基于GIS的成都市森林資源數(shù)據(jù)管理平臺設(shè)計

王勇軍，肖前剛*，廖興勇，楊 科，謝文娟，張 文 李永忠，靳 敏，王洪榮,羅 文

(1.成都市農(nóng)林科學(xué)院,四川 成都 611130;2.成都市林業(yè)和園林管理局,四川 成都 610031;3.四川省林業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心,四川 成都 610081;4.成都大地吉信科技有限公司,四川 成都 610014)

森林資源是國家重要的生態(tài)資源，是生態(tài)建設(shè)的主體。森林資源監(jiān)測是林業(yè)重要的基礎(chǔ)性工作和公益性事業(yè)，是國情國力調(diào)查的重要組成部分，開展森林資源監(jiān)測，準確掌握森林資源的現(xiàn)狀及其動態(tài)變化，是各級政府和林業(yè)主管部門的一項重要基礎(chǔ)工作[1-2]。實現(xiàn)森林資源數(shù)字化、可視化管理，既是科學(xué)合理實現(xiàn)林業(yè)資源數(shù)據(jù)“一張圖”管理，確保森林面積、森林蓄積“雙增長”目標，也是維護國土生態(tài)安全、改善生態(tài)環(huán)境、發(fā)展現(xiàn)代林業(yè)和建設(shè)智慧林業(yè)的重要支撐。成都作為長江上游重要的生態(tài)屏障和生物多樣性富集區(qū)[3]，也是大規(guī)模綠化全川行動重要組成部分，在國家生態(tài)安全格局中具有重要地位，森林資源數(shù)據(jù)管理平臺的建設(shè)，將為推進全市國土綠化美化建設(shè)、資源數(shù)據(jù)的監(jiān)測、林業(yè)發(fā)展規(guī)劃、森林經(jīng)營方案、林權(quán)制度改革等提供數(shù)據(jù)支撐。

1 建設(shè)目標

平臺建設(shè)以充分利用地理信息系統(tǒng)技術(shù)、遙感技術(shù)和計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為手段，以森林資源二類調(diào)查成果、林地保護利用規(guī)劃及更新成果為基礎(chǔ)，嵌入其他各類林業(yè)信息，為市級林業(yè)數(shù)字化建設(shè)和管理提供森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，形成一個高度協(xié)調(diào)化、信息交流網(wǎng)絡(luò)化和信息分析智能化系統(tǒng)，最終建立完善、高效的森林資源監(jiān)測體系，實現(xiàn)信息查詢、數(shù)據(jù)更新、統(tǒng)計報表等基本應(yīng)用功能，為林業(yè)管理決策提供科學(xué)依據(jù)。

2 建設(shè)原則

①標準化與規(guī)范化：數(shù)據(jù)庫、操作系統(tǒng)等應(yīng)符合行業(yè)標準，數(shù)據(jù)類型、編碼、圖式符號應(yīng)符合行業(yè)規(guī)范。

②科學(xué)性與先進性：林業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)采用先進科學(xué)軟件，可靠的硬件配備，在系統(tǒng)設(shè)計上具有領(lǐng)先和面向未來可擴充性要求，方便數(shù)據(jù)共享和信息交換。

③實用性和高效性：林業(yè)信息系統(tǒng)建設(shè)要注重實用性、可操作，系統(tǒng)能進行高效和快速的數(shù)據(jù)傳輸與處理，數(shù)據(jù)訪問的便捷。

④安全性與穩(wěn)定性：系統(tǒng)運行具有良好安全性，確保系統(tǒng)和數(shù)據(jù)運行安全、穩(wěn)定。

3 總體設(shè)計

3.1 整體框架

成都市森林資源數(shù)據(jù)管理平臺直接用于管理全市森林資源數(shù)據(jù)，對上能與四川省林業(yè)信息系統(tǒng)平臺對接，對下連接轄區(qū)內(nèi)縣(區(qū)、市)級林業(yè)信息系統(tǒng)，也可供轄區(qū)內(nèi)縣(區(qū)、市)及單位森林資源數(shù)據(jù)管理，并可融入省林業(yè)廳、成都市其它部門信息體系，實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享。

圖1 成都市森林資源數(shù)據(jù)管理平臺使用設(shè)計圖

3.2 集成構(gòu)架

成都市森林資源數(shù)據(jù)管理平臺基于SOA架構(gòu)設(shè)計，由核心數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層、用戶交互層組成。

3.2.1 核心數(shù)據(jù)層

包含用戶數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、林地變更數(shù)據(jù)、二類調(diào)查數(shù)據(jù)、公益林數(shù)據(jù)、其他數(shù)據(jù)等系統(tǒng)中涉及的數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在Postgresql數(shù)據(jù)庫中以被各類服務(wù)應(yīng)用進行調(diào)用。

3.2.2 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層主要是訪問數(shù)據(jù)層向用戶交互層提供服務(wù)支撐，服務(wù)分為GIS服務(wù)和非GIS服務(wù)，GIS服務(wù)基于ArcGIS Server 和Portal搭建，非GIS服務(wù)基于JAVA搭建。服務(wù)層基于Spring Boot開發(fā)，以REST服務(wù)形式交付。

3.2.3 用戶交互層

用戶交互層是系統(tǒng)直接面向各級用戶的界面，此系統(tǒng)基于二維GIS開發(fā)，包含管理類功能和業(yè)務(wù)類功能。管理類功能主要針對系統(tǒng)管理員，對整個系統(tǒng)進行配置管理的功能；業(yè)務(wù)類功能主要針對省市縣各級林業(yè)用戶，包含全面數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、報表、在線制圖等功能。

用戶交互層基于HTML5、CSS3、ArcGIS JS API、AngularJS等技術(shù)開發(fā)，最終以B/S Web應(yīng)用系統(tǒng)交付，可支持在任何操作系統(tǒng)的桌面瀏覽器、智能手機平板瀏覽器使用。

3.3 硬件系統(tǒng)

建設(shè)空間足夠的“市級森林資源數(shù)據(jù)管理平臺機房”1個，配備辦公座椅、空調(diào)、防盜門、防靜電地板、防雷系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、機柜、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備。購置一批硬件設(shè)備(服務(wù)器3臺、工作站1臺、UPS電源確保不間斷供電10 h以上、防火墻1套、磁盤陣列兩套，交換機1臺，KVM切換器1臺，大型制圖儀1臺、多功能一體打印機1臺等)，組建硬件系統(tǒng)。

圖1 成都市森林資源數(shù)據(jù)管理平臺框架結(jié)構(gòu)圖

3.4 軟件構(gòu)架

①地理信息系統(tǒng)平臺：ESRI ArcGIS Server 10.3

ESRI ArcGIS Desktop 10.3

②數(shù)據(jù)庫：PostgreSQL 9.3

③數(shù)據(jù)庫服務(wù)器操作系統(tǒng)：Microsoft Windows 2012 Server

④客戶端操作系統(tǒng)：Microsoft Windows 78

⑤應(yīng)用服務(wù)器操作系統(tǒng)：Microsoft Windows 2012 Server

⑥Web瀏覽器：Microsoft Internet Explorer 9.0或更高版本

⑦開發(fā)平臺：JDK 8、JavaScript、Html5

⑧殺毒軟件：金山毒霸企業(yè)版2012

3.5 系統(tǒng)安全

系統(tǒng)采用TCP/IP計算機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，為確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸及訪問，在內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)的邊界配置防火墻，上下級網(wǎng)絡(luò)邊界部署安全網(wǎng)關(guān)，核心交換配置入侵防御系統(tǒng)，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的安全訪問控制、數(shù)據(jù)的保密傳輸。為防止林業(yè)資源數(shù)據(jù)丟失，數(shù)據(jù)訪問權(quán)限控制要求專人專管，同時，利用存儲備份恢復(fù)軟件進行重要數(shù)據(jù)備份、逐步實現(xiàn)異地數(shù)據(jù)備份，并具有完全恢復(fù)功能。為實現(xiàn)用戶的安全訪問，基于省、市、縣級服務(wù)體系分別搭建身份認證，授權(quán)管理和應(yīng)用系統(tǒng)，外網(wǎng)訪問平臺采用網(wǎng)頁防篡改技術(shù)，防止惡意攻擊修改網(wǎng)站。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計

4.1 C/S系統(tǒng)下功能

C/S(Client/Server)結(jié)構(gòu)，即客戶機和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，它可以充分利用兩端硬件環(huán)境優(yōu)勢，將任務(wù)合理分配到Client端和Server端來實現(xiàn)，降低系統(tǒng)通訊開銷，結(jié)構(gòu)具有數(shù)據(jù)維護更便捷，數(shù)據(jù)存儲模式更安全，數(shù)據(jù)處理速度更快等優(yōu)點，廣泛運用于森林資源管理系統(tǒng)中[4～6]。成都市森林資源數(shù)據(jù)管理平臺采用的C/S軟件體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計用戶管理、權(quán)限管理、底圖配置、專題服務(wù)管理、數(shù)據(jù)歸檔、編輯更新、切片管理、其他管理功能8個模塊，從而實現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)管理、維護的高效、安全等特性。

表1 C/S軟件體系結(jié)構(gòu)下的管理功能

4.2 B/S系統(tǒng)下功能

B/S(Browser/Server)結(jié)構(gòu)，即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)，用戶工作界面是通過瀏覽器來實現(xiàn)，具有操作簡單，使用覆蓋的范圍廣，網(wǎng)絡(luò)帶寬要求不高即可訪問，系統(tǒng)升級便于維護等特點，從C/S向B/S體系的演化，是信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系的升級[7～9]。本系統(tǒng)設(shè)計采用的B/S軟件體系結(jié)構(gòu)，設(shè)計具有用戶登錄、搜索定位、底圖切換、專題圖管理、權(quán)限過濾、行政區(qū)劃樹、小班卡片顯示、地圖書簽、資料管理、數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計圖表、專業(yè)統(tǒng)計報表、數(shù)據(jù)下載、制圖標繪、在線打印、其它功能共16項功能，滿足不同用戶對資源數(shù)據(jù)的高效查詢、快速輸出等功能。

表2 B/S軟件體系結(jié)構(gòu)下的管理功能

4.3 C/S 與B/S混合體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

成都市森林資源數(shù)據(jù)管理平臺采用C/S 與B/S混合體系結(jié)構(gòu)設(shè)計。C/S結(jié)構(gòu)針對管理類用戶，被授權(quán)人通過局域網(wǎng)直接訪問數(shù)據(jù)庫， 進行數(shù)據(jù)的維護和更新等。B/S針對業(yè)務(wù)類用戶，省、市、縣各級林業(yè)授權(quán)用戶通過Internet訪問Web服務(wù)器，進行數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、報表和在線制圖等功能。C/S 與B/S軟件體系結(jié)構(gòu)的結(jié)合，在保證數(shù)據(jù)安全性和內(nèi)部用戶較強的交互性上，有滿足了外部用戶數(shù)據(jù)查詢的高速度，從而實現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)管理的網(wǎng)絡(luò)化、智能化和現(xiàn)代化。

圖3 成都市森林資源數(shù)據(jù)管理平臺

5 建議

林業(yè)信息化是現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)的重要組成部分，是促進林業(yè)科學(xué)發(fā)展的重要手段，是關(guān)系林業(yè)工作全局的戰(zhàn)略舉措和當(dāng)務(wù)之急[10]。全國林業(yè)信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃明確要求，“互聯(lián)網(wǎng)+”林業(yè)是互聯(lián)網(wǎng)跨界融合創(chuàng)新模式進入林業(yè)領(lǐng)域，利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)推動信息化與林業(yè)深度融合，建立智慧化發(fā)展長效機制，形成林業(yè)高效高質(zhì)發(fā)展新模式。到2020年，國家級林業(yè)信息化率達到90%，省級林業(yè)信息化率達到80%，市級林業(yè)信息化率達到70%，縣級林業(yè)信息化率達到60%[11]。在成都肩負建設(shè)國家中心城市使命，建設(shè)美麗中國典范城市的背景下，發(fā)揮成都首位城市作用，更需要科學(xué)、先進的技術(shù)手段，實現(xiàn)林業(yè)資源數(shù)據(jù)信息化管理。

5.1 加強森林資源數(shù)據(jù)整合

森林資源數(shù)據(jù)管理平臺以新一期的森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)、林地更新數(shù)據(jù)和公益林建檔數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，搭建數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺，而在下一步工作中，可將年度林地使用、林木采伐、林權(quán)管理、林業(yè)生態(tài)工程建設(shè)、林業(yè)產(chǎn)業(yè)建設(shè)等進行整合，形成全市一套資源數(shù)據(jù)，從而為全市的生態(tài)紅線監(jiān)測、資源數(shù)據(jù)監(jiān)管、林木種質(zhì)資源保護、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測等提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為科學(xué)保護和利用林地資源、發(fā)揮林地最大生產(chǎn)力提供技術(shù)支撐。

5.2 優(yōu)化平臺系統(tǒng)功能設(shè)計

在現(xiàn)有的B/S和C/S應(yīng)用系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上，加強林業(yè)信息應(yīng)用系統(tǒng)展示功能建設(shè)，對三維顯示，地形模擬，地塊顯示等進行強化，將每一塊林地落實在山頭地塊，明確林地界線，實現(xiàn)全市林業(yè)資源管理立體化、可視化、數(shù)字化。

5.3 加快森林資源數(shù)據(jù)共享平臺建設(shè)

成都市森林資源數(shù)據(jù)管理平臺建成后，應(yīng)加強與四川省林業(yè)廳、成都市級各部門、成都各縣(區(qū)、市)林業(yè)局的林業(yè)資源數(shù)據(jù)共享，做到成都市林業(yè)信息的實時更新。在經(jīng)費保障的前提下，在省級林業(yè)主管部門制定規(guī)范化和標準化森林資源監(jiān)測管理體系下，市級和縣級林業(yè)主管部門配備專業(yè)的人員和軟件設(shè)備，依托省市級林業(yè)專業(yè)研究機構(gòu)，打造一支人員穩(wěn)定、專業(yè)齊全、技術(shù)精湛的森林資源監(jiān)測隊伍，為縣(區(qū)、市)、市、省乃至全國的森林資源監(jiān)測服務(wù)。

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