基于 ArcGIS和 Oracle的山西省森林資源管理信息系統設計與實現

趙樹楷

(山西省林業調查規劃院,山西 太原 030012)

建立基于 A rcGIS和Oracle的山西省森林資源管理信息平臺,可以充分利用各類森林資源調查監測成果及其他有關數據,為林業部門提供一個網絡共享的、標準統一的、數據詳實的基礎平臺,為各地實施產業結構調整提供資源信息數據和決策依據,為指導微觀林業生產實踐提供技術支撐。對適時監測、分析生態環境變化動態和發展趨勢,科學規劃林業發展未來,實現高科技支撐的重大生態建設規劃,進一步提升各級地方政府對生態建設的決策與管理水平有著極為重要的現實意義和歷史意義。

1 系統建設指導思想、原則與目標

1.1 指導思想

山西省森林資源管理信息平臺是以科學發展觀為指導,以“生態興省”為根本,以加快現代林業建設、保障生態安全為主題,以森林資源監管為主線,立足全省林業實際,整合現有信息數據,在統一的環境下建立起來的。信息平臺的建立可以為林業工作者分析決策、規劃設計和生產作業提供支撐,以及推進科技興林,促進林業的可持續發展。

1.2 建設原則

以人為本 ,統籌兼顧,循序漸進;科技應用,科技創新,管理創新;立足實際,著眼大局,服務生產。

1.3 建設目標

1 )根據國家林業局發布的《數字林業標準與規范》和《森林資源數據庫建設標準》,結合山西省實際,整合并將現有森林資源調查數據標準化,建成基于Oracle的山西省森林資源數據庫。

2 )研發基于 ArcGIS的山西省森林資源管理信息系統,實現對全省森林資源的全面動態管理、分析、統計、查詢與瀏覽、專題制圖與輸出、信息共享與發布,為宏觀決策、規劃設計與生產作業提供技術支撐。

2 GIS和數據庫方案選擇

2.1 GIS選擇

美國環境系統研究所公司(Environmental System s Research Institute,Inc.簡稱 ESRI公司)是世界上最大的地理信息系統技術提供商,致力于為全球各行業用戶提供先進的 GIS技術和全面的GIS解決方案。他們的 ArcGIS系列軟件以多層次、可擴展、功能強大、開放性強等特點成為中國用戶群體最大、應用領域最廣的GIS技術平臺。本系統選擇的是A rcGISDesktop,ArcGIS Engine,ArcGISServer和 ArcSDE等軟件。

1 )ArcGIS Desktop(ArcGIS桌面系統):是一系列整合應用程序的總稱,包括 ArcMap,A rcCatalog,ArcGlobe,ArcToolbox和ModelBuilder。通過協調一致的調用,可以實現任何從簡單到復雜的 GIS任務,包括制圖、地理分析、數據編輯、數據管理、可視化和空間處理。

2 )ArcGIS Engine:用于創建客戶化 GIS桌面應用程序的獨立的嵌入式開發組件。

3 )A rcGIS Server:包含 GIS服務器以及為NET和 Java的應用程序開發框架(ADF),是一個發布企業級 GIS應用程序的綜合平臺,提供了 GIS軟件集中管理、多用戶編輯、創建和配置 NET或Java開發個性化桌面和網絡應用能力。基于瀏覽器的訪問方式,在服務器上實現集中的空間分析,在企業內部發布高級的 GIS網絡服務,形成了一套標準的Web GIS服務。他還包含 ArcSDE空間數據管理技術,用于通過多種關系型數據庫來管理基于多用戶和事務的地理數據庫。

4 )A rcSDE(數據通路):是 ArcGIS的空間數據引擎,在關系數據庫管理系統(RDBM S)中,是存儲和管理多用戶空間數據庫的通道。采用客戶 /服務器體系結構,可以提供空間和非空間數據進行高效率操作的數據庫服務,允許用戶在多種數據庫管理系統中管理地理信息,實現空間數據與屬性數據的無縫連接,使所有的ArcGIS應用程序都能夠使用這些數據,是多用戶 A rcGIS系統的關鍵部件之一。

2.2 數據庫選擇

目前,主流數據庫大致可分為 3大類:一是大型數據庫,如 Oracle,DB2;二是中型數據庫,如 SQLServer,Sybase;三是小型數據庫,如 MySQL。

本系統選擇 Oracle數據庫。Oracle(甲骨文oracle bone inscriptions第 1個單詞)公司是全球最大的信息管理軟件及服務供應商,是首家進入中國的世界軟件巨頭。Oracle數據庫是世界上最流行的軟件,全球使用率約 60%,該數據庫能收集、組織和保護信息,提供高性能、低成本、伸縮性強、安全、實時、可用的商務智能和協作。該軟件功能全面,為每個行業都提供了特定的解決方案。

3 系統架構設計

3.1 技術路線

1 )以山西省森林資源數據庫為核心,采用ArcSDE空間數據引擎實現對空間相關信息的集成管理。

2 )考慮到林業信息化所涉及的海量數據的管理以及系統的覆蓋面、整體性,系統總體邏輯框架必須嚴格遵循“數據層 /邏輯層 /表現層”的 3層體系結構,靈活運行“服務器 /客戶機 /瀏覽器”的 3種工作模式,實現海量數據的高效管理和部門間的數據傳輸、信息共享。

3 )以業務流程分析為主導,以 A rcGISDesk top和 ArcGIS Engine為基礎,采用 A rcGIS Server的NET或Java語言,以C/S結構面向用戶空間數據管理與維護,以 B/S結構面向客戶端空間數據檢索與應用架構,開發穩定、先進、可擴展、易維護的應用系統。

3.2 系統架構

1 )網絡結構:在森林資源數據中心設服務器、數據庫、森林資源專網和安全認證系統,通過本地局域網、城域網或專線(政府專網等)連接省直林業駐并單位、各國有林管理局和外部單位。

2 )體系結構:數據層(Oracle數據庫)→邏輯層(ArcGIS Server,A rcGIS Engine,A rcSDE)→表現層(A rcGIS Desk top,Web瀏覽器,數據查詢分析,空間數據管理,數據采編分發,數據更新維護)。

3 )運行模式:單機模式 (數據采集,分析人員)←→ C/S模式(中心數據維護,部門或單位數據維護)←→數據庫←→B/S模式(專線聯網用戶)。

3.3 系統管理

1 )用戶管理:將用戶分為一般用戶、數據管理用戶和系統管理用戶等多種角色,對不同角色的用戶賦予不同的權限。

2 )訪問控制:對不同角色的用戶設定不同的操作系統功能模塊權限,控制用戶對系統數據庫不同數據內容進行查詢、讀取、修改等各種操作,為系統的正常運行和數據安全提供保證。

4 數據建庫設計

4.1 現有數據

目前,山西省林業上已擁有覆蓋全省的多時期、多分辨率的 TM,SPOT5等衛星遙感影像,1∶ 10 000航攝影像 ,1∶ 10 000和 1∶ 50 000數字化地形圖,1∶10 000和 1∶50 000 DEM等基礎地理數據,以及基于 GIS的全省二類資源、數字生態規劃、荒漠化與沙化土地等專業數據。

4.2 數據標準化

根據國家林業局發布的《數字林業標準與規范》和《森林資源數據庫建設標準》,結合自身特點,制定山西省森林資源數據庫標準與規范,并開發標準化插件,對所有預入庫數據進行標準化處理。

4.3 數據建庫、組織與入庫

在 Oracle中建立影像庫(DOM)、高程模型庫 (DEM)、柵格庫 (DRG)、矢量庫 (DLG)、界線庫 (JXK)、路河庫 (LHK)、專題庫 (ZTK)等 ,統一各庫的分類、代碼、內容,對標準化處理后的數據分類組織,在 ArcCatalog中分別入庫,同時建立森林資源信息元數據,最終建成山西省森林資源基礎數據庫。

5 系統功能設計與實現

根據山西省森林資源及其數據庫建設現狀,系統功能應優先設計邏檢統計、分析規劃、專題制圖和查詢瀏覽4大模塊。

5.1 邏檢統計模塊

邏檢統計模塊包括數據導入導出、數據邏輯檢查、屬性因子修正、資源分類統計、資源匯總統計、種植模型編制。該模塊旨在建立正確的邏輯關系,對森林資源調查成果,特別是對小班區劃中各圖班的屬性因子的正確性進行檢查。該模塊可以實現圖表互動,并提供放大、縮小、漫游等功能。

檢查分為加載圖層、啟動邏輯檢查功能、顯示邏輯錯誤、點擊并修改錯誤、正確存儲等幾個步驟,內容包括必填因子是否填充、因子之間是否符合邏輯關系、因子填寫是否符合規定范圍等。在該模塊中,調入內業數據或直接導入外業數據后,可實施粗檢、細檢,快速給出錯誤報告,點擊每條錯誤記錄,可以直接在圖上高亮顯示發生錯誤的小班,利用編輯工具直接修改錯誤圖班的屬性,對發現錯誤的種植模型可及時進行修訂。對修正后的結果進行標準統計、匯總,可分表單獨統計,也可選擇多表一起統計。

5.2 分析規劃模塊

分析規劃模塊包括區域范圍選擇、屬性查詢選擇、屬性因子編輯、資源定制統計、資源動態分析、種植模型修訂、造林規劃設計、圖表輸出打印。該模塊以森林資源調查成果為主,兼顧生態工程等成果,既可以通過網絡來直接調用數據庫中的數據進行分析,也可以通過網絡導出數據到本地后再進行處理,統計分析結果以統計表和統計圖的形式表達。統計表包括標準用表和定制表,統計圖包括直方圖、餅圖、百分比圖,可用二維、三維等形式體現。

該模塊可以對兩期數據進行直觀的圖形和數據對比,從而分析其變化態勢。可根據立地條件等相關因子對現有班塊進行快捷的造林設計,并直觀地顯示于圖面,輸出與打印;也可依據條件選擇 1個～n個班塊進行快捷的造林規劃,甚至可以選定一個范圍(包括對某一線性地物兩側一定范圍)進行相關造林規劃,并可依據規劃情況進行相應的統計輸出。可在規劃期間對種植模型進行修改和增補,導出和導入已有模型。

5.3 專題制圖模塊

專題制圖模塊包括色譜圖素設定、專圖自動生成、專圖定制生成、專圖輸出打印。該模塊可以按照已定圖素標準傻瓜式操作,自動生成各類專題用圖,也可根據特殊情況自定義生成相關專題圖,并打印輸出。

5.4 查詢瀏覽模塊

查詢瀏覽模塊包括數據查詢瀏覽、圖形查詢瀏覽、表書查詢瀏覽、資源適時統計、結果輸出打印。該模塊通過內網或專用網絡,分權限在Web界面提供數據集成、地圖查詢、空間分析、專業制圖和專題應用等功能。直接對森林資源數據庫進行相應的查詢和瀏覽,包括各類專題圖、表、文本,并可在矢量圖面上進行自定義查詢和統計。

6 系統應用展望

1 )可以及時維護、更新林業調查區劃、資源成果等數據,實時對選定區域進行邏輯檢查修正和多種統計分析。

2 )隨著國民經濟和社會的發展,可以及時修改區域發展規劃,根據立地條件等相關因子對相應地塊進行快捷的造林模式設計和作業設計,并及時獲得規劃數據、圖表。

3 )可依據年度數據對各項生態工程進行動態監測和分析,變單一工程管理為綜合管理,為宏觀分析和決策提供現實依據,提升林業工程管理水平。

4 )可直接利用各類調查監測和規劃數據或年度更新數據編制、輸出各種通用圖、專題圖,并可進行現時的內容添加,盡可能地滿足生產應用。

5 )可通過設置的網絡訪問權限,及時查看、瀏覽、輸出相關的資源數據和圖文信息。

7 結語

經過幾年的研究和開發,山西省森林資源管理信息系統已初步成型,部分模塊已在山西省二類調查、數字生態規劃、公益林鑒定、造林綠化、礦區植被恢復等工作中得到了廣泛應用。但還需在此基礎上進一步補充、完善林權改革、森林防火、荒漠化和沙化監測、征占用林地、采伐運輸、數據更新與維護等方面的內容,使該系統真正成為山西省森林資源管理的信息平臺,為建設現代林業、實施生態興省大戰略發揮作用。

[1] 余 明,艾廷華.地理信息系統導論 [M].北京:清華大學出版社,2009.

[2] 馬勁松.地理信息系統概論 [M].北京:高等教育出版社,2008.

[3] 周 衛,孫毅中,盛業華,等.基礎地理信息系統 [M].北京:科學出版社,2006.