森林資源動態(tài)監(jiān)測平臺建設(shè)研究

劉 勇，楊德利

（濱州市林業(yè)局，山東 濱州 256600）

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。及時準確掌握森林資源現(xiàn)狀、實施森林資源動態(tài)監(jiān)測，是科學(xué)合理劃定生態(tài)保護紅線、維護國土生態(tài)安全、改善生態(tài)環(huán)境、建設(shè)生態(tài)文明的基礎(chǔ)；也是創(chuàng)新林業(yè)治理體系，實現(xiàn)林業(yè)資源數(shù)據(jù) “一套數(shù)、一張圖、一盤棋”管理，確保森林面積、森林蓄積“雙增長”的重要保障。森林資源動態(tài)監(jiān)測信息平臺建設(shè)是森林資源動態(tài)監(jiān)測工作的重要組成部分，是現(xiàn)代信息技術(shù)與林業(yè)的深度結(jié)合，是實現(xiàn)林業(yè)資源管理現(xiàn)代化的關(guān)鍵技術(shù)之一。

基于GIS的森林資源管理系統(tǒng)，相關(guān)研究和報道較多。莊晨輝、陳銘潮、潘俊忠的《林業(yè)資源管理地理信息系統(tǒng)的研制與開發(fā)》[1]、劉獻倫、張靖、鞏延蘋等的 《山東省林業(yè)資源管理地理信息系統(tǒng)（SDSFRMGIS）開發(fā)》[2]和蘇晨輝、劉麗婷、莫曉勇的 《基于GIS的雷州林業(yè)局林業(yè)資源管理信息系統(tǒng)研究》[3]，都以 ArcGIS的二次開發(fā)控件MapObjects為例，介紹了林業(yè)資源管理信息系統(tǒng)的開發(fā)。何濤、張世祿[4]利用ArcGIS Engine的強大的二次開發(fā)功能，結(jié)合SQL Server，開發(fā)了一個縣級林業(yè)資源管理信息系統(tǒng)。張月、張普寧在《林業(yè)資源信息管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計》[5]中，介紹了林業(yè)資源管理信息系統(tǒng)的基本原理、特點、結(jié)構(gòu)及功能?？梢钥闯?，有些研究較早，現(xiàn)在技術(shù)已經(jīng)發(fā)生很大變化；有些研究基于縣域，對系統(tǒng)要求較低；有些研究側(cè)重理論。本文基于濱州市，利用ArcGIS Engine，從系統(tǒng)的實際布設(shè)角度，側(cè)重于硬件、軟件、應(yīng)用3個方面，對林業(yè)資源管理信息系統(tǒng)的開發(fā)進行了研究。

1 系統(tǒng)建設(shè)的指導(dǎo)思想

森林資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)以 “智慧林業(yè)”為指針，充分利用地理信息技術(shù)，實現(xiàn)林業(yè)資源管理現(xiàn)代化。以海量的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、森林資源監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立多級、分類、大型、綜合數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)一審核、存儲、匯總和分發(fā)。以各類數(shù)據(jù)的動態(tài)更新為保障，實現(xiàn)各級、各部門內(nèi)部有關(guān)數(shù)據(jù)及時、快捷的信息發(fā)布。以現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，提升傳輸速度和安全水平，實現(xiàn)信息的互聯(lián)、互通、安全、共享。

2 硬件平臺建設(shè)

森林資源動態(tài)監(jiān)測信息平臺硬件部分建設(shè)依據(jù)實用、可靠、高效、擴展、安全的原則進行技術(shù)方案的設(shè)計。平臺的穩(wěn)定、可靠是系統(tǒng)運行的關(guān)鍵保證。

2.1 布設(shè)范圍

系統(tǒng)布設(shè)范圍為濱州市及下轄的濱城區(qū)、開發(fā)區(qū)、高新區(qū)、沾化區(qū)、北海新區(qū)、惠民縣、陽信縣、無棣縣、博興縣、鄒平縣十個單位。

2.2 服務(wù)器

單機運行和局域網(wǎng)運行的業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)大多都是地理信息數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的運算和存儲都要很高的要求。考慮系統(tǒng)硬件平臺的兼容性，采用高性能服務(wù)器作為業(yè)務(wù)應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

（1）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器使用浪潮NF8460M4，4U標準機架式服務(wù)器；Intel至強E7系列處理器；支持IOAT2高級網(wǎng)絡(luò)加速功能和VMDq虛擬化加速功能，具備網(wǎng)絡(luò)喚醒、網(wǎng)絡(luò)冗余、負載均衡等高級網(wǎng)絡(luò)特性。

（2）應(yīng)用服務(wù)器使用浪潮NF5280M4，2U標準機架式高性能服務(wù)器；2顆Intel至強 E5504處理器；支持RAID0/1/5/6/10/50/60等RAID級別；4個千兆網(wǎng)口，具備網(wǎng)絡(luò)喚醒、網(wǎng)絡(luò)冗余、負載均衡等高級網(wǎng)絡(luò)特性。

2.3 網(wǎng)絡(luò)

在林業(yè)局內(nèi)部構(gòu)建局域網(wǎng)，為各業(yè)務(wù)科室之間數(shù)據(jù)的傳遞與交流提供服務(wù)；市、縣兩級之間和縣與縣平級之間連接政務(wù)專網(wǎng)，為林業(yè)部門之間數(shù)據(jù)的相互傳遞與交流提供服務(wù)；非涉密部分接入互聯(lián)網(wǎng)，為社會公眾提供服務(wù)。

通過安全網(wǎng)關(guān)、防火墻、IPS入侵防御等設(shè)備，提升網(wǎng)絡(luò)安全，有效抵御網(wǎng)絡(luò)安全攻擊，確保森林資源動態(tài)監(jiān)測管理系統(tǒng)有關(guān)數(shù)據(jù)的完整性、安全性、保密性。

2.4 防火墻

使用新一代防火墻做各區(qū)域互聯(lián)的安全設(shè)備。防火墻采用下一代防火墻天融信NGFW4000-UF，本防火墻除提供防火墻的基本功能以外，還集成了身份認證、流量管理、上網(wǎng)行為管理、DoS/DDoS 防護、SSL VPN、IPSEC VPN、入侵防御、病毒防御、僵尸網(wǎng)絡(luò)阻斷、URL分類過濾、APT防御、反垃圾郵件及負載均衡等功能，同時該防火墻具有良好的擴展性。通過防火墻與外網(wǎng)進行連接，并設(shè)置網(wǎng)關(guān)。

2.5 路由器

本研究平臺在網(wǎng)絡(luò)出口配置一臺路由器作為上聯(lián)設(shè)備。路由器采用H3C MSR36-60，支持靜態(tài)路由、動態(tài)路由協(xié)議，支持ADVPN，支持基于域的防火墻，攻擊防范；支持基于角色接入控制；支持對于終端準入控制的支持；支持VRRP、VRRPv3；支持基于帶寬的負載分擔與備份；支持基于用戶（IP地址）的負載分擔與備份；支持NQA同路由、VRRP和接口備份的聯(lián)動功能，實現(xiàn)端到端鏈路的檢測與備份功能。

2.6 交換機

本系統(tǒng)配置一臺核心交換機進行數(shù)據(jù)匯聚，樓層放置接入交換機并做雙線匯聚接入核心交換機。

（1）核心交換機采用H3C S7503E-S，該交換機采用模塊化結(jié)構(gòu)，擁有5個槽位，背板帶寬大于1Tbps，包轉(zhuǎn)發(fā)率為276Mpps，采取存儲轉(zhuǎn)發(fā)的交換方式。利用HSRP、VRRP協(xié)議保證核心設(shè)備的負荷分擔和熱備份，在核心交換機出現(xiàn)故障時，三層路由設(shè)備和虛擬網(wǎng)關(guān)能夠快速切換，實現(xiàn)雙線路的冗余備份，保證整網(wǎng)穩(wěn)定性。核心交換機放在核心層，處理來自接入層設(shè)備的所有通訊量，通過高速轉(zhuǎn)發(fā)通信，提供優(yōu)化、可靠的骨干傳輸結(jié)構(gòu)，

（2）接入交換機使用 H3C S5120S-28P-EI，該設(shè)備提供靈活的全千兆以太網(wǎng)端口，并支持創(chuàng)新的IRF技術(shù)，增強的網(wǎng)絡(luò)管理和維護的易用性，性能穩(wěn)定，操作簡單，功能齊全豐富。

2.7 存儲

存儲使用浪潮AS520E-M1，該磁盤陣列具備1Gb/10Gb iSCSI、8Gb/16Gb FC混合主機架構(gòu)，同時配置FC-SAN和IP-SAN功能；支持磁盤漫游，RAID元數(shù)據(jù)分布在每一塊磁盤上，沒有特定的metadata盤，在系統(tǒng)維護或更換硬盤時，可以任意調(diào)整位置，即使將所有硬盤拔下重新插入新的存儲中，RAID數(shù)據(jù)不會發(fā)生任何邏輯不一致或數(shù)據(jù)丟失。該存儲具有獨立的管理網(wǎng)絡(luò)接口；自動分層、自動精簡配置、SSD緩存加速、遠程卷鏡像、卷復(fù)制和卷鏡像功能。

2.8 工作站

由于基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、森林資源監(jiān)測數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量都很大，需要高性能的圖形工作站用于數(shù)據(jù)處理。市局配置2臺戴爾PrecisionT7910臺式工作站，每縣局配置1臺戴爾PrecisionT7810臺式工作站。

本次組網(wǎng)，把接入層和服務(wù)器區(qū)分別放在防火墻的trust、DMZ區(qū)域。單位辦公業(yè)務(wù)區(qū)各樓層分別放入VLAN11-VLAN13，此外還為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備單獨設(shè)一個管理網(wǎng)段VLAN100，與辦公業(yè)務(wù)網(wǎng)段一樣，網(wǎng)關(guān)設(shè)在防火墻上，通過核心交換機trunk口接入防火墻，服務(wù)器區(qū)放在vlan10網(wǎng)段，在防火墻上起路由口，服務(wù)器通過核心交換機Access接口接入防火墻，路由器通過路由模式與防火墻相連，并被劃入防火墻untrust區(qū)域。系統(tǒng)硬件總體布設(shè)見圖 1。

圖1 系統(tǒng)硬件總體布設(shè)

3 軟件平臺建設(shè)

森林資源動態(tài)監(jiān)測平臺的軟件部分采用Web-Service、地圖服務(wù)、XML等技術(shù)和開放標準協(xié)議，分布標準的WMS/WFS/Rest森林資源地圖服務(wù)。

森林資源動態(tài)監(jiān)測平臺主要的內(nèi)涵是綜合數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫主要包括4大類數(shù)據(jù)庫建設(shè)，第一是公共基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫建設(shè)，主要包括地形數(shù)據(jù)(DLG)（1、2.5、5、10、25 萬等），歷年的遙感影像數(shù)據(jù)（DOM），數(shù)字柵格數(shù)據(jù)（DRG），數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)（DEM）（5萬或25萬）以及行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。第二是林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，主要包括一類、二類資源調(diào)查數(shù)據(jù)，荒漠化和沙化調(diào)查數(shù)據(jù)，濕地調(diào)查數(shù)據(jù)，種質(zhì)資源調(diào)查數(shù)據(jù)等。第三是林業(yè)資源專題數(shù)據(jù)庫，主要包括林政數(shù)據(jù)、公益林數(shù)據(jù)、林權(quán)數(shù)據(jù)、國有場圃數(shù)據(jù)、營造林數(shù)據(jù)、有害生物監(jiān)控數(shù)據(jù)。第四是林業(yè)綜合數(shù)據(jù)庫，主要包括辦公自動化數(shù)據(jù)、公共信息發(fā)布數(shù)據(jù)、林業(yè)產(chǎn)業(yè)綜合數(shù)據(jù)、林業(yè)綜合決策支撐數(shù)據(jù)、林業(yè)災(zāi)害監(jiān)控和應(yīng)急措施管理。

數(shù)據(jù)管理是整個地理信息林業(yè)系統(tǒng)中信息處理的核心，選擇性能優(yōu)異的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，對整體工作有著至關(guān)重要的影響，平臺采用Oracle+ArcSDE數(shù)據(jù)管理技術(shù)，整個系統(tǒng)可能由多種數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）來完成數(shù)據(jù)的管理和處理。

林業(yè)業(yè)務(wù)大多需要GIS的輔助，所以GIS選型對林業(yè)數(shù)據(jù)平臺系統(tǒng)的設(shè)計及其它軟、硬件配置至關(guān)重要。根據(jù)平臺各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的需求，GIS平臺應(yīng)具備下列功能：界面友好、工具豐富、以數(shù)學(xué)模型和決策分析為支撐、能夠管理海量數(shù)據(jù)、易于客戶化、支持網(wǎng)絡(luò)化、支持通用標準、可擴展性好、可集成性好。地理信息系統(tǒng)軟件選用 ArcGIS Engine，ArcGIS Server，以及 Skyline 等。

4 系統(tǒng)應(yīng)用

森林資源動態(tài)監(jiān)測平臺主要包括森林資源管理系統(tǒng)、林政管理系統(tǒng)、營造林管理系統(tǒng)、森林防火管理系統(tǒng)、種質(zhì)資源管理系統(tǒng)、有害生物監(jiān)控系統(tǒng)等。在森林資源地理信息共享服務(wù)平臺的基礎(chǔ)上，對森林資源、林地一張圖管理、濕地資源、造營林工程、森林防火、種質(zhì)資源等進行管理。

整個森林資源動態(tài)監(jiān)測平臺為一個適合統(tǒng)一配置的系統(tǒng)平臺，所有子系統(tǒng)和功能都將有機地整合在一個系統(tǒng)框架內(nèi)，內(nèi)部模塊關(guān)系明確，數(shù)據(jù)傳輸順暢；系統(tǒng)總體上采用通用配置的計算機、存儲設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，并提供二次開發(fā)接口，便于結(jié)合具體應(yīng)用業(yè)務(wù)需求，開發(fā)出新的專業(yè)化應(yīng)用處理系統(tǒng)；針對功能需求設(shè)計以高度模塊化和組件化的方式，將系統(tǒng)按照功能組成和系統(tǒng)流程劃分為粒度適中的功能模塊，按照“基礎(chǔ)功能模塊＋專業(yè)功能模塊＋組合功能模塊”的方式，構(gòu)建滿足一體化處理要求的系統(tǒng)平臺。此平臺分別應(yīng)用于局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)，在局域網(wǎng)中采用C/S架構(gòu)，客戶端可以充分利用本地設(shè)備，減少通訊流量，對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進行更新和查詢；服務(wù)端主要承擔數(shù)據(jù)的處理和存儲，這種構(gòu)架即安全又高效。在互聯(lián)網(wǎng)中采用B/S架構(gòu)，實現(xiàn)信息共享的要求，彌補了C/S的不足；B/S架構(gòu)能夠滿足數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)男枨?，客戶端處理簡單、負擔小，擴展方便，并且可以應(yīng)用于移動設(shè)備，延伸了數(shù)據(jù)使用的范圍。

[1] 莊晨輝，陳銘潮，潘俊忠.林業(yè)資源管理地理信息系統(tǒng)的研制與開發(fā)[J].福建林學(xué)院學(xué)報，2005,25（1）：56-61.

[2] 劉獻倫，張靖，鞏延蘋等.山東省林業(yè)資源管理地理信息系統(tǒng)（SDSFRMGIS）開發(fā)[J].山東林業(yè)科技，2007，（2）：64.

[3] 蘇晨輝，劉麗婷，莫曉勇.基于GIS的雷州林業(yè)局林業(yè)資源管理信息系統(tǒng)研究[J].林業(yè)科技開發(fā)，2012，26（4）：363-368.

[4] 何濤，張世祿.基于ArcGIS的縣級林業(yè)資源管理信息系統(tǒng)研究[J].計算機技術(shù)與發(fā)展，2009,19（2）：183-186.

[5] 張月，張普寧.林業(yè)資源信息管理系統(tǒng)的分析與設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011，（1）：123-124.