kù)（BCL）等核心類(lèi)，支持C#、VB、J#、C++等編程語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)。Microsoft.NET Framework 采用預(yù)先編譯技術(shù)，使得代碼安全性加強(qiáng)，并通過(guò)其提供的應(yīng)用程序模型及關(guān)鍵技術(shù)，可快速方便地增加系統(tǒng)的延展性，系統(tǒng)主要特點(diǎn)有：

（1）系統(tǒng)采用一種創(chuàng)建交互式WEB 應(yīng)用并且支持異步請(qǐng)求的開(kāi)發(fā)技術(shù)，在用戶(hù)身份認(rèn)證、卡片校驗(yàn)、唯一性檢查、統(tǒng)計(jì)報(bào)表等方面進(jìn)行應(yīng)用，避免重復(fù)加載，浪費(fèi)網(wǎng)絡(luò)資源，大大提高用戶(hù)體驗(yàn)；

（2）全程記錄每一個(gè)棵古樹(shù)名木從調(diào)查建檔到滅失或死亡的數(shù)據(jù)變化過(guò)程，在關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)上做到可查詢(xún)、可追溯。

（3）結(jié)合現(xiàn)代化電子信息技術(shù)，實(shí)行一樹(shù)一標(biāo)牌一二維碼，通過(guò)二維碼技術(shù)可以快速地將一棵古樹(shù)名木的古樹(shù)編號(hào)、所在地、年齡、胸圍、地圍等重要因子記錄在二維碼中。

（4）采用固定和自定義相結(jié)合的報(bào)表模式，將省級(jí)林業(yè)主管部門(mén)的評(píng)審驗(yàn)收?qǐng)?bào)表作為固定報(bào)表開(kāi)發(fā)原型，通過(guò)樹(shù)種、行政區(qū)域以及數(shù)據(jù)狀態(tài)進(jìn)行快速篩選和一鍵導(dǎo)出；同時(shí)可以根據(jù)不同用戶(hù)級(jí)別和不同行政區(qū)域的需要自定義調(diào)查因子并查詢(xún)或?qū)С龅絜xcel，應(yīng)對(duì)靈活多變的場(chǎng)景和用戶(hù)需要。

5 討論與展望

福建省古樹(shù)名木管理信息系統(tǒng)是全省各級(jí)林業(yè)部門(mén)日常管理和保護(hù)的信息化平臺(tái)之一，該系統(tǒng)在建設(shè)之前吸取了多級(jí)相關(guān)部門(mén)反映的需求或建議，并對(duì)其進(jìn)行整理和歸納；系統(tǒng)所涉及的功能涵蓋了福建省單株古樹(shù)名木和古樹(shù)群信息管理的重要業(yè)務(wù)流程以及多元化的統(tǒng)計(jì)報(bào)表需求。目前該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、順暢，有效地提高了林業(yè)主管部門(mén)的工作效率，同時(shí)也解決了以往數(shù)據(jù)不規(guī)范、系統(tǒng)流程滯后、卡片輸入準(zhǔn)確率不高等諸多問(wèn)題。

隨著WebGIS 技術(shù)的長(zhǎng)足發(fā)展，該系統(tǒng)還可以進(jìn)一步利用古樹(shù)名木的位置信息，直觀地展示古樹(shù)名木的空間分布情況，以及空間和屬性信息的交互查詢(xún)，將信息系統(tǒng)進(jìn)一步提升到WebGIS 系統(tǒng)。

[1] 盧玫璇．古樹(shù)名木保護(hù)對(duì)策研究--之文物古跡保護(hù)的經(jīng)驗(yàn)借鑒[J]．北京農(nóng)業(yè)，2011，（4）：147～149．

[2] 郝云峰，王久麗，宋鐵英．北京市古樹(shù)名木網(wǎng)絡(luò)化管理的研究與開(kāi)發(fā)[J]．農(nóng)業(yè)網(wǎng)絡(luò)信息,2004，（6）: 18～201．

[3] 商渤海．輕量級(jí)的林業(yè)調(diào)查信息共享平臺(tái)[D]．北京林業(yè)大學(xué)，2007，（11）:25～27．