林业资源信息管理系统建设方案.docx

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林业资源信息管理系统建设方案

海口市森林资源信息管理系统

建设方案

广州市立腾智能科技有限公司

2019年9月17日

1.项目背景

随着海口市社会经济快速发展和林业建设步伐的加快，林地现状发生了较大变化。

为了满足海口市林业发展规划、发展现代林业、建设生态文明，需要进行林业资源二类调查并建设森林资源信息管理系统，为指导和规范海口市森林科学经营提供依据。

2.项目需求

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，系统高效管理海口市森林资源数据、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。

项目建设为林政管理、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。

2.2.建设内容

根据海口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、林业资源二类调查

查清海口市森林、林地和林木资源的种类、数量、质量及其分布，综合评价海口市森林资源现状特征与森林经营管理绩效，提出对森林资源培育、保护与利用的意见。

2、森林资源地理信息管理系统建立

建立1:

10000的海口市基础地理数据库，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海口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。

3、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。

4、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。

2.3.建设原则

（1）全局性和整体性原则

从海口市城市信息化建设的总体目标出发，使系统成为“数字海口”的有机组成部分；同时从农业局内部和海口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海口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”，充分考虑海口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。

2.4.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。

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。

2.5.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》

3.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。

3.1.总体结构框架

根据海口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3-1所示：

图3-1森林资源地理信息管理系统总体框架

海口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。

海口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3-2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。

根据海口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。

3.2.软件架构

整个业务软件采用三层架构设计模式。

三层架构（3-tierapplication）通常意义上的三层架构就是将整个业务应用划分为：

表现层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL）。

区分层次的目的即为了“高内聚，低耦合”的思想。

在软件体系架构设计中，分层式结构是最常见，也是最重要的一种结构。

微软推荐的分层式结构一般分为三层，从下至上分别为：

数据访问层、业务逻辑层（又或成为领域层）、表示层。

图3-3软件架构图

三层结构原理：

3个层次中，系统主要功能和业务逻辑都在业务逻辑层进行处理。

所谓三层体系结构，是在客户端与数据库之间加入了一个“中间层”，也叫组件层。

三层体系的应用程序将业务规则、数据访问、合法性校验等工作放到了中间层进行处理。

通常情况下，客户端不直接与数据库进行交互，而是通过COM/DCOM通讯与中间层建立连接，再经由中间层与数据库进行交互。

3.2.1.表示层

位于最外层（最上层），离用户最近。

用于显示数据和接收用户输入的数据，为用户提供一种交互式操作的界面。

3.2.2.业务逻辑层

业务逻辑层（BusinessLogicLayer）无疑是系统架构中体现核心价值的部分。

它的关注点主要集中在业务规则的制定、业务流程的实现等与业务需求有关的系统设计，也即是说它是与系统所应对的领域（Domain）逻辑有关，很多时候，也将业务逻辑层称为领域层

业务逻辑层在体系架构中的位置很关键，它处于数据访问层与表示层中间，起到了数据交换中承上启下的作用。

由于层是一种弱耦合结构，层与层之间的依赖是向下的，底层对于上层而言是“无知”的，改变上层的设计对于其调用的底层而言没有任何影响。

如果在分层设计时，遵循了面向接口设计的思想，那么这种向下的依赖也应该是一种弱依赖关系。

因而在不改变接口定义的前提下，理想的分层式架构，应该是一个支持可抽取、可替换的“抽屉”式架构。

正因为如此，业务逻辑层的设计对于一个支持可扩展的架构尤为关键，因为它扮演了两个不同的角色。

对于数据访问层而言，它是调用者；对于表示层而言，它却是被调用者。

依赖与被依赖的关系都纠结在业务逻辑层上，如何实现依赖关系的解耦，则是除了实现业务逻辑之外留给设计师的任务。

3.2.3.数据层

数据访问层：

有时候也称为是持久层，其功能主要是负责数据库的访问，可以访问数据库系统、二进制文件、文本文档或是XML文档。

简单的说法就是实现对数据表的Select，Insert，Update，Delete的操作。

如果要加入ORM的元素，那么就会包括对象和数据表之间的mapping，以及对象实体的持久化。

3.3.技术路线

根据海口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海口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）根据海口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。

海口市森林资源地理信息管理系统是专门为海口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海口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3-4所示：

图3-4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海口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。

海口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、完善的海口市林业地理信息系统。

3.4.关键技术

3.4.1.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；

（3）B/S结构：

Internet技术尤其是WEB技术的发展和跨平台软件技术的发展，使得计算机应用系统迅速由C/S结构转为B/S结构。

B/S结构模糊了系统的界线，实现了最终用户端软件的零维护，其好处是显而易见的。

第三代地理信息系统软件普遍采用WEB和“软总线”技术，一方面实现了以浏览、查询为主的应用系统的B/S结构，另一方面实现了多级服务器和多用户协同工作方式，使应用系统的构建跨越了地域及规模上的限制，为地理信息系统由以系统为中心向以数据为中心的过渡奠定了良好的基础。

目前超大型应用系统（成百上千用户）已经开始出现，特别是将空间信息与人们的日常生活相联系，真正将地理信息系统带入主流软件的行列，可以预见在不久的将来，GIS将和数据库系统、图形库系统一样，成为计算机应用系统中不可缺少的组成部分；

（4）3S集成：

遥感技术是迄今为止人类获取空间数据规模最大、时间最短的技术，卫星定位技术可以帮助人们快捷地获得地球表面任意物体的空间位置信息。

但是，作为重要的空间数据获取手段，它们只有和地理信息系统技术结合，才能产生广阔的应用前景。

第三代地理信息系统软件开始注重3S集成，实现了矢量、图像某种程度上的一体化存储、叠加显示和矢量—栅格数据的相互转化，尽管这种集成是相当初步的，但是在实际应用中已经显示了积极的作用。

本系统将采用SuperMap作为GIS平台进行系统建设，实现系统的GIS可视化分析管理的功能。

3.4.2.数据库技术

数据库是一个复杂的系统，它是集中、统一地保存和管理着某一单位或某一领域内所有有用信息的计算机系统，这个系统的数据有较少冗余和较高的独立性，并且能够为多种应用服务。

管理数据库通常利用数据库管理系统实现，常用的数据库管理系统是建立在操作系统基础上的，数据库的所有操作（数据库的建立、使用和维护）都是在管理系统的统一管理和控制下进行的。

林业系统数据库管理通常采用混合管理方式：

用地理信息系统管理空间数据，用关系型数据库管理系统管理属性数据，空间数据和属性数据通过内码建立连接。

空间数据和属性数据作为林业专题地理信息系统的核心，出保证森林资源地理信息管理系统能够正常运行的基础；没有数据库，再方便的森林资源地理信息管理系统也无能为力，可见数据库是森林资源地理信息管理系统建设的先决条件；而且，数据质量的优劣也将直接影响和决定属性传统三建设的成效。

所以说，高质量的数据库是建设森林资源地理信息管理系统的基础。

数据库技术在森林资源地理信息管理系统中的应用，可以满足系统的不同需求：

（1）实现空间数据和属性数据的动态更新；

（2）维护数据库的完备性和一致性；

（3）实现时间数据、空间数据、属性数据三者之间高效、快速地检索；

（4）数据共享的控制；

（5）系统安全的管理；

（6）数据的可恢复性。

通过这些功能，系统数据库才能发挥其应有的作用。

现代信息技术和网络技术的日益成熟和普及，给林业信息化工作的数据库建设的发展提供了良好的机遇。

从应用前景看，以数据处理为主转向以知识处理为主，是计算机技术应用的总趋势，同样也是林业信息化技术发展的基本趋势。

林业信息化产品在市场上将越来越多并日益趋向智能化，类似森林资源地理信息管理系统这样的产品将不再局限于数据收集、分类、贮存、检索和查询；而是能够辅助决策，并提供良好的用户接口。

林业信息系统很快也将不再以一库（数据库）系统为主，更多的将是二库（数据库、模型库）、三库（数据库、模型库、知识库）、四库（数据库、模型库、知识库、文本库）系统。

随着计算机软硬件的升级和开发完善，多媒体技术的广泛应用，林业计算机系统的开发应用将有广阔的发展前景。

系统将选用sqlserver2005作为系统的数据库管理软件，实现数据的存储和管理等功能。

3.4.3.数据仓库与数据挖掘技术

数据挖掘DM（DataMining）技术，是指从大型数据库或数据仓库中提取人们感兴趣的数据（知识），这些数据（知识）是隐含的、事先未知的潜在信息。

数据挖掘技术能迅速从大量数据中发现信息与推理知识，可筛选大量的日常数据，寻找、发现隐藏数据，揭示出新的关系和模型，提供预期有用的信息。

数据挖掘的关键是充分利用高效快速信息搜索技术，以便在已有数据库上挖掘到大量对有用的数据。

利用MicrosoftSQLServer的组件开放接口可进行数据挖掘开发。

数据挖掘具体实现过程一般为：

1）建立挖掘模型。

用户根据功能需求和机构的结构要求选择挖掘算法，选择预测实体和训练数据，建立适当的关系数据挖掘模型或OLAP数据挖掘模型

2）从数据库中挖掘出数据，生成测试集。

子模块的功能需求作为挖掘条件或规则输入到数据挖掘器DMTool（DataMiningTool）。

DMTool从已有产品数据库、知识库和规则库中挖掘出符合近似度条件的方案及其各种参数。

如有必要设计师可适当进行参数修改以满足需求，然后从中选择或全部选择，生成测试集。

3）对测试集预测、评价，选定方案。

由于SQLServer有先天优良的数据接口，可进一步开发以实现对网络数据库甚至对Web信息的挖掘。

3.4.4.空间数据处理与共享技术

在森林资源地理信息管理系统中，常用分层分类的概念来分别存储不同类别的空间数据，每一层存放一种专题或一类信息，并有一组对应的属性数据。

这样不论是数据维护还是空间分析，处理起来均较方便。

数据分层可以依照专题来进行，每层对应一个专题，包含一种或几种不同信息，并服务于林业生产某一特定的用途或目的。

迄今为止，多数森林资源地理信息管理系统是将空间数据和属性数据分开管理，所以一般的信息系统多是将地理信息系统软件用于空间数据管理，属性数据则用关系型数据库管理系统管理，空间数据和属性数据通过唯一内码建立连接。

但是这种办法引起的问题是：

空间数据与属性数据的连接太弱，易造成空间数据与属性数据的脱节；其次是空间数据和属性据库用不同的系统管理，造成资源浪费和管理混乱；三是由于空间数据不能统一存放于标准数据库中，造成空间数据不能在网络上共享。

随着地理信息技术的发展，解决这些难题的新技术已经不断涌现，主要的思路就是将空间数据和属性数据存放于统一的数据库里。

许多关系数据库已经提供了对空间数据的支持，为空间数据向关系型数据转换提供了便利。

众多地理信息系统厂商在这一领域加大了开发力度，空间数据处理与共享技术逐渐成为信息系统建设的热点问题，实现空间数据和属性数据的统一数据库管理是将来实现空间数据处理和共享的一大趋势。

概括而言，实现地理数据共享的必要性和优点主要体现在以下一些方面：

（1）整合分离的数据源是GIS及相关工具的主要特征之一；

（2）通过地理数据共享可以使更多的人使用和更充分地利用已有的数据，减少重复劳动和费用；

（3）使大家有可能基于一个公共框架工作，既节约金钱，又产生更大的协作利益；

（4）GIS系统更容易集成；