岩溶地区石漠化监测管理信息系统总体设计探讨

罗为检，宁小斌，郑 红，刘晓农

(国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙410014)

岩溶地区石漠化监测管理信息系统总体设计探讨

罗为检，宁小斌，郑 红，刘晓农

(国家林业局中南林业调查规划设计院，长沙410014)

根据我国岩溶地区石漠化监测现状、相关技术规定和用户实际需求，提出系统平台和系统结构的总体设计方案，并对系统功能设计和数据库建设进行了阐述与讨论。

石漠化监测;信息系统;总体方案

引言

石漠化是制约区域经济社会发展和危及国家生态安全的生态问题之一［1］。在党中央、国务院高度重视下，从2001年开始，国家林业局开展了石漠化监测指标、监测技术方法的研究以及编写石漠化监测技术规定等一系列工作。2005年，国家林业局组织实施了岩溶地区八省(区、市)(贵州、云南、广西、广东、湖南、湖北、四川和重庆)第一次石漠化监测工作，其成果数据为石漠化治理、石漠化监测与管理工作所应用。2011年，在这些省(区、市)进行第二次石漠化监测工作，以保证监测的连续性。随着第二次石漠化监测工作的开展，原有管理方式已不能满足对石漠化数据的高效管理和分析;此外，虽然《岩溶地区石漠化监测技术规定》(下称《技术规定》)为监测工作提供了一套行之有效的操作流程与方法，但不同工作人员在实际操作过程中仍然存在差异，操作流程没有程序化和高效化;同时，计算机、GIS与RS、数据库等技术的飞速发展，为石漠化监测与管理效率的提高提供了支撑。因此，迫切需要开发全新的石漠化管理信息系统，实现石漠化监测工作的高效管理，及时更新石漠化数据，供相关部门及时掌握石漠化分布及变化情况。

1 系统用户

本系统的用户单位包括国家林业局防治荒漠化管理中心、国家级技术支撑单位国家林业局石漠化监测中心(设在国家林业局中南林业调查规划设计院)和省级石漠化监测部门三大用户群。根据用户群对系统具体功能需求的不同，可以归纳为三种用户类型:即行政管理用户、技术人员和系统管理员，如图1所示。

图1 用户类型图

2 技术路线及设计原则

系统开发采取“统一设计、分步实施”的策略，从总体上充分考虑系统的实用性、先进性、安全性和可扩展性，引进先进的软件工程管理方法，采用UML方法进行软件项目设计与开发管理，提出系统设计框架和模型，定义各模块功能和模块间接口。综合分析石漠化监测工作的实际情况，进行系统的需求分析、总体设计、概要设计、详细设计及代码编写、系统测试，并编写具体详实的文档材料，各过程将采用规范的监督管理和负责机制，使系统开发有据可循，系统成果标准、规范和实用。

本系统在设计中遵循以下基本原则:

1)先进性:系统采用当前世界先进的开发软件(C# ．NET 2008)、数据库软件(SQL Server 2005，Oracle 10G)和图形平台(ArcGIS 9．3)进行软件开发设计，保证系统在平台技术上处于领先地位。

2)实用性:实用性是应用软件系统的生命。在保证系统所有功能实现的前提下，注重系统的实用性，使系统能真正为石漠化管理工作带来方便，提高工作效率，规范石漠化工作成果。此外，友好的程序界面设计是用户方便使用的保证。

3)可靠性及安全性:系统采用多种数据安全机制，如用户认证、数据备份及系统日志等保证数据的完整性与可靠性。

4)扩展性:为保证系统具有良好的可扩展能力，能够方便进行系统升级和更新，以适应各种不同业务的不断变化，系统采用模块化设计并规范数据接口。

3 总体结构

系统设计以提高石漠化监测工作效率为目标，集中、规范数据管理，实现成果数据查询分析与内部共享，建立以数据库技术、数据更新交换技术、GIS技术和计算机技术为核心的高效运行、安全可靠的石漠化监测管理信息系统。建成后的系统将集石漠化图斑区划、数据入库、数据检查、统计分析、石漠化现状查询与动态分析、文档管理、系统管理等功能于一体，实现石漠化监测管理工作的规范化、标准化、信息化和网络化。

3．1 系统体系结构及开发平台

系统由计算机网络通讯平台、计算机软件环境平台、数据库、应用系统、系统用户、应用支撑平台和运行管理体系7部分构成，如图2所示。

图2 系统体系结构图

计算机网络通讯平台、计算机软件支撑平台、数据库接口等每个层次都为上一个层次提供必要的支持和服务。这几个层次是整个石漠化管理系统的主体，安全保障体系和运行管理体系贯穿在各个层次，保证和维护各个层次正常有序地工作。

为保证系统的稳定性、扩展性与易维护性，系统将以数据库技术、组件技术和GIS技术为基础，以C/S结构模式进行应用系统设计;系统将采用成熟的三层架构体系进行程序功能设计，它们分别是数据层、逻辑层和表现层。数据层是系统的数据库及支持数据库运行的软硬件及网络环境;逻辑层主要是为实现业务功能而抽象出来的系统逻辑方法;表现层是系统功能的直接展现，它主要是用户与系统进行交互的功能界面［2］。

3．2 系统运行网络环境

系统将部署于国家林业局石漠化监测中心和国家林业局防治荒漠化管理中心现有局域网上。对于省级用户，仅部署系统客户端作为石漠化监测工作的工具，其成果数据提交与返回通过电子邮件或光盘拷贝等其它方式进行。对于国家级用户，系统拟采用C/S结构模式进行功能开发。本系统不采用B/S模式实现查询分析功能，原因有以下五个方面:

1)各类用户所需功能集成开发，确保系统功能的整体性和稳定性。

2)B/S必须在网络畅通的情况下才能使用，影响其速度与性能的因素偏多。C/S仅仅需要安装一个客户端，既可实现联网运行;而且，绝大部分功能又能脱离网络独立运行，运行速度基本不受影响。

3)每5年一次的数据更新频率，使系统不必频繁连接服务器获取更新数据。同时，系统中所有的石漠化监测详实数据，由于保密的需要，不允许在公网或林业专网上流通。

4)B/S模式适合无固定且数量未知的用户群，而石漠化监测系统主要用户明确且数量有限。

5)目前WEBGIS技术不适合做复杂的业务功能开发，成功案例少。而基于C/S模式的GIS技术相对成熟，能实现几乎所有的用户功能需求。

尽管如此，建立的中心数据库，仍然为今后的B/S模式的系统开发预留接口。

4 功能设计

根据用户需求分析及系统结构设计，系统提供以下八个主要功能模块。

4．1 数据管理

对各期石漠化数据表结构(图斑区划属性因子)进行管理，可以增删属性因子，可以修改因子的属性或精度，根据数据表可以创建规范图层;对系统因子代码进行管理，用户可以增删因子代码，设定矢量图层的代码域;将石漠化规范空白图层及其挂接的代码域导出作为模板数据，分发给各省(市)或县，便于石漠化图斑区划的标准统一;将前期石漠化数据有选择性地导入到当期石漠化图层，作为当期石漠化区划的本底数据;对各期石漠化数据进行管理;将各省提交的区划成果数据(包括SHP格式的数据)导入到本地数据库，由系统数据管理员将经过拓扑检查和逻辑检查的石漠化成果数据由本地数据库中提交到服务器，或从服务器下载指定年度或地区的石漠化数据到本地数据库;对项目相关的所有文档进行分类管理，文档可以导入导出或删除，可以直接查看浏览;对石漠化特征点进行管理，将新一期的特征点数据(包括照片)增加到数据库。可以随时删除、修改、查询浏览特征点信息和照片。

4．2 数据检查

管理数据逻辑关系，确定或修改小班属性表逻辑关系或缺漏项定义;用户对区划图斑数据进行检查，判断图层是否有拓扑错误和属性逻辑错误，并导出检查结果;对单个图斑记录进行修改或批量修改。

4．3 图斑编辑

提供图层载入及叠加功能，将卫星影像和石漠化监测数据等图层加载到同一地图窗口进行区划;系统提供基本地图工具(如放大、缩小、漫游等)和对地图文档与图层的基本操作工具;提供多种空间定位功能，如地名定位、坐标定位、区域定位;提供矢量图层的编辑工具条，能够对石漠化图斑及属性进行编辑。系统提供新建、修改、删除、复制、粘贴、撤消、恢复、剪切、合并、自动完成及流画笔等多种图形要素编辑功能。

4．4 图件管理

图件管理功能模块主要包括专题图制作、专题图管理以及专题图查看3个子功能。

系统提供石漠化图件制作的排版窗口及控制排版窗口的工具条。工具条提供布局放大、布局缩小等常用工具按钮;提供多种插入元素工具，在布局窗口中插入本文、标题、图例、轮廓线、指北针、图片、比例尺及公里网、多边形等元素并能修改其属性。通过对系统各菜单和工具按钮进行综合应用，实现石漠化专题图的排版及输出。特别地，系统设置石漠化色块管理器，按《技术规定》中的石漠化状况和程度的色块标记规定，进行石漠化色块方案管理，每次用户对石漠化图层进行渲染时，只要指定管理器中的模式就可快速对图层进行渲染，以保证各类石漠化制图效果的统一。

制作好的石漠化专题图以图片的形式保存到系统数据库中进行管理，以提高查询浏览速度。成果图分年度分地区进行管理。成果图可以导入、导出及删除。用户可以对专题图分年度、分行政级别查阅。

4．5 统计报表

系统按《技术规定》产出统计报表，并可导出为EXCEL文件;用户可以对报表进行自定义或修改，也可对报表间关系进行定义和检查。为提高报表查询浏览速度，系统不采用即时统计模式，而采用“→生成浏览”模式，即每期石漠化监测数据更新后，重新“生成”一次报表，将统计结果数据内容保存到统计结果表中，用户要进行浏览时，直接从统计结果表中提取数据。

4．6 查询分析

1)石漠化专题查询分析

使用基本地图操作或查询工具，通过年度、行政区划、石漠化状况或程度等条件，在地图中显示符合条件的石漠化图斑。用户可以查看各图斑的具体信息，采用统计图或表的形式展现石漠化相关统计数据信息;用户也可以对指定区域或年度进行石漠化状况、石漠化程度和石漠化演化趋势进行分析，分析结果以地图和统计图表形式展现给用户;可以根据地类、成因、权属、流域、综合盖度、乔灌盖度、植物起源以及治理现状等因子进行有选择性的查询分析;点击图中石漠化图斑，如果该图斑存在GPS特征点，可以显示该特征点的信息和图片。见图3所示。

图3 石漠化程度查询及分类分析结果界面设计

2)石漠化动态变化分析

对两期石漠化数据进行动态对比分析，分析结果以地图和统计图表形式展现给用户，变化图斑以闪烁形式突出显示。

4．7 系统工具

提供坐标转换、AUTOCAD数据转换等监测工作中可能用到的实用工具。

4．8 系统管理

系统管理主要包括用户管理、日志管理、数据备份和恢复及服务器连接参数配置等功能。系统采用用户认证机制，不同用户角色设置不同的操作权限。系统日志能自动记录用户对于系统的各种关键操作及操作人员的相关信息。系统提供数据备份与恢复机制，确保系统数据的安全性。系统将连接服务器参数以二进制文件分发给其它用户，其它用户只要将参数导入，即可连接服务器，又可保证系统安全。

5 数据库建设

系统中心数据库建设以关系型数据库Oracle 10G为核心，本地数据库采用SQL Server 2005。采用ARCGIS SDE作为空间数据引擎。系统制定统一的数据规范，建立统一的数据管理模型，所有数据符合ORACLE与ARCGIS的技术规范。石漠化专题数据的数据结构及数据代码以《技术规定》为准。其它基础数据的命名规范参考《国家森林资源数据库试点示范项目》相关标准。所有数据的空间参考统一为北京54坐标系统。空间数据统一采用经纬度地理坐标。表或图层数据以年度和省(区)为单位进行储存。经初步估算，两期的石漠化专题图斑，数据量在700万个左右。分年度和省(区)存放数据，能提高图形浏览速度和属性查询速度。

6 结语

系统设计采用的架构模式，有利于系统维护与升级;系统功能设计灵活，能应对各期业务变化，同时也保证了数据的安全。系统采用成熟的开发平台与数据库平台，保证了系统的稳定性和先进性。系统提供的功能丰富实用，不仅能规范监测工作操作流程和数据内容，还能提高石漠化监测工作效率，满足用户对石漠化信息的查询分析需要。数据库数据内容齐全、标准规范，有利于数据共享、查询浏览以及后续使用。系统数据库建设严格参照了《国家森林资源数据库建设》标准，能方便地实现与国家森林资源数据库的迁移、共享与对接。

［1］王世杰．喀斯特石漠化概念演绎及其科学内涵的探讨［J］．中国岩溶．2002，21(2):101 －105．

［2］高扬．基于NET平台的三层架构软件框架的设计与实现［J］．计算机技术与发展，2011，21(2):77－80．

The General Scheme of Karst Rocky Desertification Monitoring Information System

LUO Weijian，NING Xiaobin，ZHENG Hong，LIU Xiaonong

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration，Changsha 410014，Hunan，China)

Abstyact:According to the karst rocky desertification monitoring status，technical guidelines and user requirement in our country，the general scheme and system structure for rocky desertification monitoring system platform were put forward．Meanwhile，the design of system functions and center database were expounded and discussed．

monitoring of rocky desertification;information system;general scheme

TP 79;P 588．24

A

1003—6075(2012)01—0035—05

2012—02—20

罗为检(1973—)，男，工程师，从事林业信息系统开发和林业调查规划设计工作。