基于 ArcGIS和 Oracle的山西省森林资源管理信息系统设计与实现

赵树楷

(山西省林业调查规划院,山西 太原 030012)

建立基于 A rcGIS和Oracle的山西省森林资源管理信息平台,可以充分利用各类森林资源调查监测成果及其他有关数据,为林业部门提供一个网络共享的、标准统一的、数据详实的基础平台,为各地实施产业结构调整提供资源信息数据和决策依据,为指导微观林业生产实践提供技术支撑。对适时监测、分析生态环境变化动态和发展趋势,科学规划林业发展未来,实现高科技支撑的重大生态建设规划,进一步提升各级地方政府对生态建设的决策与管理水平有着极为重要的现实意义和历史意义。

1 系统建设指导思想、原则与目标

1.1 指导思想

山西省森林资源管理信息平台是以科学发展观为指导,以“生态兴省”为根本,以加快现代林业建设、保障生态安全为主题,以森林资源监管为主线,立足全省林业实际,整合现有信息数据,在统一的环境下建立起来的。信息平台的建立可以为林业工作者分析决策、规划设计和生产作业提供支撑,以及推进科技兴林,促进林业的可持续发展。

1.2 建设原则

以人为本 ,统筹兼顾,循序渐进;科技应用,科技创新,管理创新;立足实际,着眼大局,服务生产。

1.3 建设目标

1 )根据国家林业局发布的《数字林业标准与规范》和《森林资源数据库建设标准》,结合山西省实际,整合并将现有森林资源调查数据标准化,建成基于Oracle的山西省森林资源数据库。

2 )研发基于 ArcGIS的山西省森林资源管理信息系统,实现对全省森林资源的全面动态管理、分析、统计、查询与浏览、专题制图与输出、信息共享与发布,为宏观决策、规划设计与生产作业提供技术支撑。

2 GIS和数据库方案选择

2.1 GIS选择

美国环境系统研究所公司(Environmental System s Research Institute,Inc.简称 ESRI公司)是世界上最大的地理信息系统技术提供商,致力于为全球各行业用户提供先进的 GIS技术和全面的GIS解决方案。他们的 ArcGIS系列软件以多层次、可扩展、功能强大、开放性强等特点成为中国用户群体最大、应用领域最广的GIS技术平台。本系统选择的是A rcGISDesktop,ArcGIS Engine,ArcGISServer和 ArcSDE等软件。

1 )ArcGIS Desktop(ArcGIS桌面系统):是一系列整合应用程序的总称,包括 ArcMap,A rcCatalog,ArcGlobe,ArcToolbox和ModelBuilder。通过协调一致的调用,可以实现任何从简单到复杂的 GIS任务,包括制图、地理分析、数据编辑、数据管理、可视化和空间处理。

2 )ArcGIS Engine:用于创建客户化 GIS桌面应用程序的独立的嵌入式开发组件。

3 )A rcGIS Server:包含 GIS服务器以及为NET和 Java的应用程序开发框架(ADF),是一个发布企业级 GIS应用程序的综合平台,提供了 GIS软件集中管理、多用户编辑、创建和配置 NET或Java开发个性化桌面和网络应用能力。基于浏览器的访问方式,在服务器上实现集中的空间分析,在企业内部发布高级的 GIS网络服务,形成了一套标准的Web GIS服务。他还包含 ArcSDE空间数据管理技术,用于通过多种关系型数据库来管理基于多用户和事务的地理数据库。

4 )A rcSDE(数据通路):是 ArcGIS的空间数据引擎,在关系数据库管理系统(RDBM S)中,是存储和管理多用户空间数据库的通道。采用客户 /服务器体系结构,可以提供空间和非空间数据进行高效率操作的数据库服务,允许用户在多种数据库管理系统中管理地理信息,实现空间数据与属性数据的无缝连接,使所有的ArcGIS应用程序都能够使用这些数据,是多用户 A rcGIS系统的关键部件之一。

2.2 数据库选择

目前,主流数据库大致可分为 3大类:一是大型数据库,如 Oracle,DB2;二是中型数据库,如 SQLServer,Sybase;三是小型数据库,如 MySQL。

本系统选择 Oracle数据库。Oracle(甲骨文oracle bone inscriptions第 1个单词)公司是全球最大的信息管理软件及服务供应商,是首家进入中国的世界软件巨头。Oracle数据库是世界上最流行的软件,全球使用率约 60%,该数据库能收集、组织和保护信息,提供高性能、低成本、伸缩性强、安全、实时、可用的商务智能和协作。该软件功能全面,为每个行业都提供了特定的解决方案。

3 系统架构设计

3.1 技术路线

1 )以山西省森林资源数据库为核心,采用ArcSDE空间数据引擎实现对空间相关信息的集成管理。

2 )考虑到林业信息化所涉及的海量数据的管理以及系统的覆盖面、整体性,系统总体逻辑框架必须严格遵循“数据层 /逻辑层 /表现层”的 3层体系结构,灵活运行“服务器 /客户机 /浏览器”的 3种工作模式,实现海量数据的高效管理和部门间的数据传输、信息共享。

3 )以业务流程分析为主导,以 A rcGISDesk top和 ArcGIS Engine为基础,采用 A rcGIS Server的NET或Java语言,以C/S结构面向用户空间数据管理与维护,以 B/S结构面向客户端空间数据检索与应用架构,开发稳定、先进、可扩展、易维护的应用系统。

3.2 系统架构

1 )网络结构:在森林资源数据中心设服务器、数据库、森林资源专网和安全认证系统,通过本地局域网、城域网或专线(政府专网等)连接省直林业驻并单位、各国有林管理局和外部单位。

2 )体系结构:数据层(Oracle数据库)→逻辑层(ArcGIS Server,A rcGIS Engine,A rcSDE)→表现层(A rcGIS Desk top,Web浏览器,数据查询分析,空间数据管理,数据采编分发,数据更新维护)。

3 )运行模式:单机模式 (数据采集,分析人员)←→ C/S模式(中心数据维护,部门或单位数据维护)←→数据库←→B/S模式(专线联网用户)。

3.3 系统管理

1 )用户管理:将用户分为一般用户、数据管理用户和系统管理用户等多种角色,对不同角色的用户赋予不同的权限。

2 )访问控制:对不同角色的用户设定不同的操作系统功能模块权限,控制用户对系统数据库不同数据内容进行查询、读取、修改等各种操作,为系统的正常运行和数据安全提供保证。

4 数据建库设计

4.1 现有数据

目前,山西省林业上已拥有覆盖全省的多时期、多分辨率的 TM,SPOT5等卫星遥感影像,1∶ 10 000航摄影像 ,1∶ 10 000和 1∶ 50 000数字化地形图,1∶10 000和 1∶50 000 DEM等基础地理数据,以及基于 GIS的全省二类资源、数字生态规划、荒漠化与沙化土地等专业数据。

4.2 数据标准化

根据国家林业局发布的《数字林业标准与规范》和《森林资源数据库建设标准》,结合自身特点,制定山西省森林资源数据库标准与规范,并开发标准化插件,对所有预入库数据进行标准化处理。

4.3 数据建库、组织与入库

在 Oracle中建立影像库(DOM)、高程模型库 (DEM)、栅格库 (DRG)、矢量库 (DLG)、界线库 (JXK)、路河库 (LHK)、专题库 (ZTK)等 ,统一各库的分类、代码、内容,对标准化处理后的数据分类组织,在 ArcCatalog中分别入库,同时建立森林资源信息元数据,最终建成山西省森林资源基础数据库。

5 系统功能设计与实现

根据山西省森林资源及其数据库建设现状,系统功能应优先设计逻检统计、分析规划、专题制图和查询浏览4大模块。

5.1 逻检统计模块

逻检统计模块包括数据导入导出、数据逻辑检查、属性因子修正、资源分类统计、资源汇总统计、种植模型编制。该模块旨在建立正确的逻辑关系,对森林资源调查成果,特别是对小班区划中各图班的属性因子的正确性进行检查。该模块可以实现图表互动,并提供放大、缩小、漫游等功能。

检查分为加载图层、启动逻辑检查功能、显示逻辑错误、点击并修改错误、正确存储等几个步骤,内容包括必填因子是否填充、因子之间是否符合逻辑关系、因子填写是否符合规定范围等。在该模块中,调入内业数据或直接导入外业数据后,可实施粗检、细检,快速给出错误报告,点击每条错误记录,可以直接在图上高亮显示发生错误的小班,利用编辑工具直接修改错误图班的属性,对发现错误的种植模型可及时进行修订。对修正后的结果进行标准统计、汇总,可分表单独统计,也可选择多表一起统计。

5.2 分析规划模块

分析规划模块包括区域范围选择、属性查询选择、属性因子编辑、资源定制统计、资源动态分析、种植模型修订、造林规划设计、图表输出打印。该模块以森林资源调查成果为主,兼顾生态工程等成果,既可以通过网络来直接调用数据库中的数据进行分析,也可以通过网络导出数据到本地后再进行处理,统计分析结果以统计表和统计图的形式表达。统计表包括标准用表和定制表,统计图包括直方图、饼图、百分比图,可用二维、三维等形式体现。

该模块可以对两期数据进行直观的图形和数据对比,从而分析其变化态势。可根据立地条件等相关因子对现有班块进行快捷的造林设计,并直观地显示于图面,输出与打印;也可依据条件选择 1个～n个班块进行快捷的造林规划,甚至可以选定一个范围(包括对某一线性地物两侧一定范围)进行相关造林规划,并可依据规划情况进行相应的统计输出。可在规划期间对种植模型进行修改和增补,导出和导入已有模型。

5.3 专题制图模块

专题制图模块包括色谱图素设定、专图自动生成、专图定制生成、专图输出打印。该模块可以按照已定图素标准傻瓜式操作,自动生成各类专题用图,也可根据特殊情况自定义生成相关专题图,并打印输出。

5.4 查询浏览模块

查询浏览模块包括数据查询浏览、图形查询浏览、表书查询浏览、资源适时统计、结果输出打印。该模块通过内网或专用网络,分权限在Web界面提供数据集成、地图查询、空间分析、专业制图和专题应用等功能。直接对森林资源数据库进行相应的查询和浏览,包括各类专题图、表、文本,并可在矢量图面上进行自定义查询和统计。

6 系统应用展望

1 )可以及时维护、更新林业调查区划、资源成果等数据,实时对选定区域进行逻辑检查修正和多种统计分析。

2 )随着国民经济和社会的发展,可以及时修改区域发展规划,根据立地条件等相关因子对相应地块进行快捷的造林模式设计和作业设计,并及时获得规划数据、图表。

3 )可依据年度数据对各项生态工程进行动态监测和分析,变单一工程管理为综合管理,为宏观分析和决策提供现实依据,提升林业工程管理水平。

4 )可直接利用各类调查监测和规划数据或年度更新数据编制、输出各种通用图、专题图,并可进行现时的内容添加,尽可能地满足生产应用。

5 )可通过设置的网络访问权限,及时查看、浏览、输出相关的资源数据和图文信息。

7 结语

经过几年的研究和开发,山西省森林资源管理信息系统已初步成型,部分模块已在山西省二类调查、数字生态规划、公益林鉴定、造林绿化、矿区植被恢复等工作中得到了广泛应用。但还需在此基础上进一步补充、完善林权改革、森林防火、荒漠化和沙化监测、征占用林地、采伐运输、数据更新与维护等方面的内容,使该系统真正成为山西省森林资源管理的信息平台,为建设现代林业、实施生态兴省大战略发挥作用。

[1] 余 明,艾廷华.地理信息系统导论 [M].北京:清华大学出版社,2009.

[2] 马劲松.地理信息系统概论 [M].北京:高等教育出版社,2008.

[3] 周 卫,孙毅中,盛业华,等.基础地理信息系统 [M].北京:科学出版社,2006.