沈劍波 雷淵才 王功明 符利勇*(中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所 北京 0009)(中國科學(xué)院生物物理研究所 北京000)

0 引 言

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，林業(yè)因子精準(zhǔn)估計越來越受到行業(yè)重視。樹高、材積(即木材體積)以及生物量是森林調(diào)查中最重要的測樹因子，也是評定林木生長狀況、立地質(zhì)量以及劃分林層的重要依據(jù)[1]。但是，這些因子的測量耗時、調(diào)查成本高，通常是通過其他的林業(yè)因子(例如直徑等)預(yù)估得到。迄今為止，關(guān)于樹高曲線、材積方程和生物量模型的構(gòu)建方法有很多報道，并且發(fā)展較成熟。然而如何把這些模型集成到一個系統(tǒng)讓用戶方便計算樹高、材積和生物量，當(dāng)前國內(nèi)外研究較少。

目前，關(guān)于森林收獲數(shù)據(jù)維護軟件管理系統(tǒng)較少。如何利用現(xiàn)有的森林調(diào)查數(shù)據(jù)建立面向縣級林業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，實現(xiàn)精準(zhǔn)預(yù)估森林生長與收獲，以及如何維護與管理這些數(shù)據(jù)、準(zhǔn)確估算森林收獲及立地質(zhì)量的評價具有重要的意義。針對上述實際需求，開發(fā)了面向縣級林業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，可為森林的經(jīng)營管理提供重要的數(shù)據(jù)支撐。

1 需求分析

森林調(diào)查數(shù)據(jù)目的在于及時掌握森林資源的數(shù)量、質(zhì)量和生長、消亡的動態(tài)規(guī)律及其與自然環(huán)境和經(jīng)濟、經(jīng)營等條件之間的關(guān)系。目前，國家對于生態(tài)環(huán)境越來越重視，森林是地球上復(fù)雜、多物種、多功能與多效益的生態(tài)系統(tǒng)，是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，對維護生態(tài)平衡起著決定性作用，其在實現(xiàn)社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展具有舉足輕重地位[2-5]。目前林業(yè)部門森林資源數(shù)據(jù)多，但真正利用起來能夠盤活的數(shù)據(jù)卻很少，另外由于森林調(diào)查數(shù)據(jù)多，林業(yè)工作者對數(shù)據(jù)查詢及管理與維護費時費力，消耗人力成本大。

為了解決目前林業(yè)生產(chǎn)單位數(shù)據(jù)量大與人力資源少的矛盾，根據(jù)實際生產(chǎn)需要，開發(fā)出操作簡單、界面友好的基于縣級林業(yè)數(shù)據(jù)維護與管理平臺，對于精確測算森林生長與收獲，提高林業(yè)生產(chǎn)效率具有積極的作用。

基于該平臺用戶可以通過原始數(shù)據(jù)中的胸徑、樹種以及縣(局)計算出樹高、材積及生物量?？梢愿鶕?jù)關(guān)鍵字進行查詢，導(dǎo)出所需數(shù)據(jù)生成報表的功能。利用開發(fā)的程序計算樹高、材積以及生物量，具有迅速、便捷的特點。其計算結(jié)果用于制訂和調(diào)整林業(yè)經(jīng)營政策，編制林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營方案和鑒定森林經(jīng)營效果，可以保證森林資源在國民經(jīng)濟建設(shè)中得到充分利用，并不斷提高其潛在生產(chǎn)力。

2 總體設(shè)計

系統(tǒng)采用自頂向下的結(jié)構(gòu)化設(shè)計方法[6]，在設(shè)計時，首先考慮系統(tǒng)的任務(wù)、環(huán)境、需求和局限，然后在總體上設(shè)計出能夠滿足系統(tǒng)要求的模塊化體系結(jié)構(gòu)，并設(shè)計出每個子系統(tǒng)或子模塊[7]?？紤]到交互性和較快的處理速度、存取安全的需求，系統(tǒng)將采用C/S構(gòu)架[8-9]，數(shù)據(jù)庫設(shè)計考慮可擴展字段，并采用組件化軟件開發(fā)技術(shù)以保證系統(tǒng)的實用性、靈活性、可復(fù)用性、交互性以及可擴展性。

系統(tǒng)設(shè)計時考慮了人性化、界面友好的特點。例如，不同縣(局)、不同樹種的樹高、材積及生物量的計算公式輸入部分，由于不同樹種的計算公式大同小異，很多情況下只是參數(shù)的不同，用戶只需要修改參數(shù)而已。若該對話框完全設(shè)置為空，用戶則必須重新輸入公式，而樹高、材積及生物量的計算公式一般較為復(fù)雜，用戶將會消耗大量時間輸入公式。本研究設(shè)計了可編輯的對話框，并把較為通用的樹高、材積及生物量公式固化在編輯框中，用戶根據(jù)需要可以對公式進行修改或者編輯，這樣的設(shè)計可以大幅度節(jié)約用戶的時間與人力成本。本系統(tǒng)的總體設(shè)計架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)流程結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)采用Microsoft Visual Basic 6.0為開發(fā)語言，開發(fā)過程中運用了VBSCRIPT技術(shù)，以ACCESS為后臺數(shù)據(jù)庫，利用ADO數(shù)據(jù)庫技術(shù)[10-11]，實現(xiàn)了根據(jù)以不同的縣(局)以及樹種對數(shù)據(jù)庫的樹高、材積及生物量的數(shù)據(jù)維護。

3 功能設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

信息資源是系統(tǒng)建設(shè)的重要基礎(chǔ)成果，是信息共享和交換的物理基礎(chǔ)。主要包括原始數(shù)據(jù)庫、成果數(shù)據(jù)庫。各種數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)，為業(yè)務(wù)應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)保障。

數(shù)據(jù)訪問層是對后臺數(shù)據(jù)庫進行訪問，并為業(yè)務(wù)處理層提供服務(wù)的組件層。數(shù)據(jù)訪問組件基于C/S模式利用ADO數(shù)據(jù)庫引擎對后臺數(shù)據(jù)庫進行訪問，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的增加、修改、刪除、計算樹高、材積生物量與材積以及按條件搜索查詢等功能。

本平臺根據(jù)需求設(shè)計的表，主要有縣局表(T_Bureau)、樹種表(T_Tree)和公式與收獲表(T_Formulas)等，在字段設(shè)計過程中，需要考慮命名規(guī)范、兼容性等要求，設(shè)計好的字段內(nèi)容如表1-表3所示。在實際應(yīng)用過程中，某些字段和具體時間有關(guān)，如表1中的“***年縣局編碼”、表2中的“***年樹種代碼”等，對于這種情況，我們設(shè)計了與期數(shù)匹配的動態(tài)字段，從而為程序的可擴展性提供了基礎(chǔ)。

表1 縣局代碼表

表2 樹種代碼表

表3 公式與森林收獲表

此外，本系統(tǒng)還提供按條件添加數(shù)據(jù)的功能，即用戶可以根據(jù)關(guān)鍵字段(如縣局名稱等)及樹種名稱添加數(shù)據(jù)，以及計算樹高、材積以及生物量，并能夠按照條件進行查詢、修改與刪除數(shù)據(jù)的功能。為了滿足用戶的需要，可以將結(jié)果導(dǎo)出為EXCEL報表，并進行對應(yīng)的導(dǎo)入和維護。

3.2 模塊設(shè)計

林業(yè)數(shù)據(jù)維護與服務(wù)平臺主要實現(xiàn)的功能模塊主要有以下6個模塊，如圖2所示。

圖2 林業(yè)數(shù)據(jù)維護與服務(wù)平臺功能模塊

3.2.1 按條件(縣、樹種、樣地號)添加數(shù)據(jù)

實現(xiàn)按照縣局名稱、樹種名稱對樹高、材積、生物量的公式錄入的功能,根據(jù)樹種名稱添加記錄的界面如圖3、圖4所示。

圖3 縣局選擇界面

圖4 樹種選擇界面

ADO是Active Data Object的縮寫，稱為ActiveX數(shù)據(jù)對象。利用ADO對象，通過ODBC驅(qū)動程序或OLE DB連接字符串，可實現(xiàn)對任意數(shù)據(jù)庫的存取和訪問，訪問的數(shù)據(jù)類型也更加豐富[12-14]。使用ADO技術(shù)，需要通過選擇“工程”菜單中的“引用”來為 ADO 對象庫添加一個引用，然后在“引用”對話框中選擇“Microsoft ActiveX Data Objects 2.6 Library”。

讀取數(shù)據(jù)庫中的縣局名稱顯示在圖4種左邊的ListBox框中。

3.2.2 修改數(shù)據(jù)的功能

實現(xiàn)按照縣局名稱、樹種名稱對樹高、材積、生物量的公式進行添加或者修改的功能。點擊保存時，則會彈出相應(yīng)的對話框，提示用戶是否修改原記錄，若數(shù)據(jù)庫里有該條記錄，則提醒用戶是否修改原記錄，若數(shù)據(jù)庫中無該條記錄，則直接保存。

3.2.3 刪除數(shù)據(jù)的功能

在此模塊下，用戶首先可以查詢相關(guān)數(shù)據(jù)，若需要刪除，則用戶可以點擊刪除按鈕進行刪除對數(shù)據(jù)進行刪除。

3.2.4 計算樹高、材積及生物量功能

在此功能模塊下，使用了VBScript技術(shù)[15-18]，對系統(tǒng)進行管理，加強了界面的動態(tài)性和交互性。當(dāng)用戶輸入胸徑，相應(yīng)的樹高值、材積及生物量值能夠?qū)崟r計算出來，并顯示在相應(yīng)的對話框中。

該模塊實現(xiàn)了依據(jù)所輸入的胸徑獲取實時獲取樹高、材積以及生物量的功能，并具備數(shù)據(jù)檢錯的功能。實現(xiàn)根據(jù)輸入胸徑，按照所輸入的公式計算樹高、材積、生物量的功能，采用VBScript中的JS函數(shù)進行運算，需要在窗體中添加Microsoft Script Control 1.0,具體添加步驟為：需要通過選擇“工程”菜單中的“組件”，勾選Microsoft Script Control 1.0即可，并拖入窗體。實現(xiàn)代碼如下：

Function JS(ByVal Expressions As String) As String

Dim MsscAs Object

Set Mssc=CreateObject("MSScriptControl.ScriptControl")

Mssc.Language="vbscript"

On Error GoToEvalErr

JS=Mssc.Eval(Expressions)

Exit Function

EvalErr:

Exit Function

End FunctionFunctionJS(ByVal Expressions As String) As String

Dim MsscAs Object

Set Mssc=CreateObject("MSScriptControl.ScriptControl")

Mssc.Language="vbscript"

On Error GoToEvalErr

JS=Mssc.Eval(Expressions)

Exit Function

EvalErr:

Exit Function

當(dāng)輸入相應(yīng)的胸徑后，實時計算出相應(yīng)的樹高、材積及生物量,并顯示在相應(yīng)的對話框中。具體實現(xiàn)代碼如下所示：

Private Sub TextDm_Change()

Dim d As Double

Dim h As Double

Dim s As String

Dim t As String

Dim u As String

ScriptControl1.Language="vbscript"

If Len(TextDm.Text) > 0 Then

d=TextDm.Text

Else

d=0

End If

s=LCase(TextHformulas.Text)

s=Replace(s, "d", d)

TextH.Text=JS(s)‘樹高計算

h=TextH.Text

t=LCase(TextVformulas.Text)

t=Replace(t, "d", d)

t=Replace(t, "h", h)

TextV.Text=JS(t)’材積計算

u=LCase(TextBformulas.Text)

u=Replace(u, "d", d)

u=Replace(u, "h", h)

TextB.Text=JS(u)’生物量計算

End Sub

計算模塊的流程圖如圖5所示。

圖5 計算模塊流程圖

3.2.5 按條件進行搜索與查詢的功能

該系統(tǒng)實現(xiàn)了根據(jù)條件查詢記錄的功能，以往的森林調(diào)查數(shù)據(jù)是一些EXCEL表格，用戶查詢想獲取的數(shù)據(jù)往往耗費過高的人力成本與時間成本。為了滿足用戶根據(jù)需要查詢所需要的數(shù)據(jù)，設(shè)定相關(guān)的關(guān)鍵字，供用戶搜索查詢。用戶只要選擇相應(yīng)的關(guān)鍵字，對應(yīng)的數(shù)據(jù)記錄即可顯示在界面中的DataGridview控件中。

系統(tǒng)設(shè)計了用戶常用的幾個字段，例如樹種代碼、樹種名稱、縣局名稱等，用戶只需搜索關(guān)鍵字設(shè)置為縣局代碼、者縣局名稱以及樹種名稱或者這幾個字段的組合，就可以搜索到符合搜索條件的所有記錄。例如按照樹種進行查詢記錄，實現(xiàn)的核心代碼如下所示：

Dim strSql As String

Dim conn As New ADODB.Connection

Dim rs As New ADODB.Recordset

conn.Provider="Microsoft.Jet.OleDB.4.0"

conn.OpenApp.Path& "DataBaseProcDB.mdb"

conn.CursorLocation=adUseClient

strSql="select * from T_Formulas where 樹種名稱='" + cbxSpecies.Text + "' order by 編號 DESC"

Set rs=conn.Execute(strSql)

Set DataGrid1.DataSource=rs

3.2.6 生成報表及數(shù)據(jù)導(dǎo)入導(dǎo)出功能

對林分的林分因子可以按照不同字段，如縣局名稱、樹種名稱等進行查詢，并對檢索數(shù)據(jù)結(jié)果可以進行導(dǎo)出報表，用戶也可以根據(jù)需要對外部數(shù)據(jù)進行導(dǎo)入的操作。

4 系統(tǒng)開發(fā)

根據(jù)上述設(shè)計原則，我們在Windows平臺下，借助VB6.0+VBScript語言、Access數(shù)據(jù)庫，開發(fā)了基于林業(yè)的數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，具有精確計算樹高、材積以及生物量等指標(biāo)，具備常規(guī)數(shù)據(jù)庫基本操作，包括增刪改和條件(模糊)搜索等。

在公式設(shè)置、計算及導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫模塊中，用戶根據(jù)界面提示，可輸入相關(guān)公式?？紤]到公式輸入的繁瑣，且由于不同縣局及樹種公式的變化多數(shù)只需要修改相關(guān)公式的參數(shù)即可，故林業(yè)數(shù)據(jù)將公式固化在Text編輯框中，用戶只需根據(jù)需要對公式進行修改。這樣將會大大節(jié)省用戶操作時間，提高界面的友好性。當(dāng)用戶輸入胸徑時，相應(yīng)的樹高、材積以及生物量會實時依據(jù)用戶所輸入的樹高公式、材積公式，以及生物量公式精準(zhǔn)地計算并顯示在相應(yīng)的Text對話框中。這些數(shù)據(jù)為森林經(jīng)營及管理者及時了解森林生長收獲情況提供數(shù)據(jù)支撐。如圖6所示。

圖6 基于任意輸入公式的計算

在條件搜索模塊中，該模塊則提供了根據(jù)縣局代碼、縣局名稱及樹種名稱進行搜索查詢的功能，用戶根據(jù)需要將查詢的數(shù)據(jù)進行導(dǎo)出或打印，并可以將外部數(shù)據(jù)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫的功能。這些功能的開發(fā)提供了更精準(zhǔn)數(shù)據(jù)服務(wù)給森林經(jīng)營管理者，有助于更及時準(zhǔn)確了解每個縣(局)的森林生長與收獲情況。如圖7所示。

圖7 條件搜索及導(dǎo)入導(dǎo)出

5 結(jié) 語

開發(fā)了面向縣級林業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，對于森林資源數(shù)據(jù)庫的管理及維護，以及根據(jù)所在區(qū)域及樹種名稱進行樹高、材積以及生物量的計算等提供信息服務(wù)和專業(yè)分析，對基層林業(yè)工作者實時掌握該地區(qū)的森林蓄積、生物量等定量指標(biāo)具有重要積極促進作用。

以VB6.0為開發(fā)語言，采用VBScript技術(shù)，ADO數(shù)據(jù)庫技術(shù)庫等，著眼于現(xiàn)有林業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，建設(shè)一個安全、可靠、實用、可擴展的面向縣級林業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)平臺，盡可能減少財力投入，最大限度地滿足林業(yè)生產(chǎn)及科研的實際需要。同時，平臺的設(shè)計注重簡潔，功能齊全、使用方便、靈活，用戶界面友好，以便于用戶的管理和使用。

該平臺的推廣與使用有助于提高基層林業(yè)工作人員的數(shù)據(jù)維護效率，降低數(shù)據(jù)維護成本，實現(xiàn)精準(zhǔn)林業(yè)提高森林經(jīng)營水平輔助經(jīng)營決策具有積極的促進作用。

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