贵州省林业资源综合监测评价与决策管理信息系统的设计与实现

卢 鹏,肖 玲,甘桂春,王应泉

(贵州省林业调查规划院,贵阳550003)

贵州省林业资源综合监测评价与决策管理信息系统的设计与实现

卢 鹏,肖 玲,甘桂春,王应泉

(贵州省林业调查规划院,贵阳550003)

介绍了贵州省林业资源综合监测评价与决策管理信息系统建设的技术路线、所采用的关键技术手段及主要的建设内容和成果。系统的建设形成了布局科学、高效便捷、先进实用、稳定安全的贵州省林业资源管理信息化格局,提高了数据采集、更新、管理和决策等方面的效率和水平,为各级林业主管部门提供翔实的信息和应用支撑服务打下了坚实的基础,为全省林业资源监管提供及时、科学、准确的依据,为提升贵州省林业资源监管的信息化水平提供了可靠的平台。

贵州省；林业资源综合监测评价与决策；管理信息系统

0 引言

林业资源监测与管理是林业建设中的一项带有全局性和根本性的基础工作,也是各级林业主管部门一项基本的日常性工作,涉及面广、工作量大,同时还需要确保林业资源数据的准确性和时效性。

在林业信息化建设面临“互联网+”、“生态云”、“大数据”建设的新形势下,传统的林业资源监测和管理模式、手段已经无法满足现代管理的需求。应用信息技术建立科学、规范、高效、灵活且符合贵州省实际情况的林业资源管理综合监测评价体系,进一步提高全省林业资源管理水平和服务水平,已成为贵州省各级林业主管部门的共识。

在国家林业信息化和贵州大数据建设的背景下,为提升贵州省林业信息化的广度和深度,实现贵州省林业信息化的跨越式发展,逐步摆脱信息化落后的局面,贵州省围绕全国林业信息化发展战略和贵州林业信息化发展现状,于2014年4月开始进行“贵州省林业资源综合监测评价与决策管理信息系统”的建设,建设期3年,共建设了17个省、县级子系统,覆盖了贵州省林业资源管理的主要业务。

1 技术路线

1.1 总体架构设计

系统在逻辑架构设计上采用“四横两纵”架构,包括基础层、数据层、平台服务层和应用层,整体上遵循《贵州智慧林业发展规划(2014—2020年)》*贵州省林业厅.贵州智慧林业发展规划(2014—2020年).2014:19-21.要求。总体架构设计图1所示。

图1 项目总体架构设计图

1.2 网络架构设计

在经济适用型网络的设计中,主要考虑用户的资金投入情况,将整体网络的设计建设控制在性价比合理的范围内。

外网接入路由器,后接入SSL VPN系统；进入入侵防护系统和防火墙；通过核心交换机访问内网数据库。整体设计上考虑到了后期的扩展、升级,核心网络部分同样预留了扩容空间以及服务器群区,以供后期扩展需要。具体网络架构设计如图2所示。

图2 网络架构设计图

1.3 数据架构设计

为了更加方便管理,将贵州林业资源管理综合数据库的数据分为三层:第一层是基础层,为基础空间数据库的基础空间数据,主要包括基础地理信息、遥感影像、数字高程模型、栅格地图等；第二层是专业层,包括林地落界、公益林区划界定、石漠化监测、沙化监测和湿地调查等成果数据；第三层是管理层,包括森林资源档案及林业经营管理数据,以及综合营造林验收、林地占用征收、森林采伐、森林灾害等专题业务数据。这些数据主要包括结构化的成果数据和非结构化的档案数据,两部分数据通过建立索引相互关联,以便有效地进行管理。

基础层、专业层和管理层共同组成贵州省林业资源数据框架体系(图3),以专业层建立本底数据为支撑,通过业务过程“沉淀”成果数据,再通过年度更新到本底数据的过程,完成贵州省林业资源综合数据库的逐年累积,实现林业资源数据的全生命周期和全业务流程管理,形成实时性、有效性和权威性的贵州省林业资源综合数据库。

图3 贵州省林业资源数据分层及支撑关系图

1.4 部署架构设计

项目总体部署架构共分省级和县级两个分区,省级部署在贵州省林业调查规划院的局域网络环境中,县级部署在县级林业主管部门的局域网络环境中。系统布署架构设计如图4所示。

全省的林业资源数据中心,位于贵州省林业调查规划院信息中心机房内,包括数据库服务器、GIS服务器、应用服务器(分别部署信息发布系统、造林核查系统和公益林管理系统)。省林业厅各处室、直属单位通过省厅局域网,根据所授权限访问省级林业资源数据中心的相关数据；省级各业务部门的相关授权用户可以访问信息发布系统、造林核查系统以及公益林管理系统等各个应用系统。

县级林业资源数据中心,需要部署一台数据库服务器,用于存储县级的林地成果数据、森林资源小班数据、林地占用征收数据、营造林数据等。县(市、区)林业主管部门各业务科(股)室结合自身业务需求,在计算机客户端安装森林资源档案更新系统、林地占用征收管理系统、综合营造林管理系统等各专题应用系统,开展各项业务工作。

1.5 集成架构设计

对省级应用和部署的系统提供统一的集成框架(图5),包括单点登陆、用户认证、统一权限配置等,系统在设计和开发过程中,遵循林业信息化统一集成框架约定。

组织机构与用户信息统一由项目运维管理,项目统一提供组织机构和用户信息访问接口,将组织机构和用户信息同步到资源系统管理配置数据库,供权限分配使用。

权限集成方面,项目运维提供身份认证和门户中系统登录入口的集成,各系统功能权限、数据权限由建设系统自行管理。

图5 省级应用系统集成架构设计图

县级用户目前主要采用的是C/S或桌面端应用系统,主要通过系统注册来实现系统的运行与应用,其集成架构设计如图6所示。

图6 县级应用系统集成架构设计图

2 关键技术

2.1 统一信息门户与单点登陆技术

所有应用系统的用户权限和功能权限皆通过运维管理系统进行集成,系统登录集成于同一信息门户页面,进行单点认证与系统登录。

2.2 基于B/S,C/S混合架构的系统开发技术

系统采用浏览器/服务器(Browser/Server,简称B/S)和客户机/服务器(Client/Server,简称C/S)混合模式开发。

B/S,C/S混合架构EGIS系统技术实现了两种架构系统的统一,不仅实现了数据的统一,也实现了应用系统的统一,不论是Web应用还是在GIS客户端平台上的应用都采用了统一的应用系统服务器。如果需要GIS地图可视化交互,客户端仅仅安装GIS基础平台,也可以通过网页浏览器来使用完全相同的功能,在浏览器中可以以Web-GIS方式来进行GIS地图可视化交互,如果不需要GIS地图可视化交互,也可通过IE浏览器直接使用业务管理功能页面[1]。

整个系统由三部分组成:客户端/浏览器、Web服务器与应用服务器、数据库服务器。其中简单的事务逻辑在客户端浏览器实现,但是主要的事务逻辑都在Web服务器与应用服务器端实现。在这种结构下,不需要其它任何特殊软件,对网络也没有特殊要求。通过浏览器实现的用户界面不仅直观和易于使用,更主要的是基于浏览器平台的任何应用软件其界面风格一致,从而使用户对操作培训的要求大为下降,软件可操作性大大增强。针对面向公众、领导和业务用户的信息共享服务、监测管理服务和决策支持服务,以信息查询、数据浏览、分析报表等信息展示为主,要求操作简单直观、易于维护。因此,这部分应用将采用B/S构架进行开发,以充分发挥B/S的安全性好、易于广域部署和维护、易于与其它系统集成、易于整合和发布等优点。

另一方面,本项目涉及海量的GIS图形和属性数据处理、图形编辑、专题制图、业务管理以及数据更新工作。这部分业务涉及的用户较少,但对图形和数据的操作较为复杂,还需要对大量的历史数据进行统计分析,要求较强的数据访问交互能力。因此,为了保证运行速度和运行的效率,其设计和实现将采用C/S结构,从而更好地提供各种数据交互工具、图形数据变更操作、空间分析工具以及各种灵活多样的专题图定制功能,以满足各类空间数据处理和数据服务需求。

2.3 二三维一体化信息展示技术

对于作为底图的基础静态数据(不经常发生变化的数据),二三维系统则调用各自预先生成好的地图服务(如二维调用预先生成的瓦片服务,而三维则访问压缩好的三维数据流)；对于变化更新的业务数据,采用可以通过服务的调用访问和操作相同的数据库,针对浏览、查询、分析的结果采用不同的方式展示[2]。

林业资源综合数据库包括构建二维和三维基础图层的基础地理信息、高分辨率遥感影像、行政区划界和地名等数据。基于数字高程模型构建全省三维地形环境,将最新遥感影像叠加在三维地形上形成仿真三维环境；将基础层的二类资源调查、湿地、石漠化和沙化、森林资源年度变更等数据添加到三维场景环境中,利用三维场景充分展示真实的森林资源情况。

基于基础空间数据、林业基础数据和森林资源专题数据库,可以发布各种专题服务,包括基础地形服务、各年的遥感影像服务、行政区划服务、地名服务、二类资源数据服务、石漠化和沙化数据服务、湿地数据服务以及其它各类面向应用的专题服务等。

在数据的组织和存储上,目前的数据架构和存储模式,为支持二三维一体化的管理维护、共享和应用做了大量的准备。

2.4 Services GIS技术

Services GIS是在GIS经历了面向文件、面向数据库的数据共享之后,为解决GIS数据共享难题而提出的一种新的GIS软件模式。Services GIS是一种基于面向服务的体系结构(Service Oriented Architecture,SOA)的GIS技术体系,它按照一定规范把GIS的全部功能以服务的方式发布,可以跨平台、跨网络、跨语言被多种客户端调用,并具备服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的GIS服务[3]。

本项目结合林业信息化实际应用需要,提供空间拓扑分析及分析结果展示与输出、空间分布分析以及地图展示、数据在线汇总分析等,为林业大数据的拓展应用提供了更新数据分析与挖掘的技术手段。

2.5 瓦片地图与地图服务级联更新技术

地图缓存技术是网络地图服务的关键技术之一,其核心思想是按照一定的数学规则,预先将定制好的地图按照金字塔模型切成一定规格的图片,保存到地图服务器,当客户端发送地图服务请求时,地图服务器根据请求参数,快速返回当前区域所对应的“瓦片”,其实质是使用静态图片达到动态显示的效果,好处在于可以动态缩短客户端用来显示复杂地图所花费的时间,在保证地图图像质量的同时提高显示效率[4]。

为提高贵州省林业资源数据的空间数据发布效率,在整个GIS平台发布海量空间数据时,GIS服务器端采用瓦片地图(Tile Map)技术对海量基础地理、遥感影像和林业资源空间数据进行瓦片分割和瓦片组织,在WebGIS服务器端建立Web地图的缓存；采用地图服务联动更新的技术,实现数据源到地图服务、瓦片地图的联动更新,保障发布的地图服务的及时更新和现势性。

2.6 采用Web服务(Web Service)技术 实现系统开放性

在互联网时代背景下产生的Web服务(Web Service)技术可直接将各种组织、应用程序、服务及设备链接起来,实现在不同平台间以一致的方式交换和描述数据。Web服务的设计理念就是把各种应用程序包装在一个黑盒中,将与程序开发相关的细节隐藏起来,再将其所具备的功能或服务以标准的接口公布出来。它可以在任何提供相应功能服务的机器上加以实现和发布,可以将异构的应用进行整合,而不管这些应用系统在设计建设时使用何种的程序设计模型、程序语言、操作系统、平台。同时,通过将地图服务包装成Web服务,可以在多台不同的机器上部署地图服务以响应客户端的请求从而将负载分散到不同的计算机上,实现系统的分布式[5]。

系统以XML标准格式来传输数据,用Web服务来整合业务。Web服务使应用程序可以用与平台无关和与编程语言无关的方式进行相互通信,可以在网络上通过标准化的XML消息传递来访问操作。在面向服务的体系结构(Service-Oriented Architecture,SOA)中,Web 服务定义了特殊的Web服务应用程序。

2.7 海量空间数据管理及非结构化管理技术

系统对其数据实现分布式应用、集中式管理。根据数据库中数据类型的不同,各数据库中的数据资源包括矢量数据、影像数据、文档数据及结构化数据和非结构化数据。针对不同的数据类型,采用不同的数据库模型进行存储和管理。系统总体上采用“关系型+文件系统”的存储管理方式实现系统多源、异构数据的管理。

3 主要建设内容

3.1 基础设施建设

根据项目方案,基础设施包括省、县(试点县)两级基础设施,其中省级基础设施由项目建设单位负责建设,试点县基础设施由试点县负责建设。

3.2 数据库建设

根据项目方案,建成全省林业资源综合数据库,主要包括公共基础数据、林业基础数据、林业专题数据以及档案资料库四大部分。

1) 公共基础数据。主要包括经过标准化处理及切片后的DEM数据、DOM影像、DRG地形图和道路、河流、行政政区等基础地理DLG数据。

2) 林业基础数据。主要包括森林资源小班、林地“一张图”小班、公益林小班、石漠化小班、沙化小班和湿地小班。

3) 林业专题数据库。包括林地占用征收专题、营造林管理专题、营造林核查专题、种苗专题、野生动植物专题、生态效益评价专题等。

4) 档案资料库。对已有的森林资源相关的原始资料档案、纸质扫描档案、更新文档档案、图片以及其它多媒体档案等非结构化的数据进行了收集整理和归档。

3.3 应用系统建设

结合国家林业局信息化建设进程以及贵州省实际调研情况和业务需求,项目建设了9个省级业务系统和7个县级业务系统:

3.3.1 省级系统性能描述

1) 评价与决策系统。积极响应“互联网+”行动计划,敏捷应对生态环境保护新常态,整合林业资源各类数据源,基于大数据的可视化分析,依托强大的云计算平台和大数据分析能力,在对海量林业资源数据进行挖掘的基础上,形成林业资源综合指标的云图,并以高度可视化的方式展现,使得林业资源信息一览无余,并从生态效益角度评估林业资源的价值量,为宏观决策提供分析依据和辅助支撑,提高林业管理决策能力,逐步构建“云上贵州”之“林业生态云”。

2) 林业资源二三维信息发布系统。在贵州省林业资源数据库基础上,为省级林业主管部门提供最新的林业资源成果数据的二三维浏览服务,资源小班具体到每一个山头地块；实现林业资源数据的快速查询与定位、统计图表与专题图的展示、目标区域范围的资源空间分析以及历史数据的对比分析,为林业资源管理与辅助决策提供数据支撑服务。

3) 林业资源监测管理系统。贵州省林业资源监测管理系统,主要实现对现有各类林业资源成果数据进行规范整合与有效管理,提供信息查询、现状数据汇总展示以及历年数据统计分析,为林业主管部门的管理、评价与决策提供数据依据。

4) 林业专项监测管理系统。贵州省林业专项监测管理系统,主要实现对现有各类林业专题数据成果进行规范整合与有效管理,提供信息查询、现状数据汇总展示以及历年数据统计分析,为林业主管部门的管理、辅助决策提供数据依据。

5) 公益林管理信息系统。公益林管理信息系统基于GIS技术与MIS技术,实现对全省公益林界定调整、资金管理、资源管护、业务审批、年度检查等业务信息的维护与管理,将公益林小班与管护信息落实到山头地块,实现对全省公益林“一张图”的标准化、规范化管理。

6) 营造林核查管理系统。营造林核查管理系统主要面向省级营造林核查人员,定制了核查小班的快速抽取、GPS 快速定位与外业数据采集、数据质检与定位修改、数据汇总与统计出表等功能,降低了核查人员的劳动强度、提高了核查工作效率,保证了核查成果质量,实现了全省营造林核查业务流程管理信息化,为有效监测全省营造林的实绩和成效提供了支撑。

7) 林业资源数据库更新与管理维护系统。综合运用“3S”技术和数据库技术,在林业资源数据库的基础上,建立林业资源数据更新、汇总和管理机制,实现对林业资源数据的信息化管理,为林业大数据建设与应用提供标准化的基础数据。

8) 运维管理系统。通过运维管理系统与应用系统的有效集成,统一用户和权限管理入口,实现各应用系统的用户信息规范管理与权限合理分配,对全省各类应用系统进行实时监控和管理。

9) 林业共享服务平台。共享服务平台是通过提供统一的技术开发、构建应用支撑环境,实现各类林业资源服务的管理、汇聚、承载和共享,为林业资源信息化提供服务平台支撑,为后续贵州省林业信息化的进一步拓展与建设提供服务支撑。

3.3.2 县级系统性能描述

1) 森林资源规划设计调查系统。为满足县级调查单位查清森林、林地和林木资源的种类、数量、质量、结构、功能、效益及分布,掌握森林、林地和林木资源动态变化的需要,基于MapZone GIS自主平台,结合3S技术、移动GIS技术、数据库技术及MIS技术,建设集森林资源规划设计调查数据采集、更新、存储和管理等完整业务的操作简便、数据安全的数据调查内外业处理平台。

2) 森林资源档案更新系统。面向县级林业管理单位,以省级下发的期初本底数据为基础,对森林资源的种类、数量、质量、分布及其消长变化信息进行年度更新。系统提供图属编辑更新、数据质检、统计汇总、变更成果输出汇交等主要功能,实现对森林资源的实时更新与管理。健全了森林资源动态监测体系,为掌握森林资源年度变化情况以及森林资源管理提供有力支持。

3) 综合营造林管理系统。综合营造林管理系统主要面向县级林业管理单位,实现了营造林(含中幼林抚育)项目管理、设计成果管理、造林进度管理、自查验收与上报管理等业务管理功能,为县级营造林业务精细化管理提供了保障,提高了科学造林决策能力。

4) 林地占用征收管理系统。林地占用征收管理系统主要面向县级林业管理部门,实现对占用征收林地项目成果数据的入库汇总、浏览查询以及统计输出,提供征占分析等技术手段,为占用征收林地业务管理和林地更新工作提供数据支撑。

5) 野生动植物管理系统。基于互联网环境和在线基础地图,系统提供野生动植物管理与实时上报、古树名木发现信息采集、日常巡护管理等使用功能,实现野生动植物信息管理、查询浏览与统计分析。

6) 种苗管理系统。通过对种质资源、种子基地、苗圃苗木信息以及行政执法的信息维护与有效管理,结合地图展示进行信息查看和查询,充分利用林业信息化手段,为实际工作或生产服务。

7) 湿地资源管理系统。通过林业信息化手段,对湿地资源数据成果进行规范管理,形成全省湿地一张图,主要提供地图展示、查询浏览、湿地资源更新与管理、分析与统计等应用模块,实现对全省湿地资源数据的统一管理。

3.4 标准体系建设

全面系统地做好从采集、处理、传输到使用的数据标准化是解决跨部门、跨业务数据共享与数据综合应用问题的必要手段。通过系统建设梳理业务流程,明确信息需求,建立信息框架、标准和信息系统模型,统一分类代码、命名规则、数据结构及数据格式,为整合各类数据奠定基础。

4 结语

贵州省林业资源综合监测评价与决策管理信息系统建设达到以下目的:一是在贵州省林业信息化的统一规划和顶层设计下,建设省、市(州)、县(市、区)三级覆盖全省的信息化应用系统,包括全省林业资源数据中心、应用支撑平台以及覆盖主要业务的应用系统建设,实现各级业务数据上传下发、数据汇总、质检、更新入库、共享和应用的完整体系,有效促进三级业务应用协同和数据互通互联；二是形成了布局科学、高效便捷、先进实用、稳定安全的林业资源管理信息化格局,提高数据采集、更新、管理和决策等方面的效率和水平,为各级林业主管部门提供翔实的信息和应用支撑服务,为全省林业资源监管提供及时、科学、准确的依据,大力提升了贵州省林业资源监管的信息化水平。

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[2]王燕.二三维一体化的WebGIS系统的研究与实现[J].现代测绘,2011,34(5):46-47.

[3]丰江帆,李林,杨富平,等.基于Service GIS的震害应急数据集成方法研究与应用[J].重庆邮电大学学报:自然科学版,2011,23(1):111-114.

[4]张晋文,周艳兵,刘小生.网络地图缓存技术研究与应用进展[J].测绘与空间地理信息,2015,38(8):59-66.

[5]龙明,王富强,汶博.基于Web Service的GIS设计与实践[C]// 中国地理信息系统协会第四次会员代表大会暨第十一届年会论文集.中国地理信息系统协会,2007:869-873.

Design and Implementation of the Comprehensive Forest Resources Monitoring, Evaluation and Decision Management Information System in Guizhou

LU Peng,XIAO Ling,GAN Guichun,WANG Yingquan

(Forestsurvey&PlanningInstituteofGuizhouProvince,Guiyang550003,China)

This paper introduces the technical route,the key technical means and the main construction contents and achievements of the construction of the comprehensive monitoring,evaluation and decision management information system of Guizhou forest resources. The construction of the system has formed Guizhou province forest resources information management pattern of scientific layout,which is efficient and convenient,practical,safe and stable,improved the efficiency and level of data collection,updating,management and decision-making,provided accurate information support and application support services for forestry departments at all levels to lay a solid foundation for timely,scientific and accurate basis for the province's forest resources supervision,and vigorously promoted the informatization of Guizhou province forest resources supervision and provided a reliable platform.

Guizhou province,comprehensive forest resources monitoring and evaluation and decision,MIS

2017-01-16；

2017-04-23

贵州省林业厅林业科学技术研究项目(黔林科合[2014]03号);贵州省林业厅青年科技人才培养对象专项基金项目(黔林科合J字[2013]4号)

卢鹏(1983-),男,陕西商南人,高工,硕士,主要从事林业信息技术研究与应用工作。 Email:158263077@qq.com

肖玲(1970-),女,贵州都匀人,研究员,硕士,主要从事林业信息技术研究与应用工作。 Email:xiaoling101010@163.com

TP302.1;F326.2

A

1002-6622(2017)02-0118-08

10.13466/j.cnki.lyzygl.2017.02.020