森林資源信息集成系統的設計與實現

賴 超，方陸明，李 記，周昌和

（1.浙江農林大學 環境與資源學院，浙江 臨安 311300；2.浙江農林大學 浙江省林業智能監測與信息技術研究重點實驗室，浙江 臨安311300； 3.浙江農林大學 信息工程學院，浙江 臨安311300；4.浙江省龍泉市林業局，浙江 龍泉323700）

森林資源信息集成系統的設計與實現

賴 超1,2，方陸明2,3，李 記2,3，周昌和4

（1.浙江農林大學 環境與資源學院，浙江 臨安 311300；2.浙江農林大學 浙江省林業智能監測與信息技術研究重點實驗室，浙江 臨安311300； 3.浙江農林大學 信息工程學院，浙江 臨安311300；4.浙江省龍泉市林業局，浙江 龍泉323700）

森林資源的管理數據相對分散，不同環節的管理系統及信息相對獨立，不利于森林資源的整體管理和決策。圍繞森林資源管理的不同環節，基于正在運行的10余個應用系統，在森林資源信息集成機制研究的基礎上，較全面地分析了用戶、數據、安全等方面的需求，并基于MVC模式的WPF架構，采用Visual Studio 2010開發工具，以ArcGIS Server為地圖服務器，選用Mssql作為數據庫引擎，設計和實現了森林資源信息集成系統，最后在浙江省龍泉市林業局投入使用。該系統集林權、采伐、營造林、生態公益林、森林資源調查等15個管理方面、77項管理內容于一體，較好地實現了信息的綜合表達，全面、系統地表達一個區域的森林資源狀況以及林業生產、經營和管理情況，為森林資源管理的信息共享與協同監管提供了統一的平臺。圖8參12

森林經理學；森林資源； MVC模式；WPF架構；信息集成；龍泉市

20世紀90年代以來，伴隨著信息技術，特別是網絡技術的飛速發展，信息化已成為各國普遍關注的一個焦點。在新的歷史時期，信息化已經成為推動中國經濟社會發展的重要力量［1］。中國的林業信息化經歷了20世紀80年代起步，90年代系統化，21世紀網絡化這一個過程［2］。近年來，為有效推進森林資源信息化管理，各地、各級林業主管部門和林業企業按照各自不同的標準和規范，圍繞林地屬權、森林資源調查、森林防火、林木采伐、林產品運輸等森林經營環節，開發和應用了相應的管理系統［3-6］。這些系統對林業信息化整體建設起到了積極的作用，但其發展的許多矛盾也凸顯出來，主要表現在：①由于長期以來主要針對某一環節或方面進行信息管理研究與實踐，缺乏整體、系統、全面的數據流動與共享機制研究，導致數據不能有效共享；②系統分散，各自為政，難以集成；③由于系統分散、數據不能有效共享，難以實現協同監管以及系統、全面的決策，從而降低林業部門的服務能力和效率［7］。針對現有森林資源信息系統存在的問題，作者在森林資源信息集成機制研究的基礎上［8］，圍繞對各環節管理信息的整合，基于正在運行的10余個應用系統，設計和實現了縣域尺度的森林資源信息集成系統，并在浙江省龍泉市進行了實際應用。

1 系統需求分析

①中國森林資源的信息化管理起步相對較晚，浙江省作為林業信息化建設較好的省份之一，目前已建立包括林地權屬、森林資源調查、生態公益林、營造林、林木采伐等10余個圍繞森林資源管理的應用系統及數據庫。但與其他行業的信息化水平相比仍存在較大的差距。主要表現在各系統相對獨立，數據只反映本環節情況，不能有效共享，難以實現協同監管。因此，必須整合以環節建立的、分散的信息系統，建立其關聯關系，并給予綜合表達，也就是把已建立和運行的各應用系統在系統層、數據層進行集成，將森林資源及林業生產、經營管理的狀況予以直觀、全面呈現，以滿足用戶系統化、智能化辦公和綜合決策。②林業信息化建設經過30多年的研究與發展，系統研究工作者和系統開發人員在系統的分析、設計，技術方法、模型創建等方面都有許多可以借鑒的成果和經驗，有進行信息集成的技術基礎。③隨著運行系統的增加，特別是數據量急增，系統和數據的安全性問題需要放在最重要的位置，這要求將成功經驗和新技術有機結合，采取更為安全的架構、更為有效的措施，保障數據的安全傳輸和存儲，同時建立科學的管理制度，設置不同控制的權限，增加系統和數據的安全性。

2 系統設計

2.1 系統總體架構

由于需整合浙江省已建立的10余個基于森林經營環節的應用系統及其數據，工作量較為龐大。森林資源信息集成系統以MVC（model，view，control）模式來實現的［9］，具體設計運用的是WPF（windows presentation foundation）架構［10］。這種設計允許不同的開發人員同時開發視圖、控制器邏輯和業務邏輯，并且讓應用程序測試與管理更加有序及簡易。

2.1.1 MVC模式設計 MVC 3層模式是現在比較流行的基于C#語言的軟件開發設計模式，它強制性地使應用程序的輸入、處理和輸出分開［12］，其運行機制如圖1所示。其含義：M是模型（model），表示企業數據和業務規則；V即視圖（view），為用戶調用模型提供了可視化的交互界面；C是控制（control），它根據用戶的請求和模型處理的結果來為用戶展現出和請求匹配吻合的視圖。

圖1 MVC模式的互動機制Figure 1 Interaction mechanism of MVC mode

2.1.2 WPF架構 WPF屬于.NET Framework 3.0的一部分。它主要包括3部分：PresentationFramework，Presentation-Core和Milcore［11］。其中前兩者由受管模塊組成，Milcore是非受管模塊，起到中介的作用，以實現WPF與DirectX的通信。其運行機制如圖2所示。

圖2 WPF架構Figure 2 Structure of WPF

2.2 系統總體功能設計

森林資源信息集成系統是以森林資源信息集成機制（森林資源多環節數據關聯模型與森林資源信息綜合表達模型）為基礎，基于15個環節的業務流程而設計的，每個環節對應1個功能模塊，其中9個外置模塊采用連接和調取相應軟件系統的信息和數據。這些軟件系統包括林權管理、古樹名木管理、林木采伐管理等系統；其余的6個為內置模塊，包括地圖管理、林木資源管理、生態公益林管理等模塊。集成系統由數據綜合查詢子模塊、信息交互子模塊、統計分析子模塊、數據管理子模塊等涉及15個管理方面、77項管理內容的業務模塊構成，并對用戶采用權限控制。系統功能框架如圖3所示。

2.3 系統功能模塊類設計

對關鍵技術和系統總體功能設計的進一步分析，確定資源管理和業務管理的設計，如圖4所示（部分操作方法和部分屬性省略）。其運行機理是：資源類（resource）用于記錄資源的數據屬性和質量屬性，即原始數據的規整，包括地理信息類（geography），林木類（wood），動物類（animal），人屬性類（man）和其他類（others）；類別類（category）用于署名資源的類別；統籌類（arrange）為協調器，用于協調用戶和9個已有的軟件系統之間的較好交互和響應；業務類（operation）即在協調確定不同資源之間的關系之上，進而所作的操作信息動作類；資源間協商類（resource_arrange）是對資源和協調器的之間的協調；業務融合類（arrange_operation）是對協調器和業務之間的調用進行協商和歸類；資源掛別類（resoure_category）是資源的類別掛起。

2.4 系統總體E—R圖設計

把森林資源信息集成系統中的每個業務環節分別看作是一個實體，其具有的業務功能就是附屬于這個實體的屬性，根據這種思想設計出系統總體E—R圖（圖5）。

3 系統實現

基于以上設計，采用B/S模式，以Visual Studio 2010為開發平臺，以ArcGIS Server（Web Server和GIS Server）為地圖服務器，選用Mssql作為數據庫引擎，開發了森林資源信息集成系統，主要實現的功能包括數據管理、數據綜合查詢、各環節信息交互、統計分析、專題圖瀏覽等。為了檢驗集成系統反映森林資源以及林業生產、經營和管理的整體效果，應用龍泉市森林資源及經營管理的實際數據進行試驗應用。

圖3 系統功能框架圖Figure 3 Functions framework of the system

圖4 系統功能模塊類圖Figure 4 Function module classes of the system

4 案例分析

龍泉市是浙江省最大的林區縣（市），全市森林蓄積量1 456萬m3，森林覆蓋率84.2%，近年來先后建立了包括林權、林木采伐、營造林、生態公益林、森林資源調查等15個管理方面的14個圍繞森林資源管理的應用系統與數據庫。龍泉市在林業信息化建設上一直走在全省的前列，有著良好的技術與經濟基礎。

圖5 系統總體E—R圖Figure 5 E—R diagram of the system

系統外置模塊調取了龍泉市已有的9個軟件系統的數據，并對其余6個內置模塊的數據進行補充和完善，形成了龍泉市林業信息集成系統。 圖6為該信息集成系統的主界面，視圖最左側為屬性數據管理欄，包含了屬性數據的錄入、查詢、統計分析等功能，由不同類別的基礎信息表與統計信息表構成；視圖右側為地圖信息管理欄，包含專題圖瀏覽主體窗口、地圖操作工具欄、圖層類別選擇菜單以及地圖底圖模式切換工具欄（地形圖與普通衛星圖的轉換）等功能。在該界面內，通過選取具體的操作選項，實施多種交互運算和綜合圖、文、表的表達。

以不同森林經營環節的信息交互為例，用以檢驗集成系統對森林資源管理整體面貌的反映情況。①林木采伐管理環節與生態公益林管理環節的信息交互。根據《浙江省公益林管理辦法》規定，禁止采伐名勝古跡、自然保護區中核心區和緩沖區的林木，并且公益林只準進行撫育和更新性質的采伐，其采伐強度也受到了嚴格的限制。通過對2個環節圖層數據的疊置運算，該系統可以在同一視圖內快速地反映同一年度（通過選取不同的年份實現）、不同尺度的林木采伐信息與生態公益林信息，既可以對當年林木采伐地塊的空間分布進行較為準確的了解，又避免了對生態公益林地塊的誤伐，較好地提高了管理與決策的效率和精度（圖7）。②林木采伐管理環節與營造林管理環節的信息交互。根據《浙江省林木采伐管理辦法》規定，林木采伐單位和個人應當與發證機關訂立采伐跡地造林更新協議，并按照協議于當年或者最遲于次年完成更新造林任務，對上一年度采伐林木后未完成更新造林任務的，不得再次核發林木采伐許可證。通過對上一年度林木采伐信息與本年度營造林信息的疊置運算，系統可以較為準確地反映上一年度采伐跡地的更新造林任務的完成情況，以便對林木采伐單位和個人進行監督，如圖8所示。

圖6 系統功能圖解Figure 6 Function diagram of the system

圖7 林木采伐與生態公益林空間信息分布Figure 7 Spatial information distribution of forest felling and ecological public forest

圖8 林木采伐與營造林空間信息分布Figure 8 Spatial information distribution of forest felling and afforestation

5 結論與討論

運用信息集成理念整合現有分散的森林資源管理系統與數據是針對森林資源的復雜性管理提出的全面解決方案。本研究基于分散、獨立的多個系統和數據庫，采用基于MVC模式的WPF架構，設計并實現了集林權、采伐、營造林、生態公益林、森林資源調查等15個管理方面、77項管理內容為一體的森林資源信息集成系統，并在龍泉市林業局進行使用，較為全面系統地反映森林資源生產經營的全貌，實現了多層級、立體式地表達一個區域的森林資源狀況以及林業生產、經營和管理的情況，有效地解決了目前各應用系統普遍存在的信息孤島問題，提升了林業管理與決策的效率，也為森林資源信息集成做出了示范。 但還有諸多方面需要深入研究和實踐：①系統各功能模塊間數據關聯與表達模型還需要作深入的理論研究，并將成果應用于集成系統，需要在以后的研究中予以補充；②根據業務需要，補充和完善各管理環節的應用系統功能，不斷豐富各類數據和數據庫，提升集成系統的綜合分析和表達效果。

［1］ 高顯連，彭松波.全國森林資源管理信息化標準體系研究［J］.林業資源管理，2008（2）：28-31.

GAO Xianlian,PENG Songbo.Research on the system of the forest resource management information system standards in China［J］.For Res Manage,2008（2）：28-31.

［2］ 吳達勝，唐麗華，方陸明.森林資源信息管理理論與應用［M］.北京：中國水利水電出版社，2012.

［3］ 鄭德祥，鄭淑娟，張春霞，等.基于WebGIS的林權管理信息系統設計［J］.福建林學院學報，2006，26（1）：18-21.

ZHENG Dexiang,ZHENG Shujuan,ZHANG Chunxia,et al.Design of forest ownership management information system based on WebGIS［J］.J Fujian Coll For,2006,26（1）：18-21.

［4］ 白立舜，馮仲科，李亞東，等.基于PDA的森林資源調查系統研究與實現［J］.北京林業大學學報,2008,30（增刊1）:138-142.

BAI Lishun,FENG Zhongke,LI Yadong,et al.Inventory system of forest resources and its implementation based on PDA［J］.J Beijing For Univ,2008,30（supp 1）：138-142.

［5］ 王霓虹.基于WEB與3S技術的森林防火智能決策支持系統的研究［J］.林業科學,2002,38（3）:114-119.

WANG Nihong.Studies on a web and 3S-based supporting system for forest-fire prevention intelligent decision［J］.Sci Silv Sin,2002,38（3）：114-119.

［6］ 景林，鐘一文，羅沛韜.基于IC卡技術的木材運輸審批計算機系統［J］.南京林業大學學報：自然科學版,2002, 26（1）：61-63.

JING Lin,ZHONG Yiwen,LUO Peitao.Computer management system for examining wood transportation based on IC card technology［J］.J Nanjing For Univ Nat Sci Ed,2002,26（1）：61-63.

［7］ 方陸明，徐愛俊，樓雄偉，等.縣級林業資源管理信息系統技術標準研究與應用［J］.浙江林學院學報，2006，23（2）：122-128.

FANG Luming,XU Aijun,LOU Xiongwei,et al.Study and application of technical criteria for forest resources information system at county level［J］.J Zhejiang For Coll,2006,23（2）：122-128.

［8］ 方陸明，樓雄偉，徐愛俊，等.林業電子政務系統研究與實踐［M］.北京：中國水利水電出版社，2012：55-66

［9］ 任中方，張華，閆明松，等.MVC模式研究的綜述［J］.計算機應用研究，2004，21（10）：1-5.

REN Zhongfang,ZHANG Hua,YAN Mingsong,et al.Overview of the research in Model-View-Controller pattern［J］.Appl Res Comput,2004,21（10）：1-5.

［10］ 王嬋娟.淺談WPF架構及其應用［J］.科技信息，2011（21）：530-531，544.

WANG Chanjuan.Discussion on WPF architecture and its application［J］.Sci&Technol Inf,2011（21）：530-531,544.

［11］ 賴儀靈.WPF全景體驗［J］.程序員，2007（3）：98-101.

LAI Yiling.WPF panoramic experience［J］.Programmer,2007（3）：98-101.

［12］ 林慶，朱翠苗，鄭廣成，等.基于ASP.NET的MVC設計模式的研究［J］.計算機工程與設計，2008，29（1）：167-169.

LIN Qing,ZHU Cuimiao,ZHENG Guangcheng,et al.Study on MVC design pattern in ASP.NET［J］.Comput Eng Des,2008,29（1）：167-169.

Design and implementation of an integrated forest resources information system

LAI Chao1,2,FANG Luming2,3,LI Ji2,3,ZHOU Changhe4
（1.School of Environmental and Resources Science,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Forestry Intelligent Monitoring and Information Technology,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;3.School of Information Engineering,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;4.Forestry Bureau of Longquan City,Longquan 323700,Zhejiang,China）

Forest resources management is faced with relatively scattered forest resource management data,and relatively independent information systems of different linkages which has been detrimental to overall management of and decision making in forest resources.To integrate scattered data and independent systems,more than 10 running application systems and research on the Forest Resources Information Integration Mechanism were considered to design and implement an Integrated Forest Resources Information System.The system was developed by Windows Presentation Foundation （WPF）architecture based on Model-View-Controller（MVC）pattern,Visual studio 2010,ArcGIS Server,and Mssql with a comprehensive analysis of user demands,data, and security in China,having been put into use at Longquan Forestry Bureau in Zhejiang Province.The resulting system combined 77 items on 15 management aspects including forest rights,felling,afforestation,ecological forests,and forest resource inventory that produced a broad expression of information.This new system could comprehensively and systematically express forest resource conditions,portray forestry production and management operations,and provide a unified platform for information sharing and collaborative supervision inforest resource management.［Ch,8 fig.1 2 ref.］

forest management;forest resources;MVC pattern;WPF architecture;information integration; Longquan County

S757

A

2095-0756（2016）06-0890-07

浙 江 農 林 大 學 學 報，2015，32（6）：890-896

Journal of Zhejiang A＆F University

10.11833/j.issn.2095-0756.2015.06.010

2015-01-15；

2015-04-21

浙江省公益性技術應用研究計劃項目（2014C33045）；浙江省林業智能監測與信息技術研究重點實驗室開放基金項目；浙江農林大學智慧農林業研究中心預研項目（2013ZHNL01）

賴超，從事森林資源信息管理研究。E-mail：zjlqlch@126.com。通信作者：方陸明，教授，博士，從事林業信息化、資源與環境信息系統等研究。E-mail：fluming@126.com