全国林地资源数据服务平台体系框架和运行机制研究

张煜星，许等平，任怡，黄国胜，韩爱惠

（国家林业局调查规划设计院，北京100714）

全国林地资源数据服务平台体系框架和运行机制研究

张煜星，许等平，任怡，黄国胜，韩爱惠

（国家林业局调查规划设计院，北京100714）

针对全国林地资源数据多源、量大、管理手后段落后和利用低效的问题，该文对全国林地资源数据库的数据来源、数据采集方法、建库技术和数据库功能进行了论述，剖析了其成果数据的类型、特征、数量，构建了全国林地资源数据库，设计了数据库和平台集成的关键技术框架，开发实现了成果数据的预处理工具、数据服务平台和二三维应用显示等主要子系统，在全国林地资源信息服务平台建设中得到应用，实现和验证了该文所设计的关键技术的科学性和先进性，最后对数据服务平台应用模式和运维机制进行了探讨。

林地资源数据；体系框架；服务平台；运行机制；数字林业

1 引 言

全国林地资源数据库即全国林地“一张图”数据库建设，是在覆盖全国的1∶5万（或1∶2.5万、1∶1万）遥感底图的基础上，结合二类调查数据和现地调查资料，历经2年多，于2012年底建成集遥感底图、林地图斑（图属一一对应）、林地专题等成果数据于一体的数据库，数据量达到了100TB，为实现林地资源信息化、数字化，林地资源管理由以“数管地”实现以“数和图管地”现迈出了坚实的第一步。本文就数据库的数据来源、结构、数据库构架及服务功能实现技术进行论述。另外，2012年和2013年进行了全国林地变更调查试点，2014年开始，全国林地变更调查全面展开，数据库的数据更新量巨大，因此，如何利用先进的技术和可行的解决方案，实现对全国林地“一张图”数据的有序管理、及时更新、高效使用和信息挖掘，更好地为国家森林资源管理、监督和监测服务，是目前急需研究解决的问题。

2 平台数据来源和采集技术方法

2.1 数据来源

2.1.1 遥感数据

使用遥感数据基准年为2009年，遥感数据类型包括覆盖辽宁等7个省级单位的0.25m～1m的航空影像数据（1∶1万标准分幅3.7万幅）；覆盖黑龙江等21个省级单位的2.5m分辨率SPOT5（或ALOS）的卫星正射影像数据（3116景、块）；覆盖新疆等3个省级单位的5m的RapidEye卫星正射影像数据（862景、块）。

2.1.2 基础地理信息数据

包括覆盖全国的1∶400万、1∶100万、1∶25万等基础地理数据要素（行政境界、铁路、公路、水系、居民点等）；覆盖全国的1∶5万比例尺的DEM数据。

2.1.3 林地资源数据

各省按照国家林业局有关规程［1－3］，以省为单位，判读调查区划后，形成的无缝拼接的林地资源矢量数据，以ArcGIS GDB或ArcGIS shp格式组织存储，全国共区划林地资源图斑6738.88万个，每个图斑包含基础因子、林地因子、管理因子、林分因子等共计42项属性数据。

2.1.4 其他数据

包括各类数据的元数据、行政区划代码、林地资源代码数据和文档数据等。以省为单位，采用XLS或DBF格式存储。

2.2 数据采集技术方法

2.2.1 遥感底图制作

按照国家林业局图像处理的有关的要求［4］，改进传统人工校正的图像处理模式，引进和消化PCI GeoImaging Accelerator（GXL）的自动化图像处理技术，利用其在自动化处理、项目管理、图像处理算法、匀色和多任务并行的数据处理技术优势，采用数据集中处理的模式，进行了覆盖全国遥感影像的正射校正、图像融合、增强拉伸，镶嵌分幅，根据各省区相关单位使用的地形图比例尺和工作实际需求，进行标准分幅处理，形成可用于林地图斑判读所需的遥感底图数据。

2.2.2 遥感数据林地资源解译

各省在国家林业局下发的遥感底图上，依据现有森林资源规划设计调查成果、公益林区划界定成果，结合最近期的森林经营活动档案等资料，开发信息提取工具或利用目视判读技术，进行林地判读区划。对于各省两年以内的森林资源规划设计调查成果，可以直接应用，辅助判读区划林地边界；两年以上的森林资源规划设计调查成果，须结合必要的补充调查后，判读区划林地边界；没有开展森林资源规划设计调查的省份，采用遥感判读勾绘和现地核实相结合的方法，确定本省林地边界。林地资源数据全部更新到2009年底的最新数据。

2.2.3 二类调查数据（森林资源调查数据）与遥感解译数据匹配

在林地资源解译数据的基础上，进行空间数据拓扑检查，叠加二类调查图形和属性数据，进行分析关联，使图形数据与属性数据一一对应，达到图属匹配，必要时，进行外业补充调查。

2.2.4 林地资源数据库建库

按照数据库标准要求，将林地各空间数据、属性数据、数据字典等分类分层，质量检查（主要进行拓扑检查、属性逻辑检查、面积汇总检查等）合格后，构建无缝拼接和相互套合的全国林地资源数据库（图1），构建全国林地资源数据平台数据基础。

图1 全国林地资源数据库建设需求

3 平台技术框架

全国林地资源数据服务平台的技术框架由基础层、数据层、支撑层、应用服务层和用户层5个部分组成。采用分层技术框架，层与层间相互支撑，各层间逻辑上是一个整体，在实施时又相对独立，既降低系统平台建设的复杂度，为系统平台的设计和建设提供清晰的接口，也为将来系统平台的进一步扩展和应用奠定了基础［5－7］，如图2所示。

4 平台设计与实现

4.1 平台设计

全国林地资源数据服务平台的设计包括如下几部分内容。

4.1.1 数据库设计

针对全国林地资源数据特点，数据库设计包括基础地理信息数据库、遥感底图数据库、林地图斑数据库、林地专题数据库等。对于基础地理信息数据库、林地图斑数据等空间矢量数据库，需要对其进行坐标转换、整合、规范，建库空间数据库；对于遥感底图和林地专题图，需要进行预处理，为成果发布提供支撑，此外，根据数据查询检索的需要，需构建属性数据、空间数据和专题图数据的元数据库。对于不同类型的数据库，系统采用“数据库＋文件系统”的设计方案，即全国林地资源数据库的元数据存储在商用数据库系统中，利用成熟空间数据引擎，对空间矢量数据进行管理；对于服务发布和显示调用的数据，则以文件型数据库方式存储。

4.1.2 预处理与服务发布工具功能设计

针对全国林地“一张图”建设产出的遥感底图、林地专题图以及基础地理信息（DEM）等，利用瓦片金字塔模型、数据压缩算法、相关图像处理和配图制图模块，设计开发预处理工具（影像地形编译、矢量编译、专题图瓦片生成等），使其能分区域、分专题进行各专题瓦片生产，在服务发布工具的支撑下，形成林地资源数据各类数据服务，为服务平台的数据部署和数据快速浏览奠定基础。

4.1.3 数据库管理系统功能设计

图2 全国林地资源数据服务平台的技术框架

设计开发全国林地资源数据库管理系统，实现对全国林地数据的集中组织管理、编辑、查询、显示、可视化表达、制图、维护等功能，以图形、表格、GIS和虚拟化相结合的方式，直观、准确、动态地管理全国林地“一张图”各个方面的数据，为全国林地资源数据服务平台提供数据和工具支撑。

4.1.4 服务平台设计

全国林地资源数据服务平台是整个信息服务承载平台，是全国林地资源数据库对外提供服务的有效途径，主要实现林地资源数据、专题数据和其他基础数据的资源展现，为后续林地资源管理业务系统的建设提供数据、功能服务，避免数据的重新规整和功能的重复开发，其功能由空间信息发布、服务管理、基础地图与专题图管理和显示等模块组成。

4.1.5 二三维一体化应用系统功能设计

采用二维、三维的空间地理信息表现手段来显示林地资源数据如林地分布图、遥感底图、DEM、界线、标注等专题图层的组织控制、叠加显示；可利用信息查询功能，实现不同行政级别的查询和定位；对于不同统计单位的林地统计结构数据进行浏览查看；在三维环境中实现各专题数据的无缝漫游、飞行等功能。

4.2 功能实现

4.2.1 开发环境和工具

全国林地“一张图”数据管理和服务平台的主要开发环境如下：

（1）操作系统：Windows Sever 2008Enterprise R2（64位）；

（2）数据库：Oracle 10g、ArcSDE 10.0；

（3）预处理工具开发：ArcEngine、Evia Earth SDK；

（4）前台展示：Flex SDK 4.5；

（5）后台服务：VgsMapSever、Tomcat6.0；

（6）开发集成工具：Eclipse Indigo、Adobe Flash Builder 4.5、jdk 6.0。

4.2.2 数据库实现

全国林地资源空间数据库按照数据格式可以分为矢量数据（DLG）、栅格数据（DOM、DRG、DEM）和元数据（MetaData）三大类。对于矢量数据，统一采用SDE模型进行数据组织。根据数据的逻辑结构和SDE的数据模型，空间数据库的逻辑层次结构划为5级，即总库－分库－子库－逻辑层－物理层；空间数据的物理层设计相对应的属性字段，方便管理和信息查询。对于栅格成果数据，以瓦片形式存储于文件型数据库，并有相应元数据记录；对于系统元数据及其他非空间数据，通过结构化后，存储到大型关系数据库系统Oracle 10g中。

4.2.3 主要功能实现

（1）数据预处理功能实现

采用金字塔模型的栅格地图切片技术，实现对林地资源各专题数据的预处理，提高了各专题数据的调用和显示效率；开发遥感底图的真彩色匀色和配图功能模块，使得网络影像地图的发布效果达到良好制图效果；林地专题图采用统一的配图方案与模版技术，标准化了制图流程和成果，提高了制图效率；实现了林地“一张图”瓦片服务系统与ArcGIS 10.0的无缝集成，使林地“一张图”成果数据的应用方便性大大增强。

（2）服务平台功能实现

林地资源服务平台实现的功能包括空间信息资源共享与服务、平台管理、专题地图浏览与应用等几个部分功能。其中，空间信息资源共享与服务主要包括数据浏览操作、地图服务浏览、功能服务浏览功能等；平台管理主要包括地图服务管理与注册、功能服务管理、系统管理、元数据管理、日志管理及安全管理等；专题地图浏览与应用主要包括地图基本GIS操作、服务聚合、图层控制、搜索查询等功能模块。

（3）二三维一体化应用系统功能实现

在服务平台的支撑下，构建二三维一体化空间门户应用（目前构建的为内网政务版），实现不同层次的林地资源数据如林地分布图、遥感底图、DEM、界线、标注及遥感底图的叠加显示、浏览查询、林地资源图斑属性信息的点击查询、按省、市、县、乡、村进行逐级定位查询、统计报表查询以及多专题图层在二三维中无缝漫游、浏览、飞行等功能。

5 应用模式和运维机制研究

全国林地资源数据服务平台建设是一项庞大的、长期的、复杂的系统工程，除了平台的顶层技术方案设计和关键技术的研发等因素之外，运行机制的研究也是推进建设平台必须要考虑的重要因素。顶层技术方案设计完成后，运行维护机制对全国林地资源数据服务平台的运行使用效果具有重要的作用。

5.1 应用模式

随着“数字林业”、“智慧林业”的提出和迅速普及，林业资源信息服务平台建设和应用不再只面向局部或少数人群，作为林业资源信息服务平台的核心全国林地资源数据服务平台也是如此。因此，要满足政府、科研院所、企事业单位和社会大众的应用，迫切要求全国林地资源数据服务平台在系统建设上更专业，并能提出“数据－软件－模型－网络－服务”一体化解决方案和相关软件支撑，如图3所示。

图3 全国林地资源数据服务平台的应用模式与软件支撑

从政府部门、科研机构和社会公众等用户视角看，全国林地资源数据服务平台至少应满足以下几个方面的应用：

（1）直接应用模式

一是各种基础地图的浏览和查询。各林业主管部门和政府其他职能部门通过政务内网（专网、保密网）、政务外网直接查询浏览各种比例尺的最新林业区划、遥感影像、林地规划、森林分布、场圃、自然保护区等信息；二是数字地图数据或产品的共享和交换使用。在相关政策和机制保障下，通过线上和线下手段，在林业部门内部和各政府职能部门之间可以共享各种电子专题地图数据。例如林业部门可以共享国土部门的数据或产品，国土部门也可以共享林业部门的数据或产品。

（2）数据接口模式

对于各林地、森林资源管理或技术部门，已经配备了相关GIS软件或者已有相对成熟的应用系统，可以通过全国林地资源数据服务平台提供的符合国家标准规范的WMS／WFS等各类服务接口，将林地专题图和数据集成到相关部门的应用系统中，避免重复建设，也扩展了和丰富了应用系统的数据源，如在开发国家级林地占用征收审批系统、公益林网上监管系统时，集成所需要的林地资源数据服务等。

（3）二次开发模式

对于前期基础薄弱的林地、森林资源管理部门，可以直接利用全国林地资源数据服务平台提供的二次开发接口，根据自己的需求进行业务应用开发，快速共享数据和服务，扩展全国林地资源数据服务平台的应用范围。

5.2 运维机制

5.2.1 技术保障机制

在平台建设技术上，共享先进技术和技术力量，从进一步研发的顶层设计到信息资源整合和共享，应该尽量引入国内外成熟技术，实现跨越式发展；在标准采用和制定上，尽可能地采用或制定一些成熟技术的标准，使平台在建设过程中有统一的接口技术和标准可依；在平台的功能构造上，应该从目前森林资源管理的实际出发，选择最需要的最可能实现的功能建设，并对未来的建设目标有相应的规划。

5.2.2 数据更新机制

数据更新机制包括工作机制和数据更新技术机制。全国林地资源数据更新的工作机制是建立国家、省、县多级联动、分级汇交的工作机制。在技术方面，国家要强化高分辨率遥感影像的处理分发、技术总体指导、质量抽检；省级层面，要加强更新工作的进度控制、技术培训和质量保证；县级林业主管单位是更新的主体，要加强队伍建设、专业技术人员的培训等。目前，数据的审核和汇交，是以离线拷贝方式进行，未来可以探索在保密网环境下，以县级、省级、国家级数据中心方式进行数据逐级审核、逐级提交，以确保数据在不同层次上的一致性、准确性，同时也能提高数据的更新效率，更能保证数据的现势性。

5.2.3 运行维护机制

平台建成后的运维和升级发展问题，也是平台运行机制里需要重点考虑的。目前，我国林业行业还没有真正的数据服务平台，其运维模式没有现成的可以借鉴，因此，迫切需要引进国内外成熟稳定的平台运维模式，确定全国林地资源数据服务平台运维机制，摒弃“重建设、轻运维”的错误思想，加强平台运行维护的技术和经费支撑，不断吸纳新技术和新手段，升级服务平台，实现服务的可持续。

6 结束语

本文分析了全国林地资源数据来源、采集方法和成果数据的类型、特征、数量，首次构建了全国林地资源数据库，设计了全国林地资源数据服务平台的框架和主要功能，实现了全国林地资源数据的多维度展现和可视化，实现了全国林地资源专题数据和成果数据的整合、发布，为林地、森林资源乃至林业业务系统提供强大空间数据支撑；项目采用国产自主软件开发包进行了数据预处理工具、服务平台和二三维应用等主要功能的开发，在全国林地资源信息服务平台建设中得到应用，验证了设计的科学性和可行性。本文对服务平台的运行机制进行了探讨，希望能对我国林地资源数据服务平台的建设有所益处。

［1］ 国家林业局.全国林地保护利用规划刚要（2010－2020年）［S］.2010.

［2］ 国家林业局.LY／T1956－2011县级林地保护利用规划编制技术规程［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［3］ 国家林业局.LY／T1955－2011林地保护利用规划林地落界技术规程［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［4］ 国家林业局.LY／T1954－2011森林资源调查卫星遥感影像图制作技术规程［S］.北京：中国标准出版社，2011.

［5］ 徐建闽，胡郁葱，钟慧玲.ITS共用信息平台体系框架和运行机制研究［J］.华南理工大学学报（自然科学版），2002，11（11）：55－60.

［6］ 徐富春，黄明祥，张波，等.第一次全国污染源普查重难点污染源空间数据管理与信息共享服务平台建设研究［J］.环境污染与防治，2012，34（5）：96－100.

［7］ 许等平，罗鹏，党永峰，等.基于SOA的国家级森林资源信息服务平台建设研究［J］.林业资源管理，2013，（6）：94－100.

Research Framework and Operating Mechanism of Nationwide Forest－land Resources Data Service Platform

ZHANG Yu－xing，XU Deng－ping，REN Yi，HUANG Guo－sheng，HAN Ai－hui
（Academy of Forest Inventory and Planning，State Forestry Administration，Beijing100714）

In this study，we introduced the sources and collection methods of the forest－land resource data，and designed the national forest－land resource database by analyzing the types，characteristics and quantity of data.On this basis，we designed the database and key technology framework of platform integration，and then developed a tool to achieve pre－processing of forestland，data service platform and 2D／3Dapplication display subsystem which has been applied in the construction of national forest resources information service platform.Moreover，the key technologies with scientific and advanced natures in this study were implemented and verified.At the end，the data services platform application mode and operation and maintenance mechanisms were discussed.

forest－land resources data；system framework；service platform；operating mechanism；digital forestry

10.3969／j.issn.1000－3177.2015.02.023

TP79

A

1000－3177（2015）138－0126－05

2014－11－05

2015－01－06

张煜星（1964～），男，教授，高级工程师，主要从事森林资源监测、荒漠化监测和林业信息化等管理和研究工作。

E－mail：zhangyuxing212＠163.com

许等平（1976～），男，高级工程师，主要从事森林资源监测及“3S”技术林业应用工作。

E－mail：bj119xdp＠163.com