全 文 ：第 wu卷 增刊 t
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林 业 科 学
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数字林业平台技术研究与实现
张 旭 李增元 邓 广 陈 艳 雷振宇 范东璞 杨彦臣
k中国林业科学研究院资源信息研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 阐述数字林业平台的设计目标与作用 o针对林业信息化建设的特点采用面向服务的体系结构k¶¨µ√¬¦¨2
²µ¬¨±·¨§¤µ¦«¬·¨¦·∏µ¨ o≥’„l设计思想和网格技术 o提出数字林业平台的系统体系结构 o同时对数字林业平台的组成结
构和各个组成部分的功能 !工作原理等进行概要设计 ∀数字林业平台为实现林业各类信息资源的共享以及跨管理
层次和跨业务领域的协同工作提供了新的技术途径 ∀数字林业平台适用于构建国家 !省 !地k市l !县不同管理层次
的多种林业信息系统 o对林业信息化发展具有十分重要的指导意义 ∀
关键词 } 数字林业 ~面向服务的体系结构 ~网格技术
中图分类号 }×°vsu1t 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussyl增 t p ssvz p sw
收稿日期 }ussx p sy p uw ∀
基金项目 }国家 {yv项目 /森林资源与林业生态工程信息应用网格0kussu„„tswuvsl !/数字林业平台技术研究与应用0kussv„„us|sysl ∀
Ρεσεαρχη ανδ Ιµ πλεµεντατιον ον ∆ιγιταλ Φορεστρψ Πλατφορµ
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Κεψ ωορδσ} §¬ª¬·¤¯ ©²µ¨¶·µ¼~¶¨µ√¬¦¨2²µ¬¨±·¨§¤µ¦«¬·¨¦·∏µ¨ ~ªµ¬§·¨¦«±¬´±¨
t 数字林业平台的目标和结构
111 数字林业平台的目标
数字林业平台是林业信息化建设的重要信息基础设施 o同时也是今后林业各类信息应用系统的开发平
台与运行环境 ∀数字林业平台构建在 Œ±·¨µ±¨·网络之上 o通过采用 ×≤°ΠŒ°协议和网格技术 o将分布在网络中
的各种林业信息资源有机地联系起来 o形成具有资源共享和协同操作能力的林业信息基础设施 ~同时 o随着
Œ±·¨µ±¨ ·技术的快速发展 o数字林业平台可以无缝地过渡到下一代互联网k‘ŠŒl的环境中 ∀
数字林业平台的核心是各类资源管理与服务应用机制 o集成了国家 !省 !地k市l !县以森林资源管理和退
耕还林工程管理为主线的信息系统技术平台 ∀在国家和省级 o以森林资源数据分析 !决策和工程监测与评价
为主要应用内容 o以林业主管领导和管理人员为主要用户对象 o开展平台技术开发 !数据库建设和应用系统
构建 ∀在县级 o重点在于森林资源数据管理与应用 !远程数据交换和林业地面数据采集产品 o通过远程数据
交换实现平台与县级业务型应用系统的数据接口和各类信息的上传下达 o通过林业地面数据采集产品实现
野外环境下林业基础数据的自动采集 ∀
这样 o数字林业平台具有统一标准 !开放式结构 !在线服务等特点 o通过实现资源共享与协同工作实现林
业管理中多目标应用的需求 ∀
112 数字林业平台的结构
数字林业平台包括平台管理与支撑环境 !数据管理平台 !公共处理平台和应用系统开发与运行环境 w个
部分k图 tl ∀平台管理与支撑环境主要由各种系统软硬件设施和 q‘∞×框架 !u∞∞ !≥° !≤ f !¤√¤等组成 ∀
图 t 数字林业平台的逻辑结构
ƒ¬ªqt ׫¨ ²¯ª¬¦¤¯ ¶·µ∏¦·∏µ¨ ²©·«¨ §¬ª¬·¤¯ ©²µ¨¶·µ¼ ³¯¤·©²µ°
u 平台管理与支撑环境
整个数字林业平台以服务为基本管理单元 o平台体系
结构以 Š×w1s 为基础 ∀按模块来分 o针对管理服务的要
求 o需要 v部分 }服务容器 !服务管理 !服务安全 ∀总的来
说 o这一部分是建立在现有网络设施之上的基础设施 o是
受应用领域特性影响最小的一个组成部分 o具有很强的共
性 ∀这一部分加上运行于其上的一些被共享的服务和应
用可以被看作一个非常有力的公共平台 o为其上运行的各
种数字林业服务和应用提供各种通用的功能 ∀
平台管理与支撑环境提供了服务协议和标准以及部
分基本服务和应用支持环境 ∀数字林业平台遵循 ’Š≥„
k开放网格服务体系结构l和 • ≥• ƒ规范 ∀在 ’Š≥„体系结
构的定义中 o网格中所有软件 !硬件 !存储和网络资源都被
抽象成服务的形式 o通过服务屏蔽资源之间的差异 o为资
源的共享和协同提供了前提和基础 ∀ • ≥• ƒ规范明确了服务的形式以及具体的接口定义 o• ¥¨ ≥¨ µ√¬¦¨¶和相
关资源构成了 • ≥• ƒ框架下的资源 o• ≥• ƒ规范系列分别对资源的生命周期管理 !资源属性 !通知机制 !服务
组和错误处理等进行了详细定义k都志辉等 oussu ~ƒ²¶·¨µετ αλqousst ~ ²²µ¨ ετ αλqot||| ~Ž¤µ¯ ετ αλqousswl ∀
211 服务容器
网格服务容器是 • ≥• ƒ网格服务的基本运行环境 o为整个数字林业平台提供/面向服务的计算基础设
施0 o它将被部署到每一个需要进行服务交互的网格节点之上 ∀网格服务容器实现网格功能的远程部署 !运
行管理 !服务状态监控 !≥’„°请求处理与转发等核心功能 ∀
从功能上看 o服务容器是一个扩展的 • ¥¨服务容器 ~从形式上看 o网格服务容器是网格服务的基本运行
环境与一些实现共性系统功能的基本服务的集合 o这些服务被预先部署在基本运行环境之中 o容器启动后开
始提供服务 ∀
212 服务管理
服务是网格中最重要的概念 o是网格的基础 o服务需要具有符合服务访问和部署标准的接口 o可以通过
网格基础设施加以访问 o并能够为网格的用户提供一定的能力 ∀数字林业中的服务可分为网格元服务和网
格应用服务 ∀
服务发现是根据指定的网格服务标识获得网格服务的详细描述信息 o取出 • ≥⁄文件和元数据文件 o然
后形成网格服务对象 ∀
网格元服务指的是为网格中各种资源整合所需要的服务 o这些服务并不直接解决应用问题 o而是为了整
合其他服务而提供 o故把这些服务看作/服务的服务0 o称为/元服务0 ∀网格元服务包括了服务索引服务 !网
格安全服务等 ∀
网格服务管理提供对服务的注册 !查询 !浏览 !发现和监控等功能 o并支持对网格服务的语义和网格服务
动态元数据项进行描述 ∀网格服务管理根据网格服务容器反馈的运行信息 o自动进行网格服务质量等级编
排 o为网格服务容器监控服务执行提供监控事件定义的支持 ∀网格服务管理负责网格服务元数据的存储 !修
改和查询 o每个网格服务的元数据用一个 ÷ 文档表示 o平台中 • ¥¨服务调用有一整套机制 o具体结构设计
见图 u ∀
在网格服务的调用过程中 o网格应用作为调用者首先调用的是数字林业网格服务访问接口 o再由服务容
器客户端通过网格按照相关协议与服务容器的发布接口进行通信 o通过服务容器实现对服务的调用 ∀网格
基础设施开发出来后 o调用过程被虚拟化为应用依照一系列的标准协议直接调用服务并获得服务结果 o一系
列的调用细节被屏蔽掉了 ∀
v 数据管理平台
数字林业数据管理平台主要解决 v个问题 }提供分布数据资源的全局视图与统一管理 ~提供异构数据资
源的统一服务接口 ~实现平台中各类数据的相互交换 ∀主要面向的用户包括系统管理员 !应用程序开发人员
{v 林 业 科 学 wu卷
图 u 服务调用机制
ƒ¬ªqu ׫¨ ¶¨µ√¬¦¨ ¬±√²®¨ ° ¦¨«¤±¬¶°
和部分最终用户 ∀
数字林业数据管理平台的系统组成如图 v所
示 ∀数字林业数据管理平台的重点是空间数据管
理和 „µ¦ŠŒ≥ ’¥­¨¦·管理 ∀
311 空间数据管理
空间数据管理的数据浏览必须提供足够的元
数据信息 o使 „µ¦ŠŒ≥ ’¥­¨¦·管理人员和应用开发人
员能够使用其提供的数据 ∀图 w中的新建 !删除 !
导入 !导出从内容上包括 ŠŒ≥数据和遥感数据 ~数
据格式上包括空间数据库文件 !÷ 文件 ~不仅可
以是单个数据 o也可以是数据集 ∀
312 ΑρχΓΙΣ Οβϕεχτ管理
„µ¦ŠŒ≥ ’¥­¨¦·管理的主要任务如图 x 所示 o
„µ¦ŠŒ≥ ’¥­¨¦·浏览必须提供足够的元数据信息 o使
应用开发人员能够使用其提供的服务 ∀
图 v 数字林业数据管理平台的系统组成
ƒ¬ªqv ׫¨ ¦²±¶·¬·∏·¨¶²©§¬ª¬·¤¯ ©²µ¨¶·µ¼ §¤·¤ °¤±¤ª¨ ° ±¨·³¯¤·©²µ°
w 公共处理平台
公共处理
平台包括 ŠŒ≥
处理服务和各
种林业常规处
理服务 ∀ ŠŒ≥服
务依托 „µ¦ŠŒ≥
≥¨ µ√¨ µ开发 ∀服
务 采 用 • ¥¨
图 w 空间数据管理的结构
ƒ¬ªqw ׫¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨ ²©¶³¤·¬¤¯ §¤·¤ °¤±¤ª¨ °¨ ±·
≥¨ µ√¬¦¨ 形式 o通过 ≥’„°调用 ∀输入输
出数据集采用 ÷ 格式文件 o通过
ƒ×°传输 ∀参数传递采用 • ⁄≥文件
描述标准k…µ∏±¨·ousstl ∀
411 ΓΙΣ处理服务
w1t1t 地图可视化服务 通过 ˜•
表单提交请求 o请求地图服务器完成
某项功能 o产生一幅地图 o回答关于地
图基本内容的查询 ~告诉其他程序服
务器能产生什么地图 ∀数据存取服务
指服务器响应客户的操作请求 o以数
据记录或空间图形特征为单位 o通过数据库管理系统或 ŠŒ≥软件 o完成存取空间数据及相关属性数据 o数据
存取服务要支持多用户请求 o并保持空间数据的完整性和一致性 ∀
w1t1u 数据输入服务 数据输入服务包括将现有地图 !外业观测成果 !航空像片 !遥感数据 !文本资料等转
换成计算机兼容的数字形式的各种处理转换软件 ∀针对不同的仪器设备 o例如人机交互终端 !数字化桌 !扫
描仪 !数字摄影测量仪器 !磁带机 !≤⁄p • ’ 和碰盘机等 o配备相应的服务 o并保证将得到的数据归一化后进
入到地理数据库中 ∀包括数据传输 !投影变换 !误差改正和处理 !数据拼接 !数据截取等服务 ∀
w1t1v 图形及属性编辑服务 图形编辑服务用于对点状 !线状 !等值线 !面状等各类专题图的原始空间数据
进行图形编辑和更新处理 o以消除图形输入过程中出现的各种错误 ∀经过编辑处理后的空间数据才是有效
的可供使用的数据 o才可以用来进行分析 !查询 !设计和输出等操作 ∀
图形及属性编辑服务中最重要的是拓扑关系服务 ∀拓扑关系服务用于帮助用户对线状图层和面状图层
等进行拓扑关系的自动生成处理 ∀对于线状图 !面状图 o完成线线相交 !重合线检查 !封闭检查 !多边形生成 !
|v 增刊 t 张 旭等 }数字林业平台技术研究与实现
图 x „µ¦ŠŒ≥ ’¥­¨¦·的管理功能
ƒ¬ªqx ¤±¤ª¨ ° ±¨·©∏±¦·¬²± ²© „µ¦ŠŒ≥ ’¥­¨¦·
对结点进行修改和检查 o最终实
现结点 !内点和多边形的自动生
成 o建立空间拓扑关系 ∀
w1t1w 空间查询与空间分析服
务 空间查询与空间分析服务
完成空间特征集的查询和运算 o
是 ŠŒ≥ 处理平台的重要部分 ∀
具体包括几何量测 !空间查询 !
地图分析 !地形分析 !网络分析 !
多边形操作 !叠置分析 !决策分
析 !空间计算等服务 ∀空间计算
是很基本的服务 o它完成 u个空
间数据集的空间叠加 o产生新的
数据集 o包括空间交集 !空间并
集 !空间差集 !空间替换 !特征合并 !删除细节等运算 ∀
w1t1x 制图与输出服务 地图制作服务主要通过各种地图要素的指派来渲染不同图层 o将图层所包含的多
层信息反映在图上 o以制作各种专题图 ∀地图要素包括字体 !符号 !填充和线型等预处理过的要素和图例 !公
里网 !经纬线 !公里标尺 !边框及花边等再生成的要素 o它们体现和标明专题图的特征和属性 ∀
412 林业常规处理服务
林业常规处理服务包括数据挖掘 !’„°分析 !报表生成 !数据交换和数据传输 ∀
tl国家林业局 qusst q退耕还林还草工程县级作业设计技术规程k试行l
x 应用系统开发与运行平台
在数字林业技术平台 !林业基础和专题信息数据库的基础上 o可以建立面向国家 !省 !地k市l !县的森林
资源管理与监测应用系统和退耕还林k草l工程动态监测与管理tl等林业生态工程信息系统 ∀
林业基础信息数据库是林业生态工程和国家 !省 !市 !县多级应用系统的核心 o各级行政部门的工程管
理 !监测 !评估 !决策等信息均来自于数据库数据或对这些数据的进一步处理 !挖掘与分析 ∀数字林业技术平
台结合示范应用目标 o通过服务组合 o建立了面向业务流程的资源管理应用和工程监测应用 ∀
y 结论
依托通用的基础网格服务 o采用 ≥’„体系结构设计思想 o通过对林业信息资源的 • ¥¨服务化构造的数
字林业技术平台 o可以将广泛分散的各种林业信息资源通过访问接口的标准化和 • ¥¨服务化成为数字林业
平台的公共服务资源 o从而充分实现信息资源的服务共享 ∀这里所指的信息资源不仅是各类数据资源 o还包
括各种软件k如 ŠŒ≥ !⁄…≥等l !硬件k高性能计算机 !大型数据存储设备l等资源 o甚至从某种角度上看用户
也是一种可共享的服务资源 ∀基于数字林业平台中资源共享的基础上 o根据不同应用的需要对资源进行重
组和复用可以形成各种不同应用目标的林业信息系统 ∀因此 o数字林业平台是今后林业信息化的重要基础
信息设施 o它的不断深入研究对林业信息化发展具有十分重要的指导意义 ∀
参 考 文 献
都志辉 o陈 渝 o刘 鹏 qussu q网格计算 q北京 }清华大学出版社
…µ∏±¨ ·≥ qusst q„³³¯¬¦¤·¬²± ¬¨³¨µ¬¨±¦¨¶º¬·«·«¨ ª¯²¥∏¶·²²¯®¬·q°µ²¦¨ §¨¬±ª¶²©·«¨ z·«Œ∞∞∞ ≥¼°³²¶¬∏° ²± ‹¬ª« °¨ µ©²µ°¤±¦¨ ⁄¬¶·µ¬¥∏·¨§≤²°³∏·¬±ªo{t p {|
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k责任编辑 徐 红 石红青l
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