２０１８年８月第４期

林业资源管理

ＦＯＲＥＳＴＲＥＳＯＵＲＣＥＳＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴＡｕｇｕｓｔ２０１８Ｎｏ４

内蒙古大兴安岭林区森林资源管理系统的设计与实现

任　怡１，许等平２，赵彬柱３，黄国胜１，闫　哲１

（１国家林业局调查规划设计院，北京１００７１４；２国家林业局林产工业规划设计院，北京 １０００１０；３内蒙古大兴安岭森林调

查规划院，内蒙古 牙克石市０２２１５０）

摘要：以内蒙古大兴安岭重点国有林区为例，分析其森林资源信息化管理需求，基于ＳＯＡ架构和３Ｓ等技术，研

建了基于重点国有林区的森林资源管理系统，采用较为先进的插件式技术框架、内外业一体化协同更新、基于

空间索引的数据查询等关键技术，实现了林区内森林资源数据的外业采集、数据质检、数据更新、数据查询与

浏览、统计分析、专题图制作等功能。系统可为提升重点国有林区森林资源管理水平提供技术支撑。

关键词：重点国有林区；森林资源管理；ＳＯＡ；３Ｓ技术；协同更新

中图分类号：Ｓ７５；ＴＰ３９　文献标识码：Ａ　文章编号：１００２－６６２２（２０１８）０４－０１１２－０８

ＤＯＩ：１０．１３４６６／ｊ．ｃｎｋｉ．ｌｙｚｙｇｌ．２０１８．０４．０１８

ＤｅｓｉｇｎａｎｄＩｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎｏｆｔｈｅＦｏｒｅｓｔＲｅｓｏｕｒｃｅｓＭａｎａｇｅｍｅｎｔＳｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＤａｘｉｎｇ’ａｎｌｉｎｇＦｏｒｅｓｔＲｅｇｉｏｎ

ＲＥＮＹｉ１，ＸＵＤｅｎｇｐｉｎｇ２，ＺＨＡＯＢｉｎｚｈｕ３，ＨＵＡＮＧＧｕｏｓｈｅｎｇ１，ＹａｎＺｈｅ１

（１ＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔＩｎｖｅｎｔｏｒｙａｎｄＰｌａｎｎｉｎｇ，ＳｔａｔｅＦｏｒｅｓｔＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００７１４，Ｃｈｉｎａ，２ＦｏｒｅｓｔＰｒｏｄｕｃｔｓＩｎｄｕｓｔｒｙＰｌａｎｎｉｎｇ＆

ＤｅｓｉｇｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｔａｔｅＦｏｒｅｓｔｒｙＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００１０，Ｃｈｉｎａ，３ＡｃａｄｅｍｙｏｆＦｏｒｅｓｔＩｎｖｅｎｔｏｒｙａｎｄＰｌａｎｎｉｎｇ，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＤａｘｉｎｇ’

ａｎｌｉｎｇ，Ｙａｋｅｓｈｉ０２２０１５，ＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｎｅｅｄｓｏｆｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｆｏｒｅｓｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｂｙｔａｋｉｎｇｔｈｅｅｘａｍｐｌｅｏｆｍａｊｏｒｓｔａｔｅｏｗｎｅｄｆｏｒｅｓｔａｒｅａｓｉｎｔｈｅＩｎｎｅｒＭｏｎｇｏｌｉａＤａｘｉｎｇ’ａｎｌｉｎｇＡｆｏｒｅｓｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔｓｙｓｔｅｍａｂｏｕｔｍａｊｏｒｓｔａｔｅｏｗｎｅｄｆｏｒｅｓｔａｒｅａｓｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｈｒｏｕｇｈａｐｐｌｙｉｎｇＳＯＡ，３ＳａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＷｉｔｈｔｈｉｓｎｅｗｓｙｓｔｅｍ，ｓｏｍｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｂｏｕｔｆｏｒｅｓｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓｄａｔａｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｆｉｅｌｄａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ，ｄａｔａｑｕａｌｉｔｙｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ，ｄａｔａｕｐｄａｔｅ，ｄａｔａｑｕｅｒｙａｎｄｂｒｏｗｓｉｎｇ，ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｔｈｅｍａｔｉｃｍａｐｍａｋｉｎｇＩｎａｄｄｉｔｉｏｎ，ｓｏｍｅａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｗｅｒｅａｄｏｐｔｅｄ，ｓｕｃｈａｓｐｌｕｇｉｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｒａｍｅｗｏｒｋ，ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｕｐｄａｔｅｏｆｉｎｓｉｄｅａｎｄｏｕｔｓｉｄｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ，ｄａｔａｑｕｅｒｙｂａｓｅｄｏｎｓｐａｔｉａｌｉｎｄｅｘ，ｅｔｃ，ｗｈｉｃｈｐｒｏｖｉｄｅｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｓｕｐｐｏｒｔｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｌｅｖｅｌｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔｉｎｍａｊｏｒｓｔａｔｅｏｗｎｅｄｆｏｒｅｓｔａｒｅａｓＫｅｙｗｏｒｄｓ：ｍａｊｏｒｓｔａｔｅｏｗｎｅｄｆｏｒｅｓｔａｒｅａｓ，ｆｏｒｅｓｔｒｅｓｏｕｒｃｅｓｍａｎａｇｅｍｅｎｔ，ＳＯＡ，３Ｓ，ｃｏｌｌａｂｏｒａｔｉｖｅｕｐｄａｔｅ

收稿日期：２０１８－０６－１５；修回日期：２０１８－０７－１０基金项目：科技部国家重点研发计划课题（２０１６ＹＦＢ０５０１５０５）作者简介：任怡（１９８１－），女，陕西西安人，工程师，硕士，主要从事森林资源监测及“３Ｓ”技术林业应用工作。

Ｅｍａｉｌ：５８４６７５８＠ｑｑｃｏｍ

　第４期 任怡等：内蒙古大兴安岭林区森林资源管理系统的设计与实现

０　引言重点国有林区是我国面积最大、开发最早，对

国家经济社会发展贡献最大的林区［１］。根据第八

次全国森林资源清查结果显示，我国东北、内蒙古

四大国有林区森林面积 ３２６６６７万 ｈｍ２，占全国森林总面积的１５７％。森林蓄积量３５９６亿 ｍ３，占全国森林蓄积量的２３３８％［２］。２０１５年国务院印发《国有林区改革指导意见》中对重点国有林区

的森林资源管理提出了新的要求，在生态文明建

设的新形势下，重点国有林区要继续发挥自己的

区域生态优势，确保森林资源的稳步增长。因此

如何科学地管理森林资源成为了林区一项重要而

紧迫的任务。

森林资源具有数据结构的多维性、数据量大、

更新频繁等特点。森林资源管理系统就是利用各

种手段对森林资源的信息进行采集、存储、处理和

加工，为人类有效的管理和利用资源服务［３］。我国

林业工作者自２０世纪８０年代，就开始了对森林资源管理系统进行研究，董乃钧、陈谋询等利用数据

库管理软件，构建了我国第一个森林资源管理系

统［４］，２０世纪９０年代尝试利用 ＧＩＳ技术，对森林资源调查与规划、数据动态管理和维护、空间信息查

询等关键技术和方法，进行了试验和研究，森林资

源管理系统由传统的属性管理转为空间信息管

理［５］。近年来，随着“３Ｓ”、数据库和互联网技术在林业的广泛应用，从全国到地方陆续建立了不同范

围、不同级别的森林资源数据库和管理信息

系统［７－１０］。

随着森林资源管理工作的加强，森林资源管

理系统的及时更新、信息共享、综合分析能力不足

的问题逐渐凸显。本文以内蒙古大兴安岭重点国

有林区为例，以林区的管理需求为基础，提出森林

资源管理系统构架和数据资源整合的基本思路，

为有效地收集、处理、组织和利用森林资源数据，

促进重点国有林区管理的科学化、规范化提供

借鉴。

１　需求分析内蒙古大兴安岭重点国有林区内设有林业局

２６个，林场２４１个。每个单位仅仅掌握本地范围内的森林资源情况，对其他单位甚至于全林区的森林

资源状况了解甚少。目前，林区内已经开展了多期

林地变更调查工作，以林业局为单位的二类调查正

在进行。面对这些不断变化的数据，应当及时更新

和获取，实现资源的共享和交流，准确地反应最新

的森林资源现状和消长动态。森林资源管理系统

就是基于面向服务的架构（ＳＯＡ），以“３Ｓ”技术为核心，利用移动端数据存储、分布式数据库技术，以全

林区的工作人员为服务对象，以内蒙古大兴安岭国

有林区森林资源信息管理现状的分析和评价为研

究内容，最终实现林区森林资源信息化管理。

１１　用户需求不同层次的用户需求不同，森林资源管理系统

的用户，可以划分为纵向和横向两个方面。在纵向

上，按行政级别划分，森林资源管理系统所涉及的

用户有林管局、林业局、和林场这３个级别的用户。林管局用户关注的是全林区森林资源总量、消长情

况、林地征占和灾害等概要信息；林业局用户关注

的是辖区内资源总量、消长量、造林等各专题具体

统计信息；林场用户对信息的需求是林班数据的更

新、提交、业务申请的批复。

在横向层面上，可将用户划分为资源管理、天

然林保护、生态工程、造林、森林防火等系统专题用

户组，这些用户一般与相关的职能部门对应，关心

的是林业专题数据的统计分析。其他用户主要是

林业部门以外的其他政府单位和公众用户，这些用

户关注的是系统的浏览查询。

１２　功能需求建立国有林区森林资源管理系统的目的就是

通过网络的互联互通，实现信息的传输和共享、降

低信息成本，提高森林资源管理部门的工作效率。

功能方面的需求主要有以下几个方面。

１）数据更新。对外业采集并核实的数据，通过在线上传，系统更新完成资源数据变档和更新，更

新的成果数据实时存储到森林资源数据库中。

２）数据管理。针对数据类型的多样性，建立相应的数据库管理规则，进行数据标准化检查、数据

处理、专题制图和统计分析等，实现林区森林资源

３１１

林业资源管理 第４期　

数据的高效管理。为应用和服务提供支撑。

３）数据共享。为了消除“业务孤岛”和“信息孤岛”，在数据抽取加工的基础上，按照森林资源管理

的相关要求，整合信息资源，构建林场、林业局、林

管局自下而上共享数据库。

１３　安全保障需求随着信息化的深入发展和持续推进，互联网

技术的普及和广泛应用，信息安全和网络安全已

经成为信息技术发展中的一个重要议题。森林资

源管理系统的安全需求，首先是要内网和外网进

行物理隔绝，在此基础上制定内网安全保障体系，

通过控制、监控、审计和管理，对非法行为进行详

细记录、完成追踪、审查和取证，实现内网的综合

保密防护。

２　系统目标系统的建设目标是基于最新的“ＳＯＡ”，“３Ｓ”

技术，充分利用移动端的数据存储与处理技术、以

全林区基础地理信息、遥感影像为支撑数据，整合

二类调查数据、林地更新数据和其他业务数据构

建森林资源成果数据，通过建立从外业到内业，自

下而上、互联共享、功能完善的森林资源管理系

统，实现全林区森林资源动态更新、管理、发布与

应用，为各级业务人员提供详实的森林资源信息

支撑。

３　系统设计森林资源管理系统采用“三横两纵”的框架

结构，“三横”为基础设施、数据库和功能层，“两

纵”为遵循与支撑“三横”的综合应用和安全管

理标准规范。基础设施层包括硬件设备和软件

平台；数据资源层包括基础数据、业务数据、元数

据和整合形成的森林资源数据库；功能层包括数

据更新、数据查询、数据统计分析、数据管理和数

据展示。

系统采用ＧＩＳ技术，将属性数据与空间数据结合，可将遥感数据、森林资源数据利用 ＧＩＳ地图直观显示。采用 Ｂ／Ｓ和 Ｃ／Ｓ混合设计方式，Ｂ／Ｓ客户端采用 ＪａｖａＳｃｒｉｐｔ语言实现界面和功能开发，服务端采用 Ｊａｖａ语言结合 Ｔｏｍｃａｔ实现数据的管理和发布；Ｃ／Ｓ客户端采用 Ｃ＃实现桌面系统界面和功能开发。

图１　系统框架图Ｆｉｇ１Ｓｙｓｔｅｍｆｒａｍｅｗｏｒｋ

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　第４期 任怡等：内蒙古大兴安岭林区森林资源管理系统的设计与实现

３１　部署架构设计根据内蒙古大兴安岭林区的组织结构，系统的部

署构建分为两个，即林管局和林业局。第一个分区是

全林区的森林资源数据库中心，位于林管局信息中心，

主要是全林区数据库及应用系统。包括数据库服务

器、森林资源管理服务器、应用服务器。林管局各处

室、下级林业局、林场通过局域网根据用户权限进行访

问。第二个分区是各林业局森林资源数据中心，部署

一台数据库服务器，用来存储林业局的林地更新数据、

二类调查数据、其他业务数据，如图２所示。

图２　网络部署构架Ｆｉｇ２Ｎｅｔｗｏｒｋｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

３２　数据库设计数据库是信息系统的核心，数据库设计是系统

设计的核心，是决定系统成功与否的关键，也是评

价一个系统建设水平高低的关键指标［５］。根据林

区现有的数据情况和业务需求，按照“一张图”，“一

套数”和信息共享交换的建设目标，构建了森林资

源数据库和共享数据库。

森林资源数据库包括了基础地理数据、遥感影

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林业资源管理 第４期　

像数据、林业业务数据和元数据，如表１所示。林业业务数据以二类调查数据、林地落界数据和其他业

务数据为主，按照统一的标准对这些业务数据进行

图形、属性的融合处理，形成森林资源数据。基础

地理数据、遥感像数据通过图层叠加的方式，以森

林资源数据作为本底对各类林业专题数据进行

支撑。

共享数据库是为了满足全林区各级林业系

统、不同业务部门、其他政府部门以及公众对信息

共享需要而设计的。共享数据主要是对森林资源

数据、基础地理数据、专题图等数据进行抽取、清

洗、结构转换等方式进行数据整合处理，实现数据

高度共享。

表１　数据库数据内容Ｔａｂ１Ｄａｔａｃｏｎｔｅｎｔｏｆｔｈｅｄａｔａｂａｓｅ

数据库 内容 备注

基础数据库 基础地理数据 行政界限、水系、道路、居民点、

ＤＥＭ数据

遥感影像数据 不同年份的航片和卫星影像

业务数据 林地落界数据 林班界线数据、林地图班数据、

属性数据

二类调查数据 小班调查数据、角规调查数据、

控制样地数据

森林防火 火险等级区划数据、防火重点区

划数据、护林站

天然林 天然林分类区划数据、天然林作

业设计

其他业务数据 林地征占用数据、营造林数据、

采伐等

元数据 描述数据的数据 代码表、统计表模板、制图模板、

系统配置数据

图３　数据库关系图Ｆｉｇ３Ｄａｔａｂａｓｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ

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　第４期 任怡等：内蒙古大兴安岭林区森林资源管理系统的设计与实现

４　系统的功能模块实现根据系统的架构，将森林资源管理系统的功能

分为以下几个主要模块。

４１　外业采集模块以移动 ＧＩＳ，ＧＰＳ为基础，采用嵌入式移动设

备。主要用于林场用户在进行林业外业调查时提

供准确定位导航、查询浏览、林班数据的采集编辑

和属性录入、数据同步等功能。辅助外业调查人员

高效完成数据的采集工作，采集结果在线回传共

享，实现内外业协同更新。

４２　数据质检模块此模块主要是为了确保森林资源数据的准确

性，根据逻辑规则和地图属性进行数据检查。包括

图形检查、属性检查和错误记录。其中图形检查主

要是对小班的拓扑关系进行检查，如图４所示。属性检查包括了关键字、字典域、逻辑关系等的检查，

如图５所示。

图４　图形检查Ｆｉｇ４Ｇｒａｐｈｉｃｅｘａｍｉｎａｔｉｏｎ

图５　属性检查Ｆｉｇ５Ａｔｔｒｉｂｕｔｅｃｈｅｃｋｉｎｇ

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林业资源管理 第４期　

４３　数据更新模块该模块主要是实现森林资源数据的常规更新

和专题图更新功能，包括图形编辑、属性更新、字段

批量更新、小班面积批量赋值、属性赋值等，更新的

成果实时存储在林业局森林资源数据库中，并按照

更新时点要求及时汇交到林管局森林资源数据

库中。

４４　数据查询与浏览模块数据查询模块主要实现了属性、图形、空间关

系的查询，将森林资源管理落到了小班地块。为林

区各级管理部门宏观了解森林资源状况，微观上掌

握森林资源现状和变化提供依据。属性查询通过

使用ＳＱＬ语句选择满足查询条件的对象，如图６所示；空间关系查询包括点查询、线查询和面查询，是

通过要素之间的空间关系来选择满足查询条件的

矢量对象，如图７所示；Ｉ键查询是选中某一要素，在“Ｉ键查询”对话框，显示该要素数据信息，如图８所示。

　　　　　　图６　属性查询　　　　　　　　　　图７　空间查询　　　　　　　　　　　图８　Ｉ键查询

　　　　　Ｆｉｇ６Ａｔｔｒｉｂｕｔｅｑｕｅｒｙ　　　　　　　　　　 Ｆｉｇ７Ｓｐａｔｉａｌｑｕｅｒｙ　　　　　　　　　　　　Ｆｉｇ８Ｉｋｅｙｑｕｅｒｙ

　　数据浏览模块是在查询的基础上或者直接对数据进行浏览以及图层的放大、缩小、平移和全图

显示等功能。

４５　数据格式转换模块该模块主要实现了不同格式、不同坐标系的各

类林业资源数据的转换。包括 ｓｈｐ，ｍｄｂ等 ＡｒｃＧＩＳ格式的相互转换；支持不同坐标系之间的相互转

换，包括西安８０、北京５４、地方坐标系等；支持大地坐标与地理坐标之间的转换，包括ＷＧＳ－８４与西安８０、北京５４、地方坐标系等之间的转换。４６　统计分析模块

此模块主要实现了森林资源各种统计表的生

成和各类数据的统计、分析。系统根据所显示的地

图和查询条件，按照用户需求，可生成各类报表包

括地类、蓄积量、郁闭度等。系统用户通过相关属

性字段值的对比，比较各个单位内某字段属性值的

总和及其动态，将数据变化的趋势与走向通过图表

显示出来，为森林资源监管提供依据。

４７　专题图制作模块该模块提供了各种专题图的制作方法，包括单值

专题图、分段专题图、标签专题图等。此外，还可根据

业务需求进行专题图定制，实现按照基础地理要素、

林地小班等图式规范，进行符号库的制作、编辑。对

标准分幅、任意范围的制图模板的定制与管理。

４８　系统管理模块此模块主要是实现系统的日常管理功能，包括

用户权限管理、日志管理、数据上传下载等，为系统

的正常运行提供保证。

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５　关键技术５１　插件式框架平台技术

森林资源管理系统采用插件技术构建插件和

宿主，定义插件和宿主之间的接口，在划分系统功

能基础上，将各部分功能以插件形式实现，通过发

射技术解析插件实现的接口，实现对插件的动态

加载、更新、删除等管理工作［６］。在软件的设计和

开发过程中，将整个应用程序划分为宿主程序和

插件对象两部分，宿主程序能够调用插件对象，插

件对象能够在宿主程序上实现自己的逻辑。使用

插件式框架能够有效地降低功能对象与对象管理

逻辑之间的耦合程度，并将耦合置于最优的程度。

可以在无需对程序进行重新编译和发布的条件下

扩展程序的功能。可以在不需要程序源代码的环

境下为程序增加新的功能。在一个程序的业务逻

辑不断发生改变、新的规则频频加入时能够灵活

适应。

５２　内外业一体化协同更新技术系统采用全球卫星定位技术、移动ＧＩＳ技术、移

动互联技术和基于时空模型的森林资源数据库更

新技术，通过更新模块和智能终端结合的模式，完

成了森林资源数据更新的无缝、高效衔接。智能终

端进行外业调查数据采集和核实，更新模块通过外

业下发和回传实现外业调查任务的分配，并能够及

时与智能终端端数据对接，核实后的外业成果数据

通过更新模块上传至成果数据库中。实现了森林

资源数据的在线更新机制，能够及时、准确地反映

出林区的森林资源情况。

５３　基于空间索引技术的数据查询数据的快速浏览、查询是系统的一项重要功

能。系统基于全球金字塔数据瓦片模型，对全林区

数据利用空间坐标做网格化划分并建立空间检索

索引。用户进行数据查询时，系统可通过空间索引

缩小寻找区域，比以往大范围内的数据搜寻所用时

间较短，通过该技术可以很好地实现属性数据的编

辑等操作。

６　系统应用及讨论１）基于“ＳＯＡ”，“３Ｓ”技术研发的内蒙古大兴

安岭林区森林资源管理系统，以矢量数据、数字高

程模型、影像数据、栅格数据为数据主体，建立了覆

盖全林区的多类型、多尺度、多时态的森林资源空

间属性数据库，实现了林区内多层次协同更新、多

源异构数据的融合统一，互联共享。系统的建设可

为国有林区信息化管理提供参考和借鉴。

２）内蒙古大兴安岭森林资源管理系统已经在林区开展了应用示范研究，在建设和应用过程中

还应该加强数据采集、管理、应用的规范化与标准

化建设，制定相应的共享服务规范。今后还需进

一步完善各模块的功能，对历年森林资源数据进

行深入挖掘和分析，研发林地变化监测模型，开展

林地动态监测等，为林区森林资源管理提供科学

依据。

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