基于GIS的成都市森林資源數據管理平臺設計

王勇軍，肖前剛*，廖興勇，楊 科，謝文娟，張 文 李永忠，靳 敏，王洪榮,羅 文

(1.成都市農林科學院,四川 成都 611130;2.成都市林業和園林管理局,四川 成都 610031;3.四川省林業生態環境監測中心,四川 成都 610081;4.成都大地吉信科技有限公司,四川 成都 610014)

森林資源是國家重要的生態資源，是生態建設的主體。森林資源監測是林業重要的基礎性工作和公益性事業，是國情國力調查的重要組成部分，開展森林資源監測，準確掌握森林資源的現狀及其動態變化，是各級政府和林業主管部門的一項重要基礎工作[1-2]。實現森林資源數字化、可視化管理，既是科學合理實現林業資源數據“一張圖”管理，確保森林面積、森林蓄積“雙增長”目標，也是維護國土生態安全、改善生態環境、發展現代林業和建設智慧林業的重要支撐。成都作為長江上游重要的生態屏障和生物多樣性富集區[3]，也是大規模綠化全川行動重要組成部分，在國家生態安全格局中具有重要地位，森林資源數據管理平臺的建設，將為推進全市國土綠化美化建設、資源數據的監測、林業發展規劃、森林經營方案、林權制度改革等提供數據支撐。

1 建設目標

平臺建設以充分利用地理信息系統技術、遙感技術和計算機網絡技術為手段，以森林資源二類調查成果、林地保護利用規劃及更新成果為基礎，嵌入其他各類林業信息，為市級林業數字化建設和管理提供森林資源基礎數據平臺，形成一個高度協調化、信息交流網絡化和信息分析智能化系統，最終建立完善、高效的森林資源監測體系，實現信息查詢、數據更新、統計報表等基本應用功能，為林業管理決策提供科學依據。

2 建設原則

①標準化與規范化：數據庫、操作系統等應符合行業標準，數據類型、編碼、圖式符號應符合行業規范。

②科學性與先進性：林業信息系統建設應采用先進科學軟件，可靠的硬件配備，在系統設計上具有領先和面向未來可擴充性要求，方便數據共享和信息交換。

③實用性和高效性：林業信息系統建設要注重實用性、可操作，系統能進行高效和快速的數據傳輸與處理，數據訪問的便捷。

④安全性與穩定性：系統運行具有良好安全性，確保系統和數據運行安全、穩定。

3 總體設計

3.1 整體框架

成都市森林資源數據管理平臺直接用于管理全市森林資源數據，對上能與四川省林業信息系統平臺對接，對下連接轄區內縣(區、市)級林業信息系統，也可供轄區內縣(區、市)及單位森林資源數據管理，并可融入省林業廳、成都市其它部門信息體系，實現數據信息共享。

圖1 成都市森林資源數據管理平臺使用設計圖

3.2 集成構架

成都市森林資源數據管理平臺基于SOA架構設計，由核心數據層、應用服務層、用戶交互層組成。

3.2.1 核心數據層

包含用戶數據、基礎地理數據、林地變更數據、二類調查數據、公益林數據、其他數據等系統中涉及的數據。所有數據統一存儲在Postgresql數據庫中以被各類服務應用進行調用。

3.2.2 應用服務層

應用服務層主要是訪問數據層向用戶交互層提供服務支撐，服務分為GIS服務和非GIS服務，GIS服務基于ArcGIS Server 和Portal搭建，非GIS服務基于JAVA搭建。服務層基于Spring Boot開發，以REST服務形式交付。

3.2.3 用戶交互層

用戶交互層是系統直接面向各級用戶的界面，此系統基于二維GIS開發，包含管理類功能和業務類功能。管理類功能主要針對系統管理員，對整個系統進行配置管理的功能；業務類功能主要針對省市縣各級林業用戶，包含全面數據查詢、統計、報表、在線制圖等功能。

用戶交互層基于HTML5、CSS3、ArcGIS JS API、AngularJS等技術開發，最終以B/S Web應用系統交付，可支持在任何操作系統的桌面瀏覽器、智能手機平板瀏覽器使用。

3.3 硬件系統

建設空間足夠的“市級森林資源數據管理平臺機房”1個，配備辦公座椅、空調、防盜門、防靜電地板、防雷系統、消防系統、配電系統、機柜、網絡系統等基礎設施設備。購置一批硬件設備(服務器3臺、工作站1臺、UPS電源確保不間斷供電10 h以上、防火墻1套、磁盤陣列兩套，交換機1臺，KVM切換器1臺，大型制圖儀1臺、多功能一體打印機1臺等)，組建硬件系統。

圖1 成都市森林資源數據管理平臺框架結構圖

3.4 軟件構架

①地理信息系統平臺：ESRI ArcGIS Server 10.3

ESRI ArcGIS Desktop 10.3

②數據庫：PostgreSQL 9.3

③數據庫服務器操作系統：Microsoft Windows 2012 Server

④客戶端操作系統：Microsoft Windows 78

⑤應用服務器操作系統：Microsoft Windows 2012 Server

⑥Web瀏覽器：Microsoft Internet Explorer 9.0或更高版本

⑦開發平臺：JDK 8、JavaScript、Html5

⑧殺毒軟件：金山毒霸企業版2012

3.5 系統安全

系統采用TCP/IP計算機網絡協議實現網絡連接，為確保系統數據傳輸及訪問，在內部和外部網絡的邊界配置防火墻，上下級網絡邊界部署安全網關，核心交換配置入侵防御系統，實現網絡的安全訪問控制、數據的保密傳輸。為防止林業資源數據丟失，數據訪問權限控制要求專人專管，同時，利用存儲備份恢復軟件進行重要數據備份、逐步實現異地數據備份，并具有完全恢復功能。為實現用戶的安全訪問，基于省、市、縣級服務體系分別搭建身份認證，授權管理和應用系統，外網訪問平臺采用網頁防篡改技術，防止惡意攻擊修改網站。

4 系統功能設計

4.1 C/S系統下功能

C/S(Client/Server)結構，即客戶機和服務器結構，它可以充分利用兩端硬件環境優勢，將任務合理分配到Client端和Server端來實現，降低系統通訊開銷，結構具有數據維護更便捷，數據存儲模式更安全，數據處理速度更快等優點，廣泛運用于森林資源管理系統中[4～6]。成都市森林資源數據管理平臺采用的C/S軟件體系結構，設計用戶管理、權限管理、底圖配置、專題服務管理、數據歸檔、編輯更新、切片管理、其他管理功能8個模塊，從而實現森林資源數據管理、維護的高效、安全等特性。

表1 C/S軟件體系結構下的管理功能

4.2 B/S系統下功能

B/S(Browser/Server)結構，即瀏覽器和服務器結構，用戶工作界面是通過瀏覽器來實現，具有操作簡單，使用覆蓋的范圍廣，網絡帶寬要求不高即可訪問，系統升級便于維護等特點，從C/S向B/S體系的演化，是信息系統結構體系的升級[7～9]。本系統設計采用的B/S軟件體系結構，設計具有用戶登錄、搜索定位、底圖切換、專題圖管理、權限過濾、行政區劃樹、小班卡片顯示、地圖書簽、資料管理、數據查詢、統計圖表、專業統計報表、數據下載、制圖標繪、在線打印、其它功能共16項功能，滿足不同用戶對資源數據的高效查詢、快速輸出等功能。

表2 B/S軟件體系結構下的管理功能

4.3 C/S 與B/S混合體系結構設計

成都市森林資源數據管理平臺采用C/S 與B/S混合體系結構設計。C/S結構針對管理類用戶，被授權人通過局域網直接訪問數據庫， 進行數據的維護和更新等。B/S針對業務類用戶，省、市、縣各級林業授權用戶通過Internet訪問Web服務器，進行數據查詢、統計、報表和在線制圖等功能。C/S 與B/S軟件體系結構的結合，在保證數據安全性和內部用戶較強的交互性上，有滿足了外部用戶數據查詢的高速度，從而實現森林資源數據管理的網絡化、智能化和現代化。

圖3 成都市森林資源數據管理平臺

5 建議

林業信息化是現代林業建設的重要組成部分，是促進林業科學發展的重要手段，是關系林業工作全局的戰略舉措和當務之急[10]。全國林業信息化“十三五”發展規劃明確要求，“互聯網+”林業是互聯網跨界融合創新模式進入林業領域，利用云計算、物聯網、移動互聯網、大數據等新一代信息技術推動信息化與林業深度融合，建立智慧化發展長效機制，形成林業高效高質發展新模式。到2020年，國家級林業信息化率達到90%，省級林業信息化率達到80%，市級林業信息化率達到70%，縣級林業信息化率達到60%[11]。在成都肩負建設國家中心城市使命，建設美麗中國典范城市的背景下，發揮成都首位城市作用，更需要科學、先進的技術手段，實現林業資源數據信息化管理。

5.1 加強森林資源數據整合

森林資源數據管理平臺以新一期的森林資源二類調查數據、林地更新數據和公益林建檔數據為基礎，搭建數據綜合應用平臺，而在下一步工作中，可將年度林地使用、林木采伐、林權管理、林業生態工程建設、林業產業建設等進行整合，形成全市一套資源數據，從而為全市的生態紅線監測、資源數據監管、林木種質資源保護、生態環境監測等提供基礎數據，為科學保護和利用林地資源、發揮林地最大生產力提供技術支撐。

5.2 優化平臺系統功能設計

在現有的B/S和C/S應用系統功能基礎上，加強林業信息應用系統展示功能建設，對三維顯示，地形模擬，地塊顯示等進行強化，將每一塊林地落實在山頭地塊，明確林地界線，實現全市林業資源管理立體化、可視化、數字化。

5.3 加快森林資源數據共享平臺建設

成都市森林資源數據管理平臺建成后，應加強與四川省林業廳、成都市級各部門、成都各縣(區、市)林業局的林業資源數據共享，做到成都市林業信息的實時更新。在經費保障的前提下，在省級林業主管部門制定規范化和標準化森林資源監測管理體系下，市級和縣級林業主管部門配備專業的人員和軟件設備，依托省市級林業專業研究機構，打造一支人員穩定、專業齊全、技術精湛的森林資源監測隊伍，為縣(區、市)、市、省乃至全國的森林資源監測服務。

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[2] 劉三平,李利,曾偉生.關于完善地方森林資源監測體系的思考[J].中南林業調查規劃,2011,30(3):1～3,8.

[3] 楊小廣.興林富民-生態文明建設中的成都林改[J].林業經濟,2016(1):20～23.

[4] 張慶全,余迎.基于C/S與B/S混合體系結構的林業管護經營監控系統的設計[J].測繪與空間地理信息,2009,32(1):40～43.

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[6] 李健生,吳際通,劉福盛.貴陽市森林資源管理地理信息系統的設計與實現[J].林業調查規劃,2014,39(5):99～103,107.

[7] 譚靖,楊為民,楊建祥,等.基于B/S與C/S混合結構的森林資源管理信息系統研究[J].四川林勘設計,2004,(4):48～51,56.

[8] 劉永寬.基于B/S結構的森林資源管理信息系統設計初探[J].林業調查規劃,2005,30(2):21～24.

[9] 王紅霞,王兵,李保玉.基于B/S模式的自然保護區信息管理系統構建[J].林業資源管理,2015,(5):126～131.

[10] 《全國林業信息化發展“十二五”規劃(2011-2015年)》[R].

[11] 《“互聯網+”林業行動計劃——全國林業信息化“十三五”發展規劃》[R].

[12] 李世東.中國智慧林業[M].北京:中國林業出版社，2015.