新疆林果大數據管理平臺的應用實例分析

李曦光 王蕾 丁程峰

摘要： ?基于新疆林果大數據管理平臺，按照統一標準整合新疆沙棘資源數據，建立融合氣象、土壤、有害生物等數據的沙棘資源數據庫，對新疆沙棘資源進行動態監測和分析。得出新疆沙棘資源總面積為10 640 hm2，阿勒泰地區為最大優勢區，種植面積達到7 033 hm2，占全疆沙棘總面積的66.10%，種植株行距主要以1.5 m×4.0 m為主，新疆沙棘成熟期集中于9、10月份，所受病害以潰瘍病為主。

關鍵詞： ?大數據平臺; ?云計算; ?3S; ?林果; ?沙棘

中圖分類號： ? S 793.6 ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： ? A ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1001 - 9499（2020）04 - 0045 - 06

新疆具有獨特的地理氣候條件與生態環境，在天山、昆侖山穩定的水源補給和得天獨厚的光熱條件下，當地林果具有含糖量高、營養豐富的特點[ 1 ]。新疆發展特色林果業潛力巨大，林果業是新疆區域經濟的重要增長點，是地區經濟支柱產業之一[ 2 ]。截至2019年底，新疆林果業種植總面積達144.52萬hm2，其中，地方123.04萬hm2，新疆生產建設兵團21.48萬hm2;林果總產量1 165.83萬噸，其中，地方769.25萬噸，新疆生產建設兵團396.58萬噸，位居全國前列。在新疆林果業總體規模擴大、效益增長的同時，也暴露出種植結構不合理、數據統計渠道不一致、技術支持不到位等諸多問題，極大限制了新疆林果業的快速發展。長期以來，我國非常重視林業信息化工作，啟動了基于互聯網、數據庫技術的林業科學數據共享，實施了全國林地“一張圖”數據庫建設工作[ 3 - 9 ]，近年來的遙感技術、物聯網、大數據技術更使林業信息化程度迅速提高。在新疆維吾爾自治區人民政府和林草局的支持下，新疆林業科學院承擔建設了集大數據[ 10 ]、云計算[ 11 ]和3S技術[ 12 ]于一體的新疆林果大數據管理平臺，旨在實現林果數據的存儲、分析、應用和展示，為優化林果業發展布局提供依據，科學指導產業發展。本研究在新疆林果大數據管理平臺“一張圖”建設成果基礎上，以新疆沙棘資源為例，對平臺的實際應用進行闡述與分析。通過新疆林果資源數據服務體系建設，構建以地理信息、空間遙感信息等為基礎的新疆林果大數據服務平臺，形成對新疆沙棘產業發展數據協同共享的重要技術支撐。

1 新疆林果大數據管理平臺

1. 1 平臺概況

新疆林果大數據管理平臺是利用大數據、云計算、物聯網、遙感、GIS等先進技術和理念，通過對遙感影像數據、林果資源數據、氣象數據、GPS定位數據等各類數據的全面整合，形成面向新疆特色林果業務應用的信息資源綜合數據庫。在構建的特色林果綜合信息數據庫基礎上，采用大數據分析挖掘算法[ 13 ]、GIS空間分析方法等，實現新疆特色林果在全疆一張圖的綜合展示、林果資源查詢統計、智能決策分析（如適生區分析、產量預測等）、林果產業管理、林果技術服務管理等功能，打造區域特色林果品牌，為資源的合理開發、有效管理、風險防控、林果項目的規劃和輔助決策提供服務。新疆林果大數據管理平臺使數據的精準性、時效性得到極大提高，簡化了步驟，縮短了時間，降低了成本，大幅減少了基層工作人員的工作量。

1. 2 平臺總體架構

新疆特色林果大數據管理平臺是一個整合了多種功能的大數據管理系統，需要實現不斷增長的林果業數據與各類相關資源數據的存儲和應用，還需要兼顧信息資源整合、數據共享、大數據挖掘與分析等功能，因此，平臺總體架構的設計需要有良好的兼容性、擴展性與高效性。平臺由基礎支撐層、數據資源層、服務資源層、資源應用層和用戶層構成。（1）基礎支撐層，包括網絡通信設備、數據服務器、應用服務器、林果業物聯網設備等。（2）數據資源層，包括全疆交通道路、河流水系、居民建筑等矢最數據，以及全疆高清遙感影像數據、三維地形數據、林果資源數據等。（3）服務資源層，以數據服務總線為核心，實現數據資源的注冊管理、服務接口、服務安全管理和運行監控等功能。（4）資源應用層，包括支撐應用、通用應用和專業應用，具有綜合展示、查詢、統計分析和預測決策等功能，實現全疆特色林果資源“一張圖”。（5）用戶層，包括新疆自治區政府、林果辦、科技處、信息中心、林科院和規劃院等相關單位，還包括全疆各州縣林業技術人員、林果種植戶、林果加工企業等。

1. 3 平臺拓撲結構

新疆特色林果大數據管理平臺主體運行于林業政務網環境，主要由數據存儲區、數據管理、綜合展示平臺、綜合業務應用集成平臺、部門間交換平臺和安全認證區構成。平臺拓撲結構如圖1所示。1. 4 平臺環境參數

（1）軟件環境建設

操作系統：Microsoft Windows Server 2012版

數據庫：oracle 11g R2 server 64bit for windows

Web服務器：apache-tomcat-7.0

運行環境：Java JDK 1.7

（2）硬件環境建設

x86_64 架構（64位）CPU

4cpu/8G內存/120G空間

1. 5 數據庫建設

數據是平臺運行的首要資源，根據林果生長規律和數據使用需要，平臺分類建設了7個數據庫。（1）林果小班空間數據庫，包括小班矢量數據、投影、坐標系等。（2）林果小班屬性數據庫，包括地類、樹種、品種、樹齡、樹高、郁閉度、面積、產量等數據。（3）林果有害生物數據庫，包括有害生物類別、地區、受災程度、受災面積、防治措施等數據。（4）林果氣候適生性數據庫，包括樹種、積溫條件、高溫耐受條件、低溫耐受條件等數據。（5）林果科技資料數據庫，包括樹種、品種、資料大類、資料小類、作者、出版年度等數據。（6）林果產業發展數據庫，包括生產基地、企業、產品類別、產量、銷量、價格、庫存等數據。（7）全疆各監測站歷年氣象數據庫，包括小時溫度、日均溫度、日高溫、日低溫、降水量、日照時數、干熱風和霜凍情況等數據。

2 新疆沙棘概況及發展優勢

沙棘（Hippophae rhamnoides L），又名醋柳、沙棗、酸刺等，為胡頹子科酸刺屬落葉灌木或小喬木;枝灰色，常有刺，葉線狀披針形，背銀色鱗毛。春季先葉開花，花極小，帶黃色;果實呈廣橢圓形，橙黃色[ 14 - 15 ]。我國的天然沙棘林集中分布在青藏高原和西部一些地區，沙棘總面積居世界各國之首，占世界沙棘總面積的95%，累計沙棘面積（野生加種植）達1.4×106 hm2。新疆的沙棘資源較為豐富，分布范圍廣，南北疆均有分布，在新疆烏魯木齊河谷、額爾齊斯河谷平原、博爾塔拉河谷、伊犁河谷及其各支流等地有大面積集中成片的野生純林[ 16 ]。新疆發展沙棘資源具有得天獨厚的優勢條件[ 17 ]，新疆土地面積大，能夠種植沙棘的荒山荒坡、河灘、沙地等土地面積很多，新疆的自然條件和氣候因素適宜沙棘生長，沙棘在新疆32個縣（區）以天然林的方式存在，在伊犁河谷地區生長表現尤為突出，沙棘果實的果皮、果汁、果肉和種子含油量均比其他地區高。

3 新疆沙棘大數據研究目標及應用步驟

3. 1 研究目標

通過調查、測算和分析，達到以下5項研究目標。（1）查清新疆沙棘種植地點、面積、分布、主要樹種及品種、主要樹種種植株數和產量等;（2）查清新疆沙棘的主要樹種的林齡（果期）、結構、樹種結構及受害狀況;（3）查清新疆沙棘的經營管理狀況;（4）對數據進行分析，為沙棘產業發展布局提供決策依據;（5）為種植戶、企業推送簡約化的沙棘管理技術。

3. 2 資源數據應用

新疆沙棘數據應用主要分為以下4個步驟：

（1）內業準備。利用高清衛星影像進行圖斑區劃與智能判讀，精算相應圖斑的面積。

（2）數據采集。利用手持采集設備自動定位，在現地選擇內置調查因子，根據新疆林業科學院制定的采集標準和作業規范，最終確定了45項調查因子（表1）。

（3）數據處理。外業調查匯總的數據庫審查通過之后，上傳至新疆林業科學院的特色林果綜合信息數據庫進行統計分析，以圖、表的形式生成分析報告。

（4）成果數據應用。通過新疆林果大數據管理平臺對成果內容進行發布、管理、分析與應用。

4 新疆沙棘大數據應用成果分析

4. 1 新疆沙棘資源分布

基于新疆林果大數據管理平臺，將采集到的沙棘資源小班數據集成在一張圖上，展示分析全疆沙棘資源分布情況。由新疆沙棘資源分布統計表（表2）、新疆沙棘資源分布圖（圖2）和沙棘產業布局圖（圖3）可以看出，截至2019年末，新疆沙棘資源總面積已近10 640 hm2，種植區域分布于伊犁河谷、塔城、阿勒泰、博州、克拉瑪依、和田、阿克蘇等地區，主要分布于阿勒泰地區、塔城地區和克爾克孜勒蘇柯爾州這3個優勢區，其中，阿勒泰地區為最大優勢區，種植面積達到7 033 hm2，占全疆沙棘總面積的66.10%，主要分布于青河縣、哈巴河縣和布爾津縣。現有栽培品種以中國沙棘為主，栽培面積占總面積的85%，栽培的大果沙棘有遼阜、齊棘1號、橙色、烏蘭格木、實優一號、楚伊、優勝、阿爾泰新聞等品種。

4. 2 主產區沙棘分布情況

利用新疆林果大數據管理平臺，選取沙棘主產區——阿勒泰地區青河縣進行分析，得出青河縣沙棘資源總面積為2 866.67 hm2（圖4），其中，塔克什肯鄉1 113.33 hm2，阿尕什敖包鄉680 hm2，阿熱勒鄉333.33 hm2，薩爾托海鄉300 hm2，查干郭勒鄉253.33 hm2，阿熱勒托別鄉186.67 hm2。同時，青河縣主要以種植園的方式進行集中種植，實現沙棘種植產業化，配合當地的沙棘加工企業，形成了一套完整的產、運、銷產業鏈。

4. 3 沙棘種植現狀

將新疆沙棘資源小班數據定位到鄉村一級，精確到每個地塊（圖5，圖6）。選取青河縣阿尕什敖包鄉阿克加爾村的沙棘小班，得到所選小班的詳細屬性信息，具體包括樹種、事權等級、土地權屬、面積、株行距、管理水平、災害程度、土壤屬性、種植類型等。利用平臺加載的高清衛星影像，可清晰查看所選沙棘小班的種植現狀，青河縣沙棘種植株行距主要以1.5 m×4.0 m為主，部分地塊株行距為1.0 m×6.0 m。

4. 4 沙棘成熟期分布情況

結合多年期沙棘成熟期數據，得出新疆沙棘資源成熟期主要集中在9月和10月，成熟期面積分別為2 867 hm2和4 067 hm2，成熟面積占總面積的65.17%。基于成熟面積數據，結合每個地塊的株行距數據，可估算出不同成熟期的沙棘產量。

4. 5 沙棘病害分布情況

平臺利用多年期新疆沙棘受災數據，計算出新疆每年沙棘病害分布情況。新疆沙棘所受病害主要以潰瘍病為主，2017年沙棘潰瘍病集中于阿勒泰地區，受災面積為5 133.33萬hm2。結合多年受災數據，可對遭受潰瘍病高風險地塊做出預警，提前部署預防措施。

4. 6 技術推廣服務

新疆林果大數據管理平臺具有栽培信息移動端推廣功能（圖7），可向移動終端、微信公眾平臺推送沙棘科學栽培技術。此外，利用移動端與平臺實時數據聯動，可實現對沙棘種植地的遠程管理，隨時定位所選地塊的位置并顯示該地塊的基本屬性。同時，可根據數據庫中已有的沙棘地塊土壤數據，生成測土配肥推薦卡，計算出每個沙棘地塊需要的氮、磷、鉀肥最優值，指導果農精準施肥。

5 結論與展望

5. 1 基于新疆特色林果大數據管理平臺，建設全疆統一采集、統一存儲、統一管理、統一應用的林果資源數據倉庫，成功實現了全疆特色林果資源“一張圖”的綜合展示。通過研究沙棘在林果大數據管理平臺的實際應用，為管理部門提供林果分布、面積、樹種結構、動態趨勢等情況，為優化沙棘發展布局提供依據，科學指導沙棘產業發展，使更多的種植戶方便了解沙棘栽培和管理技術。基于林果大數據和地理信息技術，從緯度、海拔、氣候等方面分析區域沙棘產品的獨特性和優越性，增強品牌競爭力[ 18 ]。平臺可為優化沙棘發展布局提供數據支持，科學指導沙棘產業發展，為沙棘經營者提供高效精準的動態數據，為新疆沙棘產業發展提供科學技術支撐。

5. 2 截至2019年末，新疆沙棘資源總面積為10 640 hm2，主要分布于伊犁河谷、塔城、阿勒泰、博州、克拉瑪依、和田、阿克蘇等地區，其中，阿勒泰地區為最大優勢區，種植面積達到7 033 hm2萬畝，占全疆沙棘總面積的66.10%。平臺成功實現了對沙棘數據的信息化管理，實現了資源“一張圖”綜合展示，結合衛星影像精準呈現了沙棘的分布格局、種植情況等信息，并通過移動端向種植戶、企業實時推送沙棘栽培管理技術，包括種植、病蟲害防治、管理技術等方面內容，有效提高了技術人員的培訓效率，降低了培訓成本，為沙棘產業發展布局提供了科學指導依據。

5. 3 新疆沙棘資源成熟期主要分布于每年9月和10月，成熟面積占總面積的65.17%，種植株行距以1.5 m×4.0 m為主，所受病害主要為潰瘍病，且集中于阿勒泰地區。通過對數據分析，可為新疆沙棘產業優化調整提供數據支撐，利用已有的分析成果，可在沙棘資源優勢區建立標準種植園區，形成生產、加工、物流、配送、銷售的全產業鏈，為企業確定采摘地塊、統計采栽面積，給銷售、物流、加工業提供精準數據。

5. 4 充分利用平臺數據庫現有的沙棘資源數據，可對沙棘種植產業進行規范化指導，建立健全行業內沙棘種植及果品品質分級標準，引領沙棘種植新方式。利用大數據管理平臺，可對沙棘果品賦予地理信息識別身份，讓市場以最簡單的方式識別新疆沙棘產品，打造新型數字化沙棘產業。今后可利用大數據挖掘技術生成新疆沙棘的適生區域規劃[ 19 ]，為地區種植結構調整提供決策依據，進而完善提高新疆特色林果信息化管理能力和實際應用水平，為新疆林果產業發展、農村社會穩定和脫貧攻堅提供有力的信息支持和技術保障。相信隨著后續平臺數據采集與更新機制的建立，新疆林果大數據管理平臺將在更多的林果品種信息化管理方面得到越來越廣泛的應用。

參考文獻

[1] 趙英， ?張開春， ?張春山， ?等. ?新疆特色林果業發展面臨的機遇與挑戰[J]. ?北方園藝， ? 2011（19）： ?166 - 168.

[2] 趙輝. ?新疆阿克蘇地區特色林果業可持續發展研究[D]. ?華中農業大學， ?2010.

[3] 黎建輝， ?沈志宏， ?孟小峰. ?科學大數據管理： ?概念、 ?技術與系統[J]. ?計算機研究與發展， ?2017， ?54（2）： ?235 - 247.

[4] 程春明， ?李蔚， ?宋旭. ?生態環境大數據建設的思考[J]. ?中國環境管理， ?2015， ?7（6）： ?9 - 13.

[5] 許等平， ?李暉， ?龐麗杰， ?等. ?全國林地“一張圖”數據庫建設及擴展應用[J]. ?林業資源管理， ?2015（5）： ?36 - 43.

[6] 曾旭， ?陳豪. ?大數據環境下四川省環境信息化建設的思考[J].四川環境， ?2018， ?37（1）： ?128 - 131.

[7] 張京， ?徐雁南. ?基于Web APPBuilder的縣級森林資源管理系統構建[J]. ?森林工程， ?2020， ?36（4）： ?38 - 44.

[8] 趙苗苗， ?趙師成， ?張麗云， ?等. ?大數據在生態環境領域的應用進展與展望[J]. ?應用生態學報， ?2017， ?28（5）： ?1 727 - 1 734.

[9] 曾麗. 云計算的大數據挖掘平臺研究[J]. 企業科技與發展，2018（1）：49 -51.

[10] 劉智慧， ?張泉靈. ?大數據技術研究綜述[J]. ?浙江大學學報： ?工學版， ?2014， ?48（6）： ?957 - 972.

[11] 趙培， ?陸平， ?羅圣美. ?云計算技術及其應用[J]. ?中興通訊技術， ?2010， ?16（4）： ?36 - 39.

[12] 施擁軍， ?王珂.3S技術在林業中的應用[J]. ?浙江林業科技，2002， ?22（6）： ?47 - 51.

[13] 劉少龍. ?面向大數據的高效數據挖掘算法研究[D]. ?華北電力大學（北京）， ?2016.

[14] 劉建明， ?呂躍東， ?姚穎. ?不同處理方法對不同沙棘品種扦插生根的影響[J]. ?森林工程， ?2018， ?34（1）： ?13 - 15.

[15] 安樂， ?郁長治， ?郭小娜. ?沙棘葉中總黃酮提取純化工藝研究[J]. ?安徽農業科學， ?2016（11）： ?154 - 155.

[16] Wani T A， Wani S M， Ahmad M， et al. Bioactive profile， health benefits and safety evaluation of sea buckthorn（L.）： A review[J]. Cogent Food & Agriculture， 2016， 2（1）.

[17] 英勝， ?趙英. ?加快新疆沙棘產業發展的對策[J]. ?新疆林業，2014（3）： ?8 - 12.

[18] 李曦光， ?高健， ?王蕾. ?基于3S技術分析經濟林資源分布[J].新疆農業科學， ?2019， ?56（9）： ?1 731 - 1 739.

[19] 劉敬強， ?瓦哈普·哈力克， ?哈斯穆·阿比孜， ?等. ?新疆特色林果業種植對氣候變化的響應[J]. ?地理學報， ?2013， ?68（5）： ?708 - 720.

第1作者簡介： ?李曦光（1989-）， ?男， ?助理研究員， ?主要從事數字林業的研究工作。

通訊作者： ?高健（1973-）， ?男， ?高級工程師， ?主要從事3S及干旱區土地退化研究應用工作。

收稿日期： 2020 - 04 - ?18

（責任編輯： ? 王 巖）

Abstract Based on the Xinjiang forest and fruit big data management platform， the seabuckthorn resource data of Xinjiang is integrated according to a unified standard， and a seabuckthorn resource database integrating meteorological， soil， and pest data is established to dynamically monitor and analyze the seabuckthorn resources of Xinjiang. The total area of seabuckthorn resources in Xinjiang is 10 640 hm2. The Altay region is the most advantageous area. The planting area reached 7 033 hm2. It accounts for 66.10% of the total area of seabuckthorn in Xinjiang. The plant row spacing is mainly 1.5 m×4.0 m. The maturity of Xinjiang seabuckthorn is concentrated in September and October， The disease suffered is mainly ulcer disease.

Key words Big data platform; ?Cloud computing; ?3S; ?Forest-fruits; ?Seabuckthorn