基于多種數據庫的遼寧省森林資源三維系統構建

先文娟

（遼寧省林業調查規劃監測院，遼寧沈陽110122）

自2005年遼寧省開展林業信息化工作以來，森林資源管理一直是信息化工作的核心組成部分。三維瀏覽查詢系統（簡稱“三維系統”）作為遼寧省森林資源信息管理系統的子系統之一，一直隨著資源信息管理系統的更新而重建。

現行森林資源三維瀏覽查詢系統于2016年開始建立，2017年完成建設， 通過網頁瀏覽的方式實現了數據瀏覽定位、專題查詢、飛行瀏覽查詢、場景管理、拔高設置、輔助分析等森林資源數據查詢分析功能。

作為數據瀏覽查詢的展示性窗口，三維瀏覽查詢系統直觀性強、可視性佳，不僅能給不熟悉數據庫管理的同事提供數據查詢瀏覽的便利，也為今后的數據交換共享工作打下了基礎。

1 系統構建

現行三維瀏覽查詢系統采用B/S 模式， 系統主要由服務器集群和B/S 客戶端兩部分組成， 其構建方式如圖1 所示。

1.1 服務器集群

服務器集群集數據管理與發布為一體，包含完成交互工作的Web 服務和GIS 服務，以及負責森林資源數據管理的空間數據庫管理軟件。

1.1.1 Web 服務

Web 服務作為客戶端和服務器的交互橋梁，負責完成數據的交換工作。 Web 服務將客戶端發出的有關GIS 功能的請求轉發到GIS 服務器，GIS 服務器從數據庫中讀取所需數據， 對請求進行處理，然后將操作結果通過http 響應返回到客戶端中顯示。

三維瀏覽查詢系統除常規的Web 服務外還需提供數據的三維顯示功能。

本次系統構建采用Apache 的Tomcat 提供Web服務，三維實現采用NASA 研究中心科研人員開發的開源軟件World Wind。

作為目前為止唯一真正開源的3D 引擎，NASA World Wind 擁有.NET 和Java 兩個實現版本。 本次系統構建選用Java 作為World Wind 的實現基礎，因此服務器端需安裝 JRE （Java Runtime Environment）作為其運行環境。

圖1 系統構建

1.1.2 GIS 服務

GIS 服務通過網絡向外提供GIS 處理功能，包括GIS 數據服務和GIS 功能服務。 與傳統的GIS 服務相比，它的數據既可以來自本地數據，也可以來自網絡或者其它GIS 數據服務，經過功能服務的處理后，將結果數據通過網絡發送給調用的用戶或應用服務。

本次系統構建采用GeoServer 和ESRI 公司的ArcGIS Server 共同提供GIS 服務。

1.1.3 B/S 客戶端

三維瀏覽查詢系統依賴于Java 運行，客戶端需安裝JRE 以保證系統的正常運行。

在第一次使用系統前，需對IE 瀏覽器進行有效設置以確保JRE 能正確安裝。完成JRE 的安裝后，還需在控制面板中的“安全”選項卡中進行相關設置。

2 空間數據庫管理

三維瀏覽查詢系統的核心是數據的瀏覽、查詢以及數據的統計分析，其基礎是森林資源數據。 只有資源數據完整正確， 瀏覽查詢結果才能真實可靠。 因此，森林資源數據的管理維護工作十分重要。

本次系統構建采用PostGIS、MySQL 以及ESRI公司的ArcGIS 作為數據庫管理工具。

PostGIS 是對象-關系型數據庫系統PostgreSQL的一個擴展模塊，由Refractions 公司開發，為解決PostgreSQL 對GIS 數據的支持問題。PostGIS 具有空間索引功能， 能夠實現空間數據的查詢與分析，同時包含豐富的空間操作函數以及空間操作符，為實現各種復雜GIS 空間分析功能奠定了基礎。 作為開源的GIS 數據庫，PostGIS 發展迅速。 為提高瀏覽效率，加快數據查詢速度，本次系統構建采用Postgres的SDE 數據庫儲存森林資源的矢量數據，并完成相應的空間操作。

MySQL 是一種開源的關系型數據庫， 速度快、可靠性高、易于使用。本次系統構建，采用MySQL 完成非專業數據的管理工作，如賬戶信息、賬戶權限、數據遷移管理等。

ArcGIS 是ESRI 公司開發的商業GIS 軟件，作為老牌GIS 軟件，ArcGIS 產品運營穩定、功能強大。本次系統構建使用ArcGIS Desktop 完成數據處理及柵格數據的壓縮存儲工作。

3 系統實現

建成的森林資源管理系統具有二維 （圖2）、三維（圖3）兩種顯示模式。

系統窗口左邊顯示了遼寧省行政樹，通過雙擊操作可快速定位到興趣村。 二維模式提供放大、縮小、平移、小班查詢、行政區查詢、清除、復位、全屏/退出的快捷操作。 三維模式提供拔高設置、漫游、指北、小班查詢、行政查詢、典型場景、飛行瀏覽、清除、復位、全屏/退出的快捷操作。

圖2 森林資源管理系統二維顯示

圖3 森林資源管理系統三維顯示

三維系統右上方設置了數據查詢、 統計分析、空間分析、專題圖、系統設置模塊。 其中，數據查詢模塊提供了簡單查詢和條件查詢兩種方式，用戶可按需選擇。

統計分析模塊植入了常用統計報表，并具備報表定制功能。 用戶可直接使用內置報表進行數據統計，也可以根據工作需求進行定制統計。

空間分析模塊具備透視分析、坡度分析、制圖分析、量算分析功能。

專題圖模塊內置了公益林商品林概況、無林地資源概況、森林火險等級情況、退耕還林情況等專題圖模板，供用戶直接使用。 用戶也可根據實際情況進行設置，完成專題圖出圖工作。

系統設置模塊可對系統顯示等系統功能進行設置。

4 分析與小結

現行森林資源三維系統采用B/S 模式， 使用PostGIS、MySQL、ArcGIS 作為空間數據庫管理軟件，實現了數據瀏覽定位、專題查詢、飛行瀏覽查詢、場景管理、拔高設置、輔助分析等森林資源數據查詢分析功能。

B/S 模式的優勢在于使用網頁瀏覽器， 使得系統的適用性廣泛、跨平臺性良好、運營成本低、操作簡單、擴展性良好，其缺點是涉及到網頁瀏覽的安全性問題及數據保密問題。 因此，現行三維系統僅在林業系統內部的安全網絡上運行，并沒有發布于互聯網中。 在今后的系統構建工作中，可考慮加強系統安全建設，并對數據進行加密處理，使資源數據能在互聯網中使用，方便各類用戶的查詢瀏覽。

除ArcGIS 外，現行系統均使用開源軟件進行構建，使得系統的擴展性更強，也節約了開發成本。 多種數據庫并行的構建模式使得各類數據間彼此獨立，系統的抗風險性更強。 與此同時，多種數據庫同時運行也加大了后期的數據維護難度，使得系統的再部署工作較為繁瑣。 在今后的系統構建工作中，應考慮在兼顧系統安全性的同時，使用同一種數據庫完成數據的管理和維護工作，以降低運營成本和維護難度。