基于多種數(shù)據(jù)庫的遼寧省森林資源三維系統(tǒng)構(gòu)建

先文娟

（遼寧省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃監(jiān)測院，遼寧沈陽110122）

自2005年遼寧省開展林業(yè)信息化工作以來，森林資源管理一直是信息化工作的核心組成部分。三維瀏覽查詢系統(tǒng)（簡稱“三維系統(tǒng)”）作為遼寧省森林資源信息管理系統(tǒng)的子系統(tǒng)之一，一直隨著資源信息管理系統(tǒng)的更新而重建。

現(xiàn)行森林資源三維瀏覽查詢系統(tǒng)于2016年開始建立，2017年完成建設， 通過網(wǎng)頁瀏覽的方式實現(xiàn)了數(shù)據(jù)瀏覽定位、專題查詢、飛行瀏覽查詢、場景管理、拔高設置、輔助分析等森林資源數(shù)據(jù)查詢分析功能。

作為數(shù)據(jù)瀏覽查詢的展示性窗口，三維瀏覽查詢系統(tǒng)直觀性強、可視性佳，不僅能給不熟悉數(shù)據(jù)庫管理的同事提供數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽的便利，也為今后的數(shù)據(jù)交換共享工作打下了基礎。

1 系統(tǒng)構(gòu)建

現(xiàn)行三維瀏覽查詢系統(tǒng)采用B/S 模式， 系統(tǒng)主要由服務器集群和B/S 客戶端兩部分組成， 其構(gòu)建方式如圖1 所示。

1.1 服務器集群

服務器集群集數(shù)據(jù)管理與發(fā)布為一體，包含完成交互工作的Web 服務和GIS 服務，以及負責森林資源數(shù)據(jù)管理的空間數(shù)據(jù)庫管理軟件。

1.1.1 Web 服務

Web 服務作為客戶端和服務器的交互橋梁，負責完成數(shù)據(jù)的交換工作。 Web 服務將客戶端發(fā)出的有關(guān)GIS 功能的請求轉(zhuǎn)發(fā)到GIS 服務器，GIS 服務器從數(shù)據(jù)庫中讀取所需數(shù)據(jù)， 對請求進行處理，然后將操作結(jié)果通過http 響應返回到客戶端中顯示。

三維瀏覽查詢系統(tǒng)除常規(guī)的Web 服務外還需提供數(shù)據(jù)的三維顯示功能。

本次系統(tǒng)構(gòu)建采用Apache 的Tomcat 提供Web服務，三維實現(xiàn)采用NASA 研究中心科研人員開發(fā)的開源軟件World Wind。

作為目前為止唯一真正開源的3D 引擎，NASA World Wind 擁有.NET 和Java 兩個實現(xiàn)版本。 本次系統(tǒng)構(gòu)建選用Java 作為World Wind 的實現(xiàn)基礎，因此服務器端需安裝 JRE （Java Runtime Environment）作為其運行環(huán)境。

圖1 系統(tǒng)構(gòu)建

1.1.2 GIS 服務

GIS 服務通過網(wǎng)絡向外提供GIS 處理功能，包括GIS 數(shù)據(jù)服務和GIS 功能服務。 與傳統(tǒng)的GIS 服務相比，它的數(shù)據(jù)既可以來自本地數(shù)據(jù)，也可以來自網(wǎng)絡或者其它GIS 數(shù)據(jù)服務，經(jīng)過功能服務的處理后，將結(jié)果數(shù)據(jù)通過網(wǎng)絡發(fā)送給調(diào)用的用戶或應用服務。

本次系統(tǒng)構(gòu)建采用GeoServer 和ESRI 公司的ArcGIS Server 共同提供GIS 服務。

1.1.3 B/S 客戶端

三維瀏覽查詢系統(tǒng)依賴于Java 運行，客戶端需安裝JRE 以保證系統(tǒng)的正常運行。

在第一次使用系統(tǒng)前，需對IE 瀏覽器進行有效設置以確保JRE 能正確安裝。完成JRE 的安裝后，還需在控制面板中的“安全”選項卡中進行相關(guān)設置。

2 空間數(shù)據(jù)庫管理

三維瀏覽查詢系統(tǒng)的核心是數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢以及數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，其基礎是森林資源數(shù)據(jù)。 只有資源數(shù)據(jù)完整正確， 瀏覽查詢結(jié)果才能真實可靠。 因此，森林資源數(shù)據(jù)的管理維護工作十分重要。

本次系統(tǒng)構(gòu)建采用PostGIS、MySQL 以及ESRI公司的ArcGIS 作為數(shù)據(jù)庫管理工具。

PostGIS 是對象-關(guān)系型數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)PostgreSQL的一個擴展模塊，由Refractions 公司開發(fā)，為解決PostgreSQL 對GIS 數(shù)據(jù)的支持問題。PostGIS 具有空間索引功能， 能夠?qū)崿F(xiàn)空間數(shù)據(jù)的查詢與分析，同時包含豐富的空間操作函數(shù)以及空間操作符，為實現(xiàn)各種復雜GIS 空間分析功能奠定了基礎。 作為開源的GIS 數(shù)據(jù)庫，PostGIS 發(fā)展迅速。 為提高瀏覽效率，加快數(shù)據(jù)查詢速度，本次系統(tǒng)構(gòu)建采用Postgres的SDE 數(shù)據(jù)庫儲存森林資源的矢量數(shù)據(jù)，并完成相應的空間操作。

MySQL 是一種開源的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫， 速度快、可靠性高、易于使用。本次系統(tǒng)構(gòu)建，采用MySQL 完成非專業(yè)數(shù)據(jù)的管理工作，如賬戶信息、賬戶權(quán)限、數(shù)據(jù)遷移管理等。

ArcGIS 是ESRI 公司開發(fā)的商業(yè)GIS 軟件，作為老牌GIS 軟件，ArcGIS 產(chǎn)品運營穩(wěn)定、功能強大。本次系統(tǒng)構(gòu)建使用ArcGIS Desktop 完成數(shù)據(jù)處理及柵格數(shù)據(jù)的壓縮存儲工作。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

建成的森林資源管理系統(tǒng)具有二維 （圖2）、三維（圖3）兩種顯示模式。

系統(tǒng)窗口左邊顯示了遼寧省行政樹，通過雙擊操作可快速定位到興趣村。 二維模式提供放大、縮小、平移、小班查詢、行政區(qū)查詢、清除、復位、全屏/退出的快捷操作。 三維模式提供拔高設置、漫游、指北、小班查詢、行政查詢、典型場景、飛行瀏覽、清除、復位、全屏/退出的快捷操作。

圖2 森林資源管理系統(tǒng)二維顯示

圖3 森林資源管理系統(tǒng)三維顯示

三維系統(tǒng)右上方設置了數(shù)據(jù)查詢、 統(tǒng)計分析、空間分析、專題圖、系統(tǒng)設置模塊。 其中，數(shù)據(jù)查詢模塊提供了簡單查詢和條件查詢兩種方式，用戶可按需選擇。

統(tǒng)計分析模塊植入了常用統(tǒng)計報表，并具備報表定制功能。 用戶可直接使用內(nèi)置報表進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，也可以根據(jù)工作需求進行定制統(tǒng)計。

空間分析模塊具備透視分析、坡度分析、制圖分析、量算分析功能。

專題圖模塊內(nèi)置了公益林商品林概況、無林地資源概況、森林火險等級情況、退耕還林情況等專題圖模板，供用戶直接使用。 用戶也可根據(jù)實際情況進行設置，完成專題圖出圖工作。

系統(tǒng)設置模塊可對系統(tǒng)顯示等系統(tǒng)功能進行設置。

4 分析與小結(jié)

現(xiàn)行森林資源三維系統(tǒng)采用B/S 模式， 使用PostGIS、MySQL、ArcGIS 作為空間數(shù)據(jù)庫管理軟件，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)瀏覽定位、專題查詢、飛行瀏覽查詢、場景管理、拔高設置、輔助分析等森林資源數(shù)據(jù)查詢分析功能。

B/S 模式的優(yōu)勢在于使用網(wǎng)頁瀏覽器， 使得系統(tǒng)的適用性廣泛、跨平臺性良好、運營成本低、操作簡單、擴展性良好，其缺點是涉及到網(wǎng)頁瀏覽的安全性問題及數(shù)據(jù)保密問題。 因此，現(xiàn)行三維系統(tǒng)僅在林業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部的安全網(wǎng)絡上運行，并沒有發(fā)布于互聯(lián)網(wǎng)中。 在今后的系統(tǒng)構(gòu)建工作中，可考慮加強系統(tǒng)安全建設，并對數(shù)據(jù)進行加密處理，使資源數(shù)據(jù)能在互聯(lián)網(wǎng)中使用，方便各類用戶的查詢?yōu)g覽。

除ArcGIS 外，現(xiàn)行系統(tǒng)均使用開源軟件進行構(gòu)建，使得系統(tǒng)的擴展性更強，也節(jié)約了開發(fā)成本。 多種數(shù)據(jù)庫并行的構(gòu)建模式使得各類數(shù)據(jù)間彼此獨立，系統(tǒng)的抗風險性更強。 與此同時，多種數(shù)據(jù)庫同時運行也加大了后期的數(shù)據(jù)維護難度，使得系統(tǒng)的再部署工作較為繁瑣。 在今后的系統(tǒng)構(gòu)建工作中，應考慮在兼顧系統(tǒng)安全性的同時，使用同一種數(shù)據(jù)庫完成數(shù)據(jù)的管理和維護工作，以降低運營成本和維護難度。