基于ArcIMS的速生豐產林測土配方專家系統的建研

摘 要： 介紹了網絡地理信息系統（ＷｅｂＧＩＳ）技術及ＡｒｃＩＭＳ的體系結構，分析基于ＡｒｃＩＭＳ開發ＷｅｂＧＩＳ應用系統的體系結構以及主要技術，詳細設計了基于ＡｒｃＩＭＳ的速生豐產林測土配方專家系統，確定適宜的造林樹種并提供施肥方案，有利于提高林分質量和生產力水平，為提高林農的經營水平提供技術支持。

關鍵詞：

中圖分類號： ＴＰ３１５ 文獻標識碼： Ａ 文章編號：２０９５－２１６３（２０１１）０３－００７４－０３

Ｅｓｔａｂｌｉｓｈｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｘｐｅｒｔ Ｓｙｓｔｅｍ ｏｎ Ｓｏｉｌ Ｔｅｓｔｉｎｇ

ｆｏｒ Ｆａｓｔ－ｇｒｏｗｉｎｇ ａｎｄ Ｈｉｇｈ－ｙｉｅｌｄ Ｆｏｒｅｓｔ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＡｒｃＩＭＳ

ＹＡＯ Ｌｅｉ， ＷＡＮＧ Ｎｉｈｏｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ： This paper gives a introduction to the concepts of WebGIS and the system architecture of ArcIMS， analyzes the system framework and developing technology based on ArcIMS developing WebGIS application system. Further， the paper in detailed designs the expert system on soil testing for fast-growing and high-yield forest based on ArcIMS to determine the appropriate tree species and provide fertilization program， which help to improve the forest quality and productivity， and also provide technical support for foresters to improve their management level.

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：

０ 引言

速生豐產林基地建設工程是一項兼具生態功能的林業產業基礎工程，在我國林業建設由木材生產為主向生態建設為主轉變的過程中，在實現保護天然林條件下，正成為滿足社會經濟發展對木材需求的“朝陽產業”。正確的選擇造林樹種，是人工培育速生豐產林成功的關鍵問題之一。

ＷｅｂＧＩＳ是Ｉｎｔｅｒｎｅｔ技術和ＧＩＳ技術相結合的產物，是建立在Ｗｅｂ上的網絡ＧＩＳ系統，ＷｅｂＧＩＳ使ＧＩＳ社會化和全球化，因而可以為任何一個登錄到Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的用戶提供服務[１]。ＡｒｃＩＭＳ是美國ＥＳＲＩ公司推出的第二代互聯網地理信息系統平臺，主要用于基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的ＧＩＳ服務的開發，可以在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上提供地理數據和服務。本文以計算機網絡為基礎，以空間數據庫為核心，以ＡｒｃＩＭＳ為開發平臺，建立速生豐產林測土配方專家系統。該系統通過對土壤進行普查，根據土壤肥力、土壤理化因子等立地因子的情況確定適宜的造林樹種及施肥方案，從而提高林分質量和生產力水平，緩解木材供需矛盾，服務廣大林農，并為廣大林農經營水平和經濟收入的提高提供技術支持，而且簡單實用，操作性強，服務林改，指導林農。

１ ＡｒｃＩＭＳ概述

ＡｒｃＩＭＳ是基于Ｉｎｔｅｒｎｅｔ進行空間信息表現、分析處理、分發共享的支持跨平臺應用的ＧＩＳ產品。在地理信息服務系統的建設中，ＧＩＳ平臺軟件的選擇是非常重要的，ＡｒｃＩＭＳ作為ＡｒｃＧＩＳ系列產品中的一員，受到了廣大ＷｅｂＧＩＳ開發者的青睞[２]。ＡｒｃＩＭＳ可以對不同來源的數據進行整合，通過要素數據流方式，ＡｒｃＩＭＳ不僅能夠向客戶端傳輸影像數據，而且還可以傳輸矢量數據，同時還允許進行一些超出制圖的功能。通過要素數據流方式，ＡｒｃＩＭＳ不僅可以通過網絡訪問遠程數據，而且還可以使用用戶本地機上的數據。ＡｒｃＩＭＳ還具備強大的二次開發機制，提供了多方位的ＷｅｂＧＩＳ解決策略，應用了Ｊａｖａ Ａｐｐｌｅｔ、Ｊａｖａ Ｓｅｒｖｌｅｔ、ＸＭＬ等技術，有很好的空間信息發布能力和表現能力；內置ＧＩＳ地圖的瀏覽、圖層控制、圖屬互查、緩沖分析、數據下載、元數據庫發布等功能，用戶可以根據自身需求對其進行定制開發[３]。

一個完整的ＡｒｃＩＭＳ體系有三個層：第一層是廣域或局域網內的客戶端或用戶終端，也稱展示層，第二層稱為邏輯事務層，第三層是數據存儲層[４]。ＡｒｃＩＭＳ的體系結構如圖１所示。

展示層是直接或間接與服務器相連的計算機或應用程序，通過ＨＴＴＰ或ＴＣＰ／ＩＰ協議與服務器建立通信，支持ｈｔｍｌ ｖｉｅｗｅｒ和ｊａｖａ ｖｉｅｗｅｒ兩種瀏覽方式。在ＡｒｃＩＭＳ軟件中包括三種Ｖｉｅｗｅｒｓ：ＨＴＭＬ Ｖｉｅｗｅｒ、可定制的Ｊａｖａ Ｖｉｅｗｅｒ和標準的Ｊａｖａ Ｖｉｅｗｅｒ，其中，ＨＴＭＬ Ｖｉｅｗｅｒ主要用于瘦客戶模式。

邏輯事務層也就是服務器端，由Ｗｅｂ服務器、ＡｒｃＩＭＳ連接器、ＡｒｃＩＭＳ應用服務器、ＡｒｃＩＭＳ空間服務器以及管理工具五部分組成，用于管理客戶端和服務器端之間的數據，以達到最佳效率與傳輸速度。Ｗｅｂ服務器通過ＡｒｃＩＭＳ連接器與ＡｒｃＩＭＳ應用服務器連接，默認情況下，Ｓｅｒｖｌｅｔ連接器是其標準的連接器[５]。ＡｒｃＩＭＳ應用服務器及時地將請求送到相應的空間服務器，并且處理負載平衡和進行流量控制。管理工具和空間數據服務器則在后臺支持ＡｒｃＩＭＳ應用服務器的運行。空間服務器是ＡｒｃＩＭＳ的核心部分，管理并處理需要在Ｉｎｔｅｒｎｅｔ上發布的地理數據，如創建地圖、傳輸矢量數據、圖層處理等[６]。各組成部分通過ＡｒｃＸＭＬ進行通訊，ＡｒｃＸＭＬ是ＡｒｃＩＭＳ版本的ＸＭＬ，即可擴展的標記語言（ｅＸｔｅｎｓｉｂｌｅ Ｍａｒｋｕｐ Ｌａｎｇｕａｇｅ）。

數據存儲層主要是指對空間數據、屬性數據及其源數據的存儲管理。

２ 系統的體系結構

根據ＡｒｃＩＭＳ體系結構的特點和系統的需要，本系統的體系結構采用典型的三層架構，分別為展示層、邏輯事務層和數據存儲層[７]。展示層是系統將用戶所需的信息或請求處理結果以網頁的形式返回給用戶；邏輯事務層主要是通過ＡｒｃＩＭＳ和應用程序的交互來響應用戶的各種請求和查詢操作；數據存儲層主要負責空間數據、屬性數據的存儲管理。本系統采用ＡｒｃＳＤＥ進行空間數據庫的連接，采用ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２００５來管理數據，以便進行數據的更新，通過ＡｒｃＳＤＥ服務器向ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２００５請求和獲得數據庫并及時反饋給用戶，如圖２所示。

３ 系統的設計

３．１ 地圖操作的基本功能

包括地圖的放大、縮小、平移、顯示全圖、顯示激活圖層、漫游、鷹眼、地圖保存等功能。還包括測量功能，用戶只需點擊相應的測量按鈕，再在地圖上進行相應的操作，便可以在地圖上直接量出兩點間的距離；以及圖層管理功能，即可以控制所有圖層顯示的數據目錄樹，用戶可以根據需要，在功能欄的數據目錄樹中通過勾選或者取消相應的圖層即可實現圖層的顯示和關閉。如圖３所示。

３．２ 專題圖功能

專題圖是根據相應的專題數據或指標，采用一定的算法，對空間要素進行分類分級，并以一定的分類分級符號進行可視化展示，從而使得用戶能夠以直觀的方式，了解某個專題的空間分布和定性、定量特征。為了使用戶對林地的地力情況有更直觀的了解，系統可以生成分類顏色圖、分級餅圖和柱狀圖等專題地圖。

３．３ 查詢功能

查詢功能分為兩種：

（１） 雙向互查功能。通過屬性記錄和空間記錄中的關鍵字，把空間數據與屬性數據放在一起，從而為用戶提供空間數據和屬性數據之間的相互查詢。通過屬性信息對空間信息進行查詢時，用戶可以點擊相應的按鈕，輸入要查詢的內容，便可以查詢到相應的內容在地圖上的對應位置，同時可以對查詢結果進行高亮顯示。通過空間信息對屬性信息進行查詢時，用戶可以選擇地圖上的圖形，點擊查詢按鈕，便可以對圖形的屬性信息進行查詢。

（２） 緩沖區查詢。緩沖區分析是ＧＩＳ的基本空間操作之一。該操作的基本思想是給定一個實體或者集合，在其周圍建立一定距離（緩沖半徑或寬度）的帶狀區，以確定這些物體對周圍環境的影響范圍或服務范圍（鄰近度問題）。用戶可以點擊緩沖區查詢工具按鈕，在彈出的浮動框可以對查詢圖層的選擇，緩沖區的距離以及是否顯示查詢結果進行顯示設置。在地圖窗口繪制點、線、多邊形；繪制完畢后，系統會生成相應的緩沖區域，對緩沖區域內的地圖要素進行高亮顯示。

３．４ 適地適樹功能

適地適樹功能主要包括適地適樹信息管理、適地適樹信息查詢、特定樹種的專家咨詢服務。

（１） 適地適樹信息管理：對林地的立地因子情況進行調查并存儲，可以使用戶獲取二類資源適地適樹立地因子情況，主要包括土壤類型、海拔高度、坡度、坡向、坡位、立地類型、土壤有機質含量、速效Ｎ、速效Ｐ、速效Ｋ含量等立地因子數據。

（２） 適地適樹信息查詢：通過對立地因子情況的調查，用戶點擊相應的查詢按鈕，輸入要查詢位置的信息，或者在地圖上選擇相應的區域，系統便能夠根據各類樹種主要適生土壤等立地因子獲取適合造林的樹種信息。

（３） 特定樹種的專家咨詢服務：為特定樹種提供專家的咨詢服務，提供種植建議卡。

３．５ 測土配方決策功能

測土配方決策功能可以為用戶提供施肥方案，測土配方施肥的知識來源主要是領域專家所取得的科研成果、出版的專著與教材、科學期刊上發表的論文等。其主要功能是根據對土壤數據的普查和土壤的肥力信息基本情況，結合系統知識庫里林木的需肥特性，按照基于案例的推理規則，推理出施肥方案。

３．６ 后臺管理功能

后臺管理功能包括用戶注冊，用戶信息修改和用戶密碼修改等。用戶分為普通用戶和管理員。普通用戶可以實現一部分的功能，即可以對地圖進行放大、縮小、平移等，也可以對信息進行查詢；管理員可以實現全部功能，包括對地圖的全部操作和信息查詢，也可以對數據進行修改、更新和提交，還可以對用戶進行管理。

４ 結束語

ＷｅｂＧＩＳ實現了空間數據的共享，本系統通過利用ＧＩＳ強大的空間分析功能，對ＡｒｃＩＭＳ的體系結構進行分析，開發基于ＡｒｃＩＭＳ的速生豐產林測土配方專家系統，以ＡｒｃＳＤＥ和ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２００５為基礎，建立土壤立地因子數據庫，可以進行林木測土配方多種因子的空間查詢，為林木適地適樹進行可視化分析，并提供合適的施肥方案可供林農選擇。系統界面清晰、操作性強、方便實用，滿足了林業科技工作者和林業基層工作人員以及廣大林農的使用要求，大大減少了手工制圖的中間環節和工作量，使信息數據更加直觀，更加容易理解。

參考文獻：

[ １ ] 孟令奎，史文中，張鵬林． 網絡地理信息系統原理與技術[Ｍ]． 北

京：科學出版社，２００５．

[ ２ ] 徐艷． 基于ＡｒｃＩＭＳ的森林資源ＷＥＢＧＩＳ的設計與實現——以

安徽省滁州市管店林場為例[Ｄ]． 南京農業大學， ２００７．

[ ３ ] 竇長娥，劉仁義，劉南． 基于ＡｒｃＩＭＳ的旅游地理信息系統設計

與實現[Ｊ]． 計算機應用研究，２００６（２）：１６０－１６５．

[ ４ ] 楊銘，陳利生，裴亮． 基于ＡｒｃＩＭＳ校園信息系統的建立[Ｊ]． 礦

山測量，２０１１（２）：６０－６３．

[ ５ ] 王國勝． ＡＳＰ．ＮＥＴ＋ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ動態網站開發[Ｍ]． 北京：清華大

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[ ６ ] 馬林兵，張新長． ＷｅｂＧＩＳ原理與方法教程[Ｍ]． 科學出版社， ２－

００６．

[ ７ ] 吳麗春． 基于ＡｒｃＩＭＳ和Ａｊａｘ的林業ＷｅｂＧＩＳ系統設計與實現

[Ｊ]． 深圳職業技術學院學報，２０１１（３）：１４－１７．