巖溶地區石漠化監測管理信息系統總體設計探討

羅為檢，寧小斌，鄭 紅，劉曉農

(國家林業局中南林業調查規劃設計院，長沙410014)

巖溶地區石漠化監測管理信息系統總體設計探討

羅為檢，寧小斌，鄭 紅，劉曉農

(國家林業局中南林業調查規劃設計院，長沙410014)

根據我國巖溶地區石漠化監測現狀、相關技術規定和用戶實際需求，提出系統平臺和系統結構的總體設計方案，并對系統功能設計和數據庫建設進行了闡述與討論。

石漠化監測;信息系統;總體方案

引言

石漠化是制約區域經濟社會發展和危及國家生態安全的生態問題之一［1］。在黨中央、國務院高度重視下，從2001年開始，國家林業局開展了石漠化監測指標、監測技術方法的研究以及編寫石漠化監測技術規定等一系列工作。2005年，國家林業局組織實施了巖溶地區八省(區、市)(貴州、云南、廣西、廣東、湖南、湖北、四川和重慶)第一次石漠化監測工作，其成果數據為石漠化治理、石漠化監測與管理工作所應用。2011年，在這些省(區、市)進行第二次石漠化監測工作，以保證監測的連續性。隨著第二次石漠化監測工作的開展，原有管理方式已不能滿足對石漠化數據的高效管理和分析;此外，雖然《巖溶地區石漠化監測技術規定》(下稱《技術規定》)為監測工作提供了一套行之有效的操作流程與方法，但不同工作人員在實際操作過程中仍然存在差異，操作流程沒有程序化和高效化;同時，計算機、GIS與RS、數據庫等技術的飛速發展，為石漠化監測與管理效率的提高提供了支撐。因此，迫切需要開發全新的石漠化管理信息系統，實現石漠化監測工作的高效管理，及時更新石漠化數據，供相關部門及時掌握石漠化分布及變化情況。

1 系統用戶

本系統的用戶單位包括國家林業局防治荒漠化管理中心、國家級技術支撐單位國家林業局石漠化監測中心(設在國家林業局中南林業調查規劃設計院)和省級石漠化監測部門三大用戶群。根據用戶群對系統具體功能需求的不同，可以歸納為三種用戶類型:即行政管理用戶、技術人員和系統管理員，如圖1所示。

圖1 用戶類型圖

2 技術路線及設計原則

系統開發采取“統一設計、分步實施”的策略，從總體上充分考慮系統的實用性、先進性、安全性和可擴展性，引進先進的軟件工程管理方法，采用UML方法進行軟件項目設計與開發管理，提出系統設計框架和模型，定義各模塊功能和模塊間接口。綜合分析石漠化監測工作的實際情況，進行系統的需求分析、總體設計、概要設計、詳細設計及代碼編寫、系統測試，并編寫具體詳實的文檔材料，各過程將采用規范的監督管理和負責機制，使系統開發有據可循，系統成果標準、規范和實用。

本系統在設計中遵循以下基本原則:

1)先進性:系統采用當前世界先進的開發軟件(C# ．NET 2008)、數據庫軟件(SQL Server 2005，Oracle 10G)和圖形平臺(ArcGIS 9．3)進行軟件開發設計，保證系統在平臺技術上處于領先地位。

2)實用性:實用性是應用軟件系統的生命。在保證系統所有功能實現的前提下，注重系統的實用性，使系統能真正為石漠化管理工作帶來方便，提高工作效率，規范石漠化工作成果。此外，友好的程序界面設計是用戶方便使用的保證。

3)可靠性及安全性:系統采用多種數據安全機制，如用戶認證、數據備份及系統日志等保證數據的完整性與可靠性。

4)擴展性:為保證系統具有良好的可擴展能力，能夠方便進行系統升級和更新，以適應各種不同業務的不斷變化，系統采用模塊化設計并規范數據接口。

3 總體結構

系統設計以提高石漠化監測工作效率為目標，集中、規范數據管理，實現成果數據查詢分析與內部共享，建立以數據庫技術、數據更新交換技術、GIS技術和計算機技術為核心的高效運行、安全可靠的石漠化監測管理信息系統。建成后的系統將集石漠化圖斑區劃、數據入庫、數據檢查、統計分析、石漠化現狀查詢與動態分析、文檔管理、系統管理等功能于一體，實現石漠化監測管理工作的規范化、標準化、信息化和網絡化。

3．1 系統體系結構及開發平臺

系統由計算機網絡通訊平臺、計算機軟件環境平臺、數據庫、應用系統、系統用戶、應用支撐平臺和運行管理體系7部分構成，如圖2所示。

圖2 系統體系結構圖

計算機網絡通訊平臺、計算機軟件支撐平臺、數據庫接口等每個層次都為上一個層次提供必要的支持和服務。這幾個層次是整個石漠化管理系統的主體，安全保障體系和運行管理體系貫穿在各個層次，保證和維護各個層次正常有序地工作。

為保證系統的穩定性、擴展性與易維護性，系統將以數據庫技術、組件技術和GIS技術為基礎，以C/S結構模式進行應用系統設計;系統將采用成熟的三層架構體系進行程序功能設計，它們分別是數據層、邏輯層和表現層。數據層是系統的數據庫及支持數據庫運行的軟硬件及網絡環境;邏輯層主要是為實現業務功能而抽象出來的系統邏輯方法;表現層是系統功能的直接展現，它主要是用戶與系統進行交互的功能界面［2］。

3．2 系統運行網絡環境

系統將部署于國家林業局石漠化監測中心和國家林業局防治荒漠化管理中心現有局域網上。對于省級用戶，僅部署系統客戶端作為石漠化監測工作的工具，其成果數據提交與返回通過電子郵件或光盤拷貝等其它方式進行。對于國家級用戶，系統擬采用C/S結構模式進行功能開發。本系統不采用B/S模式實現查詢分析功能，原因有以下五個方面:

1)各類用戶所需功能集成開發，確保系統功能的整體性和穩定性。

2)B/S必須在網絡暢通的情況下才能使用，影響其速度與性能的因素偏多。C/S僅僅需要安裝一個客戶端，既可實現聯網運行;而且，絕大部分功能又能脫離網絡獨立運行，運行速度基本不受影響。

3)每5年一次的數據更新頻率，使系統不必頻繁連接服務器獲取更新數據。同時，系統中所有的石漠化監測詳實數據，由于保密的需要，不允許在公網或林業專網上流通。

4)B/S模式適合無固定且數量未知的用戶群，而石漠化監測系統主要用戶明確且數量有限。

5)目前WEBGIS技術不適合做復雜的業務功能開發，成功案例少。而基于C/S模式的GIS技術相對成熟，能實現幾乎所有的用戶功能需求。

盡管如此，建立的中心數據庫，仍然為今后的B/S模式的系統開發預留接口。

4 功能設計

根據用戶需求分析及系統結構設計，系統提供以下八個主要功能模塊。

4．1 數據管理

對各期石漠化數據表結構(圖斑區劃屬性因子)進行管理，可以增刪屬性因子，可以修改因子的屬性或精度，根據數據表可以創建規范圖層;對系統因子代碼進行管理，用戶可以增刪因子代碼，設定矢量圖層的代碼域;將石漠化規范空白圖層及其掛接的代碼域導出作為模板數據，分發給各省(市)或縣，便于石漠化圖斑區劃的標準統一;將前期石漠化數據有選擇性地導入到當期石漠化圖層，作為當期石漠化區劃的本底數據;對各期石漠化數據進行管理;將各省提交的區劃成果數據(包括SHP格式的數據)導入到本地數據庫，由系統數據管理員將經過拓撲檢查和邏輯檢查的石漠化成果數據由本地數據庫中提交到服務器，或從服務器下載指定年度或地區的石漠化數據到本地數據庫;對項目相關的所有文檔進行分類管理，文檔可以導入導出或刪除，可以直接查看瀏覽;對石漠化特征點進行管理，將新一期的特征點數據(包括照片)增加到數據庫?？梢噪S時刪除、修改、查詢瀏覽特征點信息和照片。

4．2 數據檢查

管理數據邏輯關系，確定或修改小班屬性表邏輯關系或缺漏項定義;用戶對區劃圖斑數據進行檢查，判斷圖層是否有拓撲錯誤和屬性邏輯錯誤，并導出檢查結果;對單個圖斑記錄進行修改或批量修改。

4．3 圖斑編輯

提供圖層載入及疊加功能，將衛星影像和石漠化監測數據等圖層加載到同一地圖窗口進行區劃;系統提供基本地圖工具(如放大、縮小、漫游等)和對地圖文檔與圖層的基本操作工具;提供多種空間定位功能，如地名定位、坐標定位、區域定位;提供矢量圖層的編輯工具條，能夠對石漠化圖斑及屬性進行編輯。系統提供新建、修改、刪除、復制、粘貼、撤消、恢復、剪切、合并、自動完成及流畫筆等多種圖形要素編輯功能。

4．4 圖件管理

圖件管理功能模塊主要包括專題圖制作、專題圖管理以及專題圖查看3個子功能。

系統提供石漠化圖件制作的排版窗口及控制排版窗口的工具條。工具條提供布局放大、布局縮小等常用工具按鈕;提供多種插入元素工具，在布局窗口中插入本文、標題、圖例、輪廓線、指北針、圖片、比例尺及公里網、多邊形等元素并能修改其屬性。通過對系統各菜單和工具按鈕進行綜合應用，實現石漠化專題圖的排版及輸出。特別地，系統設置石漠化色塊管理器，按《技術規定》中的石漠化狀況和程度的色塊標記規定，進行石漠化色塊方案管理，每次用戶對石漠化圖層進行渲染時，只要指定管理器中的模式就可快速對圖層進行渲染，以保證各類石漠化制圖效果的統一。

制作好的石漠化專題圖以圖片的形式保存到系統數據庫中進行管理，以提高查詢瀏覽速度。成果圖分年度分地區進行管理。成果圖可以導入、導出及刪除。用戶可以對專題圖分年度、分行政級別查閱。

4．5 統計報表

系統按《技術規定》產出統計報表，并可導出為EXCEL文件;用戶可以對報表進行自定義或修改，也可對報表間關系進行定義和檢查。為提高報表查詢瀏覽速度，系統不采用即時統計模式，而采用“→生成瀏覽”模式，即每期石漠化監測數據更新后，重新“生成”一次報表，將統計結果數據內容保存到統計結果表中，用戶要進行瀏覽時，直接從統計結果表中提取數據。

4．6 查詢分析

1)石漠化專題查詢分析

使用基本地圖操作或查詢工具，通過年度、行政區劃、石漠化狀況或程度等條件，在地圖中顯示符合條件的石漠化圖斑。用戶可以查看各圖斑的具體信息，采用統計圖或表的形式展現石漠化相關統計數據信息;用戶也可以對指定區域或年度進行石漠化狀況、石漠化程度和石漠化演化趨勢進行分析，分析結果以地圖和統計圖表形式展現給用戶;可以根據地類、成因、權屬、流域、綜合蓋度、喬灌蓋度、植物起源以及治理現狀等因子進行有選擇性的查詢分析;點擊圖中石漠化圖斑，如果該圖斑存在GPS特征點，可以顯示該特征點的信息和圖片。見圖3所示。

圖3 石漠化程度查詢及分類分析結果界面設計

2)石漠化動態變化分析

對兩期石漠化數據進行動態對比分析，分析結果以地圖和統計圖表形式展現給用戶，變化圖斑以閃爍形式突出顯示。

4．7 系統工具

提供坐標轉換、AUTOCAD數據轉換等監測工作中可能用到的實用工具。

4．8 系統管理

系統管理主要包括用戶管理、日志管理、數據備份和恢復及服務器連接參數配置等功能。系統采用用戶認證機制，不同用戶角色設置不同的操作權限。系統日志能自動記錄用戶對于系統的各種關鍵操作及操作人員的相關信息。系統提供數據備份與恢復機制，確保系統數據的安全性。系統將連接服務器參數以二進制文件分發給其它用戶，其它用戶只要將參數導入，即可連接服務器，又可保證系統安全。

5 數據庫建設

系統中心數據庫建設以關系型數據庫Oracle 10G為核心，本地數據庫采用SQL Server 2005。采用ARCGIS SDE作為空間數據引擎。系統制定統一的數據規范，建立統一的數據管理模型，所有數據符合ORACLE與ARCGIS的技術規范。石漠化專題數據的數據結構及數據代碼以《技術規定》為準。其它基礎數據的命名規范參考《國家森林資源數據庫試點示范項目》相關標準。所有數據的空間參考統一為北京54坐標系統?？臻g數據統一采用經緯度地理坐標。表或圖層數據以年度和省(區)為單位進行儲存。經初步估算，兩期的石漠化專題圖斑，數據量在700萬個左右。分年度和省(區)存放數據，能提高圖形瀏覽速度和屬性查詢速度。

6 結語

系統設計采用的架構模式，有利于系統維護與升級;系統功能設計靈活，能應對各期業務變化，同時也保證了數據的安全。系統采用成熟的開發平臺與數據庫平臺，保證了系統的穩定性和先進性。系統提供的功能豐富實用，不僅能規范監測工作操作流程和數據內容，還能提高石漠化監測工作效率，滿足用戶對石漠化信息的查詢分析需要。數據庫數據內容齊全、標準規范，有利于數據共享、查詢瀏覽以及后續使用。系統數據庫建設嚴格參照了《國家森林資源數據庫建設》標準，能方便地實現與國家森林資源數據庫的遷移、共享與對接。

［1］王世杰．喀斯特石漠化概念演繹及其科學內涵的探討［J］．中國巖溶．2002，21(2):101 －105．

［2］高揚．基于NET平臺的三層架構軟件框架的設計與實現［J］．計算機技術與發展，2011，21(2):77－80．

The General Scheme of Karst Rocky Desertification Monitoring Information System

LUO Weijian，NING Xiaobin，ZHENG Hong，LIU Xiaonong

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration，Changsha 410014，Hunan，China)

Abstyact:According to the karst rocky desertification monitoring status，technical guidelines and user requirement in our country，the general scheme and system structure for rocky desertification monitoring system platform were put forward．Meanwhile，the design of system functions and center database were expounded and discussed．

monitoring of rocky desertification;information system;general scheme

TP 79;P 588．24

A

1003—6075(2012)01—0035—05

2012—02—20

羅為檢(1973—)，男，工程師，從事林業信息系統開發和林業調查規劃設計工作。