新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺的應用實例分析

李曦光 王蕾 丁程峰

摘要： ?基于新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺，按照統(tǒng)一標準整合新疆沙棘資源數(shù)據(jù)，建立融合氣象、土壤、有害生物等數(shù)據(jù)的沙棘資源數(shù)據(jù)庫，對新疆沙棘資源進行動態(tài)監(jiān)測和分析。得出新疆沙棘資源總面積為10 640 hm2，阿勒泰地區(qū)為最大優(yōu)勢區(qū)，種植面積達到7 033 hm2，占全疆沙棘總面積的66.10%，種植株行距主要以1.5 m×4.0 m為主，新疆沙棘成熟期集中于9、10月份，所受病害以潰瘍病為主。

關(guān)鍵詞： ?大數(shù)據(jù)平臺; ?云計算; ?3S; ?林果; ?沙棘

中圖分類號： ? S 793.6 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ? A ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1001 - 9499（2020）04 - 0045 - 06

新疆具有獨特的地理氣候條件與生態(tài)環(huán)境，在天山、昆侖山穩(wěn)定的水源補給和得天獨厚的光熱條件下，當?shù)亓止哂泻橇扛?、營養(yǎng)豐富的特點[ 1 ]。新疆發(fā)展特色林果業(yè)潛力巨大，林果業(yè)是新疆區(qū)域經(jīng)濟的重要增長點，是地區(qū)經(jīng)濟支柱產(chǎn)業(yè)之一[ 2 ]。截至2019年底，新疆林果業(yè)種植總面積達144.52萬hm2，其中，地方123.04萬hm2，新疆生產(chǎn)建設兵團21.48萬hm2;林果總產(chǎn)量1 165.83萬噸，其中，地方769.25萬噸，新疆生產(chǎn)建設兵團396.58萬噸，位居全國前列。在新疆林果業(yè)總體規(guī)模擴大、效益增長的同時，也暴露出種植結(jié)構(gòu)不合理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計渠道不一致、技術(shù)支持不到位等諸多問題，極大限制了新疆林果業(yè)的快速發(fā)展。長期以來，我國非常重視林業(yè)信息化工作，啟動了基于互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)的林業(yè)科學數(shù)據(jù)共享，實施了全國林地“一張圖”數(shù)據(jù)庫建設工作[ 3 - 9 ]，近年來的遙感技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)更使林業(yè)信息化程度迅速提高。在新疆維吾爾自治區(qū)人民政府和林草局的支持下，新疆林業(yè)科學院承擔建設了集大數(shù)據(jù)[ 10 ]、云計算[ 11 ]和3S技術(shù)[ 12 ]于一體的新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺，旨在實現(xiàn)林果數(shù)據(jù)的存儲、分析、應用和展示，為優(yōu)化林果業(yè)發(fā)展布局提供依據(jù)，科學指導產(chǎn)業(yè)發(fā)展。本研究在新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺“一張圖”建設成果基礎上，以新疆沙棘資源為例，對平臺的實際應用進行闡述與分析。通過新疆林果資源數(shù)據(jù)服務體系建設，構(gòu)建以地理信息、空間遙感信息等為基礎的新疆林果大數(shù)據(jù)服務平臺，形成對新疆沙棘產(chǎn)業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù)協(xié)同共享的重要技術(shù)支撐。

1 新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺

1. 1 平臺概況

新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺是利用大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、遙感、GIS等先進技術(shù)和理念，通過對遙感影像數(shù)據(jù)、林果資源數(shù)據(jù)、氣象數(shù)據(jù)、GPS定位數(shù)據(jù)等各類數(shù)據(jù)的全面整合，形成面向新疆特色林果業(yè)務應用的信息資源綜合數(shù)據(jù)庫。在構(gòu)建的特色林果綜合信息數(shù)據(jù)庫基礎上，采用大數(shù)據(jù)分析挖掘算法[ 13 ]、GIS空間分析方法等，實現(xiàn)新疆特色林果在全疆一張圖的綜合展示、林果資源查詢統(tǒng)計、智能決策分析（如適生區(qū)分析、產(chǎn)量預測等）、林果產(chǎn)業(yè)管理、林果技術(shù)服務管理等功能，打造區(qū)域特色林果品牌，為資源的合理開發(fā)、有效管理、風險防控、林果項目的規(guī)劃和輔助決策提供服務。新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺使數(shù)據(jù)的精準性、時效性得到極大提高，簡化了步驟，縮短了時間，降低了成本，大幅減少了基層工作人員的工作量。

1. 2 平臺總體架構(gòu)

新疆特色林果大數(shù)據(jù)管理平臺是一個整合了多種功能的大數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，需要實現(xiàn)不斷增長的林果業(yè)數(shù)據(jù)與各類相關(guān)資源數(shù)據(jù)的存儲和應用，還需要兼顧信息資源整合、數(shù)據(jù)共享、大數(shù)據(jù)挖掘與分析等功能，因此，平臺總體架構(gòu)的設計需要有良好的兼容性、擴展性與高效性。平臺由基礎支撐層、數(shù)據(jù)資源層、服務資源層、資源應用層和用戶層構(gòu)成。（1）基礎支撐層，包括網(wǎng)絡通信設備、數(shù)據(jù)服務器、應用服務器、林果業(yè)物聯(lián)網(wǎng)設備等。（2）數(shù)據(jù)資源層，包括全疆交通道路、河流水系、居民建筑等矢最數(shù)據(jù)，以及全疆高清遙感影像數(shù)據(jù)、三維地形數(shù)據(jù)、林果資源數(shù)據(jù)等。（3）服務資源層，以數(shù)據(jù)服務總線為核心，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源的注冊管理、服務接口、服務安全管理和運行監(jiān)控等功能。（4）資源應用層，包括支撐應用、通用應用和專業(yè)應用，具有綜合展示、查詢、統(tǒng)計分析和預測決策等功能，實現(xiàn)全疆特色林果資源“一張圖”。（5）用戶層，包括新疆自治區(qū)政府、林果辦、科技處、信息中心、林科院和規(guī)劃院等相關(guān)單位，還包括全疆各州縣林業(yè)技術(shù)人員、林果種植戶、林果加工企業(yè)等。

1. 3 平臺拓撲結(jié)構(gòu)

新疆特色林果大數(shù)據(jù)管理平臺主體運行于林業(yè)政務網(wǎng)環(huán)境，主要由數(shù)據(jù)存儲區(qū)、數(shù)據(jù)管理、綜合展示平臺、綜合業(yè)務應用集成平臺、部門間交換平臺和安全認證區(qū)構(gòu)成。平臺拓撲結(jié)構(gòu)如圖1所示。1. 4 平臺環(huán)境參數(shù)

（1）軟件環(huán)境建設

操作系統(tǒng)：Microsoft Windows Server 2012版

數(shù)據(jù)庫：oracle 11g R2 server 64bit for windows

Web服務器：apache-tomcat-7.0

運行環(huán)境：Java JDK 1.7

（2）硬件環(huán)境建設

x86_64 架構(gòu)（64位）CPU

4cpu/8G內(nèi)存/120G空間

1. 5 數(shù)據(jù)庫建設

數(shù)據(jù)是平臺運行的首要資源，根據(jù)林果生長規(guī)律和數(shù)據(jù)使用需要，平臺分類建設了7個數(shù)據(jù)庫。（1）林果小班空間數(shù)據(jù)庫，包括小班矢量數(shù)據(jù)、投影、坐標系等。（2）林果小班屬性數(shù)據(jù)庫，包括地類、樹種、品種、樹齡、樹高、郁閉度、面積、產(chǎn)量等數(shù)據(jù)。（3）林果有害生物數(shù)據(jù)庫，包括有害生物類別、地區(qū)、受災程度、受災面積、防治措施等數(shù)據(jù)。（4）林果氣候適生性數(shù)據(jù)庫，包括樹種、積溫條件、高溫耐受條件、低溫耐受條件等數(shù)據(jù)。（5）林果科技資料數(shù)據(jù)庫，包括樹種、品種、資料大類、資料小類、作者、出版年度等數(shù)據(jù)。（6）林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展數(shù)據(jù)庫，包括生產(chǎn)基地、企業(yè)、產(chǎn)品類別、產(chǎn)量、銷量、價格、庫存等數(shù)據(jù)。（7）全疆各監(jiān)測站歷年氣象數(shù)據(jù)庫，包括小時溫度、日均溫度、日高溫、日低溫、降水量、日照時數(shù)、干熱風和霜凍情況等數(shù)據(jù)。

2 新疆沙棘概況及發(fā)展優(yōu)勢

沙棘（Hippophae rhamnoides L），又名醋柳、沙棗、酸刺等，為胡頹子科酸刺屬落葉灌木或小喬木;枝灰色，常有刺，葉線狀披針形，背銀色鱗毛。春季先葉開花，花極小，帶黃色;果實呈廣橢圓形，橙黃色[ 14 - 15 ]。我國的天然沙棘林集中分布在青藏高原和西部一些地區(qū)，沙棘總面積居世界各國之首，占世界沙棘總面積的95%，累計沙棘面積（野生加種植）達1.4×106 hm2。新疆的沙棘資源較為豐富，分布范圍廣，南北疆均有分布，在新疆烏魯木齊河谷、額爾齊斯河谷平原、博爾塔拉河谷、伊犁河谷及其各支流等地有大面積集中成片的野生純林[ 16 ]。新疆發(fā)展沙棘資源具有得天獨厚的優(yōu)勢條件[ 17 ]，新疆土地面積大，能夠種植沙棘的荒山荒坡、河灘、沙地等土地面積很多，新疆的自然條件和氣候因素適宜沙棘生長，沙棘在新疆32個縣（區(qū)）以天然林的方式存在，在伊犁河谷地區(qū)生長表現(xiàn)尤為突出，沙棘果實的果皮、果汁、果肉和種子含油量均比其他地區(qū)高。

3 新疆沙棘大數(shù)據(jù)研究目標及應用步驟

3. 1 研究目標

通過調(diào)查、測算和分析，達到以下5項研究目標。（1）查清新疆沙棘種植地點、面積、分布、主要樹種及品種、主要樹種種植株數(shù)和產(chǎn)量等;（2）查清新疆沙棘的主要樹種的林齡（果期）、結(jié)構(gòu)、樹種結(jié)構(gòu)及受害狀況;（3）查清新疆沙棘的經(jīng)營管理狀況;（4）對數(shù)據(jù)進行分析，為沙棘產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局提供決策依據(jù);（5）為種植戶、企業(yè)推送簡約化的沙棘管理技術(shù)。

3. 2 資源數(shù)據(jù)應用

新疆沙棘數(shù)據(jù)應用主要分為以下4個步驟：

（1）內(nèi)業(yè)準備。利用高清衛(wèi)星影像進行圖斑區(qū)劃與智能判讀，精算相應圖斑的面積。

（2）數(shù)據(jù)采集。利用手持采集設備自動定位，在現(xiàn)地選擇內(nèi)置調(diào)查因子，根據(jù)新疆林業(yè)科學院制定的采集標準和作業(yè)規(guī)范，最終確定了45項調(diào)查因子（表1）。

（3）數(shù)據(jù)處理。外業(yè)調(diào)查匯總的數(shù)據(jù)庫審查通過之后，上傳至新疆林業(yè)科學院的特色林果綜合信息數(shù)據(jù)庫進行統(tǒng)計分析，以圖、表的形式生成分析報告。

（4）成果數(shù)據(jù)應用。通過新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺對成果內(nèi)容進行發(fā)布、管理、分析與應用。

4 新疆沙棘大數(shù)據(jù)應用成果分析

4. 1 新疆沙棘資源分布

基于新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺，將采集到的沙棘資源小班數(shù)據(jù)集成在一張圖上，展示分析全疆沙棘資源分布情況。由新疆沙棘資源分布統(tǒng)計表（表2）、新疆沙棘資源分布圖（圖2）和沙棘產(chǎn)業(yè)布局圖（圖3）可以看出，截至2019年末，新疆沙棘資源總面積已近10 640 hm2，種植區(qū)域分布于伊犁河谷、塔城、阿勒泰、博州、克拉瑪依、和田、阿克蘇等地區(qū)，主要分布于阿勒泰地區(qū)、塔城地區(qū)和克爾克孜勒蘇柯爾州這3個優(yōu)勢區(qū)，其中，阿勒泰地區(qū)為最大優(yōu)勢區(qū)，種植面積達到7 033 hm2，占全疆沙棘總面積的66.10%，主要分布于青河縣、哈巴河縣和布爾津縣?，F(xiàn)有栽培品種以中國沙棘為主，栽培面積占總面積的85%，栽培的大果沙棘有遼阜、齊棘1號、橙色、烏蘭格木、實優(yōu)一號、楚伊、優(yōu)勝、阿爾泰新聞等品種。

4. 2 主產(chǎn)區(qū)沙棘分布情況

利用新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺，選取沙棘主產(chǎn)區(qū)——阿勒泰地區(qū)青河縣進行分析，得出青河縣沙棘資源總面積為2 866.67 hm2（圖4），其中，塔克什肯鄉(xiāng)1 113.33 hm2，阿尕什敖包鄉(xiāng)680 hm2，阿熱勒鄉(xiāng)333.33 hm2，薩爾托海鄉(xiāng)300 hm2，查干郭勒鄉(xiāng)253.33 hm2，阿熱勒托別鄉(xiāng)186.67 hm2。同時，青河縣主要以種植園的方式進行集中種植，實現(xiàn)沙棘種植產(chǎn)業(yè)化，配合當?shù)氐纳臣庸て髽I(yè)，形成了一套完整的產(chǎn)、運、銷產(chǎn)業(yè)鏈。

4. 3 沙棘種植現(xiàn)狀

將新疆沙棘資源小班數(shù)據(jù)定位到鄉(xiāng)村一級，精確到每個地塊（圖5，圖6）。選取青河縣阿尕什敖包鄉(xiāng)阿克加爾村的沙棘小班，得到所選小班的詳細屬性信息，具體包括樹種、事權(quán)等級、土地權(quán)屬、面積、株行距、管理水平、災害程度、土壤屬性、種植類型等。利用平臺加載的高清衛(wèi)星影像，可清晰查看所選沙棘小班的種植現(xiàn)狀，青河縣沙棘種植株行距主要以1.5 m×4.0 m為主，部分地塊株行距為1.0 m×6.0 m。

4. 4 沙棘成熟期分布情況

結(jié)合多年期沙棘成熟期數(shù)據(jù)，得出新疆沙棘資源成熟期主要集中在9月和10月，成熟期面積分別為2 867 hm2和4 067 hm2，成熟面積占總面積的65.17%?；诔墒烀娣e數(shù)據(jù)，結(jié)合每個地塊的株行距數(shù)據(jù)，可估算出不同成熟期的沙棘產(chǎn)量。

4. 5 沙棘病害分布情況

平臺利用多年期新疆沙棘受災數(shù)據(jù)，計算出新疆每年沙棘病害分布情況。新疆沙棘所受病害主要以潰瘍病為主，2017年沙棘潰瘍病集中于阿勒泰地區(qū)，受災面積為5 133.33萬hm2。結(jié)合多年受災數(shù)據(jù)，可對遭受潰瘍病高風險地塊做出預警，提前部署預防措施。

4. 6 技術(shù)推廣服務

新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺具有栽培信息移動端推廣功能（圖7），可向移動終端、微信公眾平臺推送沙棘科學栽培技術(shù)。此外，利用移動端與平臺實時數(shù)據(jù)聯(lián)動，可實現(xiàn)對沙棘種植地的遠程管理，隨時定位所選地塊的位置并顯示該地塊的基本屬性。同時，可根據(jù)數(shù)據(jù)庫中已有的沙棘地塊土壤數(shù)據(jù)，生成測土配肥推薦卡，計算出每個沙棘地塊需要的氮、磷、鉀肥最優(yōu)值，指導果農(nóng)精準施肥。

5 結(jié)論與展望

5. 1 基于新疆特色林果大數(shù)據(jù)管理平臺，建設全疆統(tǒng)一采集、統(tǒng)一存儲、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一應用的林果資源數(shù)據(jù)倉庫，成功實現(xiàn)了全疆特色林果資源“一張圖”的綜合展示。通過研究沙棘在林果大數(shù)據(jù)管理平臺的實際應用，為管理部門提供林果分布、面積、樹種結(jié)構(gòu)、動態(tài)趨勢等情況，為優(yōu)化沙棘發(fā)展布局提供依據(jù)，科學指導沙棘產(chǎn)業(yè)發(fā)展，使更多的種植戶方便了解沙棘栽培和管理技術(shù)。基于林果大數(shù)據(jù)和地理信息技術(shù)，從緯度、海拔、氣候等方面分析區(qū)域沙棘產(chǎn)品的獨特性和優(yōu)越性，增強品牌競爭力[ 18 ]。平臺可為優(yōu)化沙棘發(fā)展布局提供數(shù)據(jù)支持，科學指導沙棘產(chǎn)業(yè)發(fā)展，為沙棘經(jīng)營者提供高效精準的動態(tài)數(shù)據(jù)，為新疆沙棘產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學技術(shù)支撐。

5. 2 截至2019年末，新疆沙棘資源總面積為10 640 hm2，主要分布于伊犁河谷、塔城、阿勒泰、博州、克拉瑪依、和田、阿克蘇等地區(qū)，其中，阿勒泰地區(qū)為最大優(yōu)勢區(qū)，種植面積達到7 033 hm2萬畝，占全疆沙棘總面積的66.10%。平臺成功實現(xiàn)了對沙棘數(shù)據(jù)的信息化管理，實現(xiàn)了資源“一張圖”綜合展示，結(jié)合衛(wèi)星影像精準呈現(xiàn)了沙棘的分布格局、種植情況等信息，并通過移動端向種植戶、企業(yè)實時推送沙棘栽培管理技術(shù)，包括種植、病蟲害防治、管理技術(shù)等方面內(nèi)容，有效提高了技術(shù)人員的培訓效率，降低了培訓成本，為沙棘產(chǎn)業(yè)發(fā)展布局提供了科學指導依據(jù)。

5. 3 新疆沙棘資源成熟期主要分布于每年9月和10月，成熟面積占總面積的65.17%，種植株行距以1.5 m×4.0 m為主，所受病害主要為潰瘍病，且集中于阿勒泰地區(qū)。通過對數(shù)據(jù)分析，可為新疆沙棘產(chǎn)業(yè)優(yōu)化調(diào)整提供數(shù)據(jù)支撐，利用已有的分析成果，可在沙棘資源優(yōu)勢區(qū)建立標準種植園區(qū)，形成生產(chǎn)、加工、物流、配送、銷售的全產(chǎn)業(yè)鏈，為企業(yè)確定采摘地塊、統(tǒng)計采栽面積，給銷售、物流、加工業(yè)提供精準數(shù)據(jù)。

5. 4 充分利用平臺數(shù)據(jù)庫現(xiàn)有的沙棘資源數(shù)據(jù)，可對沙棘種植產(chǎn)業(yè)進行規(guī)范化指導，建立健全行業(yè)內(nèi)沙棘種植及果品品質(zhì)分級標準，引領沙棘種植新方式。利用大數(shù)據(jù)管理平臺，可對沙棘果品賦予地理信息識別身份，讓市場以最簡單的方式識別新疆沙棘產(chǎn)品，打造新型數(shù)字化沙棘產(chǎn)業(yè)。今后可利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)生成新疆沙棘的適生區(qū)域規(guī)劃[ 19 ]，為地區(qū)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供決策依據(jù)，進而完善提高新疆特色林果信息化管理能力和實際應用水平，為新疆林果產(chǎn)業(yè)發(fā)展、農(nóng)村社會穩(wěn)定和脫貧攻堅提供有力的信息支持和技術(shù)保障。相信隨著后續(xù)平臺數(shù)據(jù)采集與更新機制的建立，新疆林果大數(shù)據(jù)管理平臺將在更多的林果品種信息化管理方面得到越來越廣泛的應用。

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第1作者簡介： ?李曦光（1989-）， ?男， ?助理研究員， ?主要從事數(shù)字林業(yè)的研究工作。

通訊作者： ?高?。?973-）， ?男， ?高級工程師， ?主要從事3S及干旱區(qū)土地退化研究應用工作。

收稿日期： 2020 - 04 - ?18

（責任編輯： ? 王 巖）

Abstract Based on the Xinjiang forest and fruit big data management platform， the seabuckthorn resource data of Xinjiang is integrated according to a unified standard， and a seabuckthorn resource database integrating meteorological， soil， and pest data is established to dynamically monitor and analyze the seabuckthorn resources of Xinjiang. The total area of seabuckthorn resources in Xinjiang is 10 640 hm2. The Altay region is the most advantageous area. The planting area reached 7 033 hm2. It accounts for 66.10% of the total area of seabuckthorn in Xinjiang. The plant row spacing is mainly 1.5 m×4.0 m. The maturity of Xinjiang seabuckthorn is concentrated in September and October， The disease suffered is mainly ulcer disease.

Key words Big data platform; ?Cloud computing; ?3S; ?Forest-fruits; ?Seabuckthorn