数字林业解决方案

　数字林业 解决方案

　Skyline 产品中心 2013 年 7 月

　 I 目录 1 行业背景 .............................................................................................................................. - 1 - 2 平台介绍 .............................................................................................................................. - 1 - 2.1 系统总体架构 .......................................................................................................... - 1 - 2.1.1 基础设施层 .................................................................................................. - 3 - 2.1.2 数据层 .......................................................................................................... - 3 - 2.1.3 平台支撑层 .................................................................................................. - 3 - 2.1.4 应用层 .......................................................................................................... - 4 - 2.1.5 门户层 .......................................................................................................... - 4 - 2.2 功能介绍 .................................................................................................................. - 4 - 2.2.1 三维浏览 ...................................................................................................... - 4 - 2.2.2 信息展示 ...................................................................................................... - 6 - 2.2.3 数据查询 ...................................................................................................... - 7 - 2.2.4 空间量测功能 .............................................................................................. - 8 - 2.2.5 视域视线分析 .............................................................................................. - 8 - 2.2.6 分析功能 ...................................................................................................... - 9 - 2.2.7 行政管理 .................................................................................................... - 11 - 2.2.8 林业林地管理 ............................................................................................ - 13 - 2.2.9 动态监测 .................................................................................................... - 13 - 2.2.10 护林防火 .................................................................................................... - 13 - 3 成功案例 ............................................................................................................................ - 15 - 3.1 晋安区森林防火地理信息系统 ............................................................................ - 15 -

　 - 1 - 1 行业背景 林业信息化是现代林业建设的重要组成部分，是促进林业科学发展的重要手段，是关系林。林业信息化战略目标业工作全局的战略举措和当务之急。“十二五”期间，是认真落实《全国林业信息化建设纲要》、《全国林业信息化建设技术指南》、《全国林业发展“十二五”规划》、中央林业工作会议、全国林业厅局长会议和全国林业信息化工作会议、全国林业信息化示范省建设工作座谈会精神的关键时期，加快推进林业信息化，有利于逐步建立起覆盖各级林业部门、功能齐备、互通共享、高效便捷、稳定安全的林业信息化体系，促进林业决策科学化、办公规范化、监督透明化、服务便捷化，为建设现代林业奠定扎实基础。

　建设数字林业就是要从全国的角度，为林业行业构造一个统一的立体的信息集成系统。该系统是一个以林业空间数据为依托、用宽带网络连接各分布式数据库、以虚拟现实技术为特征、具有三维显示和无边无缝多级分辨率浏览的开放系统。它可为林业建设提供一个更加广泛、更加形象化的信息处理环境及支撑工具，推动林业生产各个环节的信息化进程，并为林业和全社会提供信息服务。数字林业系统建成后，将彻底改变人们心中林业这个传统行业离高新技术很远的陈旧印象，为林业增添不少前卫的色彩。

　我国数字林业建设的总体目标是：以林业重点工程为切入点，创建数字林业中心，研究数字林业构建中的关键技术，建设数字林业工程，最终形成整合集成的数字林业。与此同时，数字林业中心也将发展成为集我国林业信息的数据中心、技术服务中心和创新基地为一体的国家级重点实验室。

　2 平台介绍 2.1 系统 总体 架构 在系统设计过程中，采用了多层体系架构模式，采用组件技术实现基础模块的可复用性，实现平台的灵活性、开放性和可扩展性。

　系统设计采用 COM 和 SOA 架构思想，以通用性、稳定性为主导，进行分

　 - 2 - 层设计和开发，横向以功能类别为导向，纵向以服务内容为导向，逐级设计，逐步细化各组件的颗粒度。设计中主要考虑以下几点：

　（1）在设计时按应用需求和功能合理划分软件的层次结构，上层的实现基于下层的功能和数据，并且使同层间功能藕合度达到最小。

　（2）在同一层次结构中，按功能相关性和完整性的原则，把逻辑功能和信息交换紧密的部分以及在同一任务下的处理过程放在同一功能组件包中。

　（3）功能组件与系统主控部分有很强的接口能力，使组件具有可拆卸性，以便于实现对单个组件的更新和不断优化。

　（4）可扩展性强，各功能模块以组件式开发，以供将来应用系统的调用，并方便今后的扩展开发。

　（5）尽量达到应用层与功能层分离，应用层只负责用户界面和功能调用逻辑的实现，以大大简化平台上各应用的实现，并真正实现功能的共享。

　信息化标准、数据规范、信息管理制度信息加密、传输、保护的安全体系基础设施层数据层平台支撑层应用层GIS公共开发平台数据中心数据库 双机倍份软件 双机倍份软件网络监控软件操作系统存储设施存储设施计算机设施计算机设施网络交换设施 网络安全设施??输入、输出设备千兆局域网络 千兆局域网络 服务器设施数据库 基础地理数据库信息化基础设施门户层遥感影像数据库数字高程模型库兴趣点库三维纹理库林业专题数据库…...动态巡查数据库元数据库“数字林业”三维展示系统一站式登录的统一信息门户/系统集成行政管理Microsoft

　V V isual S S tudio/ / Java+ + Skyline+ + ArcGIS Engine/ / ArcGIS Server数据源管理配图/制图模板管理标准数据库管理数据库体管理图层方案管理符号管理三维模型管理数据字典管理元数据管理数据管理用户管理 用户管理组织机构 组织机构管理 管理角色管理 角色管理资源权限 资源权限管理 管理服务注册 服务注册管理 管理服务监控 服务监控巡检 巡检日志管理 日志管理运维管理综合查询 综合查询区划定位 区划定位统计报表 统计报表动态图例 动态图例用户书签 用户书签3D分析 分析统一资源认证 统一资源认证应用服务二维地图 二维地图组件 组件三维地图 三维地图组件 组件地图工具 地图工具集 集应用工具 应用工具集 集二三维多 二三维多窗口联动 窗口联动资源展示 资源展示组件 组件微内核框架 微内核框架开发应用林业林地管理 动态监测 防火护林 … …

　图 2-1 系统架构图 整个系统架构从逻辑上分为基础设施层、数据层、平台支撑层、应用层和门户层来组织。系统软件设计采用分层架构技术，以通用性、稳定性定层次，同一

　 - 3 - 层次以功能划分包，以上层服务为导向，逐级设计，逐步细化平台组件的颗粒度。

　2.1.1

　基础设施层 基础设施层提供系统的网络设施、服务器设施、存储设施、安全设施、输入/输出设施等，也包括保障这些硬件设施正常运行的基础软件环境（如：操作系统等），基础设施层构成系统的软硬件设施基础，保证数据的安全存储、高效管理和快速传输，也为整个软件系统提供了安全、高效和稳定的运行环境。

　2.1.2

　数据层 层 数据层是系统的核心。数据层在统一的数据标准与技术规范的规定下，由基础地理数据、遥感影像数据库、数字高程模型库、兴趣点库、三维纹理库、林业专题数据库、动态监测数据库等组成。同时，数据层还包括空间数据间的逻辑访问和维护接口。数据访问接口具有通用性的特点，可根据不同的权限配置访问不同数据，以方便在上层实现二级应用单位以及领导部门、其它政府部门数据访问与共享的需要。

　2.1.3

　平台 支撑层 层 平台支撑层包括底层平台支撑层和 GIS 公共开发平台。其中底层平台支撑层是整个系统所依赖的 GIS 平台、三维平台和涉及到的其他相关技术平台。包括地理信息系统平台、数据库平台、各类开发环境和管理工具等，平台支撑层所采用的基础软件产品构成了地理信息系统运行的底层技术支撑环境。

　GIS 公共开发平台是基于 ArcGIS Engine/ArcGIS Server 和 Skyline 开发，是实现整个应用的基础和框架。除提供方便的开发模式外，还提供基本的业务分析和空间数据处理和应用功能模块和组件，可以大大提高应用系统的开发效率。它综合了多种关键技术部件，包括基础 GIS 功能、专题图生成技术、空间数据管理、元数据管理、日志管理、权限认证等。应用层的应用系统是在合理的软件框架下根据应用需要对 GIS 公共开发平台中各类组件进行选取、编排和组合构建而成。平台中的组件秉承组件内紧耦合、组件间松耦合的基本原则，使得组件之

　 - 4 - 间的相互依赖尽可能降到最低限度，从而保证整合系统具有良好的灵活性、伸缩性和可扩展性。

　2.1.4

　应用层 应用层是直接与用户交互的系统功能层，根据各林业部门用户需求的不同构建和开发不同的应用，为不同的用户需求提供服务。

　该层建立在平台支撑层软件基础之上，应用层通过 GIS 公共开发平台/地理信息服务平台提供的基本功能，集成提供满足用户层需求的数据库管理、数据应用服务功能，满足地理信息系统的易用性及人性化。

　2.1.5

　门户层 层 该层建立在 GIS 公共开发平台的“一体化”应用开发与集成框架基础之上，与具体应用需求相结合，开发并集成各类应用功能，通过“一站式”登录门户为用户提供人性化的应用界面。

　2.2 功能介绍 2.2.1 三维浏览 系统可以实现三维地图的平移、缩放、俯仰、旋转等基本操作。系统能提供灵活的、交互式的浏览漫游功能.系统可以通过鼠标、键盘、操纵杆、控制面板或者任意组合方式来控制飞行的速度、高度视角，使得用户可以灵活、便捷的在三维场景中浏览，操作简单，易于使用。随着鼠标的移动显示到达的地域名称、状态栏坐标切换显示。

　 - 5 -

　 图 2-2 控制面板示例 2.2.1.1 地图缩放 通过鼠标滚轮滚动方式或者左下方的工具条来自由缩放三维影像地球，可以从不同的高度来浏览窗口，并且可以直接定位到房屋、街道、城市、国家、全球的高度。

　2.2.1.2 平移 通过鼠标的点按动作，根据鼠标移动的方向，实现对三维地球任意方向的平移； 2.2.1.3 拖动 通过鼠标的点按动作，根据鼠标移动的方向，实现对三维地球任意方向的拖拽； 2.2.1.4 旋转 通过点击旋转按钮，让用户以屏幕中心点为中心，做三百六十度环绕飞行，

　 - 6 - 可从不同的角度查看目标，以便更加全面的查看对象属性； 2.2.1.5 指北 当三维地球处于任何倾斜状态时，指北功能能够实现对影像在 3D 窗口中的上方为地形的北方； 2.2.1.6 居中 通过鼠标双击三维地球上的某一兴趣点，向该兴趣点移近，并使该兴趣点自动在三维窗口居中显示；

　图 2-3 倾斜状态

　 图 2-4 回正状态 2.2.2 信息展示 2.2.2.1 基本信息 展示 对于系统中三维地形上任意一点，系统提供了基本信息查询工具，可以查询到该点的经纬度坐标、高程、地物类型等信息。如果查询的是矢量信息，还可以显示矢量数据自身的属性字段。

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　图 2-5 数据属性查询示意图 2.2.2.2 属性信息 展示 对于三维场景中的特定区域、指定对象（文字标注、建筑物等），系统能够使用超链接技术，给其赋予属性信息。该信息可以是网页、应用程序或者多媒体数据集。通过点击触发事件，进行属性信息查询。

　（1）属性信息：系统可以链接网页类型的属性信息，该网页里可以包含文字说明、现场照片。

　（2）多媒体属性信息：多媒体信息是指包含声音、视频等信息文件。系统可以将多媒体信息作为属性数据接入系统，对兴趣地区进行更形象生动的说明。

　2.2.3 数据查询 提供基于图形和属性的多种查询功能，包括几何查询、缓冲区查询、属性查询（含空间属性与业务属性）、联合查询、快速定位（坐标、地名、图幅号等）、历史查询与回溯（如时刻、时间序列、数据比对、数据恢复等）、几何特征查询（坐标、长度、面积、周长、角度）、空间关系查询（落入查询、穿越查询、包含查询等）等，查询结果可以专题图、表形式反映与输出，提供查询模版定制功能。

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　图 2-6 综合查询示意图 2.2.4 空间量测功能 包括空间距离、水平距离、垂直距离、地表距离、平面面积、地表面积等测量。

　图 2-7 水平测量示意图 2.2.5 视域视线分析 提供地形或模型两点间通视效果，或以地形或模型上一点为视点，计算给定高度和视域内可见、不可见区域。

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　图 2-8 两点通视分析示意图

　图 2-9 扇面通视分析示意图 2.2.6 分析功能 2.2.6.1 等高线分析 在三维场景中，勾画一个面，该平面下的地形通过颜色渲染表现出不同的高程，或者只标绘出指定等高距的等高线。

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　图 2-10 等高线分析 2.2.6.2 剖面分析 提供剖面分析工具，可以查询多点之间的坡度、坡向，以及点之间任意点的高程，为信息点选址等工作提供辅助决策工具。

　 图 2-11 地形剖面分析结果 2.2.6.3 缓冲分析 以点、线、面实体为基础，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形图层，然后建立该图层与目标图层的叠加，进行分析而得到所需结果。

　 - 11 - 2.2.6.4 水淹分析 以地形上一点高程为基准水位，计算给定区域内被淹没得地表区域。

　五分钟后的洪水淹没情况

　三十分钟后的洪水淹没情况

　一小时后的洪水淹没情况

　 两小时后的洪水淹没情况

　2.2.7 行政管理 利用地理信息系统, 可以做到以林班、林场、林业局、地区及全省为单位的森林分类经营管理, 能够做到分类更为科学、更为客观, 为各级领导及林业管理部门、生产部门提供可操作的森林分类经营方案及科学依据。

　该系统能够提供对相关林区资源地理信息进行综合有效地空间管理、空间检索和空间分析的强大功能。监测管理内容是以小班为单元的森林资源信息，系统对林业地理信息提供含有录入、编辑、管理、分析、接口、输出等功能，系统中空间实体的描述为：

　 点状实体：样地定位点、行政所在地（乡址、村址、场址等）、了望台、 山峰顶点、明显地物点；  线状实体：公路、水系、防火林带、通讯线、山脊线、等高线；

　 - 12 -  面状实体：小班、林班、工区、村界、乡界、林场界、县界、保护区、 禁伐区、水库、居民区、农地等；  属性代码：小班调查档案、资源统计表、注记、符号。

　2.2.7.1 辅助/ 决策 可以真实地展示森林资源的分布、各处的林木生长情况、林斑位置、面积、蓄积、权属、地类、林分、树种、林龄等等。

　图 2-12 林区属性分布示意图 2.2.7.2 规划/ 管理 系统提供林区规划展示，周围环境对比等，并可提供查询统计、多边形选择范围统计和一定范围统计（两坐标点范围内统计），提供丰富的统计图，如柱状图、饼状图、折线图等显示功能，方便领导调取使用。

　 图 2-13 统计数据示意图

　 - 13 - 2.2.8 林业林地管理 系统借助其建立的数字地面模型三维场景, 可提取多种地形地貌因子, 然后结合土壤、气象和自然经济调查因子, 生成各种派生图( 如: 海拔高度分布图、土层厚度图、以及坡形坡度图) , 可以实现地形与造林类型的配准、叠置, 直观逼真地显示地形地貌和造林现状, 反映造林后的林地空间分布。可以直接在图上进行林种改造, 进行营林设计和规划工作, 为林业规划、管理和决策提供科学依据。

　2.2.9 动态监测 由于林区资源涉及面广，且资源总是处在动态变化过程中，及时准确地掌握资源现状及动态变化规律，为林业发展战略，经营决策、管理对策的制订提供可靠依据。该系统可以实时监测林地变化情况，当森林资源发生变化时，通过 GIS对图形数据和属性数据的及时修改，实现同步更新。

　2.2.10 护林防火 为确保管理人员实时了解当前火场态势，动态获取火场信息，系统可以在三维模拟场景中反映当前时刻的林火火情情况，以及受环境影响火势动态蔓延情况等，并可查询、搜索、建立营救队伍、设施、物资等一切相关资源。通过提供直观的表现方式供管理人员在扑火指挥时参考。

　2.2.10.1 动态分析 火势蔓延情况分析，随着时间的推移，受周围环境因素影响，及气候、风力风向等，在该平台上可推算出受灾面积。

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　图 2-14 受风向、风速、时间影响示意图 2.2.10.2 拟订最短路径 发现火点之后，在地图上进行标注，根据坡度等限制条件，系统会自动计算出集结点到火点的最短路径。如下图所示，图中红旗处标识的是集结点，火标识处为火点，蓝色线标识的就是集结点与火点间的最短路径，为指挥人员提供具有价值意义的参考。

　图 2-15 最短路径 2.2.10.3 指挥管理 管理人员通过该系统可以实时了解到火灾情形，并模拟派出附近救援设施

　 - 15 - （消防车、直升机等）前往扑火救林。

　图 2-16 消防救援模拟演示 3 成功案例 3.1 晋安区森林防火地理信 息系统 项目通过建立高分辨率（0.5 米）的航空三维影像场景，同时建立和集成地理、森林防火系统等数据库，并进行森林防火指挥系统的深层次开发集成。系统最终应用于晋安区森林防火应急指挥和决策分析。

　 图 3-1 系统界面

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