基于SuperMap IS.NET的带岭地区NPP信息系统的设计与实现

范文义，任 义，王晓杰

(东北林业大学 林学院，哈尔滨 150040)

随着温室效应引发的全球变暖问题越来越突出，植被作为温室气体CO2的主要吸收群落和陆地固态碳的主要载体，各国积极开展植被在生态系统中的固碳释碳方面能力的研究。植被净初级生产力(Net Primary Productivity，NPP)是定量评价和估计生态系统的碳源或碳汇作用的关键因子[1]，我国NPP研究是从20世纪80年代后期开始的，研究的重点主要集中在NPP模型的引进及改造，然而基于模型模拟得到NPP信息的管理及数据的挖掘分析，特别是通过WEB的形式发布方面的研究很少涉及 。WebGIS是将Internet技术应用到GIS开发的产物，将GIS技术的图形属性一体化、强大的分析能力与网络技术的发布优势结合一起，为用户提供空间数据浏览、查询和分析等功能，已经成为GIS发展的必然趋势[2]。SuperMap IS.NET是超图公司自主开发的一个WebGIS开发平台，在森林资源的现代化信息管理中应用越来越广泛，例如2009年周玲以鄂托克旗为例开发的鄂托克旗森林资源管理系统，2010年于丽珠等开发的塔河林业局森林资源管理系统。

本研究以黑龙江省带岭林业局为例，采用BEPS模型生成的区域NPP数据作为基础数据，以及研究区的行政区界、高程、坡度和坡向等作为辅助数据。建立NPP数据库，设计并开发基于SuperMap IS.NET平台的NPP信息系统，将森林资源管理系统与NPP管理数据分析系统结合。为黑龙江省带岭林业局的碳循环研究提供高效、可靠的信息发布平台。

1 数据库的搭建

1.1 数据收集与处理

收集黑龙江省带岭林业局基础地理数据包括：县、河流、道路和行政界限以及2007年单月NPP数据，对数据建立统一的投影信息，通过栅格计算，得到研究区域各县各月的NPP信息数据，并且添加到行政区界的属性表中。收集研究区的1：50 000等高线数据，通过GIS软件生成带岭林业局DEM数据、坡度数据、坡向数据，用以反映高程、坡度、坡向等因子对NPP的影响。根据带岭林业局的实际情况国家以及相应规定，对各地形因子进行等级划分，具体划分标准以及具体信息见表1～表3。生成的各地形因子分级图如图1～图3所示。

表1 带岭林业局高程划分及各高程NPP信息

表2 带岭林业局坡度划分及各坡度NPP信息

表3 带岭林业局坡向划分及各坡向NPP信息

图1 带岭林业局DEM分级图

图2 带岭林业局坡度分级图

图3 带岭林业局坡向分级图

1.2 数据库建立

为了高效、方便的存储地理信息数据以及便于对用户系统后台管理，本系统采用SQL Server2005作为数据访问层对数据进行存储和管理，建立普通数据库和空间数据库[3]。

普通数据库：普通数据库主要用于存储用户信息和管理员信息。根据不同的操作权限，普通用户只能进行访问和下载数据，而管理员用户不仅可以对数据进行插入、删除、更新等基本后台操作也对可以对普通用户进行管理。

空间数据库：针对地理信息数据往往具有数据量大、数据类型多、空间数据和属性数据统一等特点，SuperMap IS.NET 集成了强大的空间数据引擎技术 SuperMap SDX+，从而可以顺利实现将空间数据和非空间数据一体化存储到 Oracle、SQL Server 和 Sybase 等大型关系数据库中，并能够满足高效、稳定地进行空间数据访问的需要[4]。本文通过桌面软件SuoerMap Deskpro新建SQL+数据源建立空间数据库,如图4所示。

图4 系统数据库的建立

2 系统设计与实现

2.1 需求分析

该系统主要功能是实现黑龙江省带岭林业局NPP信息的发布以及对NPP数据在时间、空间上的变化进行分析，所以本系统既是一个完整的地理信息系统也是一个针对特定专业人群的分析决策的辅助系统。因此应包含以下几种模块。

(1)知识普及。提供对NPP概念等基础知识的普及以及研究区域介绍和开发人员等相关知识。

(2)用户管理。对用户信息进行管理。包含：用户注册、登录以及密码验证和验证码的获取、验证等。

(3)地图基本操作。包含地图的放大、缩小、漫游以及距离、面积量算等基本的地图操作。

(4)NPP信息查询及分析。实现对NPP信息的双向查询，实现单点信息和统计信息的双向查询，以及绘制NPP信息时间曲线和分析NPP信息与高程、坡度、坡向等空间数据因子分析。

(5)数据共享。实现数据的上传和下载，实现真正意义上的数据共享。

2.2 系统结构设计

根据系统的需求分析，总体来将系统体系结构分为三个层次分别为：表现层、业务层和数据层[5-6]，如图5所示。

图5 系统结构设计图

表现层是用户与系统交互的接口，为用户提供了一个可视化的界面，使用户能够对系统发布进行简单的操作。业务层主要包含网络服务器和GIS服务器以及数据库，用户通过网络服务器(IIS)对系统发出请求，然后通过GIS服务器响应，由数据库读取数据，然后返回GIS服务器对数据进行处理，并生成图片缓存在图片存储器中，最后浏览器直接下载到本地进行浏览。具体流程图如图6所示。数据层主要包含两部分：用户信息数据和GIS数据两部分，其中GIS数据通过空间数据引擎技术 SuperMap SDX+存储在SQL Server 2005中。

图6 WebGIS系统发布流程

3 程序设计

本系统采用B/S架构模式，它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种变化和改进的结构。用户仅通过浏览器就能与服务器进行交互，这样大大简化客户端的负荷，采用的主体语言是C#，通过连接SQL Server 2005，实现对用户信息和空间数据的调用。

3.1 数据库连接

3.1.1 用户信息数据库连接

本系统的用户信息数据库是采用.NET Framework框架的ADO.NET组件进行数据库的Connection对象进行数据库连接。在SQL Server 2005中新建表info，并且在web.config配置连接数据库参数：

可以通过直接获取web.config文件中的参数信息实现数据库的连接。

3.1.2 空间数据库连接

在SuperMap IS.NET Manager管理工具中的地图设置选项填写工作空间路径和工作空间密码，由于空间数据通过空间数据引擎SDX+存储在SQL Server2005数据库，因此需要添加下列数据库连接语句[7]：

Provider=SQLOLEDB：Driver=SQL Server；SERVER=97SD-20120616BP；Database=NPP；Caption=NPP；UID=sa；PWD=sa123。

3.2 程序设计及系统实现

3.2.1 登录模块

用户登录模块是保证系统信息安全的基本模块，也是统计系统的受欢迎程度的重要工具，本系统的用户登录分为：普通用户和管理员用户。普通用户具有简单的数据查询、统计等功能，管理员用户则负责数据的编辑、更新等后台操作，系统登录界面如图7所示：

图7 系统登录及注册界面

3.2.2 操作模块

带岭林业局NPP信息管理系统是森林资源与WebGIS相结合的资源管理系统，因此该系统具备网络地理信息系统的基本功能，如放大、缩小、漫游、面积量算、距离量算、鹰眼显示等，同时也必须满足森林NPP信息的管理、发布等基本功能，如图形和属性的双向查询、专题图制作，报表输出等。NPP信息管理系统的主界面如图8所示。

图8 系统主界面

3.2.3 NPP分析模块

NPP分析模块分别统计带岭林业局2007年单月NPP量以及高程等地形因子信息，拟合出相应的NPP时间序列曲线和简单的NPP值与高程、坡度、坡向等因子的数据分析，如图9～图10所示。在系统中通过设定地形因子、报表类型、以及线性宽度等属性制作NPP信息报表，并且对NPP的变化进行初步分析，详细分析了解带岭林业局NPP信息的时空变化，探讨地形因子对于NPP信息的影响规律，对于研究区生产力评估、提高生物固碳能力、生态系统环境建设等工作具有参考价值。

图9 NPP随时间变化曲线

图10 各高程等级的NPP信息柱状图

目前，国内外的研究重点是研究NPP的生态过程模型对区域NPP或NEP进行模拟，但是大多数研究者的结果数据相互之间共享性差。通过本系统的研发和初步应用表明，不同区域或同一区域的不同研究结果信息可以通过本系统快速共享。同时，系统研发基于GIS的空间分析功能，对于模型模拟的NPP结果能进行进一步的空间分析，如NPP图形属性双向查询、NPP空间分布分析，特别是系统研发了NPP时间规律拟合模块，为NEP和NBP的模拟计算提供了重要的输入数据，因为影响NPP的因素除了自然因素外，不同年龄的林分的NPP显然具有很大区别。

4 结论与讨论

带岭地区NPP信息系统的开发平台是基于北京超图公司的SuperMap IS.NET，选用SQL Server 2005数据库存储数据，使用C#为主体开发语言。本研究的总结可归纳为以下几个方面：

(1)针对目前不同NPP模拟研究结果之间共享性差的问题，本研究选择SuperMap IS.NET为开发平台，利用SuperMap IS.NET平台在地理信息系统空间分析和数据共享方面的优势，研究开发了NPP专题信息网络系统，解决不同区域或同一区域不同研究结果的快速共享问题。

(2)系统采用SQL Server 2005数据库统一存储和管理数据，在用户和空间数据库数据之间提供了一个接口，同时客户也可以通过空间数据库获取数据。本系统发布的NPP分析数据以SuperMap IS.NET工作空间的形式存放，具有灵活的扩展性。

(3)系统提供了NPP模拟结果的数据分析功能，特别是对NPP进行时间变化分析拟合，对于NEP和NBP进一步研究提供了最重要的输入数据。扩展了常规信息管理系统的功能。

本文在已有的带岭林业局NPP模拟结果的基础上，基于SuperMap IS.NET平台，从WEB的角度介绍了系统的设计和开发过程，既可以满足森林资源管理系统的一般功能需求，同时将NPP信息的发布、分析作为重点，初步具备了简单的数据挖掘和分析能力，对于森林生态功能的网络发布具有重要意义，然而本系统在界面处理、系统运行和数据存储效率等方面存在着处理海量数据响应时间较长等问题。今后的工作重点是实现地图效果的三维显示以及森林在固碳释氧、涵养水源等生态功能方面的信息分析。

【参 考 文 献】

[1] 董文娟，齐 晔，李惠民，等.植被生产力的空间分布研究——以黄河小花间卢氏以上流域为例[J].地理与地理信息科学，2005，21(3)：105-108.

[2] 北京超图地理信息技术有限公司.理解SuperMap IS.NET[M].北京超图地理信息技术有限公司，2004.

[3] 夏 军，塔西甫拉提·特依拜，张 飞，等 基于.NET和SuperMap的干旱区Web典型地物.光谱信息系统的设计与实现[J].光谱学与光谱分析，2011，30(7)：1878-1882.

[4] 北京超图地理信息技术有限公司.SuperMapSDX+技术白皮书[M].北京超图地理信息技术有限公司，2003.

[5] 张柏林，石文杰，魏中辉.WebGIS几种体系结构研究[J].地理空间信息，2008，6(3)：97-99.

[6] 赵 驼，罗传文.基于skyline的三维网络地理信息系统的研究[J].森林工程，2013，29(3)：110-113.

[7] 于丽珠，范文义，金 森，等基于SuperMapIS.NET的分布式森林资源管理系统的设计与实现[J].东北林北大学学报，2011，39(6)：120-124.