森林资源地理信息管理系统技术方案.docx
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森林资源地理信息管理系统技术方案
珠海市森林资源地理信息管理系统
（招标编号：
ZHGPC2003-59GIS）
I技术方案
华南农业大学
珠海市冠新计算机网络工程有限公司
二00三年五月十九日
1需求分析
1.1珠海市森林资源管理信息化建设现状
1.1.1珠海市城市信息化建设现状
城市的信息化建设就是以基础地理信息数据为基础平台，利用现代高科技手段，充分采集、整合和挖掘城市各种信息资源，建立面向政府、企业、社区和公众的基础地理信息系统和建立在其上的信息应用系统，即地理信息系统。
方旋书记在珠海市五届人大四次会议的政府工作报告中明确指出，珠海市地理信息系统的建设是2002年市政府向广大群众承诺的十件实事之一。
珠海市地理信息系统的建设是由市委市政府直接组织领导，各相关单位积极配合，珠海市国土资源局牵头负责。
珠海市地理信息系统的建设能切实提高全市的信息化水平，实现城市建设的系统化、集成化、网络化、标准化管理，促进经济社会跨越式发展，为“数字珠海”建设打下坚实的基础。
珠海市地理信息系统建设有利于全面改变珠海市城市管理的模式和手段，实现城市管理现代化；有利于加快珠海市信息产业化进程，促进地理信息产业的培育和发展，为整个信息产业增加新的经济增长点；有利于对城市资源的全面了解和合理配置，促进城市资源的科学利用，在城市化和信息化建设中发挥积极的作用，为政府的辅助决策提供技术支持。
珠海市地理信息系统的目标是为珠海市提供一个面向政府、企业、社区、公众的公用基础地理信息图库，开发珠海市基础地理信息系统，不断完善和更新基础地形图数据，通过城域网、Internet或其它方式，实现城市空间信息资源共享，为“数字珠海”建设奠定基础。
珠海市地理信息系统的建设离不开专业的地理信息系统平台，ESRI公司的产品ArcGIS就是使用最为广泛的地理信息系统平台。
目前珠海市已经选用ArcGIS进行城市基础地理信息系统建设，在系统建成后可为珠海市包括林业管理部门的各行业提供空间基础地理数据。
为了便于进行数据交换，《珠海市森林资源管理地理信息系统》也确定采用ArcGIS系列软件平台。
但由于珠海市地形图数据严重滞后，如1:
500、1:
2000等大比例地形图数据主要是1997、1998年测绘的，而1:
10000地形图数据是1991年测绘的，影响了珠海市各行业地理信息系统的建设。
值得欣慰的是珠海市政府正在投入巨资进行城市基础地形图的修测工作，基本工作可望在2004年内完成。
但目前建立珠海市森林资源管理地理信息系统所需的1:
10000地形图数据只是1991年测绘的，图形格式为AutoCADDWG格式，而且必需转换整理成ArcInfo空间数据格式。
1.1.2珠海市森林资源管理现状
珠海市全市总面积为国为7600多平方公里，其中陆地面积为1600多平方公里，海域面积6000多平方公里。
全市林业用地面积50600公顷，非林地面积为98493.4公顷，森林覆盖率为33.1%。
✧全市林业用地按地类来划分，其中无林地为2786.6公顷，有林地为32805.8公顷（林分地28727.4公顷、经济林3914.8公顷、竹林163.6公顷），疏林地843.1公顷，灌木林地13659.8公顷，未成林造林地294.7公顷，苗圃地64.4公顷。
✧全市林业用地按行政区域分布来划分，香洲区11832.3公顷、三灶区12816.2公顷、万山区7573.9公顷、横琴区3143.5公顷、淇澳区1515.6公顷、斗门区13567.9公顷。
目前珠海市森林资源管理由珠海农业局林业科具体负责，管理决策人员需要处理各种林业数据，如林地使用状况、植被分布特征、立地条件、社会经济等许多因子的数据，这些数据既有空间数据又有属性数据，具体情况如下：
1、由于没有建立森林资源地理信息系统，目前只能使用传统方法对这些数据进行分析和统计处理，处理起来难度大、效率低，只能做一些简单的文档报表制作与处理工作。
2、在森林资源监测清查方面，从资源清查到数据整理成册，最后制定经营方案，需要的时间长，容易造成经营方案和现实情况不相符。
这种滞后现象可能导致管理方案的不合理，影响管理方案的合理制定和实施。
森林资源的清查、各种经营方案的设计（如造林规划、抚育间伐、伐区设计等）需要大量的人力、物力、财力。
3、由于森林资源的分布广，条件复杂，加上林业管理部门机构精简人力不足，进行一次资源清查需要花费较长的时间，将结果汇总、整理、分析又需要一段时间，而森林资源由于自然的消长和人为的作业干扰，变化很快，于是调查结果已经不能显示森林资源的现状，只能是一些历史数据，难以作为经营决策的准确依据；
4、清查内业工作一直也处于手工处理，虽说日常使用计算机办公，但却没有相应的处理系统，只能做简单的报表制作和处理工作，因此对数据没有精确完整的处理。
5、随着森林经营的集约程度的不断提高，市场行情时刻变换，要求随时掌握森林资源的现状和动态变化，传统的森林调查无法做到数据的实时更新和动态监测，更无法制定新方案，以适应市场需求。
6、目前珠海农业局的森林资源数据主要以属性数据为主，没有在林业资源管理过程中引入电子地形图，管理起来既不直观、也不方便。
由于以上原因，珠海市农业局急需建立一套适合珠海特点和林业行业共性的《珠海市森林资源管理地理信息管理系统》，以实现珠海林业资源管理的科学化和高效化，保持林业资源资料的现势性，便于及时掌握森林资源及有关因子的空间时序的变化特征。
1.2项目需求
1.2.1建设目标
项目的总体目标是建立先进高效的森林资源地理信息管理系统，系统高效管理珠海市森林资源数据、制作各种林业专题地图，为森林资源管理提供科学、方便的辅助决策。
项目建设也为以后的林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治信息化打下良好的基础。
1.2.2建设内容
根据珠海市森林资源地理信息管理系统需求，系统建设内容主要包括以下内容：
1森林资源地理信息管理系统建立
建立1:
10000的珠海市基础地理数据库，内容包括地形、水系、交通、居民点等基础地理信息；在基础地理数据的基础上建立珠海市森林资源专题数据库，在林业二类调查的基础上，制作完成森林资源（林种、树种）分布图、森林区划图、林相图、森林立地类型图、土地利用图及土壤图等。
利用地理信息系统将图形与属性数据库有机结合在一起，实现森林资源档案的计算机一体化管理，可以随时了解森林资源的状况及进行统计分析，也可以随时更新地图的图元和属性数据库的数据，并能输出图件资料。
建立森林资源管理应用系统。
在森林资源监测管理提供方便的数字化管理手段，为林相、林种图的更新、林业作业的定位和面积测量等提供数字化辅助。
系统为以后森林资源的各种专题管理应用功能提供一个开发和升级的平台，在林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治等方面提供开发应用基础，也为技术档案管理、科技信息资料管理、人事管理、财务管理、国有资产管理、林产品管理、政策法规以及文件等林业办公自动化提供方便的升级接口，为建立一个功能强大的林业地理信息系统打下坚实基础。
2.软硬件集成
包括操作系统、数据库、GIS平台以及开发工具等软件的选型与采购，软硬件的安装与调试。
3.项目管理和售后服务
包括确立本项目的实施过程和管理手段，为系统交付后制定完善的服务计划。
1.2.3技术要求
系统充分利用先进的计算机软件技术、地理信息技术、数据库技术、数据仓库与数据挖掘技术、空间数据处理与共享技术、数据定制技术、多媒体技术、虚拟现实技术等进行开发。
系统以数据库做后台支持，相关资料的显示和输出要与数字地图紧密结合，具有良好的可视化界面。
开发成果满足安全可靠，管理维护方便、系统抗干扰能力强的要求；同时具备容错、检错、纠错能力，信息恢复和系统重建能力。
总体结构使用C/S体系。
具体要求如下：
✧操作系统、数据库应当稳定、安全可靠、高效和易于开发，并有可预见的长期保证；
✧应用软件开发。
用户界面应当方便实用，简明快捷，便于操作、维护，并有相应的售后服务、升级保证及开发工具支持；
✧操作系统、地理信息系统平台、数据库软件及开发语言是成熟的、先进的、高性能的产品。
数据库必须是大型的数据库管理软件。
地理信息系统平台应是最成熟的系统，应该包含使本系统能顺利实施的各个模块。
✧森林资源地理信息管理系统软件应当包括森林资源地理数据管理与森林资源监测管理，并能为今后森林资源各种专题应用功能提供升级和扩展基础。
✧软件和硬件应能无缝地集成到一起。
1.2.3设计规范
设计过程将遵循以下国际标准、工业标准、国家行业法规、国家标准及行业标准：
✧《中华人民共和国森林法》
✧《中华人民共和国野生植物保护条例》
✧《中华人民共和国水土保持法实施条例》
✧《风景名胜区管理暂行条例》
✧《中华人民共和国森林法实施条例》
✧《森林防火条例》
✧《林木种子生产经营许可证年检制度规定》
✧《林业行政处罚听证规则》
✧《国家林业局公布林木良种名录》
✧《造林质量管理暂行办法》
✧《森林采伐更新管理办法》
✧《森林和野生动物类型自然保护区管理办法》
✧《GB-8566-88计算机软件开发规范》
✧《GB-8567-88计算机软件产品》
✧《GB-9385-88计算机软件需求说明编制指南》
✧《GB-9385-88计算机软件测试文件编制指南》
✧《GB/T12504-90计算机软件质量保证计划规划》
✧《GB/T12505-90计算机软件配置管理计划规范》
✧《国标GB1526-89信息处理、数据库流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文件编制符号及约定》
✧《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》
✧《HAVDBOOKOFSOFTWARERELIABILITYENGINEETING》
2系统总体设计
全球变化和资源环境可持续发展战略的提出使数字地球已受到各国、各行各业的普遍重视。
在林业上，森林资源的辽阔性、再生性、周期性和调查工作的艰巨性及调查环境的复杂性，已经使林业和以“3S”技术为主要内容的数字地球技术、信息技术紧密结合起来，GIS是“3S”中的核心内容。
我国林业地理信息系统的建设工作已在全国逐步开展起来，并且它已在林业资源管理、森林资源动态监测、生态公益林规划管理、森林病虫害监测、森林防火等多项工作之中发挥了重要作用。
2.1系统总体结构
2.1.1系统建设原则
（1）全局性和整体性原则
从珠海市城市信息化建设的总体目标出发，使系统成为“数字珠海”的有机组成部分；同时从农业局内部和珠海市信息中心等相关部门之间的联系出发，进行系统总体设计，并实现信息资源的共享，使系统成为一个开放性的有机整体。
（2）标准化和规范化原则
系统建设采用的软件平台、数据标准、开发技术应符合公认的行业标准，符合国家、地方和行业的有关标准与规范，系统分析、设计与实现采取开放路线，遵循国际软件工程的标准、规范，并尽可能采用国际主流产品，以确保系统集成的可行性、良好的可扩充性。
（3）科学性和先进性原则
系统设计与开发必须采用先进的成熟的思想、概念、方法、技术和平台，在理解用户的各项需求后，进行科学的建模、功能结构设计及数据库设计以指导系统开发建设；同时在系统建设上要具有前瞻性，以适应未来技术、业务发展的需要，保证系统今后在技术、应用方面的可持续发展。
（4）易维护性和扩展性原则
采用开放的系统设计，保证系统具有较强的易维护性和扩展性，能方便地进行功能的调整适应系统需求变化，如专题应用、数据更新等方面引起的变化。
系统的升级要充分考虑与现有各应用系统的版本兼容问题，尽可能保证系统有更长的生命周期。
同时，要考虑以后林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治等工作的需要，为进一步建设成功能强大的珠海市林业地理信息系统打下基础。
（5）安全性和保密性原则
为了保证网络环境下数据的安全，系统应具有防止病毒入侵、非法用户访问、恶意更改破坏数据的功能，并采取完备的数据保护和备份机制，防止非授权用户的非法入侵和授权用户的越权使用，系统应可以进行各种权限级别的控制，并具备审核功能，自动记录用户访问的情况和操作过程，以备日后查询。
（6）高性能和稳定性原则
在系统设计、开发和应用时，应从系统结构、技术措施、软硬件平台、技术服务和维护响应能力等方面综合考虑，确保系统较高的性能和最低的故障率。
（7）方便实用性原则
要“以人为本”，充分考虑珠海市森林资源管理心各项业务活动的实际需要，贴近用户的需求与习惯做法，做到功能强大、界面美观、操作简单、方便实用。
（8）经济、时效性原则
系统建设投资要控制在农业局所能承受的范围内，并尽可能利用现有的资源条件（软件、硬件、数据和人员），按计划在规定的时间内高质量高效率实现信息化建设的战略目标。
2.1.2系统总体结构框架
根据珠海市森林资源地理信息管理系统建设目标和系统分析，系统总体架构设计如图2-1所示：
图2-1珠海市森林资源地理信息管理系统总体框架
珠海市森林资源地理信息管理系统包括基础平台、信息集成平台、信息服务平台三层架构，最底层是基础平台，其上是信息集成平台，最高层是信息服务平台。
其中基础平台包括操作系统、数据库平台、GIS平台以及计算机硬件与网络设备等，是整个系统运行应用的基础。
信息集成平台是指统一存储管理系统所有信息，具体包括基础地理数据库、林业资源库、图形库等，是信息服务和应用的基础。
信息服务平台主要有数据监测采集、数据存储更新、统计分析和显示输出等功能，负责绝大部分数据采集、建库、更新，进行统计分析，并利用各种形式输出信息。
珠海市森林资源地理信息管理系统的总体结构及其功能模块图如图2-2所示：
图2-2珠海市森林资源地理信息管理系统总体结构和功能模块
因为要使系统易于扩充和升级，所以需要把系统分成若干个符合一定要求的模块，各模块的设计是单独进行的，设计过程中需要不断地吸取用户调查所提供的信息，并把它与目前林业生产的需要及将来发展的可能结合起来，不断进行修改。
模块设计均采用自上而下的方法，从实际软件包调查出发，研究其可能涉及的资料，确定其实体的属性，然后逐级向上综合，模块的划分为系统的逻辑设计和物力设计打下基础，为整个系统的顺利运行提供保证。
根据珠海市林业生产的实际状况和未来发展的需要，分别设计了空间查询、空间分析、统计分析和制图输出等模块，各个模块相对独立、功能单一，按照层次结构组织，有利于今后系统的扩展和升级。
根据上述功能设计，珠海市森林资源地理信息管理系统由数据库管理功能、基础应用功能和专题应用功能三部分组成。
数据库管理部分以SQLServer作为开发平台，用VisualStudio作前端开发工具，具有数据容量大，查询速度快，系统安全性能高，人机交互界面好的特点。
地理数据处理部分采用美国ESRI公司的ArcEditor地理信息系统软件为平台，按照农业局的森林资源管理要求对点、线、面等地理对象建立拓扑结构和编辑处理，软件可运行于单机环境上；基础应用部分主要在ArcEditor下通过VBA定制实现；专题应用部分主要在VB、VC++等开发语言环境下运用组件式开发实现。
珠海市森林资源地理信息管理系统选用的ArcEditor软件，不仅包含了一般GIS软件的功能，还增加了对空间数据库和coverage数据的编辑能力。
增加的功能包括，支持多用户编辑，版本管理，定制数据类型，与要素连接的注记和丈量数据类，ArcEditor还提供对ESRI支持的所有矢量数据格式的建立和编辑能力。
ArcEditor软件是一个基于Windows桌面的GIS数据可视化、查询、制图、数据管理和编辑的解决方案。
ArcEditor包括ArcView8.1的基本的桌面功能，并能编辑ArcInfoCoverage数据，以及Personal和EnterpriseGeodatabase，其具有创建和管理关系、子类、几何网络、尺寸要素等的能力。
其它的功能包括对多用户编辑的支持，版本管理，定制要素类，要素关联的标注，标注尺寸，以及多用户地理数据库中的栅格数据的支持。
它包含为版本管理的高级工具，例如，标识、解决冲突的版本合并工具。
ArcEditor上述功能以外，还提供以下功能：
（1）数据生成（编辑工具）；
（2）创建和编辑Coverages；
（3）创建和编辑地理数据库和林业专题数据库；
（4）创建和编辑几何网络和关系类中的地理数据库要素；
（5）在基础地理数据库中创建管理类；
（6）在不同要素类之间创建关系类；
（7）在不同表之间创建关系类；
（8）在要素类和表之间创建关系类；
（9）在基础地理数据库中创建多版本；
（10）编辑基础地理数据库中的指定的版本；
（11）解决基础地理数据库中的版本冲突；
（12）创建和编辑尺寸要素；
（13）定义尺寸要素类属性；
（14）创建和编辑要素关联的标注，标注关联地理数据库中的要素。
在数据管理方面，可以在访问一个数据库管理系统（DBMS）时，在ArcEditor中应用版本管理提供对多用户地理数据库的编辑和维护：
（1）给基础地理数据库和林业专题数据库加载数据；
（2）给基础地理数据库和林业专题数据库加载栅格；
（3）在地理数据库中创建属性的子类；
（4）创建属性域。
以上功能的设计，可以很好地满足用户的需求，也为珠海市森林资源地理信息管理系统的升级和扩展，提供了良好的接口。
通过总体设计，可以满足珠海市农业局在空间数据处理上的需求：
（1）数据采集与更新，包括：
图形扫描输入与编辑功能：
实现图形的扫描与矢量化管理，通过GIS平台对基本地形图、林业基础图、小班图进行数字化录入和编辑；系统设计支持AutoCAD、MapInfo，ArcInfo、ArcView，DGN及文本文件等的数据格式。
设计的拓扑编辑功能用来对建立的图形数据及变更调查的图形数据的变更、修改；属性编辑功能：
可对林业小班数据登记中的属性数据进行编辑、修改；
（2）数据库管理功能，包括：
数据的入库与维护；
（3）查询与显示功能：
可查找珠海市农业局辖区的任意林地信息，并可调用林业基础地图和专题地图登记中的属性信息，以实物表格的形式弹出用户想要查看的表格；
（4）统计报表功能：
能对林区、林班和小班数据进行分类汇总；
（5）制图功能：
在图形数据上生成专题图，在图形数据上生成林业小班分幅图。
在需要分幅输出时，可生成分幅图，可以在系统设计时专门设计分幅图图库管理功能。
（6）显示输出：
图形的放大缩小、漫游，图形、数据表格文本输出到打印机和绘图仪。
珠海市森林资源地理信息管理系统中，在数据库管理下划分出属性数据库管理和图形数据库管理两个模块，可以更好地实现系统设计的功能。
属性数据库管理功能模块是实现存储、分析、统计、评价、查询、更新、属性制图等功能的核心工具，也是整个系统的重要组成部分。
需要具备对数据库结构操作、属性数据内容操作、数据逻辑运算、属性数据检索、从属性到图像的查询、属性数据报表输出等功能，其功能结构如图2-3所示：
图2-3属性数据库管理框架
图形数据库管理主要任务是完成图形图像数据的输入、图形图像变换、查询、
图形整饰输出等功能，如图2—4所示：
2.2技术路线
根据珠海市农业局的相关需求，以及系统的功能需求，采用结构化设计方法实现珠海市森林资源地理信息管理系统的开发，这种设计方法以数据流为中心，自上而下，逐层分解系统工作过程。
通过数据流图、数据字典、加工说明等主要分析工具，将系统功能分解、刻画出来。
系统总体设计的思路如下：
（1）根据珠海市林业部门生产特点以及未来林业部门发展远景，确定系统的主体目标，从而获得系统设计的当前模型；
（2）根据系统当前模型抽象出当前系统的逻辑模型；
（3）分解目标系统与当前系统逻辑上的差异，建立目标系统逻辑模型；
（4）为目标系统逻辑模型作补充，如人工界面的要求等。
珠海市森林资源地理信息管理系统是专门为珠海市地方林业生产服务的实用系统。
在目前“数字林业”技术基础尚薄弱的基础上，系统设计的主要目的是为珠海市森林资源监测管理服务，而不能面面俱到，系统设计需要紧凑合理，今后在条件更为成熟之后，再将系统应用范围再进行相应扩展到林业生产管理的其它环节，主要包括林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治等。
工作流程如图2-5所示：
图2-5珠海市森林资源地理信息管理系统工作流程
总体上看，在已有先进成熟的技术基础上，参考借鉴新一代GIS的设计思想与理念，深入研究林业生产的需求，确定系统的数据源，设计数据采集的入口与建库方案，建立森林防火信息系统基础数据库，采用前端采集更新与分布式共享的机制，以及基于元数据的数据管理方式实现数据共享。
在基础数据库的设计上提供数据接口，提供与广东省林业局、国家林业地理信息系统以及珠海市各部门专业信息系统的接口，也要为将来农业局其它地理信息系统及林业地理信息系统的扩展与完善提供共享数据接口。
同时数据库的设计上强调数据的维护、更新、安全、海量、支持多平台。
充分考虑数据的安全性，包括硬件、软件、网络带来的数据的安全性。
在数据需求与数据流分析的基础上，规划建立森林资源地理信息管理系统数据标准体系。
重点建设数据的编码体系，在充分利用已有编码体系的基础上，对于目前还没有统一编码的数据，结合实际需求与先进的数据编码方法，确定数据编码体系，力争使其成为行业或国家编码标准。
珠海市森林资源地理信息管理系统建成运行之后，可实现森林资源监测管理，并进一步扩展到林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治等信息管理，从而建立先进、高效、科学、完善的珠海市林业地理信息系统。
2.3关键技术
2.3.1地理信息系统技术
地理信息系统是一项以计算机为基础的新技术，围绕这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，是管理和空间数据的系统；在适当的计算机软硬件支持下，可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据进行有效管理、研究各种空间实体及其相互关系。
通过对多因素的综合分析，可以方便地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。
一般认为地理信息系统是具有数据采集、管理、查询、计算、分析与可视表现等多种功能的计算机技术系统。
地理信息系统的核心是空间数据及应用软件，尤以GIS软件最为引人注目，现在已知的GIS已经广泛应用于政治、军事、经济、文化和社会生活的各个方面。
GIS软件在其中起到了巨大的作用，现代GIS软件是在60年代中期发端的第一代和80年代末的第二代软件产品的基础上，在90年代中期开始出现第三代的GIS软件，其特征是面向对象的软件构造技术和广域网尤其是Internet技术的支持下，出现了一些新的特点，加快了GIS在国民经济和社会生活各方面的应用：
（1）组件化：
采用了面向对象的软件技术后，就可以利用商用的软件构造工具，实现地理信息系统的组件化结构，极大的提高了支持二次开发的能力，模糊了软件平台和应用系统之间的界线。
客户可以利用传统的软件开发语言和空间数据处理组件方便地构造个性化的应用软件系统，实现系统的灵活配置，对于提高应用软件的可靠性也有积极的促进意义；
（2）空间数据与属性数据的一体化存储：
新软件采用商用DBMS的扩充功能、或自行在传统DBMS上扩充其数据管理能力，普遍实现了空间数据和属性数据的一体化存储和查询。
这种一体化技术实现了数据管理的规范化和数据操纵的标准化，其好处是用户可以方便地组织各类空间信息处理事物，在数据完整性和一致性方面提供有效的保证；（
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