山西省林草資源信息化系統(tǒng)建設(shè)初探

戎桂鳳

(山西省林業(yè)和草原資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中心，山西 太原 030012)

多年來，山西省林業(yè)和草原資源調(diào)查監(jiān)測(cè)中心在信息化建設(shè)方面已進(jìn)行了很多工作，積累了多年度、多種類的各項(xiàng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，由于沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)庫、沒有完整建設(shè)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，盡管有各種類型的數(shù)據(jù)資源，但一直無法準(zhǔn)確快捷地為各項(xiàng)業(yè)務(wù)工作提供信息服務(wù)，無法有效地指導(dǎo)生產(chǎn)和提供決策性服務(wù)。2019年11月國家林業(yè)和草原局發(fā)布了《關(guān)于促進(jìn)林草人工智能發(fā)展的指導(dǎo)意見》(林信發(fā)〔2019〕105號(hào))，明確要加快林草信息化、智慧化建設(shè)步伐。山西省林業(yè)和草原局多次提出建設(shè)山西省林草資源信息系統(tǒng)的指示和倡議，要求用高科技手段和創(chuàng)新思維服務(wù)山西林草事業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，基于以上主要原因和背景，亟待進(jìn)行全省各類數(shù)據(jù)的整理和融合、規(guī)范與統(tǒng)一，以山西省森林資源“一張圖”為主線，搭建山西省林草資源管理信息系統(tǒng)，為林草各業(yè)務(wù)工作提供解決方案，為山西省林草全面信息化管理打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 建設(shè)目標(biāo)和內(nèi)容

1.1 建設(shè)目標(biāo)

充分依托主流的現(xiàn)代信息技術(shù)、“3S”技術(shù)，利用全省基礎(chǔ)地理信息、森林資源和草原、林草專題調(diào)查、森林防火、遙感影像等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，建設(shè)架構(gòu)合理、支撐有力、安全穩(wěn)定的林草資源管理體系，為山西林草高質(zhì)量發(fā)展提供可靠的數(shù)據(jù)和技術(shù)支持。

1.2 建設(shè)內(nèi)容

1.2.1 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)

在國家林草資源信息標(biāo)準(zhǔn)、國土三調(diào)、森林資源“一張圖”標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的基礎(chǔ)上，結(jié)合本省范圍內(nèi)數(shù)據(jù)情況，編制山西省林草資源管理信息化建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)。包括基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)架體系規(guī)范、代碼標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)庫建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、林草資源更新數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)接口標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)等，并充分考慮與國家級(jí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的統(tǒng)一和銜接及兼容性。

1.2.2 林草數(shù)據(jù)庫建設(shè)

在已有數(shù)據(jù)庫內(nèi)容、結(jié)構(gòu)、格式的基礎(chǔ)上，立足于森林資源、草原、自然保護(hù)地、國家級(jí)公益林、沙化荒漠化、野生動(dòng)物和植物、營造林、森林火災(zāi)等相關(guān)數(shù)據(jù)成果，按照統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行數(shù)據(jù)框架設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，建設(shè)山西省林草系統(tǒng)權(quán)威的、有效的、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的林草資源數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的一體化組織，統(tǒng)一的管理維護(hù)，標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫在融合時(shí)采取邏輯上、物理上、內(nèi)涵上有機(jī)整合和統(tǒng)一[1]。

1.2.3 林草資源信息系統(tǒng)建設(shè)

林草資源信息系統(tǒng)建設(shè)，是在林草資源數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上，建立的省級(jí)林草資源管理應(yīng)用系統(tǒng)，直觀、準(zhǔn)確、動(dòng)態(tài)地展示山西省林草資源信息。為全省各級(jí)林業(yè)和草原行政管理部門提供用于管理各類信息，輔助決策和評(píng)價(jià)；為生產(chǎn)事業(yè)單位提供與業(yè)務(wù)相關(guān)的各類信息數(shù)據(jù)，服務(wù)于生產(chǎn)經(jīng)營。該系統(tǒng)共分為以下幾個(gè)子系統(tǒng)。

1.2.3.1 林草資源管理系統(tǒng)

以全省森林資源“一張圖”為本底數(shù)據(jù)，整合全省歷年林草數(shù)據(jù)，并對(duì)全省的林草資源信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集成管理與更新維護(hù)，通過對(duì)數(shù)據(jù)的入庫、質(zhì)檢、匯總、分發(fā)實(shí)現(xiàn)與市、縣(市)級(jí)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交互和對(duì)省林草資源數(shù)據(jù)庫的時(shí)點(diǎn)更新。

1.2.3.2 林草資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

實(shí)現(xiàn)林草資源數(shù)據(jù)專題信息提取、加工分析、信息統(tǒng)計(jì)查詢、報(bào)表輸出、專題分析、圖形制作、監(jiān)測(cè)報(bào)告?？梢岳帽鞠到y(tǒng)進(jìn)行歷年林地變化趨勢(shì)分析、歷年造林保存率的分析等，從而動(dòng)態(tài)掌握林草資源變化規(guī)律，準(zhǔn)確制定相應(yīng)的策略，有效保護(hù)好林草資源。

1.2.3.3 自然保護(hù)地資源信息管理系統(tǒng)

為了適應(yīng)對(duì)各類自然保護(hù)地的科學(xué)化管理，以各類自然保護(hù)地優(yōu)化整合數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，建立自然保護(hù)地信息管理系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)自然保護(hù)地各類相關(guān)資源數(shù)據(jù)一體化管理。

1.2.3.4 森林防火信息管理系統(tǒng)

充分利用林草資源數(shù)據(jù)庫，構(gòu)建森林防火信息管理系統(tǒng)，通過3S技術(shù)、現(xiàn)代通訊等各項(xiàng)技術(shù)，有效預(yù)防預(yù)測(cè)森林火災(zāi)的發(fā)生，發(fā)生火情后能夠迅速分析火災(zāi)的發(fā)展趨勢(shì)，制定科學(xué)的撲滅方法，為各級(jí)決策者提供強(qiáng)有力的科學(xué)支撐。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 總體架構(gòu)

山西省林草資源信息系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)(SOA)思想[3]，實(shí)現(xiàn)全省林草資源信息“四橫兩縱”的橫向和縱向集成?；诹植輸?shù)據(jù)庫提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)，在統(tǒng)一的平臺(tái)上，搭建各種管理系統(tǒng)；選擇開放的架構(gòu)體系，實(shí)現(xiàn)整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下運(yùn)行，內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ)；以縣為數(shù)據(jù)管理的基本單元，縣級(jí)應(yīng)用主要是具體的數(shù)據(jù)更新、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)匯總，省級(jí)應(yīng)用主要是全省數(shù)據(jù)匯總、分發(fā)、展示。

2.1.1 基礎(chǔ)層

基礎(chǔ)層主要包括支撐山西省林草資源信息化管理系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境、硬件環(huán)境和軟件平臺(tái)支撐環(huán)境。構(gòu)建覆蓋省、市、縣3級(jí)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行環(huán)境，擬建立完善專項(xiàng)應(yīng)用的專用寬帶網(wǎng)和充分利用主流互聯(lián)網(wǎng)支持面向相關(guān)行業(yè)公眾的應(yīng)用，為資源數(shù)據(jù)的共享和應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)提供基礎(chǔ)保障[2]。

2.1.2 資源層

資源層是實(shí)現(xiàn)山西省林草資源信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)依據(jù)和來源，以山西省森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)為主線，整合近年來林草各個(gè)專業(yè)部門的專題數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)的格式標(biāo)準(zhǔn)化、類型標(biāo)準(zhǔn)化、空間標(biāo)準(zhǔn)化等處理，實(shí)現(xiàn)全省數(shù)據(jù)集中管理、匯交交換、共享利用，為應(yīng)用系統(tǒng)提供應(yīng)用支撐。

2.1.3 支撐層

支撐層是山西林草資源管理系統(tǒng)中轉(zhuǎn)樞紐，為林草資源管理系統(tǒng)、林草資源監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、自然保護(hù)地資源信息管理系統(tǒng)、森林防火信息管理系統(tǒng)等4大應(yīng)用系統(tǒng)提供基礎(chǔ)服務(wù)，以基礎(chǔ)框架和公共服務(wù)設(shè)施為主要支撐，最終達(dá)到業(yè)務(wù)流程管理，基礎(chǔ)組件、數(shù)表模型、工具軟件以及信息資源目錄和交換體系等基礎(chǔ)服務(wù)內(nèi)容[3]。

2.1.4 應(yīng)用層

應(yīng)用層是實(shí)現(xiàn)各種服務(wù)的關(guān)鍵。主要是以面向用戶桌面端的窗口類應(yīng)用[3]，外網(wǎng)應(yīng)用是面向?yàn)g覽器應(yīng)用，通過內(nèi)外網(wǎng)的結(jié)合，為各類用戶提供B/S、C/S、移動(dòng)端相結(jié)合的智能客戶端，實(shí)現(xiàn)管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)的高效、便捷的應(yīng)用。

2.2 技術(shù)架構(gòu)

系統(tǒng)采用SOA的總體技術(shù)架構(gòu)，利用RESTWeb、JavaScript、APIService等技術(shù)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的模型化、可組裝化和接口統(tǒng)一性。應(yīng)用自主GIS平臺(tái)、ArcGIS平臺(tái)以及Oracle等數(shù)據(jù)庫技術(shù)，實(shí)現(xiàn)全省數(shù)據(jù)組織管理、更新維護(hù)、信息發(fā)布。數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一部署在山西省林草資源監(jiān)測(cè)中心數(shù)據(jù)庫中心，基于強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫條件，采用客戶/服務(wù)器(Client/Server)和瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server)2種體系結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)，服務(wù)器端和客戶端均采用.NET進(jìn)行開發(fā)[1]，用戶通過安裝客戶端來實(shí)現(xiàn)各種功能，嚴(yán)格保證數(shù)據(jù)庫安全，開發(fā)可擴(kuò)展、易維護(hù)，系統(tǒng)保證兼容IE11以上。各子系統(tǒng)采用統(tǒng)一的認(rèn)證服務(wù)和用戶權(quán)限模型，根據(jù)業(yè)務(wù)的需要能夠動(dòng)態(tài)擴(kuò)充[2]，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的先進(jìn)性、穩(wěn)定性與擴(kuò)展性等技術(shù)性要求。

2.3 運(yùn)行架構(gòu)

2.3.1 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器

配置Oracle11g大中型數(shù)據(jù)庫、MySQL、ArcSDE 10.0及以上軟件。

2.3.2 應(yīng)用服務(wù)器

配置Windows 2008 Server企業(yè)版sp2(64位)操作系統(tǒng)、Tomcat 6.x及以上Web服務(wù)器軟件、Oracle客戶端(11g)及以上大中型數(shù)據(jù)庫客戶端。

2.3.3 C/S應(yīng)用客戶端(PC)

配置Win 7/10/Server 2008/2012操作系統(tǒng)、MS Office 2003/2007/2010處理軟件、.Net Framework 3.5運(yùn)行環(huán)境、ArcGIS Engine Runtime 10.0運(yùn)行環(huán)境。

2.3.4 B/S應(yīng)用客戶端(PC)

配置Win 7/10/Server 2008/2012操作系統(tǒng)、MS Office 2003/2007/2010處理軟件、.Net Framework 3.5運(yùn)行環(huán)境。

3 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

林草資源數(shù)據(jù)庫建設(shè)能夠?qū)崿F(xiàn)多源、異構(gòu)、多尺度、多類型的各類林草資源數(shù)據(jù)的“一體化”集成管理。將各類資源數(shù)據(jù)按照業(yè)務(wù)類型不同、空間尺度的不同，在統(tǒng)一空間參考、統(tǒng)一數(shù)據(jù)編碼、統(tǒng)一數(shù)據(jù)分類、分層組織的情況下，根據(jù)業(yè)務(wù)管理的需求、業(yè)務(wù)應(yīng)用范疇的不同，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行重新“排列組合”，進(jìn)行“集中式”管理，為山西省林草資源管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支撐。

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)原則

3.1.1 安全性設(shè)計(jì)

安全性應(yīng)從操作系統(tǒng)級(jí)和網(wǎng)絡(luò)級(jí)與管理制度2方面考慮，相應(yīng)制定嚴(yán)密的保護(hù)安全措施。

3.1.2 可用性設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)能滿足7×24h不間斷運(yùn)行，數(shù)據(jù)庫運(yùn)行在歸檔模式(在線備份可不停機(jī))下，采用在線備份，優(yōu)化備份策略，使數(shù)據(jù)庫故障需恢復(fù)時(shí)，盡可能縮短恢復(fù)時(shí)間且不損失數(shù)據(jù)。

3.1.3 一致性設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)中盡可能按數(shù)據(jù)規(guī)范理論的要求設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫表，數(shù)據(jù)完整性是數(shù)據(jù)一致性的重要保證，編輯邏輯性強(qiáng)大的檢驗(yàn)程序，保證數(shù)據(jù)庫完整而一致。

3.1.4 備份與恢復(fù)設(shè)計(jì)

備份與恢復(fù)是保證數(shù)據(jù)庫生命力有力措施，在數(shù)據(jù)庫遭到破壞時(shí)，能夠瞬間啟動(dòng)備份與恢復(fù)功能，把數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)破壞與丟失損失程度降到最小。

3.2 數(shù)據(jù)庫內(nèi)容

涵蓋省、市、縣3級(jí)范圍的4D產(chǎn)品(DLG、DOM、DRG、DEM)及相應(yīng)各類數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)和元數(shù)據(jù)[1]。主要類型有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、林草資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、林草資源專題數(shù)據(jù)庫、柵格數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫等5種類型。數(shù)據(jù)庫類型如表1。

表1 數(shù)據(jù)庫類型表

3.3 建設(shè)數(shù)據(jù)庫流程

收集現(xiàn)有各類數(shù)據(jù)資源，按照國家標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫建設(shè)規(guī)范和建庫流程，實(shí)現(xiàn)不同年份、不同數(shù)據(jù)源、不同數(shù)據(jù)格式、不同空間參考的各種差異數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)分析、標(biāo)準(zhǔn)制定、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)質(zhì)檢、數(shù)據(jù)入庫/更新等方法完成數(shù)據(jù)庫的建設(shè)[1]。數(shù)據(jù)庫流程建設(shè)如圖1。

圖1 數(shù)據(jù)庫建設(shè)流程

4 林草資源管理系統(tǒng)

林草資源管理系統(tǒng)是以現(xiàn)有林業(yè)信息系統(tǒng)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用主流的IT技術(shù)、“3S”技術(shù)、云計(jì)算等技術(shù)，在建立基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、林草資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、林草資源專題數(shù)據(jù)庫、柵格數(shù)據(jù)庫、元數(shù)據(jù)庫5大數(shù)據(jù)庫的支持下，實(shí)現(xiàn)林草資源有效管理、動(dòng)態(tài)更新、生產(chǎn)維護(hù)機(jī)制，并逐步建立林草資源空間屬性數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)交換、共享機(jī)制以及分發(fā)體系，為各級(jí)林草生產(chǎn)和管理部門提供對(duì)應(yīng)的林草資源信息服務(wù)[4]。管理系統(tǒng)組織架構(gòu)如圖2。

圖2 管理系統(tǒng)組織架構(gòu)

5 結(jié)語

通過林草資源信息化建設(shè)，初步實(shí)現(xiàn)了林草工作的智慧化，能夠?qū)α植葙Y源變化及演進(jìn)趨勢(shì)有效把握，從而制定更加科學(xué)、合理、高效的政策，促進(jìn)林草大發(fā)展，極大提高林草資源管理能力，有力促進(jìn)生態(tài)建設(shè)。山西省林草資源信息化系統(tǒng)建設(shè)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)。

5.1 頂層設(shè)計(jì)，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)

在省林業(yè)和草原局統(tǒng)一組織領(lǐng)導(dǎo)下，由山西省林業(yè)和草原調(diào)查監(jiān)測(cè)中心統(tǒng)籌實(shí)施，防止出現(xiàn)數(shù)據(jù)體系沖突、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題，為信息系統(tǒng)高效運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

5.2 需求主導(dǎo)，面向應(yīng)用

系統(tǒng)建設(shè)緊密結(jié)合省林草局職能，以業(yè)務(wù)需求為主導(dǎo)，以應(yīng)用和服務(wù)為核心，提供精準(zhǔn)、高效、實(shí)用的信息產(chǎn)品，推動(dòng)信息技術(shù)與林草資源調(diào)查監(jiān)測(cè)工作的融合，滿足林草業(yè)務(wù)管理、行政管理和生產(chǎn)需要。

5.3 整合資源，促進(jìn)共享

以林草資源調(diào)查“一張圖”數(shù)據(jù)為主線，協(xié)調(diào)林草各業(yè)務(wù)部門，打破數(shù)據(jù)封閉繁雜狀況，建立信息資源回收機(jī)制，建立數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化體系，保證行業(yè)內(nèi)部間信息共享，提高信息資源效益。

5.4 注重實(shí)用，適度超前

林草資源信息化系統(tǒng)主要目的是服務(wù)于生產(chǎn)和管理，應(yīng)注重于實(shí)用，力爭(zhēng)每一位從事林草的職工看得懂會(huì)操作，真正成為大家工作中的大幫手。還應(yīng)保持技術(shù)的先進(jìn)性和前瞻性，采用最先進(jìn)、最實(shí)用的信息技術(shù)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定、高效、安全運(yùn)行，同時(shí)充分考慮到林草事業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，適應(yīng)生態(tài)建設(shè)新的要求，系統(tǒng)與基礎(chǔ)設(shè)施要適度超前，為今后工作，預(yù)留拓展空間。

系統(tǒng)的建設(shè)填補(bǔ)了山西省林草資源信息化的空白，縮小了差距，也逐步達(dá)到國家林業(yè)和草原局指導(dǎo)意見的要求。