林地資源信息管理系統(tǒng)的研建與實踐探討

蘭玉芳 石小華

摘 要 森林資源管理“一張圖”年度更新調(diào)查已成為我國林地資源監(jiān)管的常態(tài)化工作，是加強林地保護利用管理的重要基礎(chǔ)和支撐。為了推進林地資源成果應(yīng)用，加快智慧林業(yè)建設(shè)進程，探索研究建立基于歷年森林資源調(diào)查成果數(shù)據(jù)、“一張圖”更新數(shù)據(jù)、公益林監(jiān)測成果和歷年遙感影像等數(shù)據(jù)的林地資源信息管理系統(tǒng)，并系統(tǒng)利用統(tǒng)計報表靈活定制和地圖自由查詢檢索等關(guān)鍵技術(shù)，滿足了地方林業(yè)資源管理信息化發(fā)展需要，實現(xiàn)了林地資源成果的信息化、精細化管理，提升林地資源成果數(shù)據(jù)的管理、更新和應(yīng)用水平。

關(guān)鍵詞 林地資源成果數(shù)據(jù);信息管理系統(tǒng);數(shù)據(jù)庫

文章編號：1005-5215（2022）01-0081-03

中圖分類號：S757.2 文獻標(biāo)識碼：A doi：10.13601/j.issn.1005-5215.2022.01.025

森林資源檔案是對各個時期森林資源變化狀況和森林生態(tài)環(huán)境年度狀況的記錄資料，建立在森林資源調(diào)查的基礎(chǔ)上 [1，2]。完備的森林資源檔案能有效地反映森林資源的消長變化情況，也可以反映森林經(jīng)營的效果。近年來，隨著“3S”技術(shù)在調(diào)查、設(shè)計等方面的應(yīng)用普及，目前所有森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)已由原來的手工卡片記錄方法發(fā)展為電子數(shù)據(jù)庫管理;圖形數(shù)據(jù)由原來單一的紙介圖形發(fā)展為電子地圖數(shù)據(jù)等，而所有數(shù)據(jù)匯總、統(tǒng)計、報表制作、查詢等已能夠完全依托計算機來實現(xiàn)[3，4]。因此，實現(xiàn)林業(yè)現(xiàn)代化管理，應(yīng)加快林業(yè)信息化建設(shè)，研究建立林地資源信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)林地資源成果數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和部門共享，為地方林業(yè)的科學(xué)管理和決策提供完整的解決方案。

1 系統(tǒng)建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容

1.1 建設(shè)目標(biāo)

充分利用主流IT技術(shù)、GIS技術(shù)、遙感技術(shù)和地理分析及商務(wù)智能技術(shù)，以林地資源成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，整合基礎(chǔ)地理信息、衛(wèi)星影像、森林資源及林業(yè)管理等數(shù)據(jù)建立林地資源“一張圖”數(shù)據(jù)庫。開發(fā)集數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)編輯、統(tǒng)計匯總、智能分析、專題制圖等于一體，滿足林地資源數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計分析和成果產(chǎn)出的信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)服務(wù)于各級林業(yè)主管部門，實現(xiàn)對歷年林地資源成果數(shù)據(jù)的科學(xué)管理和應(yīng)用，提高地方林業(yè)信息化建設(shè)和管理水平。

1.2 建設(shè)內(nèi)容

1.2.1 林地資源“多庫合一”成果數(shù)據(jù)融合和標(biāo)準(zhǔn)庫建設(shè) 以歷年森林資源“一張圖”調(diào)查成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，融合公益林區(qū)劃界定成果、石漠化和沙化土地數(shù)據(jù)、濕地資源數(shù)據(jù)、一類清查和二類調(diào)查等成果數(shù)據(jù)，形成林地資源“多庫合一”標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫在融合時采取邏輯上、物理上、內(nèi)涵上有機整合和統(tǒng)一[5]。

1.2.2 研建基于“多庫合一”標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的信息管理系統(tǒng) 基于森林資源管理“一張圖”建設(shè)目標(biāo)，研究資源成果數(shù)據(jù)的科學(xué)管理、使用和更新，考慮各部門業(yè)務(wù)協(xié)同，如采伐作業(yè)設(shè)計、營造林作業(yè)設(shè)計及年度檔案數(shù)據(jù)一體化更新等的林地資源管理業(yè)務(wù)。系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)XML、GML接口，與林業(yè)基礎(chǔ)GIS系統(tǒng)及其他林業(yè)專題業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)緊密集成，能夠科學(xué)、及時、準(zhǔn)確、直觀地反映林地資源管理狀況;提供面向各部門用戶的森林資源信息查詢?yōu)g覽服務(wù)，為其他林業(yè)業(yè)務(wù)管理工作提供可靠的林地資源數(shù)據(jù)信息，為領(lǐng)導(dǎo)提供決策依據(jù)。通過系統(tǒng)建設(shè)，進一步提高森林資源監(jiān)測管理效率和服務(wù)水平，促進林業(yè)宏觀決策的科學(xué)化，適應(yīng)林業(yè)跨越式發(fā)展的需要。

2 技術(shù)思路

研究林地資源“多庫合一”技術(shù)方法，考慮重點技術(shù)指標(biāo)的差異和協(xié)同，融合形成林地資源“一張圖”數(shù)據(jù)庫。在此基礎(chǔ)上，采用客戶/服務(wù)器（Client/Server）體系結(jié)構(gòu)形式進行系統(tǒng)開發(fā)，嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)庫安全[6]。利用面向數(shù)據(jù)操作和管理用戶為主的模式，開發(fā)可擴展、易維護的應(yīng)用系統(tǒng)，用戶通過安裝客戶端來實現(xiàn)功能，計算和數(shù)據(jù)管理任務(wù)合理分配到Client端和Server端。服務(wù)器端采用.Net進行開發(fā)，使用GIS Server技術(shù)進行地圖服務(wù)發(fā)布;客戶端采用.Net進行開發(fā)，使用GIS技術(shù)進行圖形開發(fā)。

用戶利用本系統(tǒng)開展森林資源管理、林地資源管理、公益林建設(shè)、營造林規(guī)劃設(shè)計等多方面業(yè)務(wù)工作的同時，實現(xiàn)林地資源數(shù)據(jù)從本地調(diào)查到年度一體化采集更新的全過程、全流程循環(huán)。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

收集現(xiàn)有各類數(shù)據(jù)資源，按照數(shù)據(jù)庫建設(shè)規(guī)范和建庫流程，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)源、不同格式、不同空間參考、不同比例尺、不同時態(tài)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，完成數(shù)據(jù)庫建設(shè)。數(shù)據(jù)建庫流程分3步進行：第1步是標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)，包括數(shù)據(jù)建庫規(guī)范、數(shù)據(jù)庫更新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)成果質(zhì)量規(guī)范;第2步是收集各類數(shù)據(jù)資源，并進行數(shù)據(jù)規(guī)范、整合、處理、檢查、入庫;最后是發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)，為系統(tǒng)開發(fā)提供數(shù)據(jù)資源服務(wù)層，并按照數(shù)據(jù)庫組織和內(nèi)部循環(huán)方式，完成數(shù)據(jù)匯交更新。數(shù)據(jù)建庫流程如圖1。

為了便于管理，將林地資源數(shù)據(jù)庫分為3層：第1層是基礎(chǔ)層，為基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)，數(shù)據(jù)包括4D產(chǎn)品，即基礎(chǔ)矢量數(shù)據(jù)（DLG）、遙感影像數(shù)據(jù)（DOM）、數(shù)字柵格圖形（DRG）、數(shù)字高程模型（DEM）及相應(yīng)各類數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù);第2層是專業(yè)層，包括一類清查、二類資源調(diào)查數(shù)據(jù)，林地保護利用規(guī)劃數(shù)據(jù)、公益林區(qū)劃界定、荒漠化沙化數(shù)據(jù)及濕地數(shù)據(jù)等成果;第3層是管理層，包括營造林規(guī)劃設(shè)計、占用征收、森林采伐、森林災(zāi)害及林業(yè)重點工程等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)按結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化格式統(tǒng)一管理，并通過建立索引進行相互關(guān)聯(lián)?；A(chǔ)層、專業(yè)層和管理層共同組成了林地資源數(shù)據(jù)框架體系，利用基礎(chǔ)層建立系統(tǒng)應(yīng)用背景服務(wù)，專業(yè)層建立本底數(shù)據(jù)支撐，通過業(yè)務(wù)過程“沉淀”成果數(shù)據(jù)，再按照年度更新到本底數(shù)據(jù)的過程，完成林地資源數(shù)據(jù)庫的逐年累積，實現(xiàn)林地資源數(shù)據(jù)的全生命周期管理及全業(yè)務(wù)流程管理，形成實時性、有效性和權(quán)威性的林地資源數(shù)據(jù)庫。各層之間的關(guān)系如圖2。

4 系統(tǒng)功能設(shè)計與應(yīng)用

系統(tǒng)功能設(shè)計主要包括林地資源空間查詢子系統(tǒng)、資源本底數(shù)據(jù)更新子系統(tǒng)、智能分析子系統(tǒng)、資源統(tǒng)計匯總子系統(tǒng)及二三維一體化子系統(tǒng)。

4.1 空間查詢子系統(tǒng)

通過空間查詢子系統(tǒng)（圖3）可以掌握林地資源的空間分布情況，利用檢索功能可以查詢到山頭地塊小班的詳細屬性和空間信息。

系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)查詢方式：（1）按政區(qū)查詢。系統(tǒng)列出當(dāng)前區(qū)域內(nèi)所有行政單位 （省或自治區(qū)、市、縣、鄉(xiāng)、行政村），通過用戶選擇單位，實現(xiàn)政區(qū)內(nèi)林班、小班快速檢索和定位。（2）任意點擊查詢。可任意點擊地圖上某一資源小班，列出對應(yīng)小班卡片信息列表。（3）條件組合查詢。支持用戶自定義SQL語句條件查詢，包含單因子SQL語句和多因子SQL語句組合查詢。（4）通過位置查詢。根據(jù)要素之間的位置關(guān)系，利用一個圖層上的圖形選擇另外一個或幾個圖層上的資源圖形。（5）按圖幅檢索。系統(tǒng)提供1∶1萬、1∶2.5萬、1∶5萬和1∶10萬的標(biāo)準(zhǔn)分幅，可通過任意圖幅檢索該范圍內(nèi)資源詳情信息。

4.2 數(shù)據(jù)更新子系統(tǒng)

系統(tǒng)提供高效便捷的數(shù)據(jù)采集編輯功能，數(shù)據(jù)采集過程中可進行圖形拓撲分析和屬性邏輯控制，提升數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量。同時提供豐富的圖形編輯工具和屬性更新工具。區(qū)劃時，系統(tǒng)能自動檢測碎小班，對面積小于0.067 hm2的碎小班進行自動融合。系統(tǒng)支持多種數(shù)據(jù)更新方式：（1）前后期影像對比更新。通過前期影像、后期影像卷簾對比分析，人工找出變化小班，然后對變化區(qū)域進行區(qū)劃更新。（2）按照現(xiàn)有經(jīng)營管理資料更新。通過現(xiàn)有工程驗收圖（圖片格式），如造林作業(yè)設(shè)計圖、征占用林地紅線、天保工程資料等，經(jīng)過校正后，添加到地圖，完成變更圖斑勾繪。（3）用已有矢量數(shù)據(jù)動態(tài)更新。通過已有矢量圖（shp、mdb、sde等格式）直接更新資源本底。

4.3 智能分析子系統(tǒng)

利用各種空間分析模型、空間操作技術(shù)對林地資源空間數(shù)據(jù)進行智能分析，解決更加復(fù)雜的地理問題。系統(tǒng)提供的智能分析工具有：（1）對比分析。對選定的林地資源業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，可通過空間圖形和要素屬性的對比來分析不同年度間的變化，且比對結(jié)果能以圖形空間變化、統(tǒng)計匯總及多維圖表等形式表達。（2）區(qū)域分析。通過繪制圖形、導(dǎo)入shp（平面坐標(biāo)或地理坐標(biāo)）等，統(tǒng)計林地資源情況并生成統(tǒng)計圖、表，支持圖形裁剪、相交、包含等操作。（3）時態(tài)分析。支持對林地資源小班、歷史影像信息的動態(tài)回放，分析山頭地塊小班信息的空間變化過程。（4）緩沖區(qū)分析。以點、線（林帶）、面（小班）等實體為基礎(chǔ)，自動建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形圖層，然后建立該圖層與林地資源小班圖層的疊加，從而分析得到緩沖區(qū)范圍內(nèi)資源情況。

4.4 統(tǒng)計匯總子系統(tǒng)

系統(tǒng)支持對林地資源數(shù)據(jù)的統(tǒng)計匯總功能，包括標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計和定制統(tǒng)計。標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計指系統(tǒng)能出國家標(biāo)準(zhǔn)格式的統(tǒng)計報表;定制統(tǒng)計指用戶自定義統(tǒng)計表的橫軸因子、縱軸因子、統(tǒng)計內(nèi)容和統(tǒng)計范圍進行的統(tǒng)計。系統(tǒng)采用自主研發(fā)的復(fù)雜報表定制技術(shù)，研究復(fù)雜報表動態(tài)可配置方法，設(shè)計實現(xiàn)自動生成具體的數(shù)據(jù)倉庫存儲結(jié)構(gòu)，使用戶可以直接通過可視化界面定制所有復(fù)雜類型報表的模板、主題、元素和展示方式，并通過本地緩存技術(shù)實現(xiàn)報表快速統(tǒng)計，用戶不需要了解系統(tǒng)的底層數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)就可快速完成復(fù)雜報表的設(shè)計和統(tǒng)計，實現(xiàn)動態(tài)、靈活、按需配置，有效節(jié)約開發(fā)成本，提升運行效率。

4.5 二三維一體化子系統(tǒng)

利用計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)、三維地理信息技術(shù)及虛擬現(xiàn)實技術(shù)，集成遙感影像、地形數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)、林地資源數(shù)據(jù)及其相關(guān)信息，搭建一個二三維環(huán)境森林資源空間分布、林區(qū)自然風(fēng)貌等應(yīng)用的子系統(tǒng)。通過對三維數(shù)據(jù)的緩存處理及多線程的加載技術(shù)，實現(xiàn)二三維數(shù)據(jù)管理一體化、展示一體化及分析應(yīng)用一體化，為林地資源提供更直觀的監(jiān)管方式。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)針對森林資源管理工作的新形勢新要求，在基礎(chǔ)地理信息、衛(wèi)星影像、林業(yè)管理數(shù)據(jù)等基礎(chǔ)上，通過整合、研發(fā)，構(gòu)建 “一張圖”“一個系統(tǒng)”，服務(wù)于地方林草主管部門，實現(xiàn)面向調(diào)查評價、監(jiān)管決策和資源共享的信息化服務(wù)體系。系統(tǒng)實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集更新、內(nèi)業(yè)處理、數(shù)據(jù)入庫、服務(wù)發(fā)布、信息管理及信息共享等一體化，達到森林資源監(jiān)測管理工作的全過程信息化和可視化，為地方林業(yè)的科學(xué)管理和決策提供完整的解決方案。通過對本系統(tǒng)的實際應(yīng)用，實現(xiàn)了對地方森林資源管理業(yè)務(wù)的科學(xué)監(jiān)管。同時，通過系統(tǒng)規(guī)范化、統(tǒng)一化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和精細化管理，為相關(guān)業(yè)務(wù)工作節(jié)約了時間，簡化了數(shù)據(jù)申請工作流程，提高了工作效率。

此外，系統(tǒng)集成了林地資源各類數(shù)據(jù)，形成了林地資源“一張圖”數(shù)據(jù)庫，為各業(yè)務(wù)部門提供數(shù)據(jù)支持。其中，管理部門可對所轄區(qū)域內(nèi)森林資源實行更精細化的管理;規(guī)劃部門可根據(jù)森林資源分布狀況、生態(tài)環(huán)境情況與植被生長適應(yīng)性情況進行造林與生態(tài)恢復(fù)規(guī)劃;建設(shè)部門可根據(jù)森林資源分布情況進行更加科學(xué)的選址，從而減少對生態(tài)系統(tǒng)的破壞;而生態(tài)護林員的管護區(qū)域也更加明確，有效避免了管理空區(qū)。

參考文獻：

[1] 霍振江.基于林分動態(tài)生長模型的小班資源檔案更新研究[J].林業(yè)資源管理， 2018（1）： 141-147

[2] 李春干.基于遙感圖像變化檢測的森林資源數(shù)據(jù)更新[J].林業(yè)建設(shè)， 2014（6）：91-93

[3] 樂通潮.林業(yè)外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[J]. 防護林科技，2020（6）： 61-63

[4] 李啟壽，陳文靜，劉美爽.基于VisualC++與MapObjects的森林資源管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)——以帽兒山實驗林場為例[J]. 西北林學(xué)院學(xué)報，2020，35（6）： 221-227

[5] 高金萍，高顯連，杜彬，等.森林資源“多庫合一”管理和更新業(yè)務(wù)平臺研建與實踐探討——以內(nèi)蒙古大興安嶺重點國有林區(qū)為例[J].林業(yè)資源管理，2020（5）：44-51

[6] 孫海寧，孫艷麗.北京市古樹名木管理信息系統(tǒng)的開發(fā)與應(yīng)用[J].林業(yè)資源管理，2020（2）：161-166