面向對象的森林資源管理系統設計與實現

摘 要：在Visual Studio 2012平臺上，用C#語言結合ArcGIS Engine組件開發森林資源管理系統，將面向對象的思想應用于森林資源管理中，將小班對象的空間特性、屬性特性、時間特性統一管理，存儲小班對象的歷史數據、變更過程、變更結果，完整掌握小班對象的變化過程，重現森林資源小班數據的歷史狀態，實現森林資源小班可視化瀏覽、查詢、專題圖、數據更新等多個功能，為林業管理部門全面掌握森林資源的動態變化及進行動態分析管理提供高效可靠的技術支撐，為森林資源保護提供科學依據。

關鍵詞：面向對象；森林資源；ArcGIS Engine；森林資源管理系統；數據庫

中圖分類號：S757 " " " "文獻標志碼：A " " " " "文章編號：2096-9902（2023）05-0018-04

Abstract： On the Visual Studio 2012 platform， the forest resources management system is developed with C# language and ArcGIS Engine components. The object-oriented idea is applied to forest resources management. The spatial， property and temporal characteristics of the small class object are managed uniformly， the historical data， change process and change results of the small class object are stored， the changing process of the small class object is completely mastered， and the historical state of the forest resources subclass data is reproduced， so as to realize many functions such as visual browsing， query， thematic map and data update of forest resources in small class， and provide the efficient and reliable technical support for forestry management departments to fully grasp the dynamic changes of forest resources and carry out dynamic analysis and management， which can provide the scientific basis for forest resources protection.

Keywords： object-oriented; forest resources; ArcGIS Engine; forest resources management system; database

地理信息系統（Geographic Information System，簡稱GIS）是在計算機硬件、軟件系統的支持下，對整個或部分地球表層（包括大氣層）空間中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、運算、分析、顯示和描述的技術系統[1]。隨著科學技術的飛速發展，GIS已經由單一的地學研究擴大到地質勘探、衛星遙感、軍事地形、自然資源管理、生態環境管理與模擬、區域規劃、應急響應及社會信息服務等相關領域[2]。GIS穩定的數據管理技術越來越多地被應用于森林資源管理、森林可持續經營、決策分析、林火管理等領域。

森林是陸地生態系統的主體，是人類社會發展不可或缺的物質基礎和重要資源。據第九次全國森林資源清查顯示，全國森林面積2.2億hm2，森林覆蓋率22.96%，森林蓄積175.6億m3，森林植被總生物量188.02億t，總碳儲量91.86億t。年涵養水源量6 289.50億m3，年固土量87.48億t，年滯塵量61.58億t，年吸收大氣污染物量0.40億t，年固碳量4.34億t，年釋氧量10.29億t[3]。森林在保育土壤、涵養水源、固碳釋氧、生物多樣性和凈化大氣環境等方面發揮著非常重要的作用[4]。保護好森林資源是義不容辭的責任和使命，是不斷踐行習近平生態文明思想的體現，是構建人類命運共同體的見證。

1 "研究方法

1.1 "森林資源數據分析

我國森林資源管理是以小班為基本單位，縣（林業局）級森林資源小班具有基數大、每年都有更新、更新范圍局部、更新數量相對較少和更新類型比較集中等特點[5]。小班具有空間信息和屬性信息，空間信息包括小班的邊界范圍、空間地理位置等；屬性信息包括小班的蓄積量、面積、樹種組成、地類、起源和林分類型等。小班的變化主要有2種，一是林木的自然生長和死亡，其會引起小班蓄積、郁閉度等屬性信息的變化；二是人類經營活動（采伐、造林更新等），其會引起小班邊界、面積、樹種組成、蓄積等空間和屬性信息同時發生變化[6]。我國森林資源二類調查是通過遙感影像內頁判讀和外業調查結合的方式實現，工作繁瑣、數據量巨大、工作成本高，產生的歷史數據和變化的過程難以保存，然而歷史數據是研究森林資源變遷、預測預報和決策分析的重要依據，因此建立能合理保存、管理和利用歷史數據的系統是非常必要的，對科學經營、管理、發展森林資源有舉足輕重的意義。

1.2 "面向對象思想

面向對象（Object Oriented，OO）是一種“萬物皆對象”的編程思想，其認為在現實生活中的任何物體都可以歸為一類事物，而每一個個體都是一類事物的實例[7]。面向對象技術能夠實現同一個實體在不同歷史時期的集成，核心是以面向對象的基本思想組織地理時空，每個地理時空對象都擁有唯一標示，且用唯一標識相互關聯，對象的空間特性、屬性特性、時間特性具有同等重要的地位[8]。面向對象具有唯一性、分類性、繼承性和多態性等特征。

1.3 "面向對象思想引入森林資源管理中

將面向對象的思想引入森林資源管理中，以小班作為基礎的管理對象，給每個小班對象賦予一個唯一標識，小班對象的空間特性、屬性特性、時間特性具有同等重要的地位。小班（父小班）發生變化后，生成一個或者多個新小班（子小班），新小班（子小班）用新的唯一標識來標示，產生的變化過程用變更記錄表記錄，產生的歷史數據（父小班）存入歷史記錄中，這樣就完整存儲了最新數據、變更過程、歷史數據，做到了變化有據可依、有源可溯。

2 "數據庫設計

2.1 "數據庫選擇

系統使用PostgreSQL作為系統數據庫，是一個功能強大的開源數據庫，支持多用戶并發操作，可用于安全地存儲數據。采用的是比較經典的C/S（Client/Server）結構，核心是數據庫服務端進程，客戶端程序無法直接訪問數據庫，須通過數據庫進程訪問存儲的數據。可在所有主流操作系統（Linux，UNIX、Windows等）上運行；支持文本、圖像、聲音和視頻，并包括用于C/C++、C#、Java和開放數據庫連接（ODBC）的編程接口；支持SQL的許多功能，例如復雜SQL查詢、外鍵、觸發器、視圖、事務和多進程并發控制（MVCC）等[9]。

2.2 "小班對象存儲設計

基于面向對象的森林資源管理系統，存儲對象包括歷史數據、變更過程數據、變更結果數據、現狀數據，創建基態庫、關聯庫和變更庫存儲不同的數據。小班對象發生變更時，變更的小班對象為父小班，變更后的小班對象為子小班。

基態庫：存儲基態數據，基態數據包括某個特定時刻的所有歷史數據和最新的現狀數據。

關聯庫：關聯庫中存儲小班對象的變更關聯關系、小班對象的創建和消亡時間。變更關聯關系中存儲小班對象變更前后父小班唯一標識、子小班唯一標識和變更類型；小班對象的創建和消亡時間存儲在小班時間索引表中，通過記錄小班對象的唯一標識、創建、消亡時間來掌握小班對象在現實世界中存在的時間。

變更庫：存儲相對于基態發生變化的數據。該庫中的存儲子小班對象，便于追根溯源，小班對象的數據結構和基態庫中的小班對象結構一致。

小班對象發生變更后，要更新3個庫中的數據，首先在變更庫中記錄相對于基態發生的變更結果；然后在關聯庫中記錄父小班、子小班的變更關聯關系，更新父小班消亡時間，新建子小班創建記錄；最后將變更的結果更新到現狀數據中。父子小班通過關聯庫中的關聯關系進行關聯，可以用過小班對象的唯一標識和關聯關系找到任意時刻的變更情況，可以恢復任意時刻的小班對象。

2.3 "數據庫設計

2.3.1 "小班對象數據結構

小班數據以矢量數據的方式存儲在數據庫的小班數據集中，小班對象的屬性字段包括：小班唯一標識、小班空間信息、行政區代碼、林班號、小班號、地類、起源、公頃株數、郁閉度、樹種組成、林分類型、優勢樹種、齡組、小班公頃蓄積、小班蓄積、小班面積和坡度。

2.3.2 "變更關聯關系數據結構

變更關聯關系中存儲父小班唯一標識、子小班唯一標識、變更類型、變更時間，見表1。

2.3.3 "小班時間索引數據結構

小班時間索引中記錄小班對象唯一標識、創建時間、消亡時間，見表2。

3 "系統功能設計與實現

3.1 "開發/運行環境

結合森林資源管理的實際情況，系統選擇C/S架構，在Visual Studio 2012平臺上，結合C#開發語言和ArcGIS Engine組件，開發了一套林場級的森林資源更新管理系統，實現基層森林資源科學、有效的管理。

ArcGIS Engine是美國ESRI公司推出的可伸縮、全面、功能強大的GIS產品和解決方案，可以結合.NET、JAVA、VB和C++進行二次開發，功能強大且擴展能力很強，可根據不同需求組合使用相關接口實現功能，允許開發者將精力集中到解決應用程序邏輯中，支持全部標準的開發環境，允許使用大范圍的工具進行編程[10-12]。

3.2 "系統功能設計與實現

系統主要包括5個大的模塊，分別是基本操作、查詢定位、統計分析、專題圖、數據更新。系統功能模塊圖如圖1所示。

3.2.1 "基本操作

基本操作包括地圖基本操作，即圖層加載、放大縮小、漫游、全圖、上一視圖和下一視圖等功能。加載圖層可以添加矢量圖層、柵格圖層等。

3.2.2 "查詢定位

查詢定位包括I鍵查詢、SQL查詢、點選查詢、線選查詢、面選查詢、點緩沖查詢、線緩沖查詢、面緩沖查詢、小班定位和清除查詢等功能。SQL查詢主要是根據小班對象的屬性進行查詢，按照輸入的查詢條件，查詢最新數據中滿足條件的數據，然后將查詢的結果展示到查詢結果中。小班定位是按照小班所屬林班、小班號等屬性進行查詢定位。

3.2.3 "統計功能

統計分析實現了按照林班統計小班信息的功能，統計信息包括小班個數、小班總蓄積、散生木蓄積、枯倒木蓄積、政區面積、政區公頃蓄積和政區公頃株數等。

3.2.4 "專題圖

專題圖直觀地反映圖層中某個屬性的分布情況，使用直觀的點狀、柱狀、餅狀圖將屬性信息一目了然展示出來。實現了簡單渲染、點密度圖、分級渲染、柱狀圖和餅狀圖等。按照公頃株樹和小班公頃蓄積渲染的柱狀圖如圖2所示。

3.2.5 "數據更新

按照小班對象的基本變更類型，數據更新分為小班創建、小班屬性變更、小班分割、小班合并和小班邊界調整等。小班對象更新時，首先開啟編輯，然后選擇要進行變更的小班，最后點擊菜單上的對應變更菜單進行變更操作，變更完成后會自動保存變更結果。

小班編號為3001、3010的2個小班經過合并形成3022小班。如圖3、4所示。

4 "結論

結合面向對象的思想設計并實現森林資源管理系統，實現了森林資源小班對象變更前后、變更過程、變更關系的存儲，便于追根溯源，同時能夠展示某一歷史時刻的小班數據，對小班對象的信息展示更加準確，語義更加豐富，時間信息把握更加有效，提高了森林資源信息化水平，為森林資源管理、保護森林資源及制定森林資源管理計劃提供有科學、高效、規范的技術支撐。下一步將對系統的效率進行優化，爭取能夠更加高效地管理森林資源。

參考文獻：

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[12] http：//zhihu.geoscene.cn/[EB/OL].