森林資源動態監測平臺建設研究

劉 勇，楊德利

（濱州市林業局，山東 濱州 256600）

森林資源是國家重要的生態資源，是生態建設的主體。及時準確掌握森林資源現狀、實施森林資源動態監測，是科學合理劃定生態保護紅線、維護國土生態安全、改善生態環境、建設生態文明的基礎；也是創新林業治理體系，實現林業資源數據 “一套數、一張圖、一盤棋”管理，確保森林面積、森林蓄積“雙增長”的重要保障。森林資源動態監測信息平臺建設是森林資源動態監測工作的重要組成部分，是現代信息技術與林業的深度結合，是實現林業資源管理現代化的關鍵技術之一。

基于GIS的森林資源管理系統，相關研究和報道較多。莊晨輝、陳銘潮、潘俊忠的《林業資源管理地理信息系統的研制與開發》[1]、劉獻倫、張靖、鞏延蘋等的 《山東省林業資源管理地理信息系統（SDSFRMGIS）開發》[2]和蘇晨輝、劉麗婷、莫曉勇的 《基于GIS的雷州林業局林業資源管理信息系統研究》[3]，都以 ArcGIS的二次開發控件MapObjects為例，介紹了林業資源管理信息系統的開發。何濤、張世祿[4]利用ArcGIS Engine的強大的二次開發功能，結合SQL Server，開發了一個縣級林業資源管理信息系統。張月、張普寧在《林業資源信息管理系統的分析與設計》[5]中，介紹了林業資源管理信息系統的基本原理、特點、結構及功能。可以看出，有些研究較早，現在技術已經發生很大變化；有些研究基于縣域，對系統要求較低；有些研究側重理論。本文基于濱州市，利用ArcGIS Engine，從系統的實際布設角度，側重于硬件、軟件、應用3個方面，對林業資源管理信息系統的開發進行了研究。

1 系統建設的指導思想

森林資源動態監測系統建設以 “智慧林業”為指針，充分利用地理信息技術，實現林業資源管理現代化。以海量的基礎地理信息數據、遙感數據、森林資源監測數據為基礎，建立多級、分類、大型、綜合數據庫，實現數據統一審核、存儲、匯總和分發。以各類數據的動態更新為保障，實現各級、各部門內部有關數據及時、快捷的信息發布。以現有網絡為基礎，提升傳輸速度和安全水平，實現信息的互聯、互通、安全、共享。

2 硬件平臺建設

森林資源動態監測信息平臺硬件部分建設依據實用、可靠、高效、擴展、安全的原則進行技術方案的設計。平臺的穩定、可靠是系統運行的關鍵保證。

2.1 布設范圍

系統布設范圍為濱州市及下轄的濱城區、開發區、高新區、沾化區、北海新區、惠民縣、陽信縣、無棣縣、博興縣、鄒平縣十個單位。

2.2 服務器

單機運行和局域網運行的業務系統的數據大多都是地理信息數據，對數據的運算和存儲都要很高的要求。考慮系統硬件平臺的兼容性，采用高性能服務器作為業務應用服務器和數據庫服務器。

（1）數據庫服務器使用浪潮NF8460M4，4U標準機架式服務器；Intel至強E7系列處理器；支持IOAT2高級網絡加速功能和VMDq虛擬化加速功能，具備網絡喚醒、網絡冗余、負載均衡等高級網絡特性。

（2）應用服務器使用浪潮NF5280M4，2U標準機架式高性能服務器；2顆Intel至強 E5504處理器；支持RAID0/1/5/6/10/50/60等RAID級別；4個千兆網口，具備網絡喚醒、網絡冗余、負載均衡等高級網絡特性。

2.3 網絡

在林業局內部構建局域網，為各業務科室之間數據的傳遞與交流提供服務；市、縣兩級之間和縣與縣平級之間連接政務專網，為林業部門之間數據的相互傳遞與交流提供服務；非涉密部分接入互聯網，為社會公眾提供服務。

通過安全網關、防火墻、IPS入侵防御等設備，提升網絡安全，有效抵御網絡安全攻擊，確保森林資源動態監測管理系統有關數據的完整性、安全性、保密性。

2.4 防火墻

使用新一代防火墻做各區域互聯的安全設備。防火墻采用下一代防火墻天融信NGFW4000-UF，本防火墻除提供防火墻的基本功能以外，還集成了身份認證、流量管理、上網行為管理、DoS/DDoS 防護、SSL VPN、IPSEC VPN、入侵防御、病毒防御、僵尸網絡阻斷、URL分類過濾、APT防御、反垃圾郵件及負載均衡等功能，同時該防火墻具有良好的擴展性。通過防火墻與外網進行連接，并設置網關。

2.5 路由器

本研究平臺在網絡出口配置一臺路由器作為上聯設備。路由器采用H3C MSR36-60，支持靜態路由、動態路由協議，支持ADVPN，支持基于域的防火墻，攻擊防范；支持基于角色接入控制；支持對于終端準入控制的支持；支持VRRP、VRRPv3；支持基于帶寬的負載分擔與備份；支持基于用戶（IP地址）的負載分擔與備份；支持NQA同路由、VRRP和接口備份的聯動功能，實現端到端鏈路的檢測與備份功能。

2.6 交換機

本系統配置一臺核心交換機進行數據匯聚，樓層放置接入交換機并做雙線匯聚接入核心交換機。

（1）核心交換機采用H3C S7503E-S，該交換機采用模塊化結構，擁有5個槽位，背板帶寬大于1Tbps，包轉發率為276Mpps，采取存儲轉發的交換方式。利用HSRP、VRRP協議保證核心設備的負荷分擔和熱備份，在核心交換機出現故障時，三層路由設備和虛擬網關能夠快速切換，實現雙線路的冗余備份，保證整網穩定性。核心交換機放在核心層，處理來自接入層設備的所有通訊量，通過高速轉發通信，提供優化、可靠的骨干傳輸結構，

（2）接入交換機使用 H3C S5120S-28P-EI，該設備提供靈活的全千兆以太網端口，并支持創新的IRF技術，增強的網絡管理和維護的易用性，性能穩定，操作簡單，功能齊全豐富。

2.7 存儲

存儲使用浪潮AS520E-M1，該磁盤陣列具備1Gb/10Gb iSCSI、8Gb/16Gb FC混合主機架構，同時配置FC-SAN和IP-SAN功能；支持磁盤漫游，RAID元數據分布在每一塊磁盤上，沒有特定的metadata盤，在系統維護或更換硬盤時，可以任意調整位置，即使將所有硬盤拔下重新插入新的存儲中，RAID數據不會發生任何邏輯不一致或數據丟失。該存儲具有獨立的管理網絡接口；自動分層、自動精簡配置、SSD緩存加速、遠程卷鏡像、卷復制和卷鏡像功能。

2.8 工作站

由于基礎地理信息數據、遙感數據、森林資源監測數據的數據量都很大，需要高性能的圖形工作站用于數據處理。市局配置2臺戴爾PrecisionT7910臺式工作站，每縣局配置1臺戴爾PrecisionT7810臺式工作站。

本次組網，把接入層和服務器區分別放在防火墻的trust、DMZ區域。單位辦公業務區各樓層分別放入VLAN11-VLAN13，此外還為網絡設備單獨設一個管理網段VLAN100，與辦公業務網段一樣，網關設在防火墻上，通過核心交換機trunk口接入防火墻，服務器區放在vlan10網段，在防火墻上起路由口，服務器通過核心交換機Access接口接入防火墻，路由器通過路由模式與防火墻相連，并被劃入防火墻untrust區域。系統硬件總體布設見圖 1。

圖1 系統硬件總體布設

3 軟件平臺建設

森林資源動態監測平臺的軟件部分采用Web-Service、地圖服務、XML等技術和開放標準協議，分布標準的WMS/WFS/Rest森林資源地圖服務。

森林資源動態監測平臺主要的內涵是綜合數據庫，該數據庫主要包括4大類數據庫建設，第一是公共基礎地理數據庫建設，主要包括地形數據(DLG)（1、2.5、5、10、25 萬等），歷年的遙感影像數據（DOM），數字柵格數據（DRG），數字高程模型數據（DEM）（5萬或25萬）以及行政區劃數據。第二是林業基礎數據庫，主要包括一類、二類資源調查數據，荒漠化和沙化調查數據，濕地調查數據，種質資源調查數據等。第三是林業資源專題數據庫，主要包括林政數據、公益林數據、林權數據、國有場圃數據、營造林數據、有害生物監控數據。第四是林業綜合數據庫，主要包括辦公自動化數據、公共信息發布數據、林業產業綜合數據、林業綜合決策支撐數據、林業災害監控和應急措施管理。

數據管理是整個地理信息林業系統中信息處理的核心，選擇性能優異的數據庫管理系統，對整體工作有著至關重要的影響，平臺采用Oracle+ArcSDE數據管理技術，整個系統可能由多種數據庫管理系統（DBMS）來完成數據的管理和處理。

林業業務大多需要GIS的輔助，所以GIS選型對林業數據平臺系統的設計及其它軟、硬件配置至關重要。根據平臺各業務系統的需求，GIS平臺應具備下列功能：界面友好、工具豐富、以數學模型和決策分析為支撐、能夠管理海量數據、易于客戶化、支持網絡化、支持通用標準、可擴展性好、可集成性好。地理信息系統軟件選用 ArcGIS Engine，ArcGIS Server，以及 Skyline 等。

4 系統應用

森林資源動態監測平臺主要包括森林資源管理系統、林政管理系統、營造林管理系統、森林防火管理系統、種質資源管理系統、有害生物監控系統等。在森林資源地理信息共享服務平臺的基礎上，對森林資源、林地一張圖管理、濕地資源、造營林工程、森林防火、種質資源等進行管理。

整個森林資源動態監測平臺為一個適合統一配置的系統平臺，所有子系統和功能都將有機地整合在一個系統框架內，內部模塊關系明確，數據傳輸順暢；系統總體上采用通用配置的計算機、存儲設備和網絡設備，并提供二次開發接口，便于結合具體應用業務需求，開發出新的專業化應用處理系統；針對功能需求設計以高度模塊化和組件化的方式，將系統按照功能組成和系統流程劃分為粒度適中的功能模塊，按照“基礎功能模塊＋專業功能模塊＋組合功能模塊”的方式，構建滿足一體化處理要求的系統平臺。此平臺分別應用于局域網和互聯網，在局域網中采用C/S架構，客戶端可以充分利用本地設備，減少通訊流量，對基礎數據進行更新和查詢；服務端主要承擔數據的處理和存儲，這種構架即安全又高效。在互聯網中采用B/S架構，實現信息共享的要求，彌補了C/S的不足；B/S架構能夠滿足數據實時傳輸的需求，客戶端處理簡單、負擔小，擴展方便，并且可以應用于移動設備，延伸了數據使用的范圍。

[1] 莊晨輝，陳銘潮，潘俊忠.林業資源管理地理信息系統的研制與開發[J].福建林學院學報，2005,25（1）：56-61.

[2] 劉獻倫，張靖，鞏延蘋等.山東省林業資源管理地理信息系統（SDSFRMGIS）開發[J].山東林業科技，2007，（2）：64.

[3] 蘇晨輝，劉麗婷，莫曉勇.基于GIS的雷州林業局林業資源管理信息系統研究[J].林業科技開發，2012，26（4）：363-368.

[4] 何濤，張世祿.基于ArcGIS的縣級林業資源管理信息系統研究[J].計算機技術與發展，2009,19（2）：183-186.

[5] 張月，張普寧.林業資源信息管理系統的分析與設計[J].數字技術與應用，2011，（1）：123-124.