馮陽　夏照華　蔣萬杰

摘要運用交叉定位、邏輯查詢、空間分析及空間數(shù)據(jù)庫匹配等3S技術(shù)，建立基于3S技術(shù)的北京松山國家級自然保護區(qū)核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了保護區(qū)生物多樣性管理、森林資源管理與評價、森林保護管理、林權(quán)管理、林業(yè)工程與科研項目管理等核心業(yè)務(wù)信息化管理，可為保護區(qū)規(guī)劃與建設(shè)提供輔助決策支撐。

關(guān)鍵詞3S技術(shù)；松山保護區(qū)；核心業(yè)務(wù)；系統(tǒng)設(shè)計

中圖分類號S127文獻標識碼A文章編號0517-6611（2017）22-0180-03

AbstractThe core business management system of Beijing Songshan Nature Reserve was established based on 3S technologies including cross positioning， logical querying， spatial analysis and spatial database matching， etc. The system realized the informatization management of core business， including biological diversity management， forest resources management and evaluation， forest resources conservation and management， forestrights management，forest engineering，the management of scientific research projects，etc. The system can provide decisionmaking support for the planning and construction of the Songshan Nature Reserve.

Key words3S technology；Songshan Nature Reserve；Core business；Systems design

松山保護區(qū)是北京西北地區(qū)的重要生態(tài)屏障[1]，提升保護區(qū)信息化水平可以促進保護區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。北京市延慶境內(nèi)的松山森林旅游區(qū)是華北地區(qū)唯一的國家級自然保護區(qū)，總面積4 660多km2，動植物種類占北京市動植物種類的比例很大[2-3]。2006年，松山自然保護區(qū)被列為全國51個林業(yè)示范自然保護區(qū)之一。松山自然保護區(qū)保存著華北地區(qū)自然生態(tài)環(huán)境較為完好的具有代表性的暖溫帶山地生態(tài)系統(tǒng)，有生長完好的天然油松林、落葉闊葉次生林、豐富的野生動植物資源和眾多的自然景觀，具有較高的保護價值。在上級部門的支持下，近年來保護區(qū)取得了較快的發(fā)展，各項設(shè)施建設(shè)不斷完善，但與示范保護區(qū)建設(shè)的要求仍然相差甚遠。長期以來，由于基礎(chǔ)建設(shè)以及信息化管理的滯后，在很大程度上已經(jīng)影響到保護區(qū)的健康發(fā)展以及保護區(qū)管理工作的進一步開展。

保護區(qū)在信息化建設(shè)方面的不足主要體現(xiàn)在以下方面：①信息化程度不高；②尚未引入3S技術(shù)輔助自然保護區(qū)管理。將先進的3S信息技術(shù)快速應(yīng)用到松山自然保護區(qū)的核心業(yè)務(wù)管理工作中，是加快保護區(qū)規(guī)范化建設(shè)、實現(xiàn)保護區(qū)信息化管理和信息化決策的重要舉措，對于保護區(qū)生物多樣性和森林資源的保護與管理具有重要意義[4]。在為松山自然保護區(qū)提供信息化服務(wù)的同時，也提升了林業(yè)信息化與現(xiàn)代化水平。

筆者利用3S技術(shù)對保護區(qū)核心業(yè)務(wù)進行管理，包括建立信息資源數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)三維空間信息管理，并在此基礎(chǔ)上進行生物多樣性管理、森林資源管理、輔助設(shè)施管理、森林資源評價、森林保護管理、林權(quán)管理、林業(yè)工程與科研項目管理及系統(tǒng)維護管理。該系統(tǒng)為保護區(qū)管理提供全面、有效、直觀的管理工具，提高工作效率，為管理者做出相關(guān)評價及決策提供支撐。

1系統(tǒng)目標

松山保護區(qū)核心業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)建設(shè)的總體目標為：建設(shè)“1個自然保護區(qū)信息服務(wù)平臺，1個中央管理數(shù)據(jù)庫，8個應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，1個運行維護系統(tǒng)”。通過采用3S技術(shù)，有序、高效、統(tǒng)一管理保護區(qū)內(nèi)的重點保護資源和生境信息，提高保護區(qū)核心業(yè)務(wù)信息化管理水平以及工作效率，并為保護區(qū)規(guī)劃、建設(shè)、管理提供輔助決策支持。

①對松山國家級自然保護區(qū)歷史及新增核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一存儲和管理，增強數(shù)據(jù)可延續(xù)性，方便對數(shù)據(jù)進行對比分析。

②三維展示松山國家級自然保護區(qū)自然資源、生物資源及輔助設(shè)施分布，直觀快速反映保護區(qū)現(xiàn)狀，為管理、決策提供輔助支撐。

③實現(xiàn)松山國家級自然保護區(qū)核心業(yè)務(wù)電子流程化、規(guī)范化辦理。

④通過建立相關(guān)模型，實現(xiàn)在線森林資源價值評估、森林資源災(zāi)害評估及宗地資產(chǎn)評估等。

2系統(tǒng)總體設(shè)計

2.1系統(tǒng)運行環(huán)境設(shè)計

系統(tǒng)運行于網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，在原有硬件配置的基礎(chǔ)上，結(jié)合系統(tǒng)運行實際需求，建設(shè)完成軟硬件環(huán)境配置。

2.1.1硬件環(huán)境。

考慮空間信息的特殊性、數(shù)據(jù)安全與保護級別高、共享服務(wù)的高效穩(wěn)定性等因素，保護區(qū)地理信息系統(tǒng)需要獨立的服務(wù)器。服務(wù)器用來部署數(shù)據(jù)庫，主要負責基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)以及各業(yè)務(wù)部門共享數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)備份的管理，并且進行空間數(shù)據(jù)管理和空間信息服務(wù)。

2.1.2軟件環(huán)境。

在以高性能微機為主服務(wù)器的硬件運行環(huán)境中，選用Windows 2008 Server作為操作系統(tǒng)。該操作系統(tǒng)功能強大，安全可靠，適合在局域網(wǎng)和廣域網(wǎng)中應(yīng)用。內(nèi)部集成Internet發(fā)布服務(wù)器IIS可以方便地通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)信息資源共享。

綜合考慮保護區(qū)空間信息技術(shù)應(yīng)用的實際需求，選用北京地拓科技發(fā)展有限公司的DTGIS平臺軟件搭建能夠提供三維與網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)的空間信息管理平臺。DTGIS以時空數(shù)據(jù)庫技術(shù)、元數(shù)據(jù)技術(shù)、數(shù)據(jù)金字塔技術(shù)、海量數(shù)據(jù)連續(xù)分析技術(shù)、流域-水系拓撲技術(shù)作為強勁內(nèi)核，以業(yè)務(wù)服務(wù)框架為支撐，實現(xiàn)了數(shù)字流域GIS平臺的網(wǎng)絡(luò)化、專業(yè)化設(shè)計，為基于數(shù)字流域的行業(yè)科學(xué)研究、項目管理、決策支持等提供統(tǒng)一、系統(tǒng)、專業(yè)、可靠的操作平臺。

保護區(qū)地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫既要存儲業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，又要存儲空間海量數(shù)據(jù)，因此數(shù)據(jù)庫應(yīng)滿足海量數(shù)據(jù)管理與高效訪問的要求。綜合考慮保護區(qū)數(shù)據(jù)存儲管理要求以及對安全性、穩(wěn)定性、兼容性、并行控制性和海量空間數(shù)據(jù)的支持方面有較高要求，結(jié)合GIS平臺建設(shè)要求，選用北京地拓科技發(fā)展有限公司的DTGIS平臺軟件的DT Database數(shù)據(jù)庫。

2.2系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計

采用先進的服務(wù)架構(gòu)和GIS軟件平臺，建設(shè)服務(wù)于保護區(qū)管理部門的空間信息服務(wù)平臺，為保護區(qū)各部門和專業(yè)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)服務(wù)。根據(jù)保護區(qū)的實際情況及管理部門的應(yīng)用需求，按照相關(guān)政策法規(guī)與標準規(guī)范，在信息安全與運行環(huán)境保障的基礎(chǔ)上，松山自然保護區(qū)空間信息服務(wù)平臺總體上劃分為平臺支撐層、應(yīng)用服務(wù)層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層3層。

平臺總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2.1平臺支撐層。

平臺支撐層包括軟硬件環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施以及數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫存儲系統(tǒng)所需的數(shù)據(jù)，包括各類業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)以及為實現(xiàn)業(yè)務(wù)分析的相關(guān)模型和專家知識，是系統(tǒng)應(yīng)用的基礎(chǔ)。數(shù)據(jù)庫將對自然保護區(qū)信息業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)提供一體化存儲及管理，為各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的運行提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

2.2.2應(yīng)用服務(wù)層。

應(yīng)用服務(wù)層是業(yè)務(wù)應(yīng)用層與數(shù)據(jù)存儲層之間的橋梁，為各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)，包括DTGIS地理信息系統(tǒng)平臺及基于該平臺所建立的基礎(chǔ)服務(wù)中間件以及業(yè)務(wù)相關(guān)中間件，具體包括空間數(shù)據(jù)管理服務(wù)、空間查詢服務(wù)、空間分析服務(wù)、三維空間可視化服務(wù)、地圖制圖服務(wù)及遠程GIS服務(wù)。

2.2.3業(yè)務(wù)應(yīng)用層。

業(yè)務(wù)應(yīng)用層位于應(yīng)用服務(wù)層之上，依托應(yīng)用服務(wù)平臺環(huán)境，建立保護區(qū)管理業(yè)務(wù)邏輯，構(gòu)建各項管理事務(wù)流程。業(yè)務(wù)與中間件結(jié)合，可開發(fā)各種相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，如在生物多樣性保護、森林資源調(diào)查、森林保護、森林防火、保護區(qū)旅游管理等業(yè)務(wù)方面均可建立地理信息系統(tǒng)，為保護區(qū)管理部門服務(wù)。

2.3數(shù)據(jù)庫設(shè)計

充分考慮業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，數(shù)據(jù)庫整體上劃分為基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫、森林資源數(shù)據(jù)庫、生物多樣性數(shù)據(jù)庫、森林保護數(shù)據(jù)庫、資源評價數(shù)據(jù)庫、輔助設(shè)施數(shù)據(jù)庫、林權(quán)管理數(shù)據(jù)庫、林業(yè)工程與科研項目管理數(shù)據(jù)庫8個應(yīng)用數(shù)據(jù)庫，此外還需要元數(shù)據(jù)庫。數(shù)據(jù)庫設(shè)計要求符合3NF 規(guī)范，將空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、多媒體數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)有機組織起來。

3系統(tǒng)的基本構(gòu)成

3.1中央管理數(shù)據(jù)庫

建立中央管理數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)對松山保護區(qū)歷史及新增信息資源的管理。信息資源總體上分為空間數(shù)據(jù)信息資源和屬性數(shù)據(jù)信息資源兩大類。數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，將保護區(qū)數(shù)據(jù)規(guī)范化并統(tǒng)一入庫，有助于保護區(qū)管理與決策，同時有利于保護區(qū)文化和歷史的積累與傳承。

3.2三維空間信息管理子系統(tǒng)

建立三維空間信息管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)三維模式下海量地形DEM和遙感數(shù)據(jù)的無縫拼接。采用WebGIS技術(shù)、三維遙感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)以及多媒體技術(shù)等構(gòu)建自然保護區(qū)三維空間信息管理子系統(tǒng)，以高精度、高分辨率的三維遙感影像為背景，配以文字、圖片、視頻、地圖等形式，展示保護區(qū)綺麗的風景、豐富的生物資源以及保護區(qū)在生物多樣性保護工作上的成果。自然保護區(qū)三維空間信息管理子系統(tǒng)主要包括GIS基礎(chǔ)功能服務(wù)、空間信息服務(wù)、三維漫游、生物多樣性展示、景點路線分析、保護區(qū)景點展示、設(shè)施服務(wù)等模塊。

3.3生物多樣性管理子系統(tǒng)

建立生物多樣性管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)生物多樣性信息綜合管理[5]?？瓶柬椖康乃锌疾鞌?shù)據(jù)，包括地質(zhì)地貌、氣候、水文和土壤資源、植物資源、脊椎動物資源、昆蟲資源、社區(qū)共管和社區(qū)扶持等，都實現(xiàn)可視化管理，包括分布查詢、分析、統(tǒng)計等功能。將生物多樣性信息管理分為5個服務(wù)模塊：生態(tài)環(huán)境資源管理、植物資源信息管理、脊椎動物資源信息管理、昆蟲資源信息管理、社會經(jīng)濟資源信息管理。

3.4森林資源管理子系統(tǒng)

建立森林資源管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)森林資源信息綜合管理，主要提供二維或三維的基礎(chǔ)地理信息查詢、森林資源信息查詢、統(tǒng)計和專題圖制作業(yè)務(wù)功能，以發(fā)揮辦公的優(yōu)勢，提高工作效率。森林資源管理系統(tǒng)功能可分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理、森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)管理、森林資源檔案管理以及造林地信息管理4個模塊。

3.5輔助設(shè)施管理子系統(tǒng)

建立輔助設(shè)施管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)對保護區(qū)內(nèi)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、旅游設(shè)施建設(shè)等輔助設(shè)施信息進行管理，為保護區(qū)規(guī)劃決策提供數(shù)據(jù)支撐，包括基礎(chǔ)設(shè)施信息管理、旅游設(shè)施信息管理2個模塊。

3.6森林資源評價子系統(tǒng)

建立森林資源評價子系統(tǒng)，實現(xiàn)森林資源系統(tǒng)評價。以小班、林班為評價對象，主要采用價值量評價方法，評價森林資源的價值，分為直接經(jīng)濟價值、間接經(jīng)濟價值和綜合價值3個功能模塊。

3.7森林保護管理子系統(tǒng)

建立森林保護管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)森林防火及森林病蟲害信息管理及災(zāi)后評估[6]，直觀顯示火險等級分布、水系分布、林區(qū)道路分布、防火設(shè)施分布、病蟲害空間分布、病蟲害防治措施分布等信息，并可進行火災(zāi)及病蟲害災(zāi)后評估，為森林保護及災(zāi)后決策提供支撐；該子系統(tǒng)分為森林防火管理和森林病蟲害管理2個模塊，其中森林防火管理模塊包括日常防火信息管理、撲火輔助決策支持、災(zāi)后評估、歷史火災(zāi)信息查詢4項功能，森林病蟲害管理模塊包括病蟲害信息管理、病蟲害空間分析、災(zāi)后評估和歷史病蟲害信息查詢4項功能。

3.8林權(quán)管理子系統(tǒng)

林權(quán)管理子系統(tǒng)主要包括宗地信息管理、林權(quán)證檔案管理、林地資產(chǎn)評估3個模塊。建立林權(quán)管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)宗地信息管理、林權(quán)證檔案管理和林地資產(chǎn)在線評估。林權(quán)信息管理是松山自然保護區(qū)進行林改的一項重要工作，該系統(tǒng)輔助保護區(qū)掌握并管理區(qū)內(nèi)所有林地的宗地信息與林權(quán)證信息，并可對宗地進行資產(chǎn)評估。

3.9林業(yè)工程與科研項目管理子系統(tǒng)

建立林業(yè)工程與科研項目管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)林業(yè)工程與科研項目統(tǒng)一規(guī)范化管理。該子系統(tǒng)分為林業(yè)工程管理和科研項目管理2個模塊。對于松山自然保護區(qū)建立的相關(guān)科研項目，該子系統(tǒng)可實現(xiàn)對其分階段規(guī)范化管理。林業(yè)工程也是自然保護區(qū)的工作重點之一，目前已經(jīng)開展了造林工程、封山育林、森林撫育等森林經(jīng)營方面的工作。

3.10維護管理子系統(tǒng)

建立維護管理子系統(tǒng)，實現(xiàn)系統(tǒng)維護管理工作，包括用戶管理、元數(shù)據(jù)維護、代碼維護、專題圖在線輸出客戶端軟件、矢量圖協(xié)同編輯客戶端軟件、密鑰等。該子系統(tǒng)包括原數(shù)據(jù)維護、代碼維護管理、用戶管理、專題圖在線輸出客戶端軟件、矢量圖協(xié)同編輯客戶端軟件及密鑰等功能模塊。

4小結(jié)與展望

利用3S技術(shù)對松山國家級自然保護區(qū)核心業(yè)務(wù)進行管理，具有綜合、直觀、可迅速反映現(xiàn)實情況的優(yōu)點。該系統(tǒng)利用交叉定位、邏輯查詢、空間分析及空間數(shù)據(jù)庫匹配等3S技術(shù)，實現(xiàn)保護區(qū)生物多樣性管理、森林資源管理、輔助設(shè)施管理、森林資源評價、森林保護管理、林權(quán)管理、林業(yè)工程與科研項目管理等核心業(yè)務(wù)的綜合管理、資源三維展示、資源價值及災(zāi)害評估等工作，提高了保護區(qū)管理部門的工作效率和信息化、現(xiàn)代化水平，為松山自然保護區(qū)今后開展科研監(jiān)測、生物多樣性保護等工作奠定了信息管理基礎(chǔ)。同時，松山自然保護區(qū)生物多樣性數(shù)據(jù)庫與系統(tǒng)的建立，將為綜合科學(xué)考察工作提供信息技術(shù)支撐，將極大地推動該項工作的開展，從而加快松山自然保護區(qū)的建設(shè)，為今后其他環(huán)保項目的建設(shè)奠定基礎(chǔ)，盡早地將松山保護區(qū)建成全國典型示范自然保護區(qū)。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2017年

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