基于GIS的彰武縣林業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的構(gòu)建

潘 立，張 旭，任東風

（1.阜新市規(guī)劃局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧工程技術(shù)大學 測繪與地理科學學院，遼寧 阜新 123000）

基于GIS的彰武縣林業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的構(gòu)建

潘 立1,2，張 旭1，任東風2

（1.阜新市規(guī)劃局，遼寧 阜新 123000；2.遼寧工程技術(shù)大學 測繪與地理科學學院，遼寧 阜新 123000）

鑒于林業(yè)數(shù)據(jù)的保密性，系統(tǒng)開發(fā)選擇C/S模式，以ArcGIS為主要工具，ArcSDE為數(shù)據(jù)傳輸通道，利用SQL Server進行數(shù)據(jù)存儲與管理；基于.NET平臺，利用ArcEngine組件式開發(fā)模式和C#編程語言搭建整體架構(gòu)。基于縣級森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)，開發(fā)了彰武縣林業(yè)數(shù)據(jù)的綜合管理與利用、系統(tǒng)查詢、分類統(tǒng)計、實時更新以及空間分析等功能，實現(xiàn)了彰武縣林業(yè)數(shù)據(jù)的現(xiàn)代化管理，推動了林業(yè)信息化建設(shè)。

ArcGIS；林業(yè)數(shù)據(jù)庫；管理；分析；C/S模式

森林資源是指以喬木為主體的生物群落與非生物環(huán)境因素相互作用而形成的生態(tài)系統(tǒng)總稱，包括林地、宜林地與林分、疏林、散生木以及林地內(nèi)的動物、植物、景觀等資源。我國林業(yè)的主要特點為：用地面積大，但利用率低；分布不均勻，實際效益很難發(fā)揮；森林管理粗放，生產(chǎn)力低下。林業(yè)資源的管理和決策通常與其空間位置息息相關(guān)，傳統(tǒng)的林業(yè)管理形式單一，綜合能力差，缺乏系統(tǒng)性和直觀性，決策的制定很難做到可視化。在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的建立和更新方面，目前常用的軟件有GeoMedia、MapInfo、MapGIS、ArcGIS等。前3種雖然在空間數(shù)據(jù)管理、編輯、查詢等方面較具優(yōu)勢，但在大型數(shù)據(jù)庫的管理、共享、友好的二次開發(fā)環(huán)境，尤其是在海量地理空間數(shù)據(jù)分析方面存在較大局限[1]；ArcGIS不僅彌補了上述軟件的缺點，且優(yōu)勢明顯[2]。GIS在信息的可視化、統(tǒng)計、查詢方面有一套完善的體系，強大的空間分析能力可利用多種數(shù)學模型對數(shù)據(jù)進行科學評估、分配和利用，已成為管理和決策的重要輔助手段。無論是量的積累還是質(zhì)的變化，GIS在林業(yè)資源動態(tài)監(jiān)測與區(qū)域規(guī)劃中均有明顯優(yōu)勢[3]，從長遠角度來看，其在解決長期以來林業(yè)資源粗放式經(jīng)營方面的意義深遠。信息化的管理模式，同時也促進了林業(yè)資源的可持續(xù)發(fā)展。

基于.NET平臺，利用數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)、組件式開發(fā)模式和GIS技術(shù)，本文建立了縣級林業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，集成了空間數(shù)據(jù)、規(guī)劃數(shù)據(jù)、調(diào)查數(shù)據(jù)和地理數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了林業(yè)數(shù)據(jù)的入庫、可視化、檢索、查詢、統(tǒng)計、更新和空間分析，以及林業(yè)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的資源共享、安全管理、系統(tǒng)維護與升級。

1 森林資源二類調(diào)查概述

森林資源二類調(diào)查是以國有林場、自然保護區(qū)、森林公園等森林經(jīng)營單位或縣級行政區(qū)域為調(diào)查單位，以滿足森林經(jīng)營方案、總體設(shè)計、林業(yè)區(qū)劃與規(guī)劃設(shè)計需要而進行的森林資源調(diào)查，其成果是建立或更新森林資源檔案，制定森林采伐限額，進行林業(yè)工程規(guī)劃設(shè)計和森林資源管理的基礎(chǔ)，也是制定區(qū)域國民經(jīng)濟發(fā)展和林業(yè)發(fā)展規(guī)劃，實行森林生態(tài)效益補償和森林資源資產(chǎn)化管理，指導(dǎo)和規(guī)范森林科學經(jīng)營的重要依據(jù)。

林業(yè)數(shù)據(jù)庫的基本字段包括編號、鄉(xiāng)鎮(zhèn)名、村名、林斑、小斑、面積、地類、坡度、坡向、海拔、起源、林種、樹種組成、優(yōu)勢樹種、平均年齡、平均林高、平均胸徑、郁閉度、疏密度、可及度、生態(tài)分區(qū)、生態(tài)重要性、生態(tài)脆弱性、小斑蓄積、優(yōu)勢樹種蓄積、小斑面積、土地所有、林木所有、工程類別、森林類別、保護等級、立地類型、經(jīng)營措施、經(jīng)營類型、行政區(qū)劃、圖斑號、備注等[4]，如表1所示。

表1 林業(yè)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

2 林業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的搭建

從整體上看，我國林業(yè)信息化建設(shè)目前存在很多問題，如信息化組織機構(gòu)不健全；信息化建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施陳舊，林業(yè)數(shù)據(jù)管理方式落后；網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的技術(shù)保障水平不高，缺乏統(tǒng)一的技術(shù)平臺；3S技術(shù)應(yīng)用和集成能力不足，數(shù)據(jù)的更新和數(shù)據(jù)庫的維護嚴重滯后；數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的共享能力差，服務(wù)能力有限，數(shù)據(jù)庫的建設(shè)水平參差不齊。針對上述問題，本文從網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、3S技術(shù)應(yīng)用與集成、數(shù)據(jù)更新、數(shù)據(jù)共享和服務(wù)能力等方面入手構(gòu)建彰武縣林業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。鑒于林業(yè)數(shù)據(jù)的保密性，數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的管理采用C/S開發(fā)模式，建立局域網(wǎng)系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)部共享與互操作，流程如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程圖

2.1 C/S模式

C/S 模式的基本原則是將應(yīng)用任務(wù)分解為多個子任務(wù)，由多臺計算機分工完成，即采用功能分布原則。客戶端完成數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)表示以及用戶接口功能；服務(wù)器完成DBMS的核心功能。這種客戶請求服務(wù)，服務(wù)器提供數(shù)據(jù)處理的方式是一種新型的計算機應(yīng)用模式[5]。客戶端和服務(wù)器可安裝在物理意義上獨立或邏輯意義上相對獨立的計算機上，客戶端程序主要是將用戶請求提交給服務(wù)器，再將服務(wù)器處理的結(jié)果返回給客戶端，并以特定的形式顯示給用戶；而服務(wù)器程序主要是接收客戶端程序提出的服務(wù)請求，進行相應(yīng)的處理，再將結(jié)果返回給客戶端。C/S模式能充分發(fā)揮客戶端PC的處理能力，很多工作可在客戶端處理后再提交給服務(wù)器。因此，C/S模式具有服務(wù)器運行負荷較輕和數(shù)據(jù)儲存管理較透明兩個優(yōu)勢。

2.2 服務(wù)器的安裝

服務(wù)器是指網(wǎng)絡(luò)中能對其他機器提供某些服務(wù)的計算機系統(tǒng)[6]，主要應(yīng)用于網(wǎng)站、大型數(shù)據(jù)庫等。由于服務(wù)器需在局域網(wǎng)中提供服務(wù)，所以其必須承擔多種應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)計算環(huán)境，安裝服務(wù)器的計算機硬件必須有能力保障服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)器首先要有一定的容量，能儲存海量的林業(yè)數(shù)據(jù)；其次能響應(yīng)單位時間內(nèi)合理數(shù)量的服務(wù)請求，且響應(yīng)時間要盡量短；再次必須保障在要求的時間范圍內(nèi)一直存在，并處于運行狀態(tài)[7]。

2.3 組件式開發(fā)平臺

組件式GIS是指采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)和組件式軟件的GIS系統(tǒng)。組件式GIS的設(shè)計思路是把GIS的功能模塊劃分為多個組件，每個組件實現(xiàn)不同的功能。組件與組件、組件與其他非GIS組件通過可視化軟件的開發(fā)工具組裝并集成在一起，最終形成GIS的基礎(chǔ)開發(fā)平臺和系統(tǒng)應(yīng)用。組件與組件之間的鏈接就如同各式各樣積木的嵌套，根據(jù)不同“積木”的特性，實現(xiàn)各種功能模式的組合與搭建，構(gòu)成系統(tǒng)應(yīng)用，其具有可復(fù)用性、可封裝性、可定制性、可組裝性、語言無關(guān)性和無縫集成性。

COM組件是指組件式對象模型，是一種二進制標準，是OLE和ActiveX共同的基礎(chǔ)。COM組件的本質(zhì)是在程序模塊之間建立一種鏈接方式，這種鏈接方式建立完成后，模塊之間可通過這種鏈接關(guān)系進行數(shù)據(jù)交互[8]。COM組件的標準增加了安全機制，并將系統(tǒng)的保障和組件完整性擴展到分布式環(huán)境中。這種基于分布式環(huán)境下的COM組件被稱作DCOM，實現(xiàn)了在遠程操作中COM組件對象和另一個COM組件對象之間的直接交互。

3 系統(tǒng)基本功能設(shè)計

3.1 登陸界面設(shè)計

系統(tǒng)登錄界面設(shè)計主要為用戶權(quán)限獲取。用戶只有獲取登陸權(quán)限，即系統(tǒng)登錄的賬戶和密碼，才能進入系統(tǒng)，對系統(tǒng)內(nèi)的數(shù)據(jù)進行查詢、統(tǒng)計、分析和更新等。登陸界面如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)登錄界面

3.2 系統(tǒng)界面設(shè)計

1）菜單欄，主要包括文件、編輯、查詢、分析、管理和更新6個下拉菜單。其中，文件菜單下設(shè)新建文檔、打開文檔、保存文檔、另存文檔和退出5個功能模塊；編輯菜單下設(shè)刪除圖層、圖形裁剪2個功能模塊；查詢菜單下設(shè)屬性查詢、條件查詢、要素查詢3個功能模塊；分析菜單下設(shè)緩沖區(qū)分析1個功能模塊；管理菜單下設(shè)鏈接SDE數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)庫操作2個功能模塊；更新菜單下設(shè)錯誤圖斑剔除1個功能模塊，如圖3所示。

圖3 菜單欄

2）工具欄，主要包括加載文檔、保存編輯、編輯任務(wù)、識別、測量、選擇元素、屬性7個快捷按鈕和視圖、編輯、編輯器3個下拉菜單。其中，視圖菜單下設(shè)放大、縮小、平移、全圖、中心放大、中心縮小6個快捷按鈕；編輯菜單下設(shè)復(fù)制、粘貼、剪切、刪除、撤銷、恢復(fù)、選擇要素、清除所選要素8個快捷按鈕；編輯器菜單下設(shè)開始編輯、結(jié)束編輯、保存編輯、捕捉4個快捷按鈕。

4 數(shù)據(jù)管理功能設(shè)計

4.1 查詢功能設(shè)計

1）點查詢，主要是為了獲取單個要素的屬性信息。利用工具欄的“識別”工具可完成查詢，見圖4。

圖4 點查詢界面

2）屬性查詢，是指針對某個圖層的某個字段進行查詢，主要是為了獲取具有相同屬性或相同歸屬的要素的屬性信息。在屬性查詢中，首先讀取當前窗口的圖層信息，并記錄在第一個文本框中；再根據(jù)第一個文本框的選擇，在第二個文本框中讀取選擇圖層的屬性字段；然后在第三個文本框中根據(jù)所選字段，輸入要查詢的內(nèi)容，查詢結(jié)果將在右側(cè)視圖區(qū)顯示。雙擊列表中的查詢，則可定位到當前圖層，并放大居中顯示。為了方便查閱，也可將查詢結(jié)果以Excel格式導(dǎo)出到指定位置，如圖5所示。

圖5 定位查詢圖斑界面

3）條件查詢，不再局限于某個字段的查詢，可對多個字段進行邏輯關(guān)系的運算，如可查詢二道河子鄉(xiāng)小斑面積大于3.737 6 hm2的林斑，并將查詢結(jié)果導(dǎo)出到Excel表格。查詢結(jié)果如圖6所示。

圖6 條件查詢界面

4）要素查詢，主要是基于空間位置的查詢，在視圖區(qū)框選需要查詢的范圍，獲取框選要素的所有屬性信息，查詢結(jié)果如圖7所示。

圖7 要素查詢界面

4.2 緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是GIS的基本空間操作功能之一，是指在點、線、面實體的周圍，自動建立的一定寬度的多邊形，來判斷實體的影響范圍，從而實現(xiàn)空間范圍內(nèi)各要素的合理分布，見圖8。

圖8 緩沖區(qū)分析界面

4.3 圖形裁剪設(shè)計

圖形裁剪在林場的管理和運營中應(yīng)用廣泛，不規(guī)則裁剪是指裁剪圖形的邊界范圍是任意多邊形。在裁剪前必須事先生成一個完整的閉合多邊形區(qū)域作為裁剪框，通過裁剪框和被裁剪圖層求交確定裁剪區(qū)域，并保存裁剪結(jié)果，如圖9所示。

圖9 裁剪界面

4.4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

林業(yè)資源作為一種可再生資源，具有更新周期短、速度快的特點。作為林業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，確保最新的林業(yè)數(shù)據(jù)能及時入庫是毋庸置疑的。

1）讀取服務(wù)器數(shù)據(jù)。彰武縣林業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是基于C/S模式建立的，服務(wù)器的數(shù)據(jù)共享是管理系統(tǒng)建立的核心，因此從客戶端訪問數(shù)據(jù)庫應(yīng)是系統(tǒng)搭建最先解決的問題。數(shù)據(jù)庫的登錄和鏈接見圖10。

圖10 鏈接數(shù)據(jù)庫

2）服務(wù)器的數(shù)據(jù)更新。從服務(wù)器更新林業(yè)數(shù)據(jù)庫主要是在ArcCatalog中完成：先獲取服務(wù)器端的IP地址；再確定Esri_sde服務(wù)是否啟動；最后確定SDE實例名、用戶名和密碼是否正確。數(shù)據(jù)庫鏈接成功后，就可將多個要素類導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中了。

3）客戶端的數(shù)據(jù)更新。從客戶端更新服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的步驟為：首先確保客戶端和服務(wù)器的鏈接是暢通的；然后在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建要導(dǎo)入數(shù)據(jù)類型的數(shù)據(jù)集并命名，主要分為矢量數(shù)據(jù)集和柵格數(shù)據(jù)集；再將要導(dǎo)入的數(shù)據(jù)傳送到創(chuàng)建的數(shù)據(jù)集中；最后根據(jù)需要選擇讀取數(shù)據(jù)庫中不同類型的數(shù)據(jù)或數(shù)據(jù)集。

5 結(jié) 語

本文是在ArcGIS的基礎(chǔ)上進行的二次開發(fā)，使用SQL Server完成了數(shù)據(jù)庫的搭建，以ArcSDE為連接ArcGIS與SQL Server的數(shù)據(jù)通道；在.NET平臺上，利用ArcEngine組件式開發(fā)了彰武縣林業(yè)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)實現(xiàn)了林業(yè)數(shù)據(jù)的查詢、統(tǒng)計、分析、管理、更新、共享與互操作等功能，實現(xiàn)了林業(yè)信息的精準性和可靠性查詢，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的分級使用、服務(wù)器數(shù)據(jù)的更新，實現(xiàn)了客戶端數(shù)據(jù)的傳輸與通信。數(shù)據(jù)的共享與互操作是該系統(tǒng)最為便捷的服務(wù)。

[1]宋麗華,沈明霞,何瑞銀,等.基于ArcGIS的林業(yè)GIS空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)的研究[J].計算機工程與設(shè)計,2008,29(19): 5 117-5 118

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P208

B

1672-4623（2017）07-0082-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2017.07.025

潘立，碩士，工程師，主要從事規(guī)劃管理和系統(tǒng)開發(fā)工作。

2016-01-25。

項目來源：國家自然科學基金資助項目（41474020）。