全 文 ：第 wu卷 增刊 t
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林 业 科 学
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基于数字林业平台构建森林资源管理应用系统研究
陈 艳 雷振宇 张 旭 刘 燕
k中国林业科学研究院资源信息研究所 北京 tsss|tl
摘 要 } 介绍数字林业体系的多层结构以及基于面向服务的体系结构k≥’„l的数字林业技术平台的构成 ∀结合
数字林业技术平台的研究 o在技术平台和林业基础数据库的基础上构建森林资源管理应用系统 ∀重点阐述应用系
统的实现方法 !运行模式以及主要功能 ∀研究表明 }在服务平台基础之上构建森林资源管理应用系统 o提高了系统
的重用性 !可扩展性和互操作性 o这种开发模式是今后应用系统开发的发展趋势 ∀
关键词 } 数字林业平台 ~ • ¥¨服务 ~森林资源 ~应用系统
中图分类号 }×°vsu1t ~≥zxz 文献标识码 }„ 文章编号 }tsst p zw{{kussyl增 t p ssvt p sy
收稿日期 }ussx p sz p uu ∀
基金项目 }国家 {yv课题/数字林业平台技术研究与应用0kussv„„us|sysl ∀
∆εϖελοπ µεντ οφ Φορεστ Ρεσουρχεσ Μαναγεµεντ Σψστεµ Βασεδ ον
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k Ρεσεαρχη Ινστιτυτε οφ Φορεστ ΡεσουρχεσΙνφορµατιον Τεχηνιθυεσo ΧΑΦ Βειϕινγ tsss|tl
Αβστραχτ } Œ±·«¬¶³¤³¨µ·«¨ °∏¯·¬¯¤¼¨ µ²©·«¨ §¬ª¬·¤¯ ©²µ¨¶·µ¼¶¼¶·¨° ¤±§·«¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨ ²©·«¨ ¶¨µ√¬¦¨2²µ¬¨±·¨§¤µ¦«¬·¨¦·∏µ¨ ¥¤¶¨§
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Κεψ ωορδσ} §¬ª¬·¤¯ ©²µ¨¶·µ¼ ³¯¤·©²µ°~ • ¥¨¶¨µ√¬¦¨ ~©²µ¨¶·µ¨¶²∏µ¦¨¶~¤³³¯¬¦¤·¬²±¶¼¶·¨°
我国林业信息分布广泛 !数量庞大 o运用常规的人工方式管理和分析 o不但周期长 !时效性差 o而且难以
满足复杂的数据分析需求 ∀随着计算机 !数据库 !网络等技术迅猛发展以及在林业中的广泛应用 o林业行业
从国家到地方 o从生产管理部门到研究机构构建了很多基于 …Π≥结构的应用系统k陈端吕 ousstl ∀但是 o由
于这些基于 • ¥¨的应用系统都是针对林业某一专门应用k如森林资源管理 !天然林保护工程管理与监测等l
进行开发 o开发者往往只注重实现当前的需求和设计 o而没有考虑由此产生的软件资源的扩展性和复用性 ∀
系统平台的差异以及数据标准 !存储方式的不同 o各应用系统之间不能互通互联 o无法实现共享 o形成了一个
个信息孤岛 o导致信息不及时 !不一致 !利用率低下 ∀因此 o开发通用性强 !标准一致的一体化的信息共享 !协
同作业平台 o实现各应用系统互联互通并提供智能化的信息服务 o以适应我国林业现代化建设的需求 o迫在
眉睫 ∀数字林业平台建设为解决不同应用系统之间的资源共享和协同操作提供了技术支撑 ∀本文将就如何
基于数字林业平台构建森林资源管理应用系统进行研究 ∀
t 数字林业体系结构
/数字林业0是对林业静态 !动态 !分析决策等各种特征的统一数字化表述与认识 o用户可以根据自己的
需要实时地调用和获取自己有用的信息 ∀建设数字林业是一个庞大而复杂的系统工程k方陆明等 oussul o涉
及广泛的领域和专业 o从涉及的内容和目的角度 o数字林业系统由应用系统层 !数字林业平台层和数据实体
层共同在统一的标准规范下组成k图 tl ∀数字林业标准规范主要由平台体系结构设计标准 !数据标准和平
台技术规范等组成 o它们是数字林业系统的基础保障 ~数据层由林业公共基础数据k如森林资源数据 !林业基
础地理数据 !遥感影像数据 !社会经济 !政策法规和文献资料数据等l和专题数据k如六大林业生态工程数据 !
森林灾害数据等l所构成的分布式数据库实体组成 o该层为数字林业各类应用提供数据支撑 ~数字林业平台
是数字林业系统的技术核心层 o由统一的服务管理平台下的各种数据服务 !公共处理服务组成 o它的支撑环
境主要由各种系统设施和 q‘∞×框架 !u∞∞ !≥° !≤ f !¤√¤!∂…等系统运行环境与开发工具组成 o为数据管理
和公共处理服务提供网络运行和支撑环境 ∀数字林业平台的目的是为林业各类应用系统提供基于网络的 !
统一的 !标准的公共技术服务 ~平台应用系统层是基于数字林业平台提供的各种服务构建的各种应用系统 o
它们是数字林业平台的服务对象 o应用系统构建成功与否是对平台技术先进性和实用性的有效验证 ∀
图 t 数字林业体系结构
ƒ¬ªqt ⁄¬ª¬·¤¯ ©²µ¨¶·µ¼ ¤µ¦«¬·¨¦·∏µ¨
u 数字林业平台
数字林业平台k§¬ª¬·¤¯ ©²µ¨¶·µ¼ ³¯¤·©²µ°l是数字林业的技术
支撑体系 o是林业各类应用系统的基础和系统平台 o以在线
服务的方式集成国家 !省 !地 !县以森林资源管理和林业生态
工程管理为主线的应用系统所需要的各种公共处理服务 ∀
因此 o数字林业平台的体系结构要求具有统一标准 !开放式
结构 !在线服务等特点 o能够实现资源共享 !协同工作和林业
管理中多层次多目标应用的需求 ∀在充分研究目前国内外
计算机技术 !网络技术 !通信技术等信息技术的基础上 o为平
台确定了面向服务的体系结构 k ≥’„ o¶¨µ√¬¦¨2²µ¬¨±·¨§
¤µ¦«¬·¨¦·∏µ¨l ∀
211 面向服务的架构(ΣΟΑ)
≥’„目前尚未有一个统一的 !业界广泛接受的定义 ∀一般认为 }面向服务的架构是一个组件模型 o它将
应用程序的不同功能单元 p服务k¶¨µ√¬¦¨l o通过服务间定义良好的接口和契约k¦²±·µ¤¦·lk消息机制l联系起
来 ∀接口采用中立的方式定义 o独立于具体实现服务的硬件平台 !操作系统和编程语言 o使得构建在这样的
系统中的服务可以使用统一和标准的方式进行通信 ∀
≥’„的本质既不是产品也不是应用 o而是进行应用开发 !产品选择 !应用集成的策略和解决方案 ∀≥’„
是一种架构模型 o它可以根据需求通过网络对松散耦合的粗粒度应用组件进行分布式部署 !组合和使用 ∀
≥’„的一个中心思想就是为多个应用的集成提供解决方案 ∀
212 Ωεβ 服务( Ωεβ σερϖιχε)
• ¥¨服务是基于网络的 !分布式的 !自描述的 !模块化的组件 o它执行特定的任务 o遵循一定的技术规范 o
提供了面向 Œ±·¨µ±¨·应用的统一服务注册 !发现 !绑定和集成机制 ∀ • ¥¨服务结合了基于组件的开发技术和
• ¥¨技术的最佳方面 ∀与组件类似 o• ¥¨服务表示可以重复使用的黑匣功能 o而无须担心服务实现的方式 ∀
与当前组件技术不同 o不能通过对象模型特定的协议k⁄≤’ !• Œ!ŒŒ’°ll访问 • ¥¨服务 ∀取而代之的是 o可
以通过普遍的 • ¥¨协议及数据格式访问 • ¥¨服务 o比如超文本传输协议k‹××°l和可扩展标记语言k÷ l ∀
• ¥¨服务体系结构 }• ¥¨服务基于 v种角色k见图 u }服务提供者 !服务注册中心和服务请求者l和 u种构
件k服务 !服务描述l o完成 v种操作k发布 !查询 !绑定l ∀服务提供者提供服务 o并向服务注册中心发布服务
描述信息 o服务请求者向服务注册中心查找到所需的服务和服务描述信息 o然后使用服务描述中的绑定细节
来定位 !联系和调用服务 o从而在运行时调用或启动与服务的交互k柴晓路等 oussvl ∀
213 ΣΟΑ与 Ωεβ服务
在理解 ≥’„和 • ¥¨服务的关系上 o经常发生混淆 ∀ • ¥¨服务是技术规范 o而 ≥’„是设计原则 ∀特别是
• ¥¨服务中的 • ≥⁄o是一个 ≥’„配套的接口定义标准 o这是 • ¥¨服务和 ≥’„的根本联系 ∀从本质上来说 o
≥’„是一种架构模式 o而 • ¥¨服务是利用一组标准实现的服务 o• ¥¨服务是实现 ≥’„的方式之一 ∀用 • ¥¨
服务来实现 ≥’„的好处是可以实现一个中立平台来获得服务 o而且随着越来越多的软件商支持越来越多的
• ¥¨服务规范 o会取得更好的通用性 ∀
虽然 ≥’„中的服务不一定就是 • ¥¨服务 o但 • ¥¨服务到目前为止是实现 ≥’„的最成功 !最流行的形
式 ∀面向服务需要解决很多问题 o简单讲就是服务的管理 !安全 !易配置的调用 !消息的可靠传递等 o这几年
• ¥¨服务日渐发展 o不断解决 ≥’„的基础问题 o比如 º¶2·µ∏¶·!º¶2¶¨¦∏µ¬·¼ !º¶2³²¯¬¦¼ !µ¨ ¬¯¤¥¯¨ °¨ ¶¶¤ª¬±ª等 ∀
uv 林 业 科 学 wu卷
图 u • ¥¨服务体系结构
ƒ¬ªqu ׫¨ ¶·µ∏¦·∏µ¨ ²© • ¥¨¶¨µ√¬¦¨
数字林业平台的构建就是将不同的林业信息处理技术封装
为统一标准的 • ¥¨服务形式 o并与计算机 !磁盘阵列 !网络等硬
件资源高度集成 o形成具有高效并行服务 !资源共享和网络应用
等特点的技术平台 o为构建林业各种应用系统提供基本服务组
件 ∀
214 数字林业平台构成
数字林业平台体系结构的最显著特点就是以/服务0为中心
k范军等 ousswl o由数据服务 !公共处理服务和服务管理 v个子平
台组成k图 tl ∀
数据服务平台 }是数字林业平台的基础 o它通过对林业生产 !
管理 !科学研究领域的各类数据资源以及相关行业的数据资源进行整合 o屏蔽数据资源的异构性和分布性 o
形成了一套完整的数据支撑平台 ∀向应用程序和用户提供以 • ¥¨¶¨µ√¬¦¨ 方式封装好的对数据库的操作 o如
数据管理服务 !数据交换服务 !数据传输服务 !数据提供服务和全局数据视图等服务k李希胜 oussxl o数据库
采用 ≥±≥∞• ∂∞• usss和 „µ¦ŠŒ≥ ∀
公共处理服务平台 }由构成数字林业应用系统的各种通用服务组成 o主要包括数据访问 !统计分析 !地图
发布 !空间分析 !数据传输 !文件操作等类型的服务 ∀目前平台中已经部署了数据管理 !空间分析 !v⁄处理 !
数据交换 !数值统计分析 !数据挖掘 !报表处理 !信息表达 !安全管理等 |大类 • ¥¨服务 o基于这些服务组件
按照林业管理业务的流程进行逻辑序列化组织便可以形成相应的应用系统 ∀
服务管理平台 }服务是数字林业平台的基础 o随着数字林业平台的建设 o产生了大量林业数据服务和技
术处理服务 ∀由于服务具有部署和访问的接口以及可被发现等特点 o通过服务管理平台可以实现对这些服
务的分类管理以及服务的注册 !查询 !浏览 !发现 !调用等功能 ∀
v 森林资源管理应用系统构建
研究构建数字林业平台仅是建设数字林业的初始目标 o只有在统一的技术标准体系下 o以数字林业技术
平台为基础 o构建面向林业各项管理的应用系统 o逐步实现林业管理与决策的信息化 !智能化才是最终目标 ∀
因此 o选择部分应用领域运用平台开展示范应用 o是验证平台技术可行性的最佳途径 ∀本文将以森林资源管
理应用系统为示范 o阐述基于数字林业平台构建林业应用系统的方法 o构建其他应用系统的方法与此雷同 ∀
311 系统实现方法
v1t1t 定义应用需求 构建森林资源应用示范系统的目标是为各级森林资源管理部门和相关部门的计划 !
决策 !组织 !指挥 !控制和协调等活动有效地组织森林资源数据 ∀根据森林资源信息管理的业务需求以及和
退耕 !天保等其他业务系统的关系 o确定如下应用功能 ∀
动态查询 }根据元数据 !数据表说明 !数据字典等 o列出可供查询的范围 o以时间 !地域为条件查询 o产生
查询结果返回 ÷ 格式数据 o客户端生成相应的显示表 ∀
动态分析 }根据元数据 !数据表说明 !数据字典等 o列出可供分析的范围 o先填写时间 !地域 !查询项等条
件 o如有计算项再填写计算公式 o生成显示表以及分析图 ∀
属性数据空间化显示 }根据元数据 !数据表说明 !数据字典等 o列出可供查询的范围 o以时间 !地域为条件
查询 o产生查询结果返回 ÷ 格式数据 o然后和行政区划图叠加 o客户端生成相应的属性数据空间分布图 ∀
多维数据分析 }根据小班多维数据列出可供选择的维度 o以时间 !地域以及选择的行 !列维度为条件 o产
生统计结果返回 ÷ 格式数据 o客户端生成相应的显示表 ∀
多维数据空间分析 }以地域 !维度为条件 o查询小班多维数据 o产生钻取结果返回 ÷ 格式数据 o然后和
林相图结合进行 ŠŒ≥处理 o生成某林业专题图 ∀
v1t1u 实现应用功能 数字林业平台采用 ≥’„ 的系统体系结构 o将基础数据 !专用处理系统kŠŒ≥ !⁄…≥
等l !通用分析与数据处理技术 !计算设施等资源以 • ¥¨¶¨µ√¬¦¨ 技术封装成为构建各类林业应用信息系统的
服务组件 o这些服务和应用可以通过 ‹××°和 ≥’„°协议被调用 o它们对用户来讲是透明的 o这样除信息共享
外 o平台还实现了应用 !服务共享 o一次开发 o重复利用 ∀基于数字林业平台中的服务组件按照林业管理业务
vv 增刊 t 陈 艳等 }基于数字林业平台构建森林资源管理应用系统研究
的流程进行逻辑序列化组织便可形成相应信息系统 ∀系统中各个应用功能的具体实现方法如图 v所示 ∀
图 v 应用系统开发过程
ƒ¬ªqv ⁄¨ √¨ ²¯³¬±ª¤³³¯¬¦¤·¬²± ¶¼¶·¨°¶
首先 o应用系统开发人员明确应用需求 o将应
用分解为若干小的应用服务k森林资源应用系统主
要涉及数据交换服务 !属性数据空间化服务 !属性
数据查询生成统计表 !分析图服务 !多维数据提供
服务 !多维数据查询服务 !数据钻取服务 !ŠŒ≥处理
服务和 ŠŒ≥发布服务l o登录数字林业平台中的服
务管理平台 o查询平台中是否有所需的服务 ∀然
后 o根据查询结果不同执行不同的工作 o如果所需
服务存在 o根据服务定义所规定的方式 o通过编程
将服务绑定到应用中 o完成调用功能 ~如果所需服
务不存在 o则通知服务开发人员开发部署新的服
务 o同时将服务发布到数字林业服务管理平台中 o
供不同的应用系统调用 ∀最后 o应用开发人员根据
业务需求 o将开发的各个应用功能模块进行序列化
组织 o这样就组成了一个实用的业务应用系统 ∀不
同的业务系统可以共享数据和服务 o提高了系统的
重用性和互操作性 ∀
v1t1v 应用运行模式 Œ±·¨µ±¨·发展至今 o• ¥¨应用成了其主流应用 o它经历了静态信息发布 !动态信息发布
和联机事务处理 v个阶段 ∀通过 • ¥¨对外发布信息 o不需考虑计算机操作平台 !数据格式 !数据服务位置等
问题 o只需浏览器 o就能做到把信息提供者 !管理者和使用者有机地联系在一起 o从而实现了信息的无偿共
享 o另外随着网络服务k • ¥¨¶¨µ√¬¦¨l的广泛应用 o…µ²º¶¨µΠ≥¨ µ√¨ µ运行的模式更体现出它的优势 ∀因此基于数
字林业平台的应用示范系统采用 …Π≥结构对外发布信息 ∀
图 w 应用系统多节点运行模式
ƒ¬ªqw „³³¯¬¦¤·¬²± ¶¼¶·¨° °∏¯·¬p±²§¨ µ∏±±¬±ª °²§¨¯
整个平台是由若干个节点构成的分布式系统k张志强等 oussvl o具体到某一节点而言 o由 ƒ×°缓冲池 !各
种数据服务 !业务服务 !业务应用以及数据管理中心组成 ∀系统可以调用各个节点上部署的 • ¥¨¶¨µ√¬¦¨ 来
wv 林 业 科 学 wu卷
构建自己的应用 ∀如图 w所示 o用户通过Œ±·¨µ±¨·登录到本系统 o通过 • ¥¨服务器调用应用服务器 o访问其上
部署的各种应用功能 o各功能模块一部分是调用自身的服务产生 o而另一部分是通过 Œ±·¨µ±¨·调用各个节点
上部署的服务生成的k段江涛等 oussxl ∀
312 系统功能
应用系统分析人员利用系统的应用功能 o结合系统业务需要 o生成了各种分析结果 o将这些结果按照一
定的逻辑顺序组合 o便形成了相应的应用系统 ∀目前森林资源应用示范系统是由如下功能模块组成的 ∀
图 x 森林资源管理应用系统功能模块
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v1u1t 数据统计汇总 首先从上级主管部门为下级上报数据部门建立用户 o同时制定上报计划及任务列
表 o以标准的 ÷ 格式存储 ∀下级数据上报单位使用自己的用户名和密码登陆到上级系统服务器 o获得需
要上报的数据文件及数据标准 o下载到本地 o由本级系统产生符合上报标准的数据 o以 ÷ 格式 o通过 ƒ×°
方式上传到上级系统 o由上级系统检查 !验收 o确定无误后汇总 !入库 ∀数字林业数据交换方式采用 ƒ×°协议
完成 o这种方式解决了多年来林业行业未解决的大数据量传输的问题 ∀
v1u1u 森林资源信息查询 查询是根据一定的目的 o对原始数据信息进行检索 !查找 !显示和浏览的过程 ∀
它是信息管理系统中最主要的功能之一 ∀查询方式包括空间查询和属性查询 ∀
v1u1v 森林资源现状分析 以统计单位和调查时间为条件 o详细分析各林种 !树种 !龄组的面积 !蓄积和结
构分布k如林木径级结构 !材种类型结构等l现状 o同时用户可通过自定义统计内容 o生成统计报表 o以 ∞¬¦¨¯
或其他格式输出 ∀通过分析 o决策者可以从森林可持续发展的角度对这些结构的合理性进行评价 o并对今后
的森林利用和调整做出决策 ∀
v1u1w 森林资源消长变化分析 以统计单位和调查时间为条件 o与历次调查结果进行比较 o分析土地利用
结构 o各类森林的面积 !蓄积 !结构和生产力的变化趋势 o总结期间森林经营中的经验和教训 ∀
v1u1x 多维数据分析 针对传统的森林资源管理系统难以实现从多角度应用多指标对森林资源各因子之
间的关系进行分析的缺陷 o本系统开发了以小班数据为基础 o基于数据仓库和联机分析处理k’„°l多维分
xv 增刊 t 陈 艳等 }基于数字林业平台构建森林资源管理应用系统研究
析功能 ∀用户可通过任意组合分析条件 o找出小班各因子之间的关系 o为制定合理的森林经营方案提供依
据 ∀
v1u1y 森林资源空间分析 主要是将地理信息系统kŠŒ≥l和森林资源专题信息结合进行分析 o为采取进一
步的经营管理措施提供决策支持 ∀在系统中 o包括两部分空间分析的内容 o一部分基于统计汇总数据的属性
数据空间化显示 ~另一部分是以小班的相关专题信息为统计分析对象 o统计该对象的分布 !面积 !小班数等信
息 o同时可生成相应的林业专题图 ∀
w 结论与讨论
传统林业应用系统由于是各地区 !各业务部门独自开发的 o因此不能互通互联 o无法实现共享 o基于数字
林业技术平台的森林资源管理应用系统是从现代森林资源管理和森林经营的需要出发而设计的 o它采用面
向服务的体系结构 o以 • ¥¨¶¨µ√¬¦¨ 技术实现 ∀新模式的森林资源管理应用系统是一个灵活开放的系统 o实
现了可维护性 !可扩展性 !可移植性等功能 ∀但是 o由于 • ¥¨¶¨µ√¬¦¨ 在执行效率 !安全性 !运营管理以及消息
传递的可靠性等方面仍存在一定的问题 o因此基于数字林业平台构建应用系统也应在这些方面进行不断地
研究 !探索 ∀
本系统是在数字林业技术平台基础上建立的应用示范系统 o仅以广西壮族自治区为示范点 o因此系统有
待于在其他省推广 o以便对系统进行进一步检验 ∀
参 考 文 献
柴晓路 o梁宇奇 qussv q• ¥¨≥ µ¨√¬¦¨¶技术#架构#应用 q北京 }电子工业出版社
陈端吕 qusst q森林资源管理信息系统的研究现状及发展 q林业资源管理 okyl }zv p z{
段江涛 o王保保 qussx q基于 • ¥¨ ≥¨ µ√¬¦¨ 的应用系统构架研究 q计算机仿真 ouukxl }ux| p uyt
范 军 o邵崇斌 o赵文英 qussw q数字林业基础建设中应用 • ¥¨服务技术的构想 q西北林学院学报 ot|kvl }tzt p tzw
方陆明 o陈勤娟 o周友法 qussu q中国数字林业的构建和展望 q浙江林学院学报 ot|kul }uuu p uuy
李希胜 qussx q数字林业中异构数据库的解决方案研究 q森林工程 outktl }y| p zs ozu
张志强 o张志刚 o黄军勤 qussv q一种基于 • ¥¨≥ µ¨√¬¦¨ 的分布式应用系统研究 q西安理工大学学报 ot|kul }t{u p t{x
≥«¨¬¯¤ „  qusst q≥ °¨¤±·¬¦ • ¥¨ ≥¨ µ√¬¦¨¶qŒ∞∞∞Œ±·¨¯ ¬¯ª¨ ±·≥¼¶·¨°¶oty
k责任编辑 徐 红 于静娴 石红青l
yv 林 业 科 学 wu卷