林聰聰，王 柯，王豪翔，陳 晟

(浙江省森林資源監(jiān)測中心，浙江 杭州 310020)

浙江素有“七山一水兩分田”之稱，森林資源稟賦良好。根據(jù)第九次全國森林資源清查成果[1]，浙江省森林覆蓋率為59.43%，位居全國前列。雖然其森林資源監(jiān)管長期按照信息化標(biāo)準(zhǔn)管理和使用，但與數(shù)字化管理的高要求相比，仍存在數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式單一、數(shù)據(jù)靜態(tài)、數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、部門管理不銜接、業(yè)務(wù)流程不協(xié)同以及內(nèi)外業(yè)聯(lián)系不緊密等問題，一定程度上制約了浙江的林業(yè)現(xiàn)代化、數(shù)字化建設(shè)。為解決這些弊端，浙江省加緊開展新技術(shù)、新方法在林業(yè)中的應(yīng)用，以林業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型為契機，加大林業(yè)數(shù)字化建設(shè)力度，不斷開拓創(chuàng)新森林資源智慧管理方法和模式，以解決森林資源數(shù)據(jù)協(xié)同中存在的問題。本文研究的森林資源“一張圖”信息化建設(shè)，在數(shù)字化轉(zhuǎn)型新要求下開展森林資源監(jiān)管工作，實現(xiàn)了森林資源精細(xì)化管理，提高了林業(yè)管理水平，并服務(wù)于全省林業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營管理[1]。

1 需求分析

浙江省林業(yè)空間管理平臺(以下簡稱“一張圖”平臺，http://slzyjc.lyj.zj.gov.cn/SLZY/index.aspx)始建于2018年，此前浙江省林業(yè)相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)都是以光盤、U盤等移動存儲設(shè)備進行管理或者下發(fā)，同時各縣市也以移動存儲設(shè)備為載體進行數(shù)據(jù)上報，這就容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、數(shù)據(jù)使用不規(guī)范等問題，各部門數(shù)據(jù)的分散管理也增加了不同部門間業(yè)務(wù)協(xié)同的難度，并且由于分散管理導(dǎo)致的數(shù)據(jù)靜態(tài)化，也嚴(yán)重影響了森林資源數(shù)據(jù)的時效性。因此，基于信息技術(shù)，以森林資源調(diào)查成果為基礎(chǔ)，將營造林、采伐、林地征占用、森林防火、行政處罰等突變數(shù)據(jù)，結(jié)合森林資源自然生長的漸變數(shù)據(jù)，通過智能集成和數(shù)據(jù)融合，實現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)由靜變動、不同的業(yè)務(wù)部門之間相互兼容，形成一個高集成度、綜合性的管理平臺，從而實現(xiàn)“數(shù)據(jù)全聯(lián)通、業(yè)務(wù)大協(xié)同”，并能夠提供“數(shù)據(jù)實時服務(wù)”。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 技術(shù)路線

“一張圖”平臺建設(shè)基于數(shù)字匯流(Digital Convergence)的思想，包括數(shù)字(Digital)及匯流(Convergence)兩大概念，它來自于網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)的快速演變，讓許多各自獨立的領(lǐng)域開始產(chǎn)生互動，彼此界線逐漸模糊，產(chǎn)生整合，也就是數(shù)字化的整合。將森林資源數(shù)據(jù)、遙感影像等內(nèi)容數(shù)字化后，能夠更快速地處理并在不同系統(tǒng)之間傳遞，讓不同部門林業(yè)工作者和不同的平臺設(shè)備之間只需要制定一個共同的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)格式，就可以溝通交流，大大提高了各個部門間的協(xié)同工作效率。林業(yè)信息化是目前林業(yè)現(xiàn)代化工作的主題和方向，數(shù)字匯流又是未來發(fā)展的重要趨勢，只有加強林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，合理運用數(shù)字匯流思想，加強林業(yè)信息技術(shù)在林業(yè)管理中的應(yīng)用，才能夠?qū)崿F(xiàn)林業(yè)工作的持續(xù)發(fā)展[3]。

森林資源管理“一張圖”是以“互聯(lián)網(wǎng)+”、云計算及大數(shù)據(jù)為背景，融合了地理信息系統(tǒng)(GIS)，遙感(RS)、全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(GNSS)等技術(shù)，基于ASP.NET構(gòu)建開發(fā)，采用SQL Server作為數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)管理而形成的平臺。平臺利用了云計算高靈活性、可擴展性和高性比的特點和優(yōu)勢，獲取到無限資源并使獲取的資源不受時間和空間的限制。平臺通過自建空間數(shù)據(jù)引擎，實現(xiàn)了用戶數(shù)據(jù)“既視既拿”的效果；對于傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，根據(jù)分辨率進行點抽稀，來保證數(shù)據(jù)傳輸和顯示時能夠達到最優(yōu)性能；利用瓦片、數(shù)據(jù)緩存、智能預(yù)統(tǒng)計等數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的存儲顯示；使用瓦片地圖金字塔模型，建立了天地圖離線地圖、脫密地形圖等瓦片地圖；使用加密算法，對瓦片模型中的X，Y，Z進行加密。掌上林業(yè)App利用Android操作系統(tǒng)提供的豐富的Api來實現(xiàn)定位功能。對于空間數(shù)據(jù)，平臺使用GeoServer、自建空間數(shù)據(jù)服務(wù)等技術(shù)實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理和發(fā)布。通過空間分析，可對平臺各類圖層進行疊加分析、網(wǎng)絡(luò)分析、空間統(tǒng)計等，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)提取，為各項決策提供數(shù)據(jù)支持。

2.2 平臺建設(shè)架構(gòu)

圖1 平臺架構(gòu)

圖2 數(shù)據(jù)流程分析

平臺建設(shè)架構(gòu)自下而上分為云服務(wù)層、網(wǎng)絡(luò)安全層、林業(yè)“一張圖”層、核心業(yè)務(wù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)可視化層(圖1)。云服務(wù)層通過浙江省政務(wù)“一朵云”與各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)建立數(shù)據(jù)接口，收集各業(yè)務(wù)系統(tǒng)實時數(shù)據(jù)，同時也負(fù)責(zé)將獲取的數(shù)據(jù)傳輸?shù)搅謽I(yè)“一張圖”層；網(wǎng)絡(luò)安全層負(fù)責(zé)對平臺系統(tǒng)的安全進行維護和保護；林業(yè)“一張圖”層，主要對各個系統(tǒng)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進行存儲、展示分析，匯總統(tǒng)計；核心業(yè)務(wù)應(yīng)用層是平臺的核心部分，是“一張圖”數(shù)據(jù)實時更新的主要依靠；數(shù)據(jù)可視化層是“一張圖”數(shù)據(jù)對外展示的統(tǒng)一窗口和入口，向社會各級展示林業(yè)分析、處理及決策成果[4-7]。

平臺的構(gòu)建基于“數(shù)字匯流”的思想，將不同部門的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匯集整合成了林業(yè)資源，用戶可通過不同設(shè)備上傳或下載進行數(shù)據(jù)交流，實現(xiàn)了跨地區(qū)、跨部門、跨設(shè)備的協(xié)同設(shè)計，通過平臺的各業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匯流，做到實時更新林業(yè)“一張圖”數(shù)據(jù)庫。

3 系統(tǒng)分析與設(shè)計

3.1 數(shù)據(jù)流程分析

“一張圖”平臺以上一年度的森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)作為基礎(chǔ)，通過掌上林業(yè)APP業(yè)務(wù)系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，經(jīng)過造林、林木采伐、林地征占用等業(yè)務(wù)模塊上傳至“一張圖”平臺并產(chǎn)生突變數(shù)據(jù)，并利用生長模型更新產(chǎn)生漸變數(shù)據(jù)。經(jīng)省、市、縣(市、區(qū))林業(yè)主管部門管理員審核通過后，這些多源異構(gòu)數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互接口規(guī)范的監(jiān)管下，使用各系統(tǒng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)模型來分析數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)關(guān)系、繼承關(guān)系、約束關(guān)系和數(shù)據(jù)及信息流向，從而形成成果數(shù)據(jù)，并在“一張圖”平臺以圖形化等形式呈現(xiàn)出來(圖2)。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計

3.2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

“一張圖”平臺的應(yīng)用主要有5個系統(tǒng)(圖3)。發(fā)布展示系統(tǒng)主要承擔(dān)森林資源發(fā)布、大數(shù)據(jù)分析、古樹名木資源、濕地資源、業(yè)務(wù)動態(tài)等森林資源成果展示；資源更新系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)有森林資源年度監(jiān)測、外業(yè)圖斑上報縣級確認(rèn)、數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計；業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)含營造林、林木采伐、征占用、重要因子變更等業(yè)務(wù)；森林監(jiān)管系統(tǒng)主要包含森林督查、林地遙感監(jiān)管等模塊；掌上林業(yè)系統(tǒng)主要是為野外工作人員方便進行數(shù)據(jù)采集作業(yè)提供的掌上移動端APP，它連接浙江省林業(yè)空間管理平臺，可以為各級領(lǐng)導(dǎo)宏觀決策提供分析依據(jù)和輔助支撐。其中，資源更新和業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)保證了平臺數(shù)據(jù)的實時性和真實性，是平臺的核心內(nèi)容。資源更新中除了生長模型更新外，也包括了各個業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)不同地類面積的更新，從而保證了一張圖面積和蓄積兩個主要因子的實時性。

圖3 森林資源“一張圖”組成模塊

3.2.2 接口設(shè)計

圖4 技術(shù)架構(gòu)

考慮到不同業(yè)務(wù)模塊之間的數(shù)據(jù)交流需要，從開放性、靈活性、兼容性、擴展性、先進性、安全性等原則出發(fā)，平臺基于JSON格式的開放的Web Service進行數(shù)據(jù)交互，從而實現(xiàn)了不同系統(tǒng)、編程語言和組件模型中的不同類型模塊向平臺發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，實現(xiàn)了開放式的接口。另外，為了保證數(shù)據(jù)交換的安全，統(tǒng)一使用HTTPS進行數(shù)據(jù)傳輸，以防止數(shù)據(jù)被竊取。

從技術(shù)架構(gòu)上，將系統(tǒng)劃分為應(yīng)用、算法、支撐、資源層，各層間用標(biāo)準(zhǔn)化接口互聯(lián)(圖4)。算法是保證數(shù)字匯流的核心部分，借助于從云服務(wù)層獲取的數(shù)據(jù)，通過接口為應(yīng)用層提供數(shù)據(jù)服務(wù)，對底層提供的元數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，并利用PMML和CWM來呈現(xiàn)預(yù)測分析模型和新元數(shù)據(jù)交互，從而實現(xiàn)了不同業(yè)務(wù)模塊之間的協(xié)同工作。

3.2.3 安全設(shè)計

“一張圖”平臺是面向全省公眾、林業(yè)工作者和政府各部門的服務(wù)性平臺。平臺基于網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)，對安全的要求很高。在管理方面，平臺利用省政務(wù)云運維審計與風(fēng)險控制系統(tǒng)對平臺網(wǎng)絡(luò)進行監(jiān)控，通過對異常狀況的分析實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全預(yù)警；及時做好相關(guān)數(shù)據(jù)日志記錄，設(shè)置數(shù)據(jù)備份機制，建立災(zāi)難性數(shù)據(jù)恢復(fù)機制，并定期維護省政務(wù)云空間，及時修補軟件漏洞等。在技術(shù)方面，平臺借助交換機、路由器、入侵監(jiān)測以及防火墻等設(shè)備自身的功能，對網(wǎng)絡(luò)安全進行防護；利用瑞星企業(yè)產(chǎn)品ESM防病毒系統(tǒng)，以杜絕病毒導(dǎo)致的破壞。在身份認(rèn)證上，對平臺所有功能項的應(yīng)用都需經(jīng)過身份核定；平臺數(shù)據(jù)集中管理保存，統(tǒng)一使用CA證書的HTTPS進行數(shù)據(jù)傳輸，確保安全性，防止數(shù)據(jù)被竊聽。

4 系統(tǒng)功能與實現(xiàn)

4.1 數(shù)據(jù)基礎(chǔ)及平臺建立

2017年，浙江省基于多期和多源遙感數(shù)據(jù)，完成了十年一次的森林資源規(guī)劃設(shè)計調(diào)查，查清了全省森林資源分布和生態(tài)狀況，形成了全省森林資源管理“一張圖”基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上，將森林資源更新、生態(tài)公益林、天然商品林等信息進行完善整合，形成了新的森林資源管理數(shù)據(jù)庫[8]。根據(jù)浙江省委省政府“最多跑一次”改革和數(shù)字化改革的工作要求，浙江省林業(yè)局提速推進數(shù)字化改革工作，建立了浙江省林業(yè)空間管理平臺(簡稱“一張圖”平臺)，加快了“一張圖”在林業(yè)信息化中的應(yīng)用。

4.2 森林資源可視化表達

通過浙江省“一張圖”平臺的發(fā)布展示系統(tǒng)，實現(xiàn)了全方位、多層次對森林資源的狀態(tài)和趨勢的展現(xiàn)，實現(xiàn)了不同類型的林業(yè)數(shù)據(jù)的匯流以及統(tǒng)一的可視化展示，用戶可快速查詢到目標(biāo)地塊的地理空間位置、林木信息、管理信息、經(jīng)營權(quán)屬等因子，發(fā)現(xiàn)及挖掘林業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的隱藏信息。通過對資源數(shù)據(jù)進行大數(shù)據(jù)智能分析，可獲得歷年資源狀況展示和對比分析情況，掌握各類指標(biāo)的變化情況，清晰快速地獲得資源增減幅度，為下一步加強森林資源管理、提升林業(yè)經(jīng)營效能提供參考依據(jù)，也為各級領(lǐng)導(dǎo)提供決策支持[9]。此外，系統(tǒng)還可以顯示簡潔清晰的森林資源分類、公益林管理分類、林地保護等級等專題數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一圖即可查詢各類森林資源信息。

4.3 森林資源動態(tài)更新

近年來開始實施的年度資源數(shù)據(jù)變更僅限于ArcGIS數(shù)據(jù)單機編輯，利用Excel等軟件進行統(tǒng)計計算，這種方式工作量大、耗時長，又難以保證數(shù)據(jù)結(jié)果的準(zhǔn)確性以及數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一性[10]。

為確保森林資源“一張圖”數(shù)據(jù)年度更新質(zhì)量，2020年起浙江省全面推行全在線更新模式，開展常態(tài)化的年度更新工作。通過專用的客戶端模塊，結(jié)合各個核心業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，對面積等因子進行變更，在數(shù)據(jù)邏輯控制下，對各因子信息建立關(guān)聯(lián)、環(huán)環(huán)相扣，進行數(shù)據(jù)變動約束檢查，從而提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量，保證了數(shù)據(jù)格式的唯一性和準(zhǔn)確性。基于森林資源動態(tài)監(jiān)測的結(jié)果，可繪制出全省各級森林資源監(jiān)測統(tǒng)計圖表和各類型專題圖。同時，浙江省依托森林資源樣地年度監(jiān)測成果，研發(fā)了符合本省特色的林木自然生長模型，模擬林木的自然生長狀況，并據(jù)此進行森林資源年度蓄積變更，保證了全省森林資源年度變更與國家森林資源管理“一張圖”銜接，實現(xiàn)數(shù)據(jù)對接轉(zhuǎn)換和一致性。

4.4 主要業(yè)務(wù)模塊協(xié)同機制

業(yè)務(wù)管理系統(tǒng)調(diào)用了森林資源“一張圖”年度成果，建立年度動態(tài)更新機制，規(guī)范數(shù)據(jù)更新流程，以林地審批、林木采伐、森林撫育、重要因子變更等各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)作為數(shù)據(jù)更新源，形成“一張圖”閉環(huán)管理。林業(yè)工作人員通過互聯(lián)網(wǎng)提交林地因子變更申請，經(jīng)省市縣三級遠程審批通過后，該因子將直接更新至“一張圖”現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫，便于相關(guān)工作人員及時跟進林地審批、林木采伐等由于因子現(xiàn)狀與“一張圖”數(shù)據(jù)不符導(dǎo)致的作業(yè)流程無法繼續(xù)的業(yè)務(wù)問題。數(shù)據(jù)信息可通過平臺從電腦端延伸至平板端、手機端，使用Web Services、Web API等技術(shù)自動完成數(shù)據(jù)交換。Web Services技術(shù)為各個部門的業(yè)務(wù)模塊的集成提供了通用機制。通過各業(yè)務(wù)模塊的協(xié)同管理，加強了業(yè)務(wù)審核審批校驗的效率，縮短了林業(yè)工作人員的常規(guī)事務(wù)性工作時間，提高了工作效率，減少了工作量和工作成本[11]，也為各級各部門的檢查驗收提供了便利。

4.5 天空地一體化巡查監(jiān)管模式

為形成天空地一體化巡查的監(jiān)管模式，森林督查利用兩期衛(wèi)星遙感影像，采用eCognition軟件進行疑似圖斑提取，并與前期“一張圖”疊置運算獲得動態(tài)變化圖斑。使用無人機勘察現(xiàn)地督查變化圖斑情況，采取“互聯(lián)網(wǎng)+森林督查”的方式開展全省森林督查工作，查清現(xiàn)地違法違規(guī)情況。為重點解決各縣(市、區(qū))數(shù)據(jù)上報不及時、野外調(diào)查不便利、圖斑填報不規(guī)范等問題，利用掌上林業(yè)APP和森林監(jiān)管系統(tǒng)，建立內(nèi)、外業(yè)數(shù)據(jù)采集整理的通道，開展野外現(xiàn)地調(diào)查、在線填報并督促各縣(市、區(qū))上報森林督查材料，網(wǎng)絡(luò)在線進行違法違規(guī)的數(shù)據(jù)邏輯檢查與修正，形成符合國家林草局要求的數(shù)據(jù)成果等。依據(jù)各縣(市、區(qū))填報情況，研發(fā)分析功能，提供森林督查上線情況表、森林督查圖斑上報情況表、森林督查圖斑按變化原因統(tǒng)計表和森林督查疑似違法違規(guī)情況分析表等。

4.6 野外調(diào)查創(chuàng)新

外業(yè)調(diào)查是林業(yè)數(shù)據(jù)采集的重要方式。在外業(yè)調(diào)查中經(jīng)常需要使用地形圖，衛(wèi)星影像等，雖然使用一些工具軟件可以實時獲取天地圖等影像，但是不能自由加載調(diào)用離線影像，滿足不了野外作業(yè)人員在無信號無網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)下的工作需求。隨著手機和平板電腦的使用越來越智能化以及移動地理信息系統(tǒng)技術(shù)越來成熟，林業(yè)工作者對移動端的需求也越來越明確。為便于開展野外數(shù)據(jù)采集，“一張圖”平臺研發(fā)掌上林業(yè)移動辦公，具備數(shù)據(jù)瀏覽、采集年度監(jiān)測圖斑、圖斑編輯、采集圖斑拍照舉證、圖斑屬性錄入等功能，通過實時調(diào)用征占用林地、林木采伐、森林撫育、森林督查、營造林工程等經(jīng)營檔案，開展森林督查、森林資源“一張圖”變更、重要因子變更等野外調(diào)查工作。在無信號離線狀態(tài)下外業(yè)工作人員可以調(diào)用提前下載移動端的離線數(shù)據(jù)或影像進行作業(yè)；在聯(lián)網(wǎng)狀態(tài)下，外業(yè)工作人員可以在任何時間上傳調(diào)查數(shù)據(jù)。內(nèi)業(yè)人員可以實時獲取到外業(yè)人員上傳的數(shù)據(jù)進行整理。內(nèi)外業(yè)工作一體化，工作靈活分工，極大程度上減少了工作量，降低了作業(yè)成本，提高了內(nèi)外業(yè)數(shù)據(jù)變更效率[12-13]。

5 實施效果

“一張圖”平臺建立至今已匯集了2016年以后的各年森林資源數(shù)據(jù)，已有用戶6 412個，其中林業(yè)系統(tǒng)用戶5 853個，中介設(shè)計單位用戶559個，已經(jīng)成為浙江省林業(yè)日常工作中不可或缺的一部分。平臺通過制定一系列的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，培養(yǎng)了一批專業(yè)技術(shù)人員，現(xiàn)正依托浙江省森林資源監(jiān)測中心，逐步打造省級數(shù)據(jù)中心，并建成了公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、森林資源數(shù)據(jù)庫、專題專業(yè)數(shù)據(jù)庫。平臺系統(tǒng)年增長6萬多個小班。至2020年，全省小班數(shù)量達到了322余萬個。

6 結(jié)束語

林業(yè)數(shù)字化改革業(yè)務(wù)新、專業(yè)性強，時間緊、任務(wù)重。在數(shù)字匯流環(huán)境下，浙江省林業(yè)“一張圖”平臺的應(yīng)用為建立部門無縫對接、技術(shù)支撐共享、業(yè)務(wù)全鏈條的協(xié)作式管理貢獻了力量，也對浙江省林業(yè)數(shù)字化改革工作起到了引領(lǐng)作用，推進了管理能力提升，提高了林業(yè)空間治理水平。但是，當(dāng)前“一張圖”平臺的數(shù)字化建設(shè)應(yīng)用與林業(yè)工作者的期待還是有不小的差距，仍有拓展空間。目前各個應(yīng)用系統(tǒng)都是從應(yīng)用到底層的訪問，從拓?fù)渖蠈儆谛菭罱Y(jié)構(gòu)，且業(yè)務(wù)間橫向聯(lián)系較少，業(yè)務(wù)協(xié)同效率有待提高，這也是未來系統(tǒng)的一個努力方向。另外，數(shù)據(jù)分析挖掘還不夠深入，各個系統(tǒng)的使用機制還需更簡化更靈活等。未來林業(yè)“一張圖”平臺，還有許多方面需要完善，林業(yè)數(shù)字化建設(shè)仍然任重而道遠。