基于SuperMap IS.NET的分布式森林資源管理系統的設計與實現

于麗珠 范文義 金 森 李明澤 毛學剛

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

基于SuperMap IS.NET的分布式森林資源管理系統的設計與實現

于麗珠 范文義 金 森 李明澤 毛學剛

(東北林業大學，哈爾濱，150040)

分析了當前GIS在林業資源管理上的應用，介紹了分布式數據庫技術和Ajax網頁異步交互式技術，并以SuperMap IS.NET為WebGIS的二次開發平臺，采用SQL Server 2005作為后臺數據庫，搭建了一個科學、高效、合理的網絡GIS系統框架模型。根據林業工作人員在資源管理上的應用需求，設計了整個系統的功能模型。以黑龍江省為例，運用ArcMap、SuperMap DeskPro等GIS專業軟件和ENVI、ERDAS等遙感影像處理軟件對數據進行處理并制作地圖。創建了分布式森林資源管理系統，并討論了其在現今林業管理中的意義。

SuperMap IS.NET;分布式;森林資源數據庫

在過去，GIS的應用受到了計算機水平和專業技術的制約。而近年來，隨著計算機技術和信息化的飛速發展，國內GIS技術在各個行業的應用發展十分迅猛[1]，GIS專業軟件在林業資源管理、林業資源分析、林火預測等多個方面發揮著不可估量的作用。而隨著GIS技術的進一步發展和對林業需求的進一步提升，WebGIS在林業上的應用也隨之誕生。對于黑龍江這樣的森林資源大省，全省境內的林業局、林場、生態站不計其數，每個單位往往僅僅掌握本地范圍內的森林資源狀況，對于其他縣區卻不甚了解，這不利于兩地資源共享，更不利于宏觀資源的統計、分析和預測;且森林資源數據在實際應用中存在著動態性，包括立地條件、林分類型、植物生長狀況、植被的分布特征、單位蓄積量及年生長量等等，面對這些不斷變化的數據，應當及時更新和獲取，并找出解決所存在問題的方法，而運用傳統的森林資源管理方案顯然無法做到這一點[2-3]。建立分布式WebGIS管理系統，各個區域各個單位可以對本地的空間和屬性數據庫進行及時的添加和更新，同時也可隨時查詢和下載系統覆蓋范圍內其他區域的數據，實現對異地森林資源的高效動態查詢，實現資源交流，統計森林生物量，分析森林空間域及時間域的變化情況，高效地執行林業工作，并對可能出現的種種狀況進行準確預測，這對研究該地區森林資源狀況及變化有著重大意義。

本文以SuperMap IS.NET為二次開發平臺，運用分布式數據庫技術建立分布式森林資源管理系統，用以解決多源異構數據庫的調用管理功能。

1 相關技術介紹

SuperMap IS.NET開發平臺:SuperMap是中國科學院旗下的國內最大的地理信息系統公司，其下的GIS軟件已較為成熟完善。而SuperMap IS.NET是2004年起北京超圖軟件股份有限公司推出的WebGIS二次開發的平臺軟件。該平臺軟件基于.NET和Web Service技術，更好地支持了海量數據的高速訪問，并實現了跨網絡、跨區域的分布式GIS功能，是本系統較為理想的WebGIS二次開發平臺。

Ajax技術:Ajax是一種新興的Web技術，利用它可以構建動態、快速和靈活的Web應用程序。它在服務器端和客戶端之間加入了用JavaScripts編寫的Ajax引擎，客戶端將消息傳遞給Ajax引擎，最大程度地減少冗余請求，再由Ajax引擎與服務器端的Web服務進行交互，最后由其返回給用戶客戶端進行異步傳輸，以達到頁面的局部更新[4]。這一技術大大提高了網頁的刷新速率，也提高了服務器工作效率。而SuperMap IS.NET 6更是將所有控件Ajax化，將Ajax技術封裝成一個完整的控件AjaxControl，以MapHandler作為服務器端的AjaxControl引擎，提高了網絡應用的可用性和響應速度，達到地理信息最大限度的共享，為傳統的WebGIS開發帶來了新的生命力。

EXT框架:在用戶追求網絡功能和速度的同時，對界面的呈現也有了更高的要求，EXT是一個與后臺技術無關的非常優秀的Ajax框架，全部由前臺JavaScripts編寫，不會給服務器增加負擔，是一種具備華麗外觀的富客戶端技術[5]。

2 分布式數據庫的搭建

2.1 數據來源

本系統的數據來源于黑龍江省各個縣區林業局、林場及生態站等。以縣區為基本單位組成一個分布式管理系統，包含了整個黑龍江省的基礎矢量數據、影像數據(包括風云系列數據、NOAA數據、Modis數據等)以及林業資源專題數據。

2.2 數據處理

根據分布式森林資源管理系統的功能需求采集多種數據，并對其進行后期處理。以塔河縣為例，其數據主要來源于塔河一類和二類調查，類型包括基礎的地理數據(行政區劃圖、植被類型、小班分布圖、TM影像等)。建立屬性數據庫，將林業局、林場、林班、小班、面積、坡度、優勢樹種等數據存儲為.xls或者.dbf格式[6]，按照統一的字段與空間屬性進行關聯。

通常在GIS中坐標系是由基準面和地圖投影參數來確定的。而本研究中的黑龍江省行政區域數據的橢球體是WGS84橢球，它是一種地心坐標系，而日常生活中使用的是平面坐標系，以m為單位，更方便測量和統計，這就需要對其進行投影轉換，圖1顯示了投影前后的對比情況。

圖1 投影轉換前后對比

對于遙感數據，需要根據不同的影像類型采用不同的處理軟件，EOS、NOAA數據需要先用ENVI將其轉換成Super-Map識別的Tiff通用格式，而對于常用的TM等影像可以直接導入SuperMap DeskPro數據集。由于圖像的來源、拍攝條件、成像效果及角度的不同，還需要進行校正與修復，包括對其進行輻射定標、大氣校正、太陽高度角校正及幾何校正，同時進行裁切，使其展現出最好的視覺效果進而更有利于目視解譯。

2.3 數據庫構建

根據本系統要求建立分布式數據庫管理系統，建立中心服務器和數據服務器。中心服務器存儲與其他服務器的邏輯聯系，獲取數據源，并最終發布地圖服務。這種層次結構能夠方便統一管理及調度，但是中心服務器如果發生故障整個系統將會癱瘓。

在設計數據庫結構時要充分考慮到SuperMap IS.NET平臺的特點、SQL Server 2005的數據庫層次、整個系統的功能需求、林業工作人員的操作習慣以及網絡環境[7]。建立中心數據庫，存儲用戶權限信息及整個系統的工作空間，其中又包含了與其他跨區域數據庫的鏈接信息，然后由SuperMap IS.NET進行GIS處理分析，最終由Web服務器發布，用戶客戶端通過桌面瀏覽器接收。其層次結構見圖2。

建立工作空間并打開數據源，添加SQL+數據源。對于數據庫一端要做某些權限的調整，使之實現網絡上的相互訪問。更改SQL Server 2005的服務配置，使其支持遠程數據調用和服務。對于本地數據庫和局域網內數據庫可以通過SuperMap DeskPro獲取服務器名稱和數據庫名稱從而直接關聯數據庫，對于遠程互聯網上的數據庫，輸入IP地址為服務器名即可。

圖2 系統結構模型

2.4 制作地圖

運用 SuperMap IS.NET發布地圖必須使用 SuperMap Deskpro生成統一的.sxw或者.smw。具體過程成如下:

1)首先建立工作空間并創建數據源，存入本地SQL Server 2005數據庫中;

2)導入數據集。將處理好的各個類型數據全部導入數據集中，用以解決不同地域不同格式數據的多源異構問題;

3)制作地圖。根據屬性表中的各個字段值制作各種林業資源專題圖，包括林相圖、植被類型分布圖、土地利用類型分布圖、郁閉度分布圖、林種分布圖、火險等級分布圖、齡級分布圖以及優勢樹種分布圖等等;

4)地圖緩存。為了提高地圖的顯示速度，需要對當前地圖按照設置的比例尺和緩存范圍生成一系列的緩存圖片，將輸出路徑設置為.NET快速緩存路徑。緩存機制就會將GIS功能處理后的圖片儲存在服務器端，當用戶再次請求時可以判斷其請求的參數，是否可以直接讀取緩存數據，這樣在瀏覽此地圖時可以顯著提高運行效率;

5)地圖配置。在SuperMap IS.NET Manager中對地圖路徑進行設置，由于運用數據庫進行存儲，需添加如下語句:

Provider=SQLOLEDB;Driver=SQL Server;SERVER=localhost;Database=mytest1;Caption=mytest1;UID=sa;PWD=sa。

3 系統設計與實現

3.1 系統框架

結合分布式數據庫技術和Ajax網頁異步交互式技術，以SuperMap IS.NET為軟件平臺構建高效、合理的系統結構模型(圖2)。

客戶端:包括IE、火狐等常用瀏覽器以及一些桌面應用程序。用以提供用戶與服務端的交互，由用戶自客戶端通過HTTP向Web服務器發出請求，經過服務器端的處理響應再將結果返回給客戶端，最終呈現給用戶。該客戶端使用了標準的HTML/JavaScripts語言，無需下載特殊的瀏覽器插件，兼容性良好。

Web服務器:采用微軟的IIS作為Web服務器，接受客戶端發送的用戶請求，如果涉及GIS功能則提交至GIS應用服務器進行處理，并將結果返回，發布地圖。

應用服務器:SuperMap IS.NET基于微軟.NET技術，在這一層將GIS服務器的全部專業功能與.NET技術緊密結合，獨立處理了所有GIS功能需求并返回至Web服務層。

數據服務器:SuperMap IS.NET支持多種數據源形式，為避免文件型數據源對數據容量大小的限制，本系統使用SQL Server 2005大型關系數據庫來存儲各個地區海量的GIS空間數據和屬性數據。

3.2 功能設計與實現

作為網絡開發，在設計原則上要注意系統的科學性、完整性、互操作性、高效性與安全性。而對于分布式系統而言，處理好各類使用者的系統使用權限，能夠加強整個系統的靈活性與安全性。本系統主要設置為兩種角色，一種是管理員，另一種是普通林業工作人員。對于管理員，可以對系統數據進行全方位維護，包括數據的增加與更新、地圖的制作與發布，以及權限的管理。其用戶登錄和管理界面見圖3。

圖3 用戶管理界面

在功能的設計安排上(圖4)，要完全服務于林業工作人員，充分發揮各類數據的效用，為森林資源管理提供切實有效的服務。整個系統在功能上主要分為基本地圖功能和業務功能兩大模塊?；镜貓D功能包括地圖的顯示、放大或縮小、漫游、圖層控制、鷹眼等。業務功能則是針對林業資源管理所研發的功能，對各個縣區林場的林業資源進行查詢、疊加分析、緩沖區分析、量算長度及面積等，并根據使用者的功能要求，在線制作林業專題圖、統計分析圖表和專業報表等，為林業工作者管理森林資源，進行森林經營決策提供及時、準確、詳盡的科學依據。

在此基礎上，根據系統的結構模型、數據類型及功能模型，結合網絡開發的最新技術，運用SuperMap IS.NET為開發平臺，以Visual Studio 2008為開發工具，利用其大量的服務器控件創建分布式森林資源管理系統。

圖4 系統功能模型

3.2.1 系統查詢功能

本系統可以按區域進行選擇查詢，以每一個縣區為基本單位，每個行政區域內還制作了不同的專題圖供查詢。具體的查詢功能包括屬性查詢和地圖查詢?？梢园凑諗祿愋?、專題圖類型、位置等字段值和SQL語句查詢符合條件的地圖要素(圖5);同時也可在地圖上進行點選、圓選、框選等查詢，使林業工作人員獲得有用的屬性信息。SQL查詢的具體步驟:

1)ASPX設計。在頁面上添加輸入查詢條件的DIV和顯示屬性結果的DIV，添加相應的選擇框和文本框，包括查詢圖層、查詢字段、運算符號、查詢數值等。

2)C#調用方法。由于圖層信息需自動載入，需要對MapControl載入的同時加入初始化事件，使得圖層等必要查詢條件得以提取。代碼如下:

MapControl1.AttachClientEvent("oninit"，"RenderMap-Names");

3)JavaScripts編寫。通過頁面獲得的查詢條件生成完整查詢語句，部分代碼如下:

然后調用SuperMapIS.NET的getQueryManager()來實現查詢功能，對結果進行高亮顯示，并在OnQueryComplete()中將查詢結果屬性信息寫入Aspx頁面定義好的DIV中。

圖5 Sql查詢功能界面

3.2.2 系統空間分析功能

系統的空間分析功能包括緩沖區分析、疊加分析等。緩沖區分析主要包括對圖層中的幾何對象和對自定義幾何對象做緩沖區并查詢。通過調用SuperMap中的SpatialAnalyst-Manager.BufferQuery()方法實現。在林火發生時，可通過此項功能查詢較近的道路和河流等，為撲火工作的順利展開提供一定的決策依據。疊加分析功能可以實現對幾何對象的裁剪、擦除、交集、并集等空間拓撲操作，運用已有圖層對象生成新的幾何對象。比如可將小班作為裁切面對各類要素進行操作，可以獲得每個小班的該專題圖層，這樣所得的地圖更利于使用者建立空間概念，更具直觀性。此功能主要通過SpatialAnalystManager.OverlayAnalyst()方法來實現。

3.2.3 系統統計分析功能

系統的統計分析功能主要分為兩大模塊，一是在地圖上以區域為單位直接顯示統計圖，另一種是根據字段值以橫縱坐標平面圖的形式反映統計結果(圖6)。這兩種形式都可以按照要求對各個字段的數據進行簡單的統計與分析，對相關屬性字段值進行對比，描繪出不同形式的統計圖表，以表示并比較各個單位內某字段屬性值的總和及其動態，從而使得林業工作人員獲得最為直觀的圖像信息，尤其是由橫縱坐標平面圖的統計信息可以很好地觀察出數據變化的趨勢與走向，對今后的工作方向有著更深刻的指導意義。

3.2.4 系統專題圖功能

專題圖功能包含兩個模塊，首先是由管理員利用Super-Map DeskPro按照每個專題的具體要求制作專題地圖并發布;其次是用戶自己在線生成專題地圖，雖然可以由管理員將所有類型專題圖制作出，但是這樣工作量將會很大，隨之的發布量也會劇增，不僅浪費了資源，更降低了效率，因此本系統為用戶提供了多種專題圖的在線制作方法，包括單值專題圖、范圍分段專題圖、標簽專題圖、點密度專題圖等，其效果圖見圖7。

圖6 統計圖表功能界面

圖7 專題圖功能界面

在制作專題圖時需要獲取記錄集中一些基準值，這些基準值多數是建立在所選字段最大值的基礎上，所以需在選擇字段的同時自動生成這些值?？梢栽赟ql Query的OnQuery-Complete(resultSet)添加如下JS代碼:

3.2.5 系統報表功能

根據所顯示的地圖和查詢條件，按照用戶要求，生成各種專題的報表，包括優勢樹種、蓄積量報表等，并提供基本的按字段排序功能。為方便用戶下載數據，可將制作的報表以EXCEL形式打開并保存(圖8)。系統的報表功能同樣是建立在SQL查詢的基礎上，對所需圖層的字段值逐個增加，將每個字段值和所對應的所有記錄分別存入新的數組中。最后再運用EXT框架的GridPanel來生成專題報表，由于GridPanel所需的數據格式為Json對象，所以要先將獲得的數組元素轉換為Json。

圖8 系統報表界面

4 結束語

隨著計算機技術的高速發展，GIS的應用也日趨廣泛，現今在林業中GIS通常被應用于森林資源清查、造林、林火預測、森林經營等多個方面，本研究根據現今林業資源管理在Web上應用的不足，建立分布式森林資源管理系統，對森林資源信息進行信息化、科學化、規范化的管理，為決策提供了依據。本研究以SuperMap IS.NET作為開發平臺，設計了分布式系統的總體結構，結合最新的網絡開發技術建立分布式森林資源管理系統，對分布式GIS、分布式森林資源數據庫的應用進行了研究與開發，為今后數字化林業管理提供了參考。但由于個人經驗的不足及人力和物力的匱乏，本研究沒有對GIS的高級空間分析功能和對遙感影像的解譯進行更深層次的分析與討論，也沒有充分利用SuperMap IS.NET所提供的服務器集群功能的效用，在運行效率的設計與研究中也有待于進一步的提高。

[1] 王飛劍，羅義兵，郝香山，等.基于B/S結構的農業空間信息管理系統設計與實現[J].計算機工程與設計，2009，30(8):2034-2039.

[2] 蘭樟仁，張東水，戴永聰，等.基于SuperMap的縣級林業資源管理信息系統:以漳浦縣為例[J].福建農林大學學報:自然科學版，2006，35(5):504-508.

[3] 張恒，劉群，于洋.基于 GIS和RS的林業資源管理系統設計[J].農業網絡信息，2009(10):30-33.

[4] 榮泉.Ajax發展之我見[J].電腦知識與技術，2010，6(27):7518-7519.

[5] 史學梅.Ajax技術在EXT框架與MVC模式整合中的應用[J].電腦知識與技術，2010，6(24):6779-6780.

[6] 李堂周.基于GIS寶天曼自然保護區森林資源管理信息系統FRMIS研建及應用[D].鄭州:河南農業大學，2009.

[7] 徐振宇，婁徑，馬眾模，等.基于WebGIS的空間數據庫的建立[J].安徽地質，2003，12(1):62-67.

Design and Implement of Distributed System for Managing Forest Resources Based on SuperMap IS.NET .

/Yu Lizhu，Fan Wenyi，Jin Sen，Li Mingze，Mao Xuegang(School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040，P.R.China)//Journal of Northeast Forestry University.-2011，39(6).-119～124

SuperMap IS.NET;Distributed;Forest resource database

S757.3

于麗珠，女，1986年10月生，東北林業大學林學院，碩士研究生。

范文義，東北林業大學林學院，教授。E-mail:fanwy@163.com。

2010年12月24日。

責任編輯:李金榮。

The current application of GIS to forest resource management was analyzed.The distributed database technology and the asynchronous interactive web technology(Ajax)were also introduced.A scientific，effective and reasonable framework model for web GIS system was set up using the SQL Server 2005 as a database and the SuperMap IS.NET as a secondary development platform.A functional model for the whole system was designed according to the requirements of the application of managing resources for the forestry workers.Taking Heilongjiang Province as an example，some GIS professional software，including ArcMap，SuperMapDeskPro and remote sensing software(ENVI，ERDAS)，were used to process data and maps.Moreover，a distributed forest resource management system was established，and its significance in current forest management was discussed.