基于時空大數據的智慧林業云平臺構建研究

摘要：隨著智慧城市的不斷建設與完善，數據共享與數字賦能逐漸變成趨勢。實施各種信息化基礎設施建設，對于打破信息共享壁壘具有極為重要的意義，新時期的林業工作也需要依托“互聯網+”實現工作方式改變與效率的提升。針對這些需求，文章從空間視角，通過梳理區縣級林業工作的需求，以創建一個林業數據庫，編制一張林業資源地圖，開發一個應用終端打造縣區級的智慧林業云平臺，將花木信息時序化，形成以圖促政的新模式。

關鍵詞：時空序化；智慧林業；云平臺；地名地址

中圖分類號：TP391文獻標志碼：A

0 引言

隨著互聯網、移動計算等技術的不斷發展，各行業的信息化建設都將不斷完善與發展［1］。從傳統單機C/S軟件開發到Web端的B/S軟件開發，從桌面端到移動端的形式多樣化轉變［2］。人們不僅在工作中逐漸對信息技術產生依賴，還在日常生活中適應了信息化的革新［3-4］。

我國的林業資源分布不均衡。近年來，在國家“退耕還林”“植樹造林”等政策的引導下，林業面積得到了一定的恢復。與此同時，人類活動對林業資源有較強的依賴性，一方面，豐富的林業資源能夠滿足人們的基本生活需求；另一方面，豐富的林業資源也為工業生產提供必要的支持［5-9］。

由于林業工作的多樣化、細致性，大多數的研究目前僅停留在對林業工作方式的優化上，信息化的革新體現在將紙質資料變為電子統計報表，盡管使工作者的效率得到一定的提升，但該方法在一定程度上仍不能滿足現在林業工作的需求。文章對林業工作的需求進行了梳理，依托時空大數據，搭建智慧林業平臺，旨在探索“互聯網+林業”的新模式。

1 數據收集與整理

1.1 數據收集及預處理

本研究選取安徽省馬鞍山市某區作為縣區級研究對象，一方面，該區相繼被工信部、自然資源部列為智慧城市的建設試點；另一方面，該區的林業基礎工作扎實，資源良好，且具有林業信息化建設的需求。依托良好的智慧城市建設、時空大數據基礎，本文開展“智慧林業云平臺”建設，主要完成“實時數據”的采集、“林業地圖”的編制、“智能終端”的開發。

本文從智慧城市時空大數據平臺建設成果中的行政區，挑選出行政區劃界線、影像數據等基礎地理信息數據以及相應的花木林業信息、傳感器數據等非結構化信息。數據收集列如表1所示。

數據預處理工作主要包括對收集的參考資料（智慧城市時空大數據平臺建設成果）進行甄選分析、數據清洗等，具體工作包括以下2個方面。

1.1.1 統一數據格式

除了智慧城市時空大數據平臺共享的基礎地理信息成果外，其余的成果都是新收集的數據，需要將傳感器感知數據源統一為常見的視頻格式，臺賬數據統一為Excel格式。

1.1.2 一致性處理對于存放的已有花木信息相關信息數據、傳感器數據等，根據數據生產的周期進行內容的定期更新，將原內容自動變成歷史數據。

1.2 數據整理

在數據預處理工作的基礎上進行數據整理，具體工作包括以下2個方面。

（1）對共享的空間數據成果進行必要的坐標轉換、數據裁切，形成符合林業云平臺要求的時空大數據。

（2）對于花木等相關信息表格、傳感器信息數據及其他數據，依托智慧城市時空大數據平臺的地名地址匹配引擎進行空間序化，輸出相應的帶有空間位置信息的數據，并完成相應的屬性掛接，形成一個包含花木林業信息的權威“時空大數據庫”。

2 平臺構建

2.1 總體架構

智慧林業平臺采用了基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）、數據即服務（Database as a Service，DaaS）、平臺即服務（Platform as a Service，PaaS）、軟件即服務（Software as a Service，SaaS）的總體架構。

2.1.1 基礎設施即服務（IaaS）

智慧林業平臺支撐云環境（即基礎設施）可依托城市的云計算中心搭建，采用統一的云計算解決方案，包括網絡資源、云計算資源、存儲資源以及計算資源等，保證了應用的完整性，實現了對計算資源、存儲資源、網絡資源的敏捷調度管理。

2.1.2 數據即服務（DaaS）

智慧林業平臺數據（即服務層）包含了空間數據、非空間數據，其中空間數據是以行政區劃、政府駐地等矢量數據及影像數據為主的基礎地理信息，非空間數據則是包含林業的統計臺賬信息等。

2.1.3 平臺即服務（PaaS）

根據功能劃分結果，平臺即服務層基于地名地址引擎、知識化引擎、宿主服務引擎搭建了數據管理、林業管理平臺、數據可視化平臺，分別用于管理數據和林業信息，進行平臺的可視化展示。

2.1.4 軟件即服務（SaaS）

軟件即服務層開發了區縣級智慧林業云平臺，通過終端提供對外服務，服務的用戶為林業主管部門、管理員等。

2.2 關鍵技術

2.2.1 多類型空間數據集成技術

數據集成技術包括數據獲取、數據轉換和數據清洗3個部分。其中，數據獲取部分是通過數據收集、應用程序編程接口（Application Programming Interface，API）數據接入等方式獲取本平臺所需數據；數據轉換部分主要包括坐標轉換和數據格式轉換，根據判斷是否在同一基準面分別進行坐標轉換，不同基準面需要通過7個參數進行轉換，同一基準面通過函數隨意添加和移除坐標前的代號直接實現；數據清洗部分主要包括對數據的完整性、唯一性、合法性等進行檢查與處理，該技術存在多種可以實現數據清洗的轉換器，可通過多種轉換器組合一次性實現數據多方面的檢查與處理。

2.2.2 智能分詞技術

中文分詞是指將漢字序列切分成幾個單獨的詞。分詞是將連續的字序列按照一定的規范重新組合成詞序列的過程。中文通過字、句和段的方式實現語意的簡單劃界，唯獨對詞沒有一個形式上的分界符；而英文單詞中以空格作為自然分界符，雖然在英文中也同樣存在短語劃分的問題，不過在詞這一層面上，中文比英文的劃分方式要更加復雜、困難。

現有的分詞算法主要有3大類，分別為基于字符串匹配的分詞方法、基于理解的分詞方法和基于統計的分詞方法。目前流行的分詞工具也比較多，如IKAnalyzer、MMSEG4J等，文章采用IKAnalyzer分詞器的智能分詞模式進行分詞，并將其與匹配規則相結合。

2.3 建設成果

針對基層林業建設“點多、線長、面廣”的工作特質，借助“互聯網+”的力量，林業主管部門通過開發智慧林業系統、手機App、微信公眾號等，實現了“指尖連接林業管理”的功能。智慧林業云平臺實現了“三個一”：一是編制一張“林業地圖”，系統采集了全區林業站點、林木覆蓋面積的基本信息，在地圖中以樹木形式進行標注展示，為林業實現查詢、栽種提供便利；二是采集一組“實時數據”，系統建立林業管理員、林業覆蓋信息等相關系統數據的無縫對接機制，為林業管理決策、精準分析提供參考，有力地破解了現有的林業管理方式“斷線脫節”、服務內容“供需失衡”等問題；三是開發一個“智能終端”，系統利用林業信息庫開發信息數據App終端，林業管理員可實時查詢相關信息，有效地消除了信息溝通壁壘。

2.3.1 地名地址匹配模塊

地名地址匹配模塊是空間信息與其他信息之間的橋梁，能夠實現數據在立方體模型上的精確定位，具體功能主要包括精確匹配不完整地址和不規范地址、精確匹配地址別名、精確匹配地址要素別名、容錯匹配、非法或超界地址識別、可定制功能的開放服務接口、批量匹配等。

2.3.2 云端制圖系統

云端自主制圖系統是一個地圖符號專業化定制、專題圖制作與管理的應用系統。該系統實現了要素的符號化定制和多種專題圖的制作，支持面狀要素、線狀要素、點狀要素的符號化以及分級設色專題圖、分級符號專題圖、唯一值專題圖、熱點圖這4種專題圖的制作。云端制圖系統實現了林業地圖的在線編制，支持在線的地圖服務、離線的空間數據文件的快速可視化，并能夠進行可視化制圖與輸出。

在地名地址匹配引擎的基礎上，針對林業信息的在線制圖需求，系統通過自主數據采集地名地址匹配、基于空間實體要素的屬性數據庫掛接、多源異構專題空間數據集成等功能，實現用戶數據的空間化；通過云存儲、云符號化、云服務自動發布等功能，實現第三方用戶數據的云托管；通過制圖模板庫建設、云制圖資源搜索、制圖符號化、專題圖的云端共享與輸出等功能，同時將用戶上傳的數據（包含位置信息的專題數據或資源）進行專題數據的展現及標準地圖的制作。系統以地圖服務為主，聚合多類型服務（WMS/WMTS/WFS），為普通用戶或者非專業用戶的專題制圖提供普適性方案。

（1）圖層管理。

圖層管理工具包括顯示圖例、查看屬性表、更改樣式、過濾器、透明度設置、刪除圖層、調整圖層順序、縮放到圖層、顯示控制等。

屬性表工具展示了圖層的詳細屬性以及圖層名稱、要素總數和選中要素數，支持要素選擇以及定位到該要素，可以根據需要控制顯示的字段，支持表格按屬性列排序（升序排列或降序排列）。

過濾器工具可以按照3種方式進行屬性篩選：一是按值篩選，可以根據字段按字符、數值進行屬性值篩選；二是按字段值比對篩選，根據2個字段的值進行比對篩選；三是按字段唯一值篩選，根據字段值自動獲取唯一值。

（2）符號化。

點狀要素的符號化。該工具支持3種符號化方式：一是使用符號庫的要素符號化；二是幾何符號化，該方式可以選擇符號的形狀，設置符號的填充顏色、輪廓顏色、透明度、符號大小等，快速進行符號的定制；三是使用圖像的符號化，輸入圖像網絡地址使用該圖像作為圖層的符號。

線狀要素的符號化。該工具可以選擇線型的模式，設定顏色、線寬度等參數，調整線狀要素透明度。

面狀要素的符號化。該工具支持面狀要素的填充顏色、輪廓顏色、輪廓線寬度、透明度等參數的設定。

（3）地圖在線編制。

分級符號專題圖是根據字段的數值，自動統計數值的分布區間，按數據分布區間進行符號化設置，可根據需要調整制圖符號大小分布，設置最大符號值和最小符號值。

分級設色專題圖是根據字段的數值，自動統計數值的分布區間，按數據分布區間進行符號化設置，可根據需要調整制圖符號顏色分布。可以選擇設色模式，分為由高至低、高于和低于、中心位于、極端值這4種模式。

唯一值專題圖適用于字符型的字段，系統會根據字段的唯一值自動生成唯一值專題圖，適合按數值的類型、等級進行專題圖制作。

熱點圖適用于點狀要素的符號化，根據點狀要素的地理位置生成熱點圖，點位密度越大，熱點值越高，反之亦然。熱點圖的生成是將點位的密度作為權重：一方面，可設置點位的影響區域，權重值越大，影響區域范圍越大；另一方面，可調整顏色區間值，系統根據數據的地理分布自動更新熱點圖權重值，根據權重值調整顏色區間值。

3 結語

隨著社會經濟與科學技術的不斷發展，只有不斷地引入新技術、新方法，才能支撐林業信息化發展與管理，解決林業管理的痛點與難點問題。文章依托時空大數據，通過梳理區縣級林業管理工作的需求，以創建一個林業數據庫，編制一張林業地圖，開發一個應用終端打造縣區級的智慧林業云平臺，實現了林業工作的云端化，旨在打造一種“互聯網+林業”的新模式。

參考文獻

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Research on construction of intelligent forestry cloud platform

based on spatio-temporal big data

Abstract： With the continuous construction and improvement of smart cities， data sharing and digital empowerment have gradually become trends. The implementation of various informatization infrastructure construction is of great significance for breaking the barriers of information sharing. The forestry work in the new era also needs to rely on “Internet +” to realize the change of working methods and the improvement of working efficiency. In response to these needs， this paper attempts to create a forestry database， compile a forestry resource map， and develop an application terminal to build a county-level smart forestry cloud platform by sorting out the needs of district- and county-level forestry work from a spatial perspective，making the time-sequentialization of flowers and trees， forming a new model of promoting government with pictures.

Key words： spatio-temporal sequence; smart forestry; cloud platform; place name address