森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)初探

王湘龍

(廣東省森林資源保育中心，廣東 廣州 510713)

本文所介紹的森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)，主要是通過ArcGIS Engine這一組件研發(fā)而成，其中主要包括對森林相關(guān)數(shù)據(jù)的采集與處理、對空間數(shù)據(jù)庫的維護(hù)與運轉(zhuǎn)、對森林資源監(jiān)測所得到的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行錄入與更新以及輸出相關(guān)監(jiān)測與管理結(jié)果。通過將這一系統(tǒng)應(yīng)用于森林資源的監(jiān)測與管理之中，能夠有效提升林業(yè)單位的工作效率，有效推動林業(yè)信息化的良性發(fā)展。

1 森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)組成

如圖1所示，本系統(tǒng)主要有客戶端、數(shù)據(jù)源以及服務(wù)器三個部分構(gòu)成，這三個部分主要位于數(shù)據(jù)層、中間層以及表現(xiàn)層之中。

圖1 森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)組成

1.1 數(shù)據(jù)層

在數(shù)據(jù)層中，存在著針對空間以及屬性所構(gòu)建的大型數(shù)據(jù)庫，諸如Oracle等。這類數(shù)據(jù)庫主要是依靠不同數(shù)據(jù)之間的關(guān)系所組成，例如對象關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，其又屬于分布式數(shù)據(jù)庫[1]。當(dāng)森林資源監(jiān)測與管理相關(guān)數(shù)據(jù)信息在本系統(tǒng)中進(jìn)行傳輸時，會由中間層傳遞至數(shù)據(jù)層，其中必須還要依靠空間數(shù)據(jù)引擎來起到牽線搭橋的作用，本系統(tǒng)中一般采用了ArcSDE這一引擎來充當(dāng)其中的紐帶。

1.2 中間層

在中間層中，主要包含Web Server、互聯(lián)網(wǎng)、地圖服務(wù)器以及移動互聯(lián)網(wǎng)等。其中地圖服務(wù)器主要是用于對森林資源的地理數(shù)據(jù)信息進(jìn)行獲取，該服務(wù)器能夠?qū)⒖臻g數(shù)據(jù)引擎所給出的相應(yīng)接口進(jìn)行調(diào)用，與空間數(shù)據(jù)庫建立一定的連接，進(jìn)而獲取到空間數(shù)據(jù)信息以及其自身的屬性。接著就可以轉(zhuǎn)換已經(jīng)獲得的空間數(shù)據(jù)，并傳輸至Web Server之中。Web Server主要是用于對互聯(lián)網(wǎng)以及移動互聯(lián)網(wǎng)所上傳的信息瀏覽等需求進(jìn)行響應(yīng)，并根據(jù)用戶的相應(yīng)請求，對地圖服務(wù)器中的相關(guān)森林資源數(shù)據(jù)信息進(jìn)行更新與優(yōu)化。這樣一來，中間層能夠有效地聯(lián)合各類服務(wù)器，充分發(fā)揮出服務(wù)器所具備的效果，最大化地降低負(fù)載不平衡所產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)。

1.3 表現(xiàn)層

表現(xiàn)層主要是用于承載客戶端的相應(yīng)需求，完成與客戶面對面的交流與溝通。表現(xiàn)層能夠通過各類轉(zhuǎn)換設(shè)備進(jìn)行使用，主要包含了PDA、平板電腦、智能手機(jī)以及相關(guān)單位設(shè)計出的GIS嵌入式設(shè)備，同時表現(xiàn)層能夠與各類移動終端進(jìn)行聯(lián)系，將相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行同步，有效支持GIS在離線狀態(tài)下所具備的數(shù)據(jù)信息更新操作。

2 森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)

在林業(yè)單位對森林資源進(jìn)行監(jiān)測與管理時，往往對保密性要求較高，這就導(dǎo)致了無法把不同部門之間的林業(yè)系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)來進(jìn)行連接，一般都會采取內(nèi)部局域網(wǎng)的模式來進(jìn)行信息的傳輸與共享。而不同部門之間的交流與溝通，一般通過拷貝相關(guān)的數(shù)據(jù)來完成，這樣一來既能夠確保數(shù)據(jù)信息不至于外泄，同時也能夠在進(jìn)行管理時，對相關(guān)數(shù)據(jù)信息的訪問權(quán)限進(jìn)行有效的把控。故而在本森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)中，一般通過以下方式來進(jìn)行運轉(zhuǎn)。

2.1 合理運用空間數(shù)據(jù)庫，達(dá)成數(shù)據(jù)的保密傳輸

空間數(shù)據(jù)庫主要是通過標(biāo)準(zhǔn)關(guān)系數(shù)據(jù)庫技術(shù)來對森林資源的地理信息進(jìn)行有效的表達(dá)，通過空間數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用，能夠?qū)⑸仲Y源的相關(guān)關(guān)鍵信息儲存至數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠用于各種不同類型數(shù)據(jù)庫，且支持多人同時進(jìn)行訪問。在此森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)中，主要是通過兩類空間數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)來完成系統(tǒng)的良好運轉(zhuǎn)。

2.1.1 個人以及文件地理數(shù)據(jù)庫

這類數(shù)據(jù)庫在ArcGIS中并不會收取任何費用，主要是選取了Microsoft Jet Engine 這一數(shù)據(jù)文件結(jié)構(gòu)，能夠把GIS相關(guān)數(shù)據(jù)信息有效地儲存至各類規(guī)模較小的文件夾以及數(shù)據(jù)庫之中。這類數(shù)據(jù)庫的儲存容量是依據(jù)文件工作空間大小所決定的，一般來說不超過2GB。由此可見，這類空間數(shù)據(jù)庫主要是應(yīng)用于森林資源數(shù)量較少的監(jiān)測與管理之中，通過空間數(shù)據(jù)庫的合理運用，此森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)在運轉(zhuǎn)時能夠有效保證數(shù)據(jù)傳輸與共享的安全性，解決了傳統(tǒng)監(jiān)測與管理系統(tǒng)所存在的安全性不強這一問題。

2.1.2 多用戶空間數(shù)據(jù)庫

這類數(shù)據(jù)庫主要由ArcSDE提供技術(shù)支撐，能夠?qū)ι仲Y源數(shù)據(jù)信息進(jìn)行多維度的訪問。與文件地理數(shù)據(jù)庫有所不同，前者只能夠由單一用戶進(jìn)行編輯，且無法管理相應(yīng)的版本。多用戶空間數(shù)據(jù)庫則通過ArcSDE，能夠有效承載不同的數(shù)據(jù)庫平臺，諸如informix、Oracle、IBM DB2以及SQL Server等都能夠完美地進(jìn)行對接[2]。多用戶空間數(shù)據(jù)庫有著較為廣泛的使用范圍，一般應(yīng)用于部門、企業(yè)以及各類工作組，能夠?qū)BMS這一結(jié)構(gòu)的作用發(fā)揮得鄰淋漓盡致，有效完成對GIS相關(guān)數(shù)據(jù)信息的連續(xù)儲存。由于我國當(dāng)前需要進(jìn)行監(jiān)測與管理的森林資源范圍較大，數(shù)量較多，故而此森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)主要還是應(yīng)用了多用戶空間數(shù)據(jù)庫，在系統(tǒng)運轉(zhuǎn)時，林業(yè)單位應(yīng)當(dāng)充分考慮到森林資源的實際情況，對整個結(jié)構(gòu)進(jìn)行重新架構(gòu)，在Oracle的基礎(chǔ)之上讓空間數(shù)據(jù)庫能夠得到有效的應(yīng)用。在此系統(tǒng)之中數(shù)據(jù)采取前頁端口，能夠通過既有的PDA軟件，來完成森林資源相關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集與存儲。如若此系統(tǒng)應(yīng)用于省級或以上林業(yè)單位，那么就主要是在林業(yè)單位內(nèi)部局域網(wǎng)之中，完成服務(wù)器數(shù)據(jù)的下發(fā)，以及檢測成果的上傳。如若此系統(tǒng)應(yīng)用于省級以下的林業(yè)單位，那么就要采取個人及文件地理空間數(shù)據(jù)庫，存儲下臨時的數(shù)據(jù)信息，并和省級服務(wù)器中的ArcGIS空間數(shù)據(jù)庫建立有效的對接。

3 多業(yè)務(wù)協(xié)同工作

在此森林資源監(jiān)測與管理體統(tǒng)進(jìn)行運轉(zhuǎn)時，采用了多業(yè)務(wù)協(xié)同工作的模式，通過不同級別的子系統(tǒng)協(xié)同運轉(zhuǎn)，能夠有效組織相關(guān)森林資源數(shù)據(jù)的收錄與處理。此系統(tǒng)的亮點在于，不單單能夠完成對森林資源相關(guān)數(shù)據(jù)信息的收集與存儲，還能夠在運轉(zhuǎn)之時與森林資源的管理進(jìn)行協(xié)同工作。在森林資源的管理之中，存在著對森林資源進(jìn)行調(diào)查這一項工作，一般來說對森林資源進(jìn)行調(diào)查周期是十年左右，這就造成了森林資源數(shù)據(jù)缺乏一定的及時性。通過此系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)協(xié)同工作，就能夠根據(jù)實際情況對森林資源數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的更新，保證了后續(xù)工作的工作效率以及工作質(zhì)量。

4 構(gòu)建多時態(tài)數(shù)據(jù)庫

構(gòu)成林業(yè)資源數(shù)據(jù)的組成成分包括時間和空間兩種，隨著時間和空間變化的數(shù)據(jù)的有效組織、管理、分析運用成為林業(yè)資源管理的重難點工作。這就需要林業(yè)資源管理系統(tǒng)具備有效處理時態(tài)數(shù)據(jù)的功能，能夠以完整的時序分析來高效的處理并解決時間相關(guān)的問題，合理控制時間和空間各個方面存在的問題，將林業(yè)資源數(shù)據(jù)實現(xiàn)全面的處理。另外對林業(yè)資源的輸入實現(xiàn)動態(tài)監(jiān)測及更新，這也是對時間GIS數(shù)據(jù)進(jìn)行管理的一個體現(xiàn)，按照原始數(shù)據(jù)的階段性得出不同階段的結(jié)果數(shù)據(jù)，然后對該數(shù)據(jù)進(jìn)行管理及分析。管理時態(tài)數(shù)據(jù)的一個基本思路，就是將最新的遙感影像設(shè)置為底圖，將各時間節(jié)點的信息作為獨立的圖層，然后顯色設(shè)置差異來實現(xiàn)對不同圖層信息進(jìn)行調(diào)節(jié)的目的。將所有圖層中的變化單元的屬性進(jìn)行一一對應(yīng)的記錄，在此基礎(chǔ)上采用最常用的存儲方式將不同對象的標(biāo)識符進(jìn)行對應(yīng)，然后將標(biāo)識符的原始狀態(tài)和當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行關(guān)聯(lián)對比，確保所有歷史版本能夠與相鄰的版本實現(xiàn)前后關(guān)聯(lián)[3]。在記錄時態(tài)數(shù)據(jù)特征的系統(tǒng)中，設(shè)定數(shù)據(jù)記錄的空間范圍，在該范圍內(nèi)尋找某個時刻的特定數(shù)據(jù)，在這些數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，并非單獨的某個時空的快照，而是整個時空過程以及時空序列表。通過時間維度的加入，三維地理對象描述能夠基于傳統(tǒng)的空間分析的基礎(chǔ)上更加精確的了解某個區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)變化，掌握整體情況后再確定監(jiān)測和研究的重點。

其中，基態(tài)修正法是建立時態(tài)數(shù)據(jù)庫中最常用的方法之一?；鶓B(tài)指的是數(shù)據(jù)在某個特定時刻的狀態(tài)。這種方法不會對研究區(qū)域內(nèi)的多由信息進(jìn)行儲存，而只是選擇一些特殊的時間點的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存，基態(tài)的數(shù)據(jù)變化量有利于大大減小研究對象中的數(shù)據(jù)量，根據(jù)數(shù)據(jù)存儲方式看來，基態(tài)修正法中的模型指的是一種指導(dǎo)的數(shù)據(jù)存儲方法。這個模型有效將時空數(shù)據(jù)劃分成了變化量數(shù)據(jù)以及基態(tài)數(shù)據(jù)兩個部分，同時這兩個部分的數(shù)據(jù)在這個數(shù)據(jù)庫中又是單獨存儲的，他們在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和組織結(jié)構(gòu)中也有所不同。基態(tài)修正法中的模型能夠細(xì)分為向前和向后兩種版本法。其中，向前版本法就是指將某個初始時刻中的狀態(tài)設(shè)定為基態(tài)，然后記錄的部分僅相對于初始狀態(tài)的這個部分；向后版本法是指將實用最頻繁時刻的狀態(tài)設(shè)置為基態(tài)，將每次變化前后的數(shù)據(jù)作為歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。針對林業(yè)時態(tài)的空間數(shù)據(jù)存儲來說，需要按照時間的不同來對數(shù)據(jù)版本進(jìn)行歸檔，當(dāng)需要對某個時刻的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢時，按照數(shù)據(jù)庫中存儲的增量信息，以基態(tài)版本為基礎(chǔ)對數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)處理，幫助特定版本狀態(tài)下的數(shù)據(jù)完成重現(xiàn)。

5 在森林資源的監(jiān)測與管理中合理運用離線編輯

如圖2所示，此森林資源監(jiān)測與管理系統(tǒng)中的中心數(shù)據(jù)庫，是構(gòu)建于ArcSDE基礎(chǔ)之上，在對所有森林資源相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲時，會對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行下載，并進(jìn)行登出的操作。需要注意的是，在登出操作時會注冊當(dāng)前的數(shù)據(jù)版本，注冊登出時相關(guān)數(shù)據(jù)信息所呈現(xiàn)出的狀態(tài)，此時系統(tǒng)通過離線編輯的方式，就能夠讓林業(yè)單位的中心數(shù)據(jù)庫構(gòu)建出更多數(shù)量的端口，多個數(shù)據(jù)庫也就此形成。一般來說，所構(gòu)建的登出數(shù)據(jù)庫，都屬于個人地理數(shù)據(jù)庫的范疇，因為這類數(shù)據(jù)庫僅僅是用于儲存范圍較小的相應(yīng)數(shù)據(jù)信息，其容量已經(jīng)完全能夠滿足相關(guān)要求。當(dāng)更新數(shù)據(jù)信息完畢后，就會把登出數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行拷貝，并傳輸至中央數(shù)據(jù)庫，完成更新數(shù)據(jù)信息的回收工作[4]。由于登出數(shù)據(jù)庫大部分都是個人地理數(shù)據(jù)庫，那么所更新的相關(guān)信息就會被存儲于DBMS表內(nèi)，且這個DBMS表相對獨立，所以能夠直接傳送至中心數(shù)據(jù)庫的登出版本之內(nèi)。如若在完成數(shù)據(jù)登出操作之后，相關(guān)人員修改了相應(yīng)的登出版本，那么該版本中隨后修改的內(nèi)容將被覆蓋掉。通過離線編輯的合理運用，能夠有效讓本系統(tǒng)進(jìn)行良好的運轉(zhuǎn)，進(jìn)而提升對森林資源監(jiān)測與管理的效率與質(zhì)量。

圖2 離線數(shù)據(jù)編輯模式

6 結(jié)語

綜上所述，我國幅員遼闊，地大物博，森林資源在我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展道路中有著巨大的價值，是我國經(jīng)濟(jì)水平不斷提升的基本保障，諸如農(nóng)耕行業(yè)等都離不開珍貴的森林資源。因此，對森林資源進(jìn)行良好的檢測與管理就顯得至關(guān)重要。當(dāng)前大部分林業(yè)單位都應(yīng)用了森林監(jiān)測與管理系統(tǒng)，目的是為了提升森林監(jiān)測與管理的效率與質(zhì)量。闡述了該系統(tǒng)的組成以及運轉(zhuǎn)方式，旨在讓相關(guān)人員能夠明確該系統(tǒng)對于森林資源保護(hù)的作用，從而推動森林資源監(jiān)測與管理工作的有效開展，有效消除生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間所存在的矛盾。