多专题森林资源调查数据采集建模

林 峰，王霓虹，高心丹，戴 巍

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

多专题森林资源调查数据采集建模

林 峰，王霓虹，高心丹，戴 巍

(东北林业大学，黑龙江 哈尔滨 150040)

通过面向特征的领域分析建模技术，实现对软件整体结构的分析与领域建模；通过对输入软件的整体分析，实现软件公共部分的有效封装，对需要拓展的部分参数化；从而实现快速建表，表单信息的快速维护以及大批量的信息输入。本分析不仅能够适用于当前一类、二类、三类森林资源清查的调查任务，并且适合于将来林业发展的需要，提高采集效率。

森林资源；采集效率；领域分析；领域建模

随着我国林业的不断发展，社会对林业资源的数据要求越来越高，因此对林业数据的有效处理是当前迫切需要解决的问题[1]。我国有关森林资源数据采集的软件有很多，但是相对较单一，对林业的包容性比较低，而且对于森林资源旧数据以及实时数据的输入比较缓慢，多为人工输入，软件效率较低。

为了提高软件开发的质量与速度，通过领域工程进行软件的有效复用是当前在特定领域进行软件开发的主要途径[2]。传统表单的格式单一，一旦需要录入一组新的数据，就需要重新定义表单格式，增加工作量。因此，提供友好的表单设计界面，让用户自己编写表单格式，不但降低工作流系统中的复杂度，而且提高软件开发的效率[3]。所以，对输入表单的软件开发进行建模，是十分有必要的。

由于各类调查数据无法相互代替，它们的目标与具体的对象也不一致，因此以面向特征的领域分析技术为基础，着重找出森林调查中有关一类、二类、三类调查的相似性及特征性，针对各类调查总体的不同，调查单位的特异性，调查内容的特点，对表单格式及输入进行建模，使之适应我国森林调查的各个种类，这样不仅体现了多专题调查数据的特点，同时也使其适应将来林业调查的需要，提高森林数据采集软件的开发效率及使用效果。

1 森林资源调查数据录入特点

在我国，森林资源调查以3类调查为基础，包括以全国范围为对象的一类调查，为编制规划设计而进行的二类调查，以及为作业设计而进行的三类调查。

各专题调查是森林资源调查数据输入的基本，并且地域性以及综合性是其数据特征。根据这些先决条件，该软件应该具有以下主特性：数据格式标准以及无误；信息录入速度快，操作一致性；可移植性与可拓展性。对于林业数据来说，不但需要准确、有效快速的录入，并且有关种类的调查数据的操作也应该相近，这样即可摆脱录入数据时的操作复杂性，实现效率的提高[4]。因此通过面向特征的领域分析进行有效的建模，可以极大地提高公共模块的共享性，软件的可移植性、可拓展性[5]。通过分析、确定各个专题之间的特点，为软件的开发以及软件复用提供现实帮助。

图1 调查输入软件总体架构图

1.1 多专题软件的总体设计

由于多专题森林资源调查数据的种类各不相同，内容也千差万别，但是通过面向特征的领域分析，依然可以找到其相应的共同点以及不同点。首先，每一类调查都以操作细则以及调查规范为基础，这样就定义了调查单位以及调查方法，也定义了表单内容的基本结构以及统计数据的数据类型的规范要求。其次，具体到调查因子上，对于植被的覆盖情况，土壤情况，地理状况信息等对建表的规范性以及效率起到了极大的提高作用。再者，调查的结果都以文档形式和数字化进行存储以及展示。因此，在设计上，针对各类森林调查的软件应该具有建表的灵活性，与用户良好的交互性，录入数据的快速与稳定，对各个表单实现柔性管理，能够实现数据的及时更新。在显示方面实现表单，ARCGIS，以及基层统计表的相互融合以及转化(图1)。通过总结公共特征，在总结相似规律的情况下实现软件重用，对多专题的软件开发具有相当重要的意义。

1.2 设计原则

软件的设计原则都是以良好的交互性为前提，所以，多专题森林资源数据录入软件的操作界面应该简洁明了。对3类森林资源调查的设计都应以相似操作为主，方便用户学习。对表单结构的设计应该包括规范化的表单结构，也应当具有灵活的表单管理过程。要充分体现出软件的重用性、共享性。软件开发完成后，用户可在各种不同的调查中对数据进行操作，并且拥有多种显示方式，提高数据的实际操作性。最后，录入数据的准确性以及规范性也要有相应的要求。

2 领域分析

面向特征是该领域分析的主要特征，它通过分析产品的相似点与不同点，通过对比一组特征之间的关系，进而发展到对整个领域、整个系统特征的对比[6]。从而通过建立特征模型实现对软件需求的分析。

2.1 上下文分析

上下文分析的主要目的是确定领域的规模、范围。并且外部元素与领域的关系也需要处理。森林资源数据录入软件主要帮助林业相关工作者确定调查任务，同时，也需要确认调查项目、调查元素以及表格格式等。对表格的输出采取网页、办公软件以及GIS三者相融合的方式。录入软件中不需要改变各类调查的技术标准、各类调查的调查范围以及各类调查的单位范围。但是林业工作者需要选择所需要的调查种类，确定建表类型以及选择所需要的表单结构以及最后表单结果的选择方式。

2.2 领域建模

领域特征模型是面向特征的领域需求规约模型，是领域分析阶段的重要产物。采用一种基于领域分析的简化的特征模型作为森林资源数据采集领域模型，模型分为服务特征、功能信息、行为特征3个方面[7]。

2.2.1 服务特征层分析 多专题森林资源数据采集的服务特征分析是为了获得林业相关工作者对采集系统正常情况下的能力理解，即是特征。因此可以从3个方面获取到领域方面个性与共性的特征，即用户需求、业务需求、功能需求。业务需求就是系统要达到的目标；用户需求讲述系统与用户的联系，有可能在此过程中会体现该领域内普遍接受的业务流程；功能需求则是为了实现指定的业务，是满足用户的方法。

图2 多专题输入软件控制流图

对于广大林业工作者来说，需要系统能够合理而自由的创建表单，对表单的操作准确而简单，对于表单的使用灵活而快速。在系统层面上，多专题森林资源数据采集系统主要用于各类森林调查的数据整理。比如一类调查中对样地进行的森林灾害调查、植被调查等；二类调查中进行的人工林面积、蓄积调查，林地的规划调查，各个种类森林的生长量、蓄积、枯萎量的调查；三类调查中对作业地段进行的蓄积量以及各种木材种类的出材量详细调查等，而由于三类调查的采集方式均有使用每木检尺的方法，因此对于能够重复利用的数据要有效使用。在建表的过程中，用户可以对表单的分类进行详细地分化，对表单中字段的类型、种类可以任意地设置，增强表单的灵活性；表单中的主干可以更改与删除，对表单中的数据也可以进行相应的增删改查。在显示的过程中，也要让结果多样化，适合各类人群查看及使用数据。

图3 表单名称输入数据流图

2.2.2 功能信息层分析 功能信息分析的主要任务是分析和定义领域中为实现应用而需要的数据需求以及领域知识。根据信息分析的目标，可以确定本系统使用领域实体及其相关联的处理方法与关系来实现领域知识和相应数据。在系统使用中，用户需要输入建表类型、建表单位、建表时间，表单初始化时所含有的字段信息，以及在相应分类下的使用目的等更加详细的分类。在表单建成后，用户还需要各个表单中需要添加字段的信息。输入完成后，系统开始对数据进行有效处理，分析表单详细属性，创建初始表，对初始表进行删改，对表单结构进行修改，对改进表的结构进行操作，对表单中的数据进行操作。在结果处理上，需要显示各种分类下的表单概况，在web上显示表单结构、信息。将信息转化为可供办公使用的文件，以及在GIS上不断更新信息。

2.2.3 行为特征层分析 该分析的主要目的是要确定领域特征中的行为，包括控制流与数据流的差异性以及相同性，有限自动控制机模型等。在程序中，控制与数据是最基础的单位。控制的规范性不是那么完美，数据更加规则但是由于其易懂的特性决定了其具有一定的限制性。控制流图(Control Flow Diagram，CFD)是控制的基本元素，主要依据条件确定程序走向[8]。在多专题数据采集输入的过程中，首先要选择调查类型，确定调查范围，通过确定表单的使用期限使得表单更加人性化。在各类调查中有着很多的调查细分，比如二类清查中的生长量调查，林带调查，四旁树调查等，当然也应该存在于当前分类下的自定义调查表。在表单建好后，需要对表单中的字段进行操作，完善表单格式与完整性(图2)。

数据流图(Data Flow Diagram，DFD)则是数据的基础，其与传统的框图以及流程图有着本质的区别，数据流图着眼于数据，凭借数据描述整体系统功能[9]。因为本系统功能量大，仅使用1个数据流图无法实现，需要多个数据流图共同完成。首先，从D0层出发，通过森林资源数据采集系统完成整体建表的操作；从D0层过度到D1层中，又细分创建表单、信息输入、表单校验等模块；将D1层再向下细分就到了D2层，在D2层中，可以对功能进行更加详细地划分，把D1层的1功能细分后，就能得到1功能的详细情况，包括创建基本表单，补充表单内容，创建完整表单等(图3)。至于D2层的其他功能以及向D3层的拓展，这里不做详述。

2.3 软件架构建模

对于一个系统、一个功能，它的体系结构就相当于该领域下的高端设计。一个完整的体系结构对于系统的完成有着重要的意义[10]。通过UML领域建模，通过详细的分析与设计，就可以完整地表示整个系统，有助于后期代码的编写[11]。首先，要确定几个概念，有助于对架构图的理解。对于一个类而言，它的包含关系为：Class diagram={class name，attributes，methods}，接着是对于属性的描述，在这里，规定C(x)：x表示所有的类，A(x，y)：x类的y属性，d表示具体的数据类型，则对于属性的一阶逻辑描述为[12]：∀x,y(C(x))∧A(x,y)→d(y)；Methods在UML中属于函数，相当于函数属性，在类C中，假定Methods中每一个函数都有着其返回值，这里设返回值为R，操作值格式为f(p1，p2，p3..pn)：R，则对于方法的一阶逻辑描述为：∀x,p1,p2,p3..pn,R.f(x,p1,p2,..pn,R)⊃p1∧p2...∧pn。

图4 多专题软件输入系统体系结构图

就多专题森林资源数据采集输入系统来说，整个系统分为table，fields，data 3大部分组成，在table下继续细分为CFI table，MFI table，CDI table 3个附属部分，3个细分表中都拥有createtable与deletetable直接操作表单整体的方法。对于table来说，fields是主要组成部分，假设每1个field都由fname，ftype，flength 3个参数，3个参数都拥有各自的数据类型string，oj，int。fields中也拥有如addfields等操作功能，fields与table之间是contains-a关系，如果table不存在，那么fields也就消失了。而data则是让整个table显得更加完善，对于data来说，它也有着与其对应的如updatedata等操作。整体上table，fields与data都要通过dbOperation数据库操作模型进行处理，最后OutPutDataForDb则需要从dbOperation中获取数据进行各种结果的展示(图4)。

3 系统实现

图5 多专题输入软件建表界面

经过领域分析找到各类清查的特异性后，为了体现多专题的特点，通过对一类、二类调查建表的分析对比进行详解。首先需要确定调查类型，之后，对于一类调查来说，需要确定省份、直辖市等，建表过程可以柔性添加面积、蓄积量、枯损量、生长量等字段信息；二类调查则需要确定地方林业局，由于其调查内容的多样性，对于林业资源、小班、生产条件等需要进行详细分类，每一项分类也可以根据需要柔性添加默认字段，对于小班等准确数据，可以根据准确数据对其进行级联查询，从而保证数据的及时更新。总体上，一类、二类调查的内容格式相近，操作相近，对于二类调查中的详细分类，可以通过操作文本框的显隐来操作，从而实现多专题的柔性转换(图5)。

完成对表单的创建以及字段的操作以后，各类调查数据操作大体相同，就是对表单中的信息进行操作，用户可以动态地完成表单字段内容的更新。如果用户对已经建好的表单结构有任何异议，都可以对表单中字段的内容进行随时更改，而表单完整新信息则会在页面上显示出来，在信息输入时既可以对表单内容直接操作，也可以通过办公软件导入等以完成对表单内容的完善。本系统强调对所有表单都可以进行信息的导入工作，导入信息后，内容会及时更新在页面中，方便确认(图6)。可以极大地提高表单信息的输入效率，从而也提高了系统的可拓展性。

图6 录入信息显示界面

4 结论与讨论

在森林资源数据采集输入系统的创建上引入软件复用的理念，运用面向对象领域建模方法与理论，实现对森林资源数据采集输入系统的比较完整的领域分析，建立领域分析模型以及1套软件开发可行的方式，从而可以实现提高对森林资源数据采集输入系统的开发效率与利用率。

目前，在已经完成领域分析与领域建模的前提下，对本系统实现了比较快速的开发，当然，如果想要继续完善本系统，还需要使领域模型具有更好的适应性。总体上来说，通过领域分析，可以清楚地看到领域工程在数字林业以及今后智慧林业上所发挥的作用，具有良好的使用价值。

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Modeling Technology of Multi-thematic Data Collect for Forest Resource Inventory

LIN Feng，WANG Ni-hong，GAO Xin-dan，DAI Wei

(NortheastForestryUniversity，Harbin150040，Heilongjiang，China)

Through the analysis of the field oriented feature modeling technology，it implements the analysis of the whole structure of software and domain modeling.By analyzing the whole of data put software，it realizes the effective encapsulation about the public part of software，parameter variant parts for extension.So it can realize create table quickly，maintenance table information quickly，and input lots of information.By using this analysis，not only can it apply to CFI，MFI，CDI，but also apply to the development of the forest in the future.The study can improve the efficiency of collecting.

forest resource；the efficiency of collecting；domain analysis；domain modeling

10.13428/j.cnki.fjlk.2015.04.031

2014-11-24；

2015-01-12

“十二五”农村领域国家科技计划课题(2012AA102003-2)；林业科学技术推广项目(数字林业综合软件技术与应用，[2012]43号)

林峰(1989—)，男，江苏或县人，东北林业大学硕士研究生，从事计算机应用技术研究。E-mail：421827284@qq.com。

王霓虹(1952—)，女，黑龙江哈尔滨人，东北林业大学教授，博士生导师，从事林业工程研究。E-mail：wnh@mail.nefu.edu.cn。

S757.2

A

1002-7351(2015)04-0143-05