全 文 ：第 wu卷 增刊 t
u s s y年 | 月
林 业 科 学
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森林生态与资源信息共享系统的建立与应用
邓 广 张 旭 鞠洪波 范东璞 杨彦臣 雷振宇 陈 艳
k中国林业科学研究院资源信息研究所 北京 tsss|tl
关键词 } 森林资源信息 ~ • ¥¨ŠŒ≥ ~信息共享
中图分类号 }×°vsu1t 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussyl增 t p stx| p sw
收稿日期 }ussx p sy p uz ∀
基金项目 }国家十五科技攻关子课题 / 森林生态与资源信息共享0 kusst p …„ys{… p sxl !/ 林业资源数据库的更新与体系化扩展0
kussw…„ys{…p t p vl o国家 {yv 项目 / 森林资源与林业生态工程信息应用网格0 kussu„„tswuvsl !/ 数字林业平台技术研究与应用0
kussv„„us|sysl ∀
Βυιλδινγ ανδ Αππλιχατιον οφ Φορεστ Εχολογιχαλ ανδ Ρεσουρχσ
Ινφορµατιον Σηαρινγ Σψστεµ
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k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστ ΡεσουρχεσΙνφορµατιον ΤεχηνιθυεσoΧΑΦ Βειϕινγ tsss|tl
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Κεψ ωορδσ} ©²µ¨¶·µ¨¶²∏µ¦¨ ¬±©²µ°¤·¬²±~ • ¥¨ŠŒ≥ ~¬±©²µ°¤·¬²±¶«¤µ¬±ª
林业生产活动和科学研究过程中积累了大量基础数据 !统计数据和图件 o随着社会对森林生态环境的关
注 o迫切希望这些长期获得保存的信息能够为更多的人共享 ∀森林生态与资源信息共享的服务领域涉及公
众服务 !科学研究 !政府决策 o也是国家可持续发展信息共享平台不可或缺的组成部分 ∀本文运用近年兴起
并得到广泛应用的网络数据库技术 !• ¥¨ŠŒ≥技术 o实现基于 Œ±·¨µ±¨·的森林生态与资源信息共享系统 ∀虽
然 o网络数据库技术和 • ¥¨ŠŒ≥技术已经很成熟 o但是用于国家宏观林业资源信息与生态信息的整合 !共享
与发布 o还是不多见的k张旭等 ousstl ∀
1 系统结构设计
t1t 系统功能结构 森林生态与资源信息共享系统包括基于 ×≤°ΠŒ°协议族的软硬件环境和公共系统平
台 o关于前者 o张旭等kusstl中有系统论述 ∀公共系统平台中集成了来自不同部门和领域 o不同数据类型 !格
式 !精度 !时间尺度和空间尺度的存贮于异构数据库系统中的约 tŠ多数据 o它们主要包括属性数据 !矢量数
据 !遥感数据和图片 ∀公共系统平台对海量数据进行了分类分层处理 o存放在服务器端的数据仓库中 o并且
进行了 Œ±·¨µ±¨ ·发布 ∀通过公共系统平台的界面导航系统 o用户可以看到森林生态与资源专题信息和管理信
息 ∀森林生态与资源信息共享系统细致的信息层次见图 t ∀从系统结构的角度 o应用服务器端使用网络数
据库动态发布一般属性数据 o使用 • ¥¨ŠŒ≥发布空间数据 ∀
t1u 系统运行结构 森林生态与资源信息共享系统采用基于 • ¥¨的 …Π≥k浏览器Π服务器l运行模式 o这样用
户只要一个支持标准 ‹·³协议的网络浏览器 o通过 Œ±·¨µ±¨·就可以访问需要的信息 ∀具体来说 o采用的是 v
层结构 }客户端 !• ¥¨服务层和应用服务层 ∀
tl客户端 }用户在客户端通过 Œ±·¨µ±¨·向远程的服务器发出数据访问 !统计分析 !决策支持等请求 o得到
可视化的结果 ∀由于用户使用的是浏览器 o他是在图形界面和导航系统的指导下工作 o方便直接 ∀系统的主
页地址是 «·³}ΠΠ¶§¬±©²q©²µ¨¶·µ¼q¤¦q¦±∀
ul • ¥¨服务层 }响应浏览器的请求并处理 o不能处理的工作传递给应用服务层 ~接受应用服务层和自己
图 t 系统功能结构
ƒ¬ªqt ׫¨ ©∏±¦·¬²±¤¯ ¶·µ∏¦·∏µ¨ ²©¶¼¶·¨°
的返回结果 o返回给浏览器 ∀
vl应用服务层 }扩展了普通 • ¥¨
服务无法提供的功能 o包括动态网络数
据库服务 !空间地图发布和分析服务 !
空间数据仓库等 ∀
2 网络地理信息系统子系统
u1t • ¥¨ŠŒ≥的原理 网络地理信息
系统 o又称 • • • ŠŒ≥ !Œ±·¨µ±¨ ·ŠŒ≥ !≤¼¥¨µ
ŠŒ≥ !万维网 ŠŒ≥ !因特网 ŠŒ≥或网络化
空间数据库 ∀它出现于 us世纪 |s年
代后期 o今天已经广泛地应用于与空间
信息服务相关的基于 • ¥¨的应用系统
中 ∀开放地理信息系统协会 k’Š≤ o
’³¨ ± ŠŒ≥ ≤²±¶²µ·¬∏°l从万维网地图制
作试验床 • ×k • ¥¨ ¤³³¬±ª × ¶¨·¥¨§l
项目开始制定了一系列网络地图发布
的规范 ∀其中 ot||z年发布的5万维网
地图制作框架6第一次给出了万维网地
图制作的定义 o定义了 • ¥¨ŠŒ≥的体系
结构 !组件组成及关系 !技术体系及技术细节 ∀ • ¥¨ŠŒ≥的目标是面向对象 !分布式的互操作地理信息系统 o
它要能够共享多种来源 !多级尺度 !存放在异地的地理数据 o能够和其他应用软件集成 o通过 ¤√¤!≤’• …„ !
⁄≤’ 等技术跨平台协作运行 ∀ ŠŒ≥数据和功能是部署在 Œ±·¨µ±¨·不同服务器上的对象 o按需要进行装配和
集成 oŒ±·¨µ±¨·上的其他系统能和这些对象进行交换和交互操作 ∀
’Š≤互操作计划核心结构分为 v个层次 }底层是数据仓库 o中间层包括目录服务和各种算子 !模型等工
具 o上层是面向主题的应用 o包括显示 !编辑 !发现 !分析和发布 ∀通过目录服务来实现传输方式和发布的空
间数据服务的管理 ∀ ’Š≤定义了 • ¥¨ŠŒ≥应用服务模型 o它以 ŠŒ≥应用对象为基础 o通过统一的对象接口确
定分布式环境中 ŠŒ≥应用对象的创建和标识 !请求和操作 !类型和特征 o构造模型的基本结构和功能 ∀
万维网地图服务k • ¥¨ °¤³¶¨µ√¬¦¨l产生具有地理参照的地图 ∀地图 o在这里被定义为地理数据的视觉呈
现 o换言之 o地图不是数据自身 ∀地图服务器k • ¥¨ŠŒ≥ ¶¨µ√¨ µ或 • ¥¨ °¤³¶¨µ√¨ µ或 ¤³¶¨µ√¨ µl要完成 v个功
能 }产生一幅地图k图像的 !一连串的图形特征或者是一个打包的图形特征集合l ~回答有关地图的基本内容
的查询 ~告诉其他的程序本地图服务器能产生什么样的地图和这些地图中哪些能被进一步查询 ∀客户端仅
仅要求是标准的浏览器 o通过 ˜•表单提交请求 o来请求地图服务器完成某项功能 ∀
• ×定义了 • ¥¨ŠŒ≥的结构体系 o这是因特网上访问异构空间数据源的层次服务模型 ∀层次服务模型
以对空间数据的处理过程为基础 o定义了每一层的数据集和服务原语 o以及每一个步骤执行的输入和输出 o
因此遵循这些数据集和实现这些接口的不同万维网空间数据应用系统之间就可以交换数据和共享服务 ∀层
次服务模型的基本思想是把空间数据从数据库到浏览器的过程划分为几个逻辑上具有某种空间数据形式和
完成某种功能的相对独立的层 o每一层有其特殊的空间数据形式 o通过层间服务接口 o第 Ν层为第 Ν n t层
提供服务 o第 Νn t层可以访问第 Ν层的服务 ∀只要清晰地定义了每一层的数据格式 !接口服务过程k或称
服务原语l及其输入 !输出 o在不同的 • ¥¨ŠŒ≥系统之间通过相应邻层的服务接口调用就可以共享数据和操
作了 ∀
u1u • ¥¨ŠŒ≥子系统的构建 森林生态与资源信息共享系统中的 • ¥¨ŠŒ≥子系统中地图发布和网上空间分
析实现采用 Œ±·¨µªµ¤³«公司的 Š¨ ² §¨¬¤ • ¥¨¤³°µ²©¨¶¶¬²±¤¯ o空间数据存储在 ≥±≥¨ µ√¨ µusss中 ∀采用分布式
结构 o以 ‹×为应用层协议标准 o通过微软的服务器端脚本环境 o客户端浏览器向服务器提出申请 o所有的
程序都将在服务器端执行 ∀当程序执行完毕后 o服务器仅将执行的结果返回给客户浏览器 ∀
开发 • ¥¨ŠŒ≥空间分析采用构件技术 o把一个庞大复杂的应用程序分解成多个保持独立功能又协同工
作的模块 o这些模块通过各自的接口来相互通信从而完成实际任务 o每一个这样的模块称为构件 ∀
syt 林 业 科 学 wu卷
u1v • ¥¨ŠŒ≥子系统的功能 森林生态与资源信息共享系统中的 • ¥¨ŠŒ≥子系统遵循了 ’Š≤ 的层次服务模
型 o基本结构基于 • ¥¨v层Π多层结构 ∀ • ¥¨ŠŒ≥子系统实现的功能包括地图的漫游 !放大 !缩小 !停止传输 !
复制图片 !复原 !打印 !图层实时叠加 !路径计算 !查看与图上空间位置相对应的各种属性数据库 ∀当点击某
地区或矩形 !圆形选择某几个地区后 o被选中地区颜色变为反色 o可以查询该地区林业用地面积统计表 o并以
饼图等形式显示 ∀当不清楚某表列的含义或单位时 o点击该表列的表头 o将弹出该表列的含义和单位的解
释 ∀
通过指定某分布区域 o打开属性数据库 o查询该区域的植被类型 !面积等属性 ∀也可以通过属性数据库
中的若干属性因子 o在分布图上查询相应的分布区域 ∀通过统计功能 o可得到某植被类型的面积和或某省的
植被面积总和等数据 ∀
3 多维空间数据的组织与发布
v1t 空间数据的前期处理 网络地图发布服务的基础是地理空间信息的组织 ∀在森林生态与资源信息共
享系统中 o首先对要发布的空间数据进行加工和前期处理 ∀空间数据的前期处理涉及到专业数据标准 !共享
的空间信息框架和语义上的互操作问题 ∀由于基础底图 !专题图件来源不同 o成图目的与用途不同因而投
影 !比例尺不同 o这些图件需要一个共同的参照 ∀
对于纸图 o进行数字化 !生成拓扑等工作 ∀对于已经数字化的数据 o进行数据格式转换 ∀数据格式转换
过程中分别进行分类 !筛选 !整理和语义上的转换和统一投影类型的工作 o栅格数据类型还是按栅格类型进
行显示 ∀
为了实现不同比例尺的图件按照图层存储叠加分析 o做了 v项共性工作 ∀首先进行专题图件与基础底
图的配准 ~其次统一了信息编码标准tl o并对不一致的属性数据按照信息编码对照表进行转换 o使得各种数
据之间建立对应关系 ~最后 o建立起符合中国可持续发展信息共享系统标准规范的元数据和数据字典 ∀元
数据是说明数据内容 !质量 !状况和其他有关特征的背景信息 ~数据字典用于描述具体数据库的信息 o分为若
干子集 o包括元数据实体集 !标识 !数据质量 !参照系 !内容 !分发 !范围 !引用 !负责单位等k中国 ut世纪议程
管理中心 ot||| ∀元数据和数据字典有助于有效地管理和维护空间数据 o但最重要的作用在于提供通过网络
对数据进行查询检索的方法或途径 o便于用户查询使用地理空间数据 ∀
tl中国科学院地理科学与资源研究所 qussv q中国可持续发展信息共享系统信息分类和编码标准k内部使用稿l
v1u 空间数据仓库的构建 共享系统中的空间数据组织结构纵向上按不同专题分层 o横向按照各级比例尺
分层存储 ∀国家和省级的基础底图包括国界 !省界 !县界 !铁路 !公路 !河流 !湖泊等图层 o国家和省级的专题
图件包括植被 !土壤 !地貌 !地形 !沙漠 !地质 !森林 !草地 !草地资源自然保护区 !能源矿产资源 !土地利用 !土
地利用规划分区 !土地利用耕地保护 !自然保护区 !荒漠化地区耕地退化分布等图层 ∀县级层次的专题图件
资料包括不同比例尺的地形图 !最新 א 遥感影像图 !土地利用现状图 !土壤图 !植被图 !水文地质图 !人口密
度图 !其他专题图k行政区划图 !水系分布图 !降雨分布图 !土壤侵蚀模数分布图等l ~自然和社会经济资料包
括地质 !地形 !气象 !水文 !土壤 !生物 !植被 !土地承载能力 !人口 !劳力 !耕地 !乡村界限 !土地利用状况 !林 !
牧 !副业现状资料 ~实用技术资料和专家知识库包括各种实用技术资料 o专家咨询资料 o各种调查资料 o当地
人们的实践经验 ∀
空间数据的这种组织方式可以实现基于空间位置的查询 o包括按照行政区划线索的递进式查询 o形成国
家 !省 !县的查询线索 ∀把基础底图 !生态环境信息专题图件 o与专家知识库联系起来 o通过 • ¥¨ŠŒ≥平台 o整
合不同语义的图件使之服务于生态环境信息建设的目标 ∀
由于 • ¥¨ŠŒ≥子系统是层次结构的 o越接近县级 o地方性知识的重要性越凸现出来 o系统也越具实用性 ∀
林业生态环境建设信息是面向省级 !县级应用的 o示范县的专题图件叠合遥感影像kאl o更加有利于县级决
策规划评价的实施 ∀
v1v 多维空间数据的表达 空间信息发布就其形式表现方面的理论依据来说还是传统的制图问题 o虽然制
图的环境变了 o但制图的原则依然有效 ∀制图综合是在地图用途 !比例尺和制图区域地理特点等条件下 o通
过地图内容的选择 !化简 !概括和关系协调 o建立能反映区域地理规律和特点的新地图模型的一种制图方法 ∀
地图模型对实地复杂地物进行选取和化简 o并且分类分级符号化 o通过图例和符号k包括颜色 !符号 !注记l的
搭配 o使发布的地图有较好的视觉效果 ∀
• ¥¨ŠŒ≥子系统中 o采取预先综合制图的方法 o把不同主题不同细节空间信息系列比例尺化 o形成无级缩
tyt 增刊 t 邓 广等 }森林生态与资源信息共享系统的建立与应用
放的效果 o这么做符合人们的认知习惯 ∀由于在特征方式传输的 • ¥¨ŠŒ≥平台中 o地图的颜色 !符号 !注记会
影响地图的传输速度 o因此这些信息要通过网络传到客户端 o再由客户端负责显示 ∀但是为了地图发布的完
整性 o性能上的牺牲是必要的 ∀
通过显示比例尺控制一次空间数据的网络传输量 o就是把发布的空间信息量限制在一个较小的范围内 o
用户请求范围决定传输比例尺的级别 o用户请求范围越小 o传输空间数据的比例尺越大 ∀以行政区划图为标
准来确定最小外接矩形 o用户放大地理对象到屏幕最大的显示区域确定在几个县的范围内 o其他专题图与之
适应 ∀对于数据量较大的森林分布图 o图层显示比例尺越大 !用户请求范围越小 o传输速度越快 !显示信息越
清晰 o说明这种做法在传输带宽受到制约的 Œ±·¨µ±¨·环境是可行而经济的 ∀
4 在线空间分析与应用
w1t 属性数据空间化 对森林生态与资源信息共享系统中的历次全国森林资源清查数据k第 x次森林资源
清查 !第 w次森林资源清查 !第 v次森林资源清查l的属性数据空间化处理后 o实现了全国森林资源现状和历
史的空间分析可视化显示 ∀提取出对于可持续发展有重要意义的指标 o如历次清查各省森林覆盖率 !林业用
地占总面积百分比 !有林地占林业用地百分比 !人均有林地面积 !人均有林地蓄积等 o进行分级对比按行政区
划显示 ∀属性数据空间化是指属性数据库增加与空间数据库相关的关联字段后 o从外部实现 u种类型数据
库的整合技术 ∀
w1u 在线空间分析 森林生态与资源信息具有可用性 !有限性 !整体性和区域性的特点 ∀通过森林生态与
资源信息共享系统 o社会用户 !专家 !政府官员可以方便 !及时地检索某时间段 k一般是几年l资源分布 !变化
状况 ~某时间段内满足指定条件的某种或几种相关资源利用特征k如 t||t ) t||{年 o新增林地的分布l ~在
什么时间发生了满足条件的变化k如查询哪一年林地减少最多l ~对指定特征实例的过去和发展进行查询 ∀
通过 • ¥¨ŠŒ≥进行森林资源动态分析 !森林资源消耗分析 o得到全国各省k区 !市l森林资源占全国比重及排
列名次 o直观地显示结果 ∀
x 讨论与结论
tl • ¥¨ŠŒ≥技术是林业空间信息共享 !数字林业的关键支撑技术 o具体如何应用到森林生态信息和森林
资源信息的共享方面有许多具体的技术环节和实施策略需要研究 ∀本文提出了 • ¥¨ŠŒ≥在森林生态与资源
信息共享系统中的应用框架 o包括数据模型的层次设计 !元数据管理 !面向决策支持和应用等 o为数字林业的
理论基础做了准备 ∀
ul应用 • ¥¨ŠŒ≥技术 !动态数据库技术和元数据管理技术 o建构了基于 Œ±·¨µ±¨·的森林生态与资源信息共
享系统 ∀在 • ¥¨ŠŒ≥的应用系统中实现了空间数据仓库式管理 !数据的分布式存储与管理 !应用服务器的分
布式部署 !简单的目录服务 !林业空间数据与属性数据的相互查询以及在广域网和局域网环境下的地图发
布 ~同时具备桌面 ŠŒ≥具有的简单图形操作功能和空间数据输出功能k如复制 !打印地图l ∀
vl本系统加强了基于 • ¥¨的林业专业信息的空间分析功能 o可为更多的人提供决策支持 !应用分析和
数据提取的共享服务 o使得信息共享不仅仅停留在数据集的共享 o更是专题服务的共享 ∀但是 o还没有实现
面向知识的空间数据挖掘k赵霈生等 ot|||l等功能 o这将是今后研究的方向 ∀
wl作为中国可持续发展信息共享系统的一个组成部分 o对于森林生态与资源信息共享系统不仅要具有
目前的数据共享功能 o还要更新和拓展数据资源 o特别是与社会 !经济 !人口 !能源等方面与可持续发展密切
相关数据以及最新的森林资源信息和森林生态信息 o并且进行可持续发展相关分析 ∀从庞大的数据库中提
取林业方面具有时间序列性质和覆盖全国的可持续发展指标性数据集 o研究专题分析模型 !综合决策技术 o
使其为中国可持续发展综合决策提供支持 ∀
参 考 文 献
张 旭 o雷振宇 o陈 艳 o等 qusst q森林资源信息共享技术研究与示范 q资源学报 oktl }xw p x|
赵霈生 o杨崇俊 qt||| q基于网络环境的地理信息系统整合与知识发现 q中国图像图形学报 okttl }|wt p |xs
中国 ut世纪议程管理中心 qt||| q中国地理信息元数据标准研究 q北京 }科学出版社
k责任编辑 朱乾坤 石红青l
uyt 林 业 科 学 wu卷