基于3S技術(shù)的松山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

馮陽(yáng)　夏照華　蔣萬(wàn)杰

摘要運(yùn)用交叉定位、邏輯查詢(xún)、空間分析及空間數(shù)據(jù)庫(kù)匹配等3S技術(shù)，建立基于3S技術(shù)的北京松山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)區(qū)生物多樣性管理、森林資源管理與評(píng)價(jià)、森林保護(hù)管理、林權(quán)管理、林業(yè)工程與科研項(xiàng)目管理等核心業(yè)務(wù)信息化管理，可為保護(hù)區(qū)規(guī)劃與建設(shè)提供輔助決策支撐。

關(guān)鍵詞3S技術(shù)；松山保護(hù)區(qū)；核心業(yè)務(wù)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中圖分類(lèi)號(hào)S127文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）22-0180-03

AbstractThe core business management system of Beijing Songshan Nature Reserve was established based on 3S technologies including cross positioning， logical querying， spatial analysis and spatial database matching， etc. The system realized the informatization management of core business， including biological diversity management， forest resources management and evaluation， forest resources conservation and management， forestrights management，forest engineering，the management of scientific research projects，etc. The system can provide decisionmaking support for the planning and construction of the Songshan Nature Reserve.

Key words3S technology；Songshan Nature Reserve；Core business；Systems design

松山保護(hù)區(qū)是北京西北地區(qū)的重要生態(tài)屏障[1]，提升保護(hù)區(qū)信息化水平可以促進(jìn)保護(hù)區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。北京市延慶境內(nèi)的松山森林旅游區(qū)是華北地區(qū)唯一的國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，總面積4 660多km2，動(dòng)植物種類(lèi)占北京市動(dòng)植物種類(lèi)的比例很大[2-3]。2006年，松山自然保護(hù)區(qū)被列為全國(guó)51個(gè)林業(yè)示范自然保護(hù)區(qū)之一。松山自然保護(hù)區(qū)保存著華北地區(qū)自然生態(tài)環(huán)境較為完好的具有代表性的暖溫帶山地生態(tài)系統(tǒng)，有生長(zhǎng)完好的天然油松林、落葉闊葉次生林、豐富的野生動(dòng)植物資源和眾多的自然景觀(guān)，具有較高的保護(hù)價(jià)值。在上級(jí)部門(mén)的支持下，近年來(lái)保護(hù)區(qū)取得了較快的發(fā)展，各項(xiàng)設(shè)施建設(shè)不斷完善，但與示范保護(hù)區(qū)建設(shè)的要求仍然相差甚遠(yuǎn)。長(zhǎng)期以來(lái)，由于基礎(chǔ)建設(shè)以及信息化管理的滯后，在很大程度上已經(jīng)影響到保護(hù)區(qū)的健康發(fā)展以及保護(hù)區(qū)管理工作的進(jìn)一步開(kāi)展。

保護(hù)區(qū)在信息化建設(shè)方面的不足主要體現(xiàn)在以下方面：①信息化程度不高；②尚未引入3S技術(shù)輔助自然保護(hù)區(qū)管理。將先進(jìn)的3S信息技術(shù)快速應(yīng)用到松山自然保護(hù)區(qū)的核心業(yè)務(wù)管理工作中，是加快保護(hù)區(qū)規(guī)范化建設(shè)、實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)信息化管理和信息化決策的重要舉措，對(duì)于保護(hù)區(qū)生物多樣性和森林資源的保護(hù)與管理具有重要意義[4]。在為松山自然保護(hù)區(qū)提供信息化服務(wù)的同時(shí)，也提升了林業(yè)信息化與現(xiàn)代化水平。

筆者利用3S技術(shù)對(duì)保護(hù)區(qū)核心業(yè)務(wù)進(jìn)行管理，包括建立信息資源數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)三維空間信息管理，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行生物多樣性管理、森林資源管理、輔助設(shè)施管理、森林資源評(píng)價(jià)、森林保護(hù)管理、林權(quán)管理、林業(yè)工程與科研項(xiàng)目管理及系統(tǒng)維護(hù)管理。該系統(tǒng)為保護(hù)區(qū)管理提供全面、有效、直觀(guān)的管理工具，提高工作效率，為管理者做出相關(guān)評(píng)價(jià)及決策提供支撐。

1系統(tǒng)目標(biāo)

松山保護(hù)區(qū)核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)為：建設(shè)“1個(gè)自然保護(hù)區(qū)信息服務(wù)平臺(tái)，1個(gè)中央管理數(shù)據(jù)庫(kù)，8個(gè)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，1個(gè)運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)”。通過(guò)采用3S技術(shù)，有序、高效、統(tǒng)一管理保護(hù)區(qū)內(nèi)的重點(diǎn)保護(hù)資源和生境信息，提高保護(hù)區(qū)核心業(yè)務(wù)信息化管理水平以及工作效率，并為保護(hù)區(qū)規(guī)劃、建設(shè)、管理提供輔助決策支持。

①對(duì)松山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)歷史及新增核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)和管理，增強(qiáng)數(shù)據(jù)可延續(xù)性，方便對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

②三維展示松山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)自然資源、生物資源及輔助設(shè)施分布，直觀(guān)快速反映保護(hù)區(qū)現(xiàn)狀，為管理、決策提供輔助支撐。

③實(shí)現(xiàn)松山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心業(yè)務(wù)電子流程化、規(guī)范化辦理。

④通過(guò)建立相關(guān)模型，實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)森林資源價(jià)值評(píng)估、森林資源災(zāi)害評(píng)估及宗地資產(chǎn)評(píng)估等。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境設(shè)計(jì)

系統(tǒng)運(yùn)行于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在原有硬件配置的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)際需求，建設(shè)完成軟硬件環(huán)境配置。

2.1.1硬件環(huán)境。

考慮空間信息的特殊性、數(shù)據(jù)安全與保護(hù)級(jí)別高、共享服務(wù)的高效穩(wěn)定性等因素，保護(hù)區(qū)地理信息系統(tǒng)需要獨(dú)立的服務(wù)器。服務(wù)器用來(lái)部署數(shù)據(jù)庫(kù)，主要負(fù)責(zé)基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)以及各業(yè)務(wù)部門(mén)共享數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)備份的管理，并且進(jìn)行空間數(shù)據(jù)管理和空間信息服務(wù)。

2.1.2軟件環(huán)境。

在以高性能微機(jī)為主服務(wù)器的硬件運(yùn)行環(huán)境中，選用Windows 2008 Server作為操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)功能強(qiáng)大，安全可靠，適合在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中應(yīng)用。內(nèi)部集成Internet發(fā)布服務(wù)器IIS可以方便地通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)信息資源共享。

綜合考慮保護(hù)區(qū)空間信息技術(shù)應(yīng)用的實(shí)際需求，選用北京地拓科技發(fā)展有限公司的DTGIS平臺(tái)軟件搭建能夠提供三維與網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的空間信息管理平臺(tái)。DTGIS以時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、元數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)金字塔技術(shù)、海量數(shù)據(jù)連續(xù)分析技術(shù)、流域-水系拓?fù)浼夹g(shù)作為強(qiáng)勁內(nèi)核，以業(yè)務(wù)服務(wù)框架為支撐，實(shí)現(xiàn)了數(shù)字流域GIS平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)化、專(zhuān)業(yè)化設(shè)計(jì)，為基于數(shù)字流域的行業(yè)科學(xué)研究、項(xiàng)目管理、決策支持等提供統(tǒng)一、系統(tǒng)、專(zhuān)業(yè)、可靠的操作平臺(tái)。

保護(hù)區(qū)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)既要存儲(chǔ)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，又要存儲(chǔ)空間海量數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)滿(mǎn)足海量數(shù)據(jù)管理與高效訪(fǎng)問(wèn)的要求。綜合考慮保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理要求以及對(duì)安全性、穩(wěn)定性、兼容性、并行控制性和海量空間數(shù)據(jù)的支持方面有較高要求，結(jié)合GIS平臺(tái)建設(shè)要求，選用北京地拓科技發(fā)展有限公司的DTGIS平臺(tái)軟件的DT Database數(shù)據(jù)庫(kù)。

2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

采用先進(jìn)的服務(wù)架構(gòu)和GIS軟件平臺(tái)，建設(shè)服務(wù)于保護(hù)區(qū)管理部門(mén)的空間信息服務(wù)平臺(tái)，為保護(hù)區(qū)各部門(mén)和專(zhuān)業(yè)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)服務(wù)。根據(jù)保護(hù)區(qū)的實(shí)際情況及管理部門(mén)的應(yīng)用需求，按照相關(guān)政策法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在信息安全與運(yùn)行環(huán)境保障的基礎(chǔ)上，松山自然保護(hù)區(qū)空間信息服務(wù)平臺(tái)總體上劃分為平臺(tái)支撐層、應(yīng)用服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層3層。

平臺(tái)總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2.1平臺(tái)支撐層。

平臺(tái)支撐層包括軟硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施以及數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，包括各類(lèi)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及為實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)分析的相關(guān)模型和專(zhuān)家知識(shí)，是系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)將對(duì)自然保護(hù)區(qū)信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)提供一體化存儲(chǔ)及管理，為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2.2應(yīng)用服務(wù)層。

應(yīng)用服務(wù)層是業(yè)務(wù)應(yīng)用層與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層之間的橋梁，為各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)，包括DTGIS地理信息系統(tǒng)平臺(tái)及基于該平臺(tái)所建立的基礎(chǔ)服務(wù)中間件以及業(yè)務(wù)相關(guān)中間件，具體包括空間數(shù)據(jù)管理服務(wù)、空間查詢(xún)服務(wù)、空間分析服務(wù)、三維空間可視化服務(wù)、地圖制圖服務(wù)及遠(yuǎn)程GIS服務(wù)。

2.2.3業(yè)務(wù)應(yīng)用層。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層位于應(yīng)用服務(wù)層之上，依托應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)環(huán)境，建立保護(hù)區(qū)管理業(yè)務(wù)邏輯，構(gòu)建各項(xiàng)管理事務(wù)流程。業(yè)務(wù)與中間件結(jié)合，可開(kāi)發(fā)各種相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如在生物多樣性保護(hù)、森林資源調(diào)查、森林保護(hù)、森林防火、保護(hù)區(qū)旅游管理等業(yè)務(wù)方面均可建立地理信息系統(tǒng)，為保護(hù)區(qū)管理部門(mén)服務(wù)。

2.3數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

充分考慮業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)庫(kù)整體上劃分為基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)、森林資源數(shù)據(jù)庫(kù)、生物多樣性數(shù)據(jù)庫(kù)、森林保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)、資源評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)、輔助設(shè)施數(shù)據(jù)庫(kù)、林權(quán)管理數(shù)據(jù)庫(kù)、林業(yè)工程與科研項(xiàng)目管理數(shù)據(jù)庫(kù)8個(gè)應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)，此外還需要元數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)要求符合3NF 規(guī)范，將空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)有機(jī)組織起來(lái)。

3系統(tǒng)的基本構(gòu)成

3.1中央管理數(shù)據(jù)庫(kù)

建立中央管理數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)松山保護(hù)區(qū)歷史及新增信息資源的管理。信息資源總體上分為空間數(shù)據(jù)信息資源和屬性數(shù)據(jù)信息資源兩大類(lèi)。數(shù)據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，將保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)規(guī)范化并統(tǒng)一入庫(kù)，有助于保護(hù)區(qū)管理與決策，同時(shí)有利于保護(hù)區(qū)文化和歷史的積累與傳承。

3.2三維空間信息管理子系統(tǒng)

建立三維空間信息管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)三維模式下海量地形DEM和遙感數(shù)據(jù)的無(wú)縫拼接。采用WebGIS技術(shù)、三維遙感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)以及多媒體技術(shù)等構(gòu)建自然保護(hù)區(qū)三維空間信息管理子系統(tǒng)，以高精度、高分辨率的三維遙感影像為背景，配以文字、圖片、視頻、地圖等形式，展示保護(hù)區(qū)綺麗的風(fēng)景、豐富的生物資源以及保護(hù)區(qū)在生物多樣性保護(hù)工作上的成果。自然保護(hù)區(qū)三維空間信息管理子系統(tǒng)主要包括GIS基礎(chǔ)功能服務(wù)、空間信息服務(wù)、三維漫游、生物多樣性展示、景點(diǎn)路線(xiàn)分析、保護(hù)區(qū)景點(diǎn)展示、設(shè)施服務(wù)等模塊。

3.3生物多樣性管理子系統(tǒng)

建立生物多樣性管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生物多樣性信息綜合管理[5]。科考項(xiàng)目的所有考察數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)地貌、氣候、水文和土壤資源、植物資源、脊椎動(dòng)物資源、昆蟲(chóng)資源、社區(qū)共管和社區(qū)扶持等，都實(shí)現(xiàn)可視化管理，包括分布查詢(xún)、分析、統(tǒng)計(jì)等功能。將生物多樣性信息管理分為5個(gè)服務(wù)模塊：生態(tài)環(huán)境資源管理、植物資源信息管理、脊椎動(dòng)物資源信息管理、昆蟲(chóng)資源信息管理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源信息管理。

3.4森林資源管理子系統(tǒng)

建立森林資源管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)森林資源信息綜合管理，主要提供二維或三維的基礎(chǔ)地理信息查詢(xún)、森林資源信息查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)和專(zhuān)題圖制作業(yè)務(wù)功能，以發(fā)揮辦公的優(yōu)勢(shì)，提高工作效率。森林資源管理系統(tǒng)功能可分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理、森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)管理、森林資源檔案管理以及造林地信息管理4個(gè)模塊。

3.5輔助設(shè)施管理子系統(tǒng)

建立輔助設(shè)施管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、旅游設(shè)施建設(shè)等輔助設(shè)施信息進(jìn)行管理，為保護(hù)區(qū)規(guī)劃決策提供數(shù)據(jù)支撐，包括基礎(chǔ)設(shè)施信息管理、旅游設(shè)施信息管理2個(gè)模塊。

3.6森林資源評(píng)價(jià)子系統(tǒng)

建立森林資源評(píng)價(jià)子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)森林資源系統(tǒng)評(píng)價(jià)。以小班、林班為評(píng)價(jià)對(duì)象，主要采用價(jià)值量評(píng)價(jià)方法，評(píng)價(jià)森林資源的價(jià)值，分為直接經(jīng)濟(jì)價(jià)值、間接經(jīng)濟(jì)價(jià)值和綜合價(jià)值3個(gè)功能模塊。

3.7森林保護(hù)管理子系統(tǒng)

建立森林保護(hù)管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)森林防火及森林病蟲(chóng)害信息管理及災(zāi)后評(píng)估[6]，直觀(guān)顯示火險(xiǎn)等級(jí)分布、水系分布、林區(qū)道路分布、防火設(shè)施分布、病蟲(chóng)害空間分布、病蟲(chóng)害防治措施分布等信息，并可進(jìn)行火災(zāi)及病蟲(chóng)害災(zāi)后評(píng)估，為森林保護(hù)及災(zāi)后決策提供支撐；該子系統(tǒng)分為森林防火管理和森林病蟲(chóng)害管理2個(gè)模塊，其中森林防火管理模塊包括日常防火信息管理、撲火輔助決策支持、災(zāi)后評(píng)估、歷史火災(zāi)信息查詢(xún)4項(xiàng)功能，森林病蟲(chóng)害管理模塊包括病蟲(chóng)害信息管理、病蟲(chóng)害空間分析、災(zāi)后評(píng)估和歷史病蟲(chóng)害信息查詢(xún)4項(xiàng)功能。

3.8林權(quán)管理子系統(tǒng)

林權(quán)管理子系統(tǒng)主要包括宗地信息管理、林權(quán)證檔案管理、林地資產(chǎn)評(píng)估3個(gè)模塊。建立林權(quán)管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)宗地信息管理、林權(quán)證檔案管理和林地資產(chǎn)在線(xiàn)評(píng)估。林權(quán)信息管理是松山自然保護(hù)區(qū)進(jìn)行林改的一項(xiàng)重要工作，該系統(tǒng)輔助保護(hù)區(qū)掌握并管理區(qū)內(nèi)所有林地的宗地信息與林權(quán)證信息，并可對(duì)宗地進(jìn)行資產(chǎn)評(píng)估。

3.9林業(yè)工程與科研項(xiàng)目管理子系統(tǒng)

建立林業(yè)工程與科研項(xiàng)目管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)林業(yè)工程與科研項(xiàng)目統(tǒng)一規(guī)范化管理。該子系統(tǒng)分為林業(yè)工程管理和科研項(xiàng)目管理2個(gè)模塊。對(duì)于松山自然保護(hù)區(qū)建立的相關(guān)科研項(xiàng)目，該子系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)其分階段規(guī)范化管理。林業(yè)工程也是自然保護(hù)區(qū)的工作重點(diǎn)之一，目前已經(jīng)開(kāi)展了造林工程、封山育林、森林撫育等森林經(jīng)營(yíng)方面的工作。

3.10維護(hù)管理子系統(tǒng)

建立維護(hù)管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)維護(hù)管理工作，包括用戶(hù)管理、元數(shù)據(jù)維護(hù)、代碼維護(hù)、專(zhuān)題圖在線(xiàn)輸出客戶(hù)端軟件、矢量圖協(xié)同編輯客戶(hù)端軟件、密鑰等。該子系統(tǒng)包括原數(shù)據(jù)維護(hù)、代碼維護(hù)管理、用戶(hù)管理、專(zhuān)題圖在線(xiàn)輸出客戶(hù)端軟件、矢量圖協(xié)同編輯客戶(hù)端軟件及密鑰等功能模塊。

4小結(jié)與展望

利用3S技術(shù)對(duì)松山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)核心業(yè)務(wù)進(jìn)行管理，具有綜合、直觀(guān)、可迅速反映現(xiàn)實(shí)情況的優(yōu)點(diǎn)。該系統(tǒng)利用交叉定位、邏輯查詢(xún)、空間分析及空間數(shù)據(jù)庫(kù)匹配等3S技術(shù)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)生物多樣性管理、森林資源管理、輔助設(shè)施管理、森林資源評(píng)價(jià)、森林保護(hù)管理、林權(quán)管理、林業(yè)工程與科研項(xiàng)目管理等核心業(yè)務(wù)的綜合管理、資源三維展示、資源價(jià)值及災(zāi)害評(píng)估等工作，提高了保護(hù)區(qū)管理部門(mén)的工作效率和信息化、現(xiàn)代化水平，為松山自然保護(hù)區(qū)今后開(kāi)展科研監(jiān)測(cè)、生物多樣性保護(hù)等工作奠定了信息管理基礎(chǔ)。同時(shí)，松山自然保護(hù)區(qū)生物多樣性數(shù)據(jù)庫(kù)與系統(tǒng)的建立，將為綜合科學(xué)考察工作提供信息技術(shù)支撐，將極大地推動(dòng)該項(xiàng)工作的開(kāi)展，從而加快松山自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)，為今后其他環(huán)保項(xiàng)目的建設(shè)奠定基礎(chǔ)，盡早地將松山保護(hù)區(qū)建成全國(guó)典型示范自然保護(hù)區(qū)。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年

參考文獻(xiàn)

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