林業數據采集系統設計與實現

周克瑜， 徐愛俊， 李慧霞， 夏 凱

（1.浙江農林大學 信息工程學院，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）

林業數據采集系統設計與實現

周克瑜1,2， 徐愛俊1,2， 李慧霞1,2， 夏 凱1，2

（1.浙江農林大學 信息工程學院，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）

在分析林業數據采集研究現狀的基礎上，通過對林業管理業務和野外數據采集的需求分析，并以林權和營造林業務為例，設計并實現了林業數據采集系統。對系統的數據流程、功能結構和數據庫設計等進行了詳細分析，研究并解決了系統設計與開發中的林業規劃設計圖繪制和數據校驗等關鍵技術問題，并以Visual Studio 2010和ArcGIS Engine為開發工具，實現了應用系統自動更新、圖表操作、數據處理以及系統的管理等功能。將林業管理信息化延伸至野外數據采集階段，從而提高了林業數據采集的準確性和工作效率。圖5參10

森林經理學；林權管理；營造林管理；數據采集；自動更新；數據校驗

隨著計算機技術、互聯網技術和地理信息系統技術的快速發展，林業信息化正在從數字林業向智慧林業邁進，如何快速、準確、便捷地采集并處理數據正逐步成為當前的研究熱點之一。在林業數據采集方面，傳統的林業數據采集因存在工作效率低、內容繁雜、容易出錯、設計粗糙和無法更新完善等問題［1］，已很難滿足當今林業發展的需要。目前，國內外有很多研究者均開展這方面的研究工作，如使用ArcGIS等軟件進行粗略的地圖處理和造林規劃等［2-4］，但無論是通用型的系統［5-7］還是專用型的系統［8-10］都難以支撐林業管理業務對于野外數據采集的需求，需要開發林業數據采集系統。本研究基于Visual Studio 2010， C#語言和ArcGIS Engine10進行開發，采用SQLite數據庫，設計實現了林業數據采集系統。該系統可以用于林權管理和營造林管理等：對營造林系統，通過對選定區域進行土地規劃和造林設計，設計出適合相應地塊的造林圖式，同時對造林設計圖、規劃設計記錄和造林規劃總圖進行打包上傳；對于林權系統，通過地塊的設計與生成，將其與申請表相關聯，便于維護和更新。旨在設計、實現專業的林業數據采集系統，滿足現代林業的發展需求。

1 業務流程與系統設計

1.1 業務流程分析

數據流程圖是一種便于用戶理解、分析系統數據流程的圖形工具。它能精確地在邏輯上描述系統的功能，過程的處理、輸入、輸出和數據存儲等。以下從系統頂層數據流程和林權操作數據流程兩方面進行數據流分析。

1.1.1 頂層數據流程 頂層數據流程是對系統總體的描述，而每個模塊中的數據流走向又會有所不同。林業數據采集系統的頂層數據流程如圖1所示。用戶可以通過登錄林權子系統或營造林子系統來進行相應的數據采集或規劃設計。

圖1 系統頂層數據流程圖Figure 1 Data flow diagram of the system top-level

1.1.2 林權操作的數據流程 由于林業數據采集系統可用于營造林、林權管理等多項業務，本研究以用于林權外業調查為例來分析林權操作模塊的數據流程。該功能模塊的目的在于解決由傳統人工的方式進行規劃設計圖繪制帶來的繁瑣性、多錯誤性和耗時性。圖2描述了實現林權操作這一功能的數據流向。通過將野外采集得到的數據實時繪制成規劃設計圖，并與本地或者服務器上的申請表相關聯來實現林權操作。

1.2 系統功能設計

林業數據采集系統是一款針對林業需求，能夠對地圖進行規劃設計等操作并使它與相關申請表相關聯的專用設計軟件，旨在對傳統的林業數據采集工作方式進行改進。通過脫機操作和聯機操作2種模式，將以往需要通過手工進行的規劃設計和數據錄入工作通過軟件系統完成，并且可以對服務器端的數據進行同步更新，將圖像與數據進行關聯。該系統主要實現對地圖處理和申請表的相關信息進行管理，包括地圖規劃設計、申請表錄入、地塊生成、圖表關聯等。

通過對林業數據采集系統的需求和建設目標詳細分析之后，根據林業發展的實際需求及目前的技術水平，進行林業數據采集系統的系統設計。

在具體分析林業數據采集業務需求的基礎上，本系統主要實現以下幾項功能：應用系統自動更新、圖表操作、數據處理以及系統管理。其中，系統管理包括系統設置、系統輸入、系統輸出以及退出系統4個部分。系統總體功能模塊如圖3所示。

1.3 數據庫設計

圖2 林權操作數據流程圖Figure 2 Data flow diagram of the forest rights operation

圖3 系統功能模塊圖Figure 3 Function structure of the forestry data acquisition system

遵循數據庫設計的一般原則，考慮數據庫的命名規范，數據的一致性、完整性以及數據庫的可擴展性，并結合林業數據采集系統的具體要求，該系統的數據庫需要建立13張屬性數據表，分別是：符號表，樹名表，登錄日志表，操作日志表，省、市、縣表，鄉鎮表，村表，組表，戶表，系統用戶表和申請表。數據庫的概念結構如圖4所示，它描述了系統中的各個實體以及實體之間的相互關系。根據概念結構的E—R圖創建相應的數據表，每張數據表都對字段名、數據類型、數據長度以及是否允許為空做了相應的規定。這些數據表為林業數據采集系統的相應功能提供了基礎數據。

圖4 數據庫的整體E—R圖Figure 4 E—R diagram of the database

2 關鍵技術

2.1 林業規劃設計圖的繪制

在ArcGIS Engine10的基礎上，進行二次開發的林業數據采集系統，最主要的一項操作是在地圖圖層上繪制林業規劃設計圖。規劃設計圖的繪制包括屬性點和邊界線2個項目。由于ArcGIS Engine10自帶的組件不能很好地滿足林業規劃設計中屬性點繪制的需求，所以，還需要在原系統基礎上進行改進，使得設計、開發的系統能夠滿足林業對于規劃設計圖繪制的需求。

其具體實現如下：①首先確定屬性點在 .shp文件中指定圖層上的位置，然后繪制屬性點，最后給該屬性點賦予編號、是否可修改、是否已提交3個屬性。②定義一個可以加載到圖層上的要素，將開始繪制的點賦給這個要素，并把要素加載到圖層上。③釋放featureMain對象；加載圖層文件，完成屬性點的繪制工作。

2.2 數據校驗

數據校驗是林業數據采集系統繪制規劃設計圖、生成地塊信息后，進行數據打包、數據上傳前對已設置的地塊信息的核查、檢錯過程。通過數據校驗，要檢測出已生成的地塊內屬性點的個數是否滿足要求和地塊是否與申請表相關聯等。已有的林業數據采集系統大都忽略了該項功能。

本研究通過判斷語句對pointFeatures進行處理。首先，對地塊屬性進行處理，判斷地塊內是否有屬性點，屬性點的個數是否唯一；其次，對地塊是否與申請表相關聯進行處理，檢查地塊與申請表的關聯狀況，達到數據校驗的目的。

3 系統實現

本研究綜合考慮林業數據采集的實際需求，基于Visual Studio 2010，以C#為開發語言，對ArcGIS Engine10進行二次開發，使用 SQLite為數據存儲平臺。主要通過系統設計和對關鍵問題的解決，設計、開發了該系統，實現了應用系統自動更新、圖表操作、數據處理以及系統的管理等功能。

該系統一方面能夠為林權系統提供有效的地塊規劃，并與申請表相關聯，同時提供了聯機登錄與非聯機登錄2種模式；另一方面還為營造林系統提供了造林規劃與造林設計功能，提高了林業設計人員的工作效率，并完善了營造林與林權系統。

圖5是林業數據采集系統的主界面，在主界面有系統的常用工具欄和任務欄，主窗口包括工具箱、主窗體和鷹眼窗體等。在該界面內，通過選取具體的操作選項，就可以進行相應的林業數據采集工作。

圖5 林業數據采集系統主界面Figure 5 Interface of the forestry data acquisition system

4 結論

野外調查數據是林業管理業務中最重要的基礎數據之一，其數據質量、獲取的便捷程度和準確性等會直接影響到后續相關管理業務的辦理，因此，各級政府林業管理部門均急需專業的林業數據采集系統。本研究在具體分析林業數據采集業務需求的基礎上，通過對林業規劃設計圖繪制和數據校驗等關鍵技術問題的解決，設計并實現了林業數據采集系統。系統提供了聯機登錄與非聯機登錄2種模式的管理錄入方法。該系統主要實現了以下幾個功能：應用系統的自動更新、圖表操作、數據處理以及系統管理。能夠有效解決傳統林業數據采集的弊端，適應林業信息化、 “數字林業”以及 “智慧林業”的發展要求。

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PANG Li.The Study and Implementation of Miyun Water-source Forest Afforestation Planning and Design System［D］.Beijing：Beijing Forestry University,2011.

Design and implementation of the forestry data acquisition system

ZHOU Keyu1,2,XU Aijun1,2,LI Huixia1,2，XIA Kai1,2
（1.School of Information Engineering,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）

On the basis of the reviewing the research status of the forestry data acquisition,by analyzing the demands of the forestry management services and field data acquisition,and taking the forest rights and afforestation management services for example,the research had a deep analysis of the data process,functional structures and database design of the system,examined and solved some key technical problems in designing and developing the system such as the forestry planning and design drawing and data checking,and chose the Visual Studio 2010 and ArcGIS Engine as the developing tools to achieve the automatic updating,chart and table operating,data processing and system managing.The research extended the informationization of forestry management to the field data acquisition phase and improved the accuracy and efficiency of the forestry data acquisition.［Ch,5 fig.10 ref.］

forest management;forest right management;afforestation management;data acquisition;automatic updating;data checking

S757.4

A

2095-0756（2015）04-0491-06

10.11833/j.issn.2095-0756.2015.04.001

2014-10-27；

2014-12-11

浙江省自然科學基金資助項目（LY14C160005，Y5110145）；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資助項目；浙江農林大學智慧農林業研究中心預研項目（2013ZHNL01）；浙江省教育廳資助項目（Y201432809）

周克瑜，從事資源與環境信息系統研究。E-mail：zhouky1987@163.com。通信作者：徐愛俊，教授，博士，從事資源與環境信息系統、森林資源信息管理等研究。E-mail：xuaj1976@163.com