基于Web AppBuilder的縣級森林資源管理系統構建

張京 徐雁南

摘 要：為滿足林業信息化和森林資源管理“一張圖”常態化更新的需要，本文基于Web AppBuilder框架，以ArcGIS Enterprise為平臺，通過即用型微件和自定義微件構建江蘇省東臺市縣級森林資源管理系統，提供用戶管理、地圖操作、數據查詢、數據編輯、數據管理和統計分析等功能，基本實現林業信息的可視化表達、數字化管理和網絡化共享，為森林資源數據的動態更新提供系統平臺。實踐證明，該縣級森林資源管理系統具有交互好、響應快和界面友好的特點，通過Web AppBuilder可以降低Web GIS應用的開發門檻，極大提高開發效率。

關鍵詞：Web AppBuilder;林業信息化;動態更新;森林資源管理系統;縣級

Abstract：In order to meet the needs of forestry informatization and the "One Map" of forest resource management normalized update， this article is based on the Web AppBuilder framework and uses ArcGIS Enterprise as a platform to build a county-level forest resource management system in Dongtai City， Jiangsu Province through ready-to-use widgets and custom widgets. It provides user management， map operations， data query， data editing， data management， statistical analysis and other functions. It basically realizes the visualization， the digital management and the network sharing of forestry information， and provides a system platform for dynamic update of forest resource data. Proved by practice， the county-level forest resource management system has the characteristics of good interaction， fast response， and friendly interface. The Web AppBuilder can reduce the development threshold of Web GIS applications and greatly improve the development efficiency.

Keywords：Web AppBuilder; forestry informatization; dynamic update; forest resource management system; county level

0 引言

東臺市位于江蘇省中部，鹽城市最南端，區域總面積為3 175.67 km2，地勢平坦，屬亞熱帶季風海洋性氣候，截至2018年，全市林木覆蓋率為27.8%，森林資源總體特點是林地面積較少，地區分布不均，樹種結構單一[1]。隨著互聯網和計算機技術的快速發展，林業與地理信息技術的結合越來越密切，各級林業部門對森林資源信息化管理的需求也日益增高，為保障實現國家、省、縣森林資源“一張圖”、“一套數”、“一個體系”監測和“一個平臺”管理，及時掌握森林資源的現狀和變化情況，縣級森林資源管理系統的構建變得尤為重要[2-4]。縣級森林資源管理系統是現代化森林資源經營管理的重要工具， 是“數字林業”在縣級采集標準規范數據的一種必要工具，建立功能齊備、互通共享、高效便捷和穩定安全的縣級森林資源管理系統是林業現代化的基礎和保障[5-7]。

傳統的縣級森林資源管理系統主要有兩種模式。一種是基于客戶機/服務器（C/S）模式：何濤等[8]利用ArcGIS Engine和SQL Server 2005數據庫在.NET平臺上開發了具有森林資源數據展示、圖像管理和報表統計功能的通用型縣級林業資源管理信息系統;楊海明[9]以仁壽縣為研究區域，基于C/S模式，利用ArcGIS Engine組件、ArcSDE空間數據引擎和數據庫技術使用C++語言開發了一套具有森林火災管理、森林病蟲害管理和森林經營管理等多種功能于一體的仁壽縣森林資源信息管理系統。另一種是基于瀏覽器/服務器（B/S）模式：劉菊[10]利用計算機網絡、中間件和組件技術，設計了基于ASP技術和MS Access數據庫為后臺的伊春市森林資源管理系統，實現林業數據報表和數據庫合并、備份等功能;袁野[11]設計了基于ArcGIS Server和Flex的森林資源與生態狀況管理系統，該系統可以查詢研究區內的林木狀況，預估未來小班蓄積量、林分密度指數等信息，實現森林資源的可視化管理;徐艷等[12]以Geodatabase為空間數據庫，利用ArcIMS定制開發了滁州市管店林場森林資源管理信息平臺，實現森林資源空間屬性管理和統計等功能，為預測森林資源動態變化提供技術和決策支持。客戶機/服務器（C/S）和瀏覽器/服務器（B/S）各有優劣，C/S模式數據通信量小、運行速度快、安全性較高，但其部署較為復雜，數據共享困難;B/S模式開發維護簡單、可移植性強、可跨平臺操作，但當數據量過大時可能出現服務器因過載而導致無法使用的情況[13]。

美國環境系統研究所公司（ESRI公司）于2015年推出Web AppBuilder for ArcGIS（Web AppBuilder），該應用框架可以根據需求快速搭建一個定制的跨平臺Web應用程序，黃植欽等[14]基于Web AppBuilder框架，以華南師范大學校園為研究區域，構建了一個Web端的虛擬校園系統，實現校園全景漫游和地圖信息服務等功能;許金霞等[15]基于Web AppBuilder框架構建了團場棉田病蟲害信息服務平臺，實現棉花病蟲害信息的及時分析、統計、發布和共享。本文以江蘇省東臺市森林資源數據為基礎，基于Web AppBuilder框架，利用ArcGIS Enterprise平臺，通過即用型微件和自定義微件構建江蘇省東臺市縣級森林資源管理系統，通過可視化縣級森林資源“一張圖”信息，為森林資源經營管理決策提供支持和服務。

1 需求與可行性分析

1.1 用戶需求

為了滿足縣級森林資源管理和“一張圖”年度更新工作的要求，縣級森林資源管理系統將用戶類型分為3類，即林業主管部門、林區管理機構和外業調查用戶，根據不同用戶的需求將系統的使用權限分為瀏覽權限、管理權限和編輯權限。林業主管部門主要負責了解轄區內森林資源的總量和消長量等信息，審核相關成果，掌握全林區的總體情況;林區管理機構負責森林資源數據的記錄和管理，建立林分生長模型并測算森林蓄積變化，進行森林資源動態更新;外業調查用戶主要負責對森林資源進行實地調查，并對圖像數據進行采集、更新和提交。

1.2 功能需求

（1）縣級森林資源數據展示。系統通過縣級森林資源管理“一張圖”可以展示森林資源的空間分布，提供林業專題圖和統計報表的展示，可以查詢和顯示小班的屬性信息等功能，為林業相關部門提供基礎數據支撐。

（2）縣級森林資源數據管理。建立基于地理信息系統的森林資源檔案動態管理，針對多樣化的森林資源數據按照信息管理系統的統一格式建立不同的數據庫。在現有縣級林地“一張圖”的基礎上，完善森林資源、國家級公益林等信息，整合形成縣級森林資源管理“一張圖”數據庫，采用圖屬一體化的方式進行存儲管理。

（3）縣級森林資源數據更新。主要采用遙感影像判讀、森林資源檔案核實和現地核實等方法，嚴格執行相關技術規定和操作細則，將核實或調查的森林資源現狀及變化情況實時更新到縣級森林資源管理系統中，從而保持縣級森林資源管理“一張圖”的常態化更新。

（4）縣級森林資源數據共享。利用網絡和系統支持，推進構建縣級森林資源管理信息平臺，實現森林資源數據的高效共享，便于森林資源檔案的收集整理和縣級森林資源“一張圖”的常態化和動態化管理，形成分級負責、上下聯動、齊抓共管的森林資源監管機制。

1.3 可行性分析

以江蘇省東臺市森林資源調查數據和林地“一張圖”為數據支持，同時為了遵循林業資源相關數據建庫標準及更新體系、組織保障與安全保障體系，系統平臺選用ArcGIS Enterprise，以此平臺構建的森林資源管理系統可以部署在政府和企事業機構內部的服務器上，由相關機構自己進行管理，保證了數據傳輸的可靠性和安全性。通過Web AppBuilder和Widget創建界面友好、功能豐富的Web應用程序，可以實現跨平臺的縣級森林資源展示、管理、更新和共享等功能。

2 關鍵技術

2.1 Web AppBuilder

Web AppBuilder for ArcGIS（Web AppBuilder）是一種所見即所得式的應用程序，可以通過Web AppBuilder快速構建2D和3D Web應用程序[16]，Web AppBuilder使用 HTML5和ArcGIS API for JavaScript技術，支持多種數據源和數據類型，通過Web AppBuilder可以聚合不同企事業機構、不同服務器上的要素服務、地圖服務和影像服務等。

Web AppBuilder的主要功能有：創建能夠在所有設備上運行的HTML/JavaScript應用程序;利用多種多樣的即用型微件構建所需的應用程序;可以使用不同的主題并自定義配置應用程序的外觀和樣式;能夠在線托管應用程序或在自己的服務器上運行應用程序;提供可擴展的開發框架，開發者可以根據自己的需要定制微件、主題和應用程序。

Web AppBuilder在邏輯結構上分為5個核心對象[14]：配置管理對象（ConfigManager）、數據管理對象（DataManager）、布局管理對象（LayoutManager）、地圖管理對象（MapManager）和功能部件管理對象（WidgetManager）。Web AppBuilder目前有ArcGIS Online嵌入版、Portal for ArcGIS嵌入版和開發者版共3個版本，其中開發者版支持開發人員根據需要創建和使用自定義主題和微件。

2.2 ArcGIS Enterprise

ArcGIS Enterprise是ESRI公司推出的新一代ArcGIS服務器產品，它提供了強大的空間數據管理、分析、制圖可視化與共享協作能力[17]，主要用于私有云和混合部署模式的Web GIS，是運行在組織內部基礎設備上的Web GIS平臺。

ArcGIS Enterprise主要包含4個部分：①ArcGIS Server，是ArcGIS Enterprise的后端服務器軟件組件，也是ArcGIS Enterprise的核心組件，主要功能是發布服務，共享地圖、數據和工具等資源，以供組織內的其他人員使用;②Portal for ArcGIS，是Web GIS的門戶，用戶可以通過門戶創建、共享和管理數據，從而實現數據的多維管理和協作共享;③ArcGIS Data Store，是新一代Web GIS系統的數據存儲組件，包含關系數據存儲、切片緩存數據存儲和時空大數據存儲3種類型，可用于設置托管服務器所使用的不同類型的數據存儲;④ArcGIS Web Adaptor，可以將ArcGIS Server和Portal for ArcGIS與組織現有的Web服務器相互連接，并能與組織的安全機制相集成。

2.3 Widget

Widget即微件，是一組封裝好的具有專門功能的HTML/JavaScript組件，通常包含模塊UI文件、配置文件、樣式文件和國際化支持文件等，微件通過特定的邏輯功能可以與用戶進行交互操作。Web AppBuilder中包含許多即用型微件，通過這些微件可以快速便捷地創建基礎的Web應用程序。

微件一般情況下分為面板內微件和無面板微件。面板內微件提供面板以供用戶進行交互，例如查詢微件（Query）;無面板微件不在面板內顯示，可單獨操作開關，位置獨立靈活，例如比例尺微件（Scalebar）。

通過Web AppBuilder開發者版提供的微件框架，可以根據所需要的功能自定義開發新的微件或修改現有的微件。自定義微件通常包含以下文件：widget.js，微件的主文件，定義各種功能和業務邏輯;widget.html，定義模塊UI文件;config.json，微件配置文件;manifest.json，微件清單文件;string.js，國際化支持文件;style.css，微件樣式文件;icon.png，微件圖標文件。自定義微件可以方便地共享、移動和部署到Web AppBuilder應用程序中。

3 系統設計

3.1 總體架構

縣級森林資源管理系統采用瀏覽器/服務器（B/S）模式，以江蘇省東臺市森林資源數據為數據源，構建系統總體框架如圖1所示，4層結構由下至上依次為基礎層、數據層、服務層和應用層。

基礎層即基礎設施層，主要提供支持縣級森林資源管理系統運行的計算環境、存儲環境、運行環境和網絡環境，包括CPU、硬盤、操作系統、基礎軟件和數據庫等。

數據層即數據資源層，ArcGIS Enterprise中提供ArcGIS Data Store組件，通過此組件可以根據不同類型的數據進行靈活存儲，縣級森林資源管理系統所需數據主要包括基礎地理數據、森林資源基礎數據、森林資源專題數據、遙感影像以及其他相關數據。

服務層主要采用ArcGIS Server，它是ArcGIS Enterprise的后端服務器軟件組件，通過ArcGIS Server可以便捷地發布和使用多種地理服務。

應用層即客戶端表現層，通過ArcGIS Enterprise中設定的用戶類型，給予不同的功能和操作權限，基于Web AppBuilder、ArcGIS API for JavaScript和Widget構建可視化縣級森林資源管理系統。

3.2 功能設計

縣級森林資源管理系統主要服務于林業主管部門、林區管理機構和外業調查用戶，系統功能依據不同的用戶需求分為瀏覽權限、管理權限和編輯權限。瀏覽權限可以實現森林資源空間信息和屬性信息的查詢和查看，完成基本的地圖操作，進行森林資源數據的統計分析，實現專題圖、統計報表的展示和打印輸出功能;管理權限可以進行森林資源數據和歷史檔案數據的管理，同時負責數據的導入、導出和更新等維護工作;編輯權限可以對圖層的空間信息和屬性信息進行修改編輯，保證了森林資源數據的真實性、準確性和時效性。通過對不同用戶開放不同權限，既可以保證數據的安全性和穩定性，也可以提高各級部門之間的協同合作能力。系統功能設計如圖2所示。

3.3 自定義開發

在系統構建的過程中，當Web AppBuilder提供的即用型微件無法滿足需求時，可以通過自定義開發來實現所需的功能，本文以創建自定義面板內微件為例，實現林場簡介展示功能。

在微件目錄下找到CustomWidgetTemplate文件夾，復制并重命名，在Widget.js文件中定義BaseWidget類并定義baseClass名稱，在微件的Widget.html文件中編寫所需顯示的內容，微件通過Widget.js和Widget.html兩個文件實現了業務與視圖的分離，提高了微件的安全穩定性。將配置好的文件拷貝到webappbuilder＼client＼stemapp＼widget文件夾下，重新啟動Web AppBuilder，即可加載自定義微件。

為了提高微件的易用性，可以通過修改css＼style.css使微件有不同的顯示效果;可以在config.json中配置文本并通過Widget.html傳遞到微件中;可以通過修改string.js來進行國際化支持;當需要與地圖交互時也可以通過代碼來實現。

4 系統實現

4.1 數據介紹與處理

本文縣級森林資源管理系統選用江蘇省東臺市為研究區，數據來源主要包括東臺市衛星遙感影像、東臺林場無人機高分影像、2009年東臺市森林資源二類調查數據和2016年東臺林場小班及其樣地調查數據。

參照有關技術規程，收集整理的多源數據在入庫前需進行相應處理，對于研究區的遙感數據進行質量和精度處理，數據處理要求應符合國家統一標準;對樣地調查數據等紙質文檔進行電子化處理，將調查數據矢量化并轉錄相關信息，形成調查工作圖;對于電子檔案資料，利用投影變換和坐標轉換處理形成電子檔案資料數據庫;森林資源二類調查數據和補充調查數據分別建立對應的圖屬一體化數據庫。將數據以shp、gdb等格式進行存儲，通過ArcGIS Server將數據發布為服務，在ArcGIS Enterprise門戶中進行統一管理使用。

4.2 功能實現

基于Web AppBuilder框架，以ArcGIS Enterprise為平臺，通過即用型微件和自定義微件構建了縣級森林資源管理系統，系統主界面如圖3所示，主要實現了用戶管理、地圖操作、數據查詢、數據編輯、數據管理和統計分析等核心功能。

（1）用戶管理。用戶在進入縣級森林資源管理系統前需進行登錄操作，根據用戶使用系統的需求不同，利用ArcGIS Enterprise中給定的用戶等級和實際情況的需要劃定用戶的使用權限，使用權限分為瀏覽權限、管理權限和編輯權限。

（2）地圖操作。主要是指地圖瀏覽和地圖測量等基本操作，在縣級森林資源管理系統中可以通過鼠標或按鈕實現地圖的放大、縮小、平移和全局顯示等功能，在系統界面可以實時顯示當前坐標和比例尺，測量微件可以實現對地圖中的圖層進行長度和面積的量測，打印微件通過調用打印服務可以輸出當前地圖，通過微件還可以實現書簽、卷簾和更換底圖等功能。

（3）數據查詢。查詢功能主要分為屬性到空間和空間到屬性兩種模式，在搜索欄中輸入小班號即可在地圖中找到對應小班;單擊地圖中的小班即可查看面積、平均胸徑、齡組和優勢樹種等相關屬性信息。利用微件還可以實現特定條件的查詢，通過多字段的邏輯關系運算可以查詢例如東臺林場中林木平均胸徑大于5 cm的小班或林場中哪些小班的土地利用情況發生變化等信息。

（4）數據編輯。森林資源的圖形編輯和屬性編輯在林地調查中應用十分廣泛，對于空間數據的變更主要包括圖斑界線數據、境界、權屬界和線狀地物等，屬性數據的變更主要是圖斑屬性信息。當通過遙感影像或外業調查發現圖斑信息發生改變時，需要及時變更圖層的圖形信息和屬性信息，常見的圖形編輯有面分割、合并、分解、公共邊修改和節點編輯，屬性信息通過修改圖層的屬性表來進行更新。

（5）數據管理。管理員可以在系統門戶中根據系統需要并結合當前森林資源管理的現狀，高效地管理森林資源數據，系統主要包括統計報表、專題圖和林地數據庫等文件。統計報表和專題圖可以更好地展示森林資源的現狀和動態變化，森林資源的矢量數據和屬性數據都保存在林地數據庫中，通常為shp或gdb格式存儲。除此之外，管理者還可以對遙感影像、無人機影像等相關數據進行靈活的存儲、管理和使用。

（6）統計分析。統計功能的數據來源于圖層的屬性信息，通過圖表可以直觀展示林場或林班的整體狀況，常用的統計報表有林木蓄積量統計、商品用材林統計等。用戶通過對森林資源數據進行對比分析，可以更好地掌握森林資源的動態變化情況，對當前的森林資源狀況有更加深入的了解，能夠對未來的發展變化進行預計，這為對森林資源的科學決策提供了依據。

5 結束語

本文在江蘇省東臺市縣級森林資源調查數據的基礎上，基于Web AppBuilder框架，以ArcGIS Enterprise為平臺，通過即用型微件和自定義微件構建了縣級森林資源管理系統，提供用戶管理、地圖操作、數據查詢、數據編輯、數據管理和統計分析等核心功能，基本實現了林業信息的可視化表達、數字化管理和網絡化共享，為森林資源管理“一張圖”年度更新工作提供了快捷友好的服務管理平臺。通過實踐證明，Web AppBuilder構建的應用程序具有交互好、響應快和界面友好的特點，通過Web AppBuilder可以降低Web GIS應用的開發門檻，極大提高開發效率，更好更快地將網絡信息化技術應用于林業工作中。

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