森林資源信息化管理平臺建設(shè)研究

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摘要:在空間信息技術(shù)的支持下，森林資源調(diào)查技術(shù)發(fā)生了變化，原本的周期性調(diào)查模式在GIS、RS、GPS等技術(shù)支持下，可實現(xiàn)日常的實時動態(tài)監(jiān)測。本文在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步通過建立信息化體系，實現(xiàn)森林資源動態(tài)監(jiān)測信息化管理，并突出森林資源監(jiān)測信息數(shù)據(jù)的應(yīng)用，以優(yōu)化森林資源管理。

關(guān)鍵詞:森林資源;動態(tài)監(jiān)測;信息化

當(dāng)前時代背景下，森林資源屬于戰(zhàn)略性資源，具有非常重要的作用。森林資源的數(shù)量與質(zhì)量，直接影響到森林功能的發(fā)揮，關(guān)乎生態(tài)文明建設(shè)。對森林資源實施動態(tài)監(jiān)測，是掌握森林資源時空變化，制定森林資源管理決策的關(guān)鍵。隨著“互聯(lián)網(wǎng)+”的深度推進(jìn)，實現(xiàn)信息化的森林資源動態(tài)監(jiān)測成為可能。高新技術(shù)的運用，促使森林資源動態(tài)監(jiān)測信息化程度日漸加深，為此需要構(gòu)建起一套統(tǒng)一的管理平臺，來實現(xiàn)更為高效的森林資源信息化動態(tài)監(jiān)管。

1森林資源動態(tài)監(jiān)測信息化管理平臺建設(shè)意義

“互聯(lián)網(wǎng)+”時代背景下，萬物之間的連接均變得信息化，如何收集并且處理好信息成為各個領(lǐng)域在競爭當(dāng)中立于不敗之地的關(guān)鍵。對于森林資源的動態(tài)監(jiān)測要以信息為基礎(chǔ)，在森林資源的時空變化中，如果揭示森林資源變化的信息能夠充分利用起來，則能夠有效促使森林資源管理薄弱環(huán)節(jié)的改進(jìn)優(yōu)化，提高管理水平。現(xiàn)階段對于信息化建設(shè)，各行各業(yè)都非常關(guān)注。各種管理信息系統(tǒng)相繼出現(xiàn)，為管理信息化提供了支撐。對于森林資源管理來講，由于森林資源監(jiān)管涉及多個部門，這些部門之間的業(yè)務(wù)不同，其所使用的信息系統(tǒng)也存在差別，導(dǎo)致數(shù)據(jù)共享性較差。同時，由于缺乏必要的手段來對森林資源實施動態(tài)監(jiān)測，信息獲取費時費力、效率低下。信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新不及時，就不能準(zhǔn)確反映森林資源的時空變化;無法及時掌握森林資源的變化情況，就不能準(zhǔn)確科學(xué)地制定森林資源管理策略。森林資源作為重要的戰(zhàn)略資源，構(gòu)建針對森林資源的動態(tài)監(jiān)測系虛擬化管理平臺意義重大，是事關(guān)林業(yè)發(fā)展的全局性、戰(zhàn)略性工作，森林資源動態(tài)監(jiān)測管理平臺建設(shè)能夠有效解決長期以來森林資源數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確、信息采集手段落后、處理手段落后、信息利用率低、共享程度低等問題，對于全面提升森林資源管理水平顯然具有重要價值意義。

2森林資源動態(tài)監(jiān)測信息化管理平臺建設(shè)思路

2.1動態(tài)監(jiān)測信息管理平臺建設(shè)總體思路

高新技術(shù)的運用實現(xiàn)了森林資源的動態(tài)監(jiān)測，利用RS、GIS、GPS為主的空間信息技術(shù)對森林資源進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，目前已經(jīng)具有相對成熟的體系。為了保證森林資源動態(tài)監(jiān)測的效果，必須進(jìn)行森林資源調(diào)查。森林資源調(diào)查分2類，一類清查和二類調(diào)查。前者要求連續(xù)清查森林資源，主要清查對象包括森林資源及其生態(tài)狀況，主要任務(wù)是定期準(zhǔn)確清查全國森林資源質(zhì)量、數(shù)量、增減情況、生態(tài)系統(tǒng)狀況，進(jìn)而為森林資源及其生態(tài)狀況的綜合評估提供數(shù)據(jù)信息。省林業(yè)部門是一類清查的主要責(zé)任單位，定期在固定林業(yè)樣地上調(diào)查森林資源，理論上5a清查1次。后者主要是森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查，針對的是經(jīng)營性林場的調(diào)查法，一般10a進(jìn)行1次。森林資源動態(tài)監(jiān)測信息化管理平臺的建設(shè)目的是提高森林資源調(diào)查信息資源的有效利用率，增強森林資源管理的科學(xué)性。動態(tài)監(jiān)測的目的則是獲取森林資源信息，因此在信息化管理平臺建設(shè)中，應(yīng)以森林資源調(diào)查信息為基準(zhǔn)，整合其它各類信息，為林業(yè)信息化提供森林資源基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)平臺，構(gòu)建高度協(xié)調(diào)化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化的系統(tǒng)平臺，為林業(yè)相關(guān)部門提供信息查詢、數(shù)據(jù)更新、分析評價、林業(yè)發(fā)展規(guī)劃、管理決策等森林資源信息數(shù)據(jù)。其中，動態(tài)監(jiān)控體系基于空間信息技術(shù)，并以其中GIS為核心，在GIS系統(tǒng)上記錄每年的森林經(jīng)營措施與生長情況，實現(xiàn)對森林資源信息的動態(tài)更新。以RS為主要信息獲取渠道，利用RS技術(shù)立體、隨機、實地抽樣調(diào)查森林資源，以RS影像為基礎(chǔ)分析森林資源時空變化情況。

2.2動態(tài)監(jiān)測信息化管理平臺技術(shù)路線

信息化管理平臺建設(shè)分2步走。建設(shè)森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，著力解決相關(guān)行業(yè)、機構(gòu)對森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的需求;構(gòu)建統(tǒng)一信息管理平臺系統(tǒng)，包括林業(yè)各職能部門業(yè)務(wù)子系統(tǒng)。這些系統(tǒng)存儲的信息數(shù)據(jù)必須統(tǒng)一格式，并納入基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和統(tǒng)一管理。其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺重點要構(gòu)建基礎(chǔ)地理信息庫、遙感數(shù)據(jù)庫、森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、管理信息數(shù)據(jù)庫，要以森林資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)為核心，以二類調(diào)查區(qū)劃制定基本單位。而構(gòu)建地理信息庫、遙感影像信息庫等，要以一類清查為核心建立省級森林資源數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整合管理。數(shù)據(jù)庫建立后圍繞相關(guān)部門需求構(gòu)建管理平臺軟件，軟件開發(fā)應(yīng)以網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)交換、空間信息技術(shù)、時空大數(shù)據(jù)等為核心，以地理信息、遙感、森林資源調(diào)查、監(jiān)測等信息數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)的動態(tài)更新為保障，建立功能全面、科學(xué)適用的信息化管理平臺。基于上述技術(shù)路線，需要解決2個關(guān)鍵技術(shù)問題。小班信息更新技術(shù)。利用GIS來實現(xiàn)小班信息更新，小班信息更新必須保證數(shù)據(jù)質(zhì)量，更新信息不一致將嚴(yán)重影響信息質(zhì)量，在動態(tài)監(jiān)測中可能會導(dǎo)致前期調(diào)查數(shù)據(jù)出現(xiàn)不同小班號，或者不存在小班號，造成屬性信息更新錯誤;更新的數(shù)據(jù)可能存在不完善的情況，引起上層系統(tǒng)更新錯誤，換而言之，小班信息更新上的問題將導(dǎo)致出現(xiàn)大量無用數(shù)據(jù)信息占用存儲資源;小班信息更新本質(zhì)是在一個時點上對森林資源信息進(jìn)行管理、修改和累加，如此森林資源信息量是線性變化的，這種線性變化不應(yīng)受人為干擾。更新驗證調(diào)查。上述小班更新要求數(shù)據(jù)質(zhì)量高，更新驗證調(diào)查的準(zhǔn)確性將決定數(shù)據(jù)質(zhì)量，一般應(yīng)采取遙感動態(tài)觀測，GPS定位和實地調(diào)查結(jié)合的方式，確保森林資源調(diào)查信息的準(zhǔn)確性。

3森林資源動態(tài)監(jiān)測信息化管理平臺建設(shè)方案

3.1平臺框架

基于前文分析，森林資源動態(tài)監(jiān)測信息化管理平臺可劃分為7個部分，共同組成管理平臺框架。3.1.1數(shù)據(jù)平臺將數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)架構(gòu)劃分為3層，如圖1所示。第1層為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，主要包含基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)、地理信息、遙感影像等;第2層主要以一類、二類調(diào)查數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)為主;第3層以經(jīng)營措施相關(guān)數(shù)據(jù)為核心。3.1.2采用云架構(gòu)將業(yè)務(wù)系統(tǒng)與用戶連通各級系統(tǒng)均可通過云訪問數(shù)據(jù)，更新數(shù)據(jù)。業(yè)務(wù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集可能需要用到保密數(shù)據(jù)。按照保密規(guī)則，數(shù)據(jù)采集應(yīng)當(dāng)脫離云，采取物理隔離等措施，以保證數(shù)據(jù)安全性。對于保密數(shù)據(jù)可采取手工復(fù)制方式進(jìn)行圖班數(shù)據(jù)交換，為方便操作，數(shù)據(jù)采集后將目標(biāo)圖班勾繪后，導(dǎo)出形成節(jié)點坐標(biāo)對文本文件，業(yè)務(wù)系統(tǒng)當(dāng)中的相關(guān)信息數(shù)據(jù)均以坐標(biāo)對文本形式存在。3.1.3省級系統(tǒng)重點任務(wù)是統(tǒng)一歸集數(shù)據(jù)并進(jìn)行更新，要求綜合應(yīng)用空間信息技術(shù)、計算機及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)，以森林資源本底數(shù)據(jù)為核心，實現(xiàn)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)歸集和更新維護(hù)。同時建立數(shù)據(jù)交換共享服務(wù)平臺，為各級部門提供信息服務(wù)。3.1.4共享服務(wù)平臺以省級數(shù)據(jù)中心為支撐，構(gòu)建共享平臺，按照數(shù)據(jù)更新機制，實施相關(guān)信息的管理、匯聚、承載和共享，為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)。3.1.5開放接口引入移動端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，通過開發(fā)移動端APP接入管理平臺，方便信息的修改補充，實地調(diào)查中所發(fā)現(xiàn)的變化信息可及時上傳管理平臺，進(jìn)而快速實現(xiàn)數(shù)據(jù)更新。3.1.6數(shù)據(jù)可視化分析基于大數(shù)據(jù)等技術(shù)，在GIS平臺上，通過構(gòu)建相關(guān)模型進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析。3.1.7構(gòu)建平臺維護(hù)體系通過用戶注冊、身份驗證、功能權(quán)限分配、日志等功能，實現(xiàn)對平臺的高效維護(hù)。

3.2管理平臺建設(shè)

根據(jù)前文分析，管理平臺建設(shè)分硬件部分和軟件部分。3.2.1硬件部分本著高效、可靠、實用、安全、可擴展的原則進(jìn)行設(shè)計，保證平臺運行穩(wěn)定可靠。因此，需要事先根據(jù)本地實際情況規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)，確定管理平臺可覆蓋的范圍。一般來講，省級作為最基本的單位，其管理平臺應(yīng)覆蓋全省。考慮單機運行和局域網(wǎng)運行的子系統(tǒng)數(shù)據(jù)絕大多數(shù)都是地理信息數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)的運算以及存儲要求高，因此應(yīng)當(dāng)選擇高性能服務(wù)器作為業(yè)務(wù)子系統(tǒng)服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。可選NF8460M4，4U標(biāo)準(zhǔn)機架式服務(wù)器，處理器選擇英特爾至強系列處理器，配置IPAT2高級網(wǎng)絡(luò)加速，VMDq虛擬化加速;以及NF5280M4，2U標(biāo)準(zhǔn)機架式服務(wù)器，至強系列處理器，配置磁盤陣列，千兆網(wǎng)口。前者可作為數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，后者作為子系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器。網(wǎng)絡(luò)方面，在林業(yè)部門內(nèi)部組建局域網(wǎng)絡(luò)，省內(nèi)形成林業(yè)專網(wǎng)，平級部門以政務(wù)專網(wǎng)連接，非涉密部分可接入互聯(lián)網(wǎng)，向公眾相關(guān)信息，網(wǎng)絡(luò)上宜構(gòu)建安全網(wǎng)關(guān)、防火墻、入侵防御等設(shè)備。應(yīng)用系統(tǒng)安裝于工作站，每縣局配置一臺高性能工作站。3.2.2軟件部分采用WEB服務(wù)、地圖服務(wù)、XML、開放式標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議等支撐軟件應(yīng)用。開發(fā)軟件過程中先將平臺抽象為一整個系統(tǒng)，然后將其分解為多個子系統(tǒng)。抽象出一個個模塊，由此確定公共模塊，如此可實現(xiàn)分級一體開發(fā)。公共模塊可通用，提高開發(fā)效率。平臺軟件框架設(shè)計5層，包括用戶層、應(yīng)用層、平臺層、數(shù)據(jù)層和技術(shù)層。用戶層主要為各級領(lǐng)導(dǎo)、系統(tǒng)維護(hù)員、工作人員、互聯(lián)網(wǎng)用戶提供相關(guān)信息服務(wù)。應(yīng)用層支撐分析決策、數(shù)據(jù)維護(hù)、日常業(yè)務(wù)、社會服務(wù)，森林資源調(diào)查監(jiān)測、森林資源管理、林業(yè)工程建設(shè)管理、林業(yè)檔案管理、森林防火、森林病蟲害防治、林業(yè)科技等子系統(tǒng)為支撐。平臺層以林業(yè)信息共享平臺、電子政務(wù)及信息平臺為基準(zhǔn)，納入數(shù)據(jù)表管理、數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出、數(shù)據(jù)備份恢復(fù)、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)壓縮傳輸、投影變換、元數(shù)據(jù)管理和服務(wù)等公共模塊。數(shù)據(jù)層則主要是數(shù)據(jù)庫層面，技術(shù)層則主要考慮的是技術(shù)層面的內(nèi)容，包括網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、GIS、數(shù)據(jù)庫、組件技術(shù)等。

3.3平臺建設(shè)思考

為了滿足森林資源動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)向上位機歸集，以供數(shù)據(jù)分析之用，進(jìn)一步考慮大數(shù)據(jù)的應(yīng)用。動態(tài)監(jiān)測管理平臺應(yīng)打造成大數(shù)據(jù)平臺，可以立足系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)集成、數(shù)據(jù)集成、軟件集成、應(yīng)用集成的思路，構(gòu)建可視化人機交互界面，按各級領(lǐng)導(dǎo)關(guān)注的決策、預(yù)測數(shù)據(jù)、可視化分析需求，確定可視化目標(biāo)數(shù)據(jù)，如監(jiān)測預(yù)警、突發(fā)事件、要素監(jiān)測等，編制可視化集成平臺目標(biāo)數(shù)據(jù)代碼表。進(jìn)一步圍繞可視化，將目標(biāo)數(shù)據(jù)分解為二級子數(shù)據(jù)———支撐要素數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)集，編制數(shù)據(jù)代碼表，再次分解，直接下到基層也就是縣級信息系統(tǒng)中。這些數(shù)據(jù)分屬不同系統(tǒng)，并且分散保存在各部門子信息系統(tǒng)中。由于一些數(shù)據(jù)在存儲節(jié)點上存在副本，需要保證副本數(shù)據(jù)與數(shù)據(jù)本身所反映的情況一致，因此需要編制元數(shù)據(jù)集數(shù)據(jù)代碼表。省級構(gòu)建統(tǒng)一數(shù)據(jù)交換平臺，該平臺上包括數(shù)據(jù)采集、處理、分發(fā)、管理、監(jiān)控、配置管理等，采集數(shù)據(jù)可依靠大數(shù)據(jù)平臺、數(shù)據(jù)文件等數(shù)據(jù)庫來實現(xiàn)，主要實現(xiàn)元數(shù)據(jù)核查。依靠網(wǎng)格技術(shù)、SOA設(shè)計思想，構(gòu)建面向服務(wù)的異構(gòu)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺實現(xiàn)異構(gòu)數(shù)據(jù)的集成和交換，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享遵循開放網(wǎng)格服務(wù)框架和WEB服務(wù)資源框架，利用GLOBUS等成熟開發(fā)工具，將平臺基礎(chǔ)網(wǎng)格環(huán)境所提供的網(wǎng)格服務(wù)接口封裝為WEB接口。構(gòu)建WEB頁面來實現(xiàn)邏輯集成，形成頁面數(shù)據(jù)采集的統(tǒng)一性和標(biāo)準(zhǔn)化，打通整個林業(yè)部門的業(yè)務(wù)子系統(tǒng)、應(yīng)用子系統(tǒng)，形成數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)集成。頁面設(shè)計遵循HTML5標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)庫接口協(xié)議采取HTTP傳輸協(xié)議，REST支持遠(yuǎn)程服務(wù)器數(shù)據(jù)調(diào)用，支持JSON數(shù)據(jù)格式。可視化集成平臺使用WEB頁面超鏈接來實現(xiàn)，即構(gòu)建WEB數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，采用全數(shù)據(jù)鏈條閉環(huán)反饋自適應(yīng)模式，對森林資源動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的核心要素、重點目標(biāo)、線上線下位置、狀態(tài)、數(shù)據(jù)、關(guān)聯(lián)、分析等數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析。

4結(jié)束語

綜上所述，森林資源動態(tài)監(jiān)測在傳統(tǒng)的人工調(diào)查技術(shù)上發(fā)展起來，以空間信息技術(shù)等先進(jìn)手段來實現(xiàn)全天候、實時的動態(tài)監(jiān)控，如此森林資源的相關(guān)信息數(shù)據(jù)將呈現(xiàn)爆發(fā)式增長，這些信息數(shù)據(jù)將成為森林資源管理的重要依據(jù)，同時也是林業(yè)部門的重要資產(chǎn)，因此需要搭建信息化管理平臺，實現(xiàn)對森林資源信息數(shù)據(jù)的高效管理和應(yīng)用。

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作者：孫清琳 單位：國家林草局華東院