新疆林果大数据管理平台的应用实例分析

李曦光 王蕾 丁程峰

摘要：  基于新疆林果大数据管理平台，按照统一标准整合新疆沙棘资源数据，建立融合气象、土壤、有害生物等数据的沙棘资源数据库，对新疆沙棘资源进行动态监测和分析。得出新疆沙棘资源总面积为10 640 hm2，阿勒泰地区为最大优势区，种植面积达到7 033 hm2，占全疆沙棘总面积的66.10%，种植株行距主要以1.5 m×4.0 m为主，新疆沙棘成熟期集中于9、10月份，所受病害以溃疡病为主。

关键词：  大数据平台;  云计算;  3S;  林果;  沙棘

中图分类号：   S 793.6               文献标识码：   A                文章编号：1001 - 9499（2020）04 - 0045 - 06

新疆具有独特的地理气候条件与生态环境，在天山、昆仑山稳定的水源补给和得天独厚的光热条件下，当地林果具有含糖量高、营养丰富的特点[ 1 ]。新疆发展特色林果业潜力巨大，林果业是新疆区域经济的重要增长点，是地区经济支柱产业之一[ 2 ]。截至2019年底，新疆林果业种植总面积达144.52万hm2，其中，地方123.04万hm2，新疆生产建设兵团21.48万hm2;林果总产量1 165.83万吨，其中，地方769.25万吨，新疆生产建设兵团396.58万吨，位居全国前列。在新疆林果业总体规模扩大、效益增长的同时，也暴露出种植结构不合理、数据统计渠道不一致、技术支持不到位等诸多问题，极大限制了新疆林果业的快速发展。长期以来，我国非常重视林业信息化工作，启动了基于互联网、数据库技术的林业科学数据共享，实施了全国林地“一张图”数据库建设工作[ 3 - 9 ]，近年来的遥感技术、物联网、大数据技术更使林业信息化程度迅速提高。在新疆维吾尔自治区人民政府和林草局的支持下，新疆林业科学院承担建设了集大数据[ 10 ]、云计算[ 11 ]和3S技术[ 12 ]于一体的新疆林果大数据管理平台，旨在实现林果数据的存储、分析、应用和展示，为优化林果业发展布局提供依据，科学指导产业发展。本研究在新疆林果大数据管理平台“一张图”建设成果基础上，以新疆沙棘资源为例，对平台的实际应用进行阐述与分析。通过新疆林果资源数据服务体系建设，构建以地理信息、空间遥感信息等为基础的新疆林果大数据服务平台，形成对新疆沙棘产业发展数据协同共享的重要技术支撑。

1 新疆林果大数据管理平台

1. 1 平台概况

新疆林果大数据管理平台是利用大数据、云计算、物联网、遥感、GIS等先进技术和理念，通过对遥感影像数据、林果资源数据、气象数据、GPS定位数据等各类数据的全面整合，形成面向新疆特色林果业务应用的信息资源综合数据库。在构建的特色林果综合信息数据库基础上，采用大数据分析挖掘算法[ 13 ]、GIS空间分析方法等，实现新疆特色林果在全疆一张图的综合展示、林果资源查询统计、智能决策分析（如适生区分析、产量预测等）、林果产业管理、林果技术服务管理等功能，打造区域特色林果品牌，为资源的合理开发、有效管理、风险防控、林果项目的规划和辅助决策提供服务。新疆林果大数据管理平台使数据的精准性、时效性得到极大提高，简化了步骤，缩短了时间，降低了成本，大幅减少了基层工作人员的工作量。

1. 2 平台总体架构

新疆特色林果大数据管理平台是一个整合了多种功能的大数据管理系统，需要实现不断增长的林果业数据与各类相关资源数据的存储和应用，还需要兼顾信息资源整合、数据共享、大数据挖掘与分析等功能，因此，平台总体架构的设计需要有良好的兼容性、扩展性与高效性。平台由基础支撑层、数据资源层、服务资源层、资源应用层和用户层构成。（1）基础支撑层，包括网络通信设备、数据服务器、应用服务器、林果业物联网设备等。（2）数据资源层，包括全疆交通道路、河流水系、居民建筑等矢最数据，以及全疆高清遥感影像数据、三维地形数据、林果资源数据等。（3）服务资源层，以数据服务总线为核心，实现数据资源的注册管理、服务接口、服务安全管理和运行监控等功能。（4）资源应用层，包括支撑应用、通用应用和专业应用，具有综合展示、查询、统计分析和预测决策等功能，实现全疆特色林果资源“一张图”。（5）用户层，包括新疆自治区政府、林果办、科技处、信息中心、林科院和规划院等相关单位，还包括全疆各州县林业技术人员、林果种植户、林果加工企业等。

1. 3 平台拓扑结构

新疆特色林果大数据管理平台主体运行于林业政务网环境，主要由数据存储区、数据管理、综合展示平台、综合业务应用集成平台、部门间交换平台和安全认证区构成。平台拓扑结构如图1所示。1. 4 平台环境参数

（1）软件环境建设

操作系统：Microsoft Windows Server 2012版

数据库：oracle 11g R2 server 64bit for windows

Web服务器：apache-tomcat-7.0

运行环境：Java JDK 1.7

（2）硬件环境建设

x86_64 架构（64位）CPU

4cpu/8G内存/120G空间

1. 5 数据库建设

数据是平台运行的首要资源，根据林果生长规律和数据使用需要，平台分类建设了7个数据库。（1）林果小班空间数据库，包括小班矢量数据、投影、坐标系等。（2）林果小班属性数据库，包括地类、树种、品种、树龄、树高、郁闭度、面积、产量等数据。（3）林果有害生物数据库，包括有害生物类别、地区、受灾程度、受灾面积、防治措施等数据。（4）林果气候适生性数据库，包括树种、积温条件、高温耐受条件、低温耐受条件等数据。（5）林果科技资料数据库，包括树种、品種、资料大类、资料小类、作者、出版年度等数据。（6）林果产业发展数据库，包括生产基地、企业、产品类别、产量、销量、价格、库存等数据。（7）全疆各监测站历年气象数据库，包括小时温度、日均温度、日高温、日低温、降水量、日照时数、干热风和霜冻情况等数据。

2 新疆沙棘概况及发展优势

沙棘（Hippophae rhamnoides L），又名醋柳、沙枣、酸刺等，为胡颓子科酸刺属落叶灌木或小乔木;枝灰色，常有刺，叶线状披针形，背银色鳞毛。春季先叶开花，花极小，带黄色;果实呈广椭圆形，橙黄色[ 14 - 15 ]。我国的天然沙棘林集中分布在青藏高原和西部一些地区，沙棘总面积居世界各国之首，占世界沙棘总面积的95%，累计沙棘面积（野生加种植）达1.4×106 hm2。新疆的沙棘资源较为丰富，分布范围广，南北疆均有分布，在新疆乌鲁木齐河谷、额尔齐斯河谷平原、博尔塔拉河谷、伊犁河谷及其各支流等地有大面积集中成片的野生纯林[ 16 ]。新疆发展沙棘资源具有得天独厚的优势条件[ 17 ]，新疆土地面积大，能够种植沙棘的荒山荒坡、河滩、沙地等土地面积很多，新疆的自然条件和气候因素适宜沙棘生长，沙棘在新疆32个县（区）以天然林的方式存在，在伊犁河谷地区生长表现尤为突出，沙棘果实的果皮、果汁、果肉和种子含油量均比其他地区高。

3 新疆沙棘大数据研究目标及应用步骤

3. 1 研究目标

通过调查、测算和分析，达到以下5项研究目标。（1）查清新疆沙棘种植地点、面积、分布、主要树种及品种、主要树种种植株数和产量等;（2）查清新疆沙棘的主要树种的林龄（果期）、结构、树种结构及受害状况;（3）查清新疆沙棘的经营管理状况;（4）对数据进行分析，为沙棘产业发展布局提供决策依据;（5）为种植户、企业推送简约化的沙棘管理技术。

3. 2 资源数据应用

新疆沙棘数据应用主要分为以下4个步骤：

（1）内业准备。利用高清卫星影像进行图斑区划与智能判读，精算相应图斑的面积。

（2）数据采集。利用手持采集设备自动定位，在现地选择内置调查因子，根据新疆林业科学院制定的采集标准和作业规范，最终确定了45项调查因子（表1）。

（3）数据处理。外业调查汇总的数据库审查通过之后，上传至新疆林业科学院的特色林果综合信息数据库进行统计分析，以图、表的形式生成分析报告。

（4）成果数据应用。通过新疆林果大数据管理平台对成果内容进行发布、管理、分析与应用。

4 新疆沙棘大数据应用成果分析

4. 1 新疆沙棘资源分布

基于新疆林果大数据管理平台，将采集到的沙棘资源小班数据集成在一张图上，展示分析全疆沙棘资源分布情况。由新疆沙棘资源分布统计表（表2）、新疆沙棘资源分布图（图2）和沙棘产业布局图（图3）可以看出，截至2019年末，新疆沙棘资源总面积已近10 640 hm2，种植区域分布于伊犁河谷、塔城、阿勒泰、博州、克拉玛依、和田、阿克苏等地区，主要分布于阿勒泰地区、塔城地区和克尔克孜勒苏柯尔州这3个优势区，其中，阿勒泰地区为最大优势区，种植面积达到7 033 hm2，占全疆沙棘总面积的66.10%，主要分布于青河县、哈巴河县和布尔津县。现有栽培品种以中国沙棘为主，栽培面积占总面积的85%，栽培的大果沙棘有辽阜、齐棘1号、橙色、乌兰格木、实优一号、楚伊、优胜、阿尔泰新闻等品种。

4. 2 主产区沙棘分布情况

利用新疆林果大数据管理平台，选取沙棘主产区——阿勒泰地区青河县进行分析，得出青河县沙棘资源总面积为2 866.67 hm2（图4），其中，塔克什肯乡1 113.33 hm2，阿尕什敖包乡680 hm2，阿热勒乡333.33 hm2，萨尔托海乡300 hm2，查干郭勒乡253.33 hm2，阿热勒托别乡186.67 hm2。同时，青河县主要以种植园的方式进行集中种植，实现沙棘种植产业化，配合当地的沙棘加工企业，形成了一套完整的产、运、销产业链。

4. 3 沙棘种植现状

将新疆沙棘资源小班数据定位到乡村一级，精确到每个地块（图5，图6）。选取青河县阿尕什敖包乡阿克加尔村的沙棘小班，得到所选小班的详细属性信息，具体包括树种、事权等级、土地权属、面积、株行距、管理水平、灾害程度、土壤属性、种植类型等。利用平台加载的高清卫星影像，可清晰查看所选沙棘小班的种植现状，青河县沙棘种植株行距主要以1.5 m×4.0 m为主，部分地块株行距为1.0 m×6.0 m。

4. 4 沙棘成熟期分布情况

结合多年期沙棘成熟期数据，得出新疆沙棘资源成熟期主要集中在9月和10月，成熟期面积分别为2 867 hm2和4 067 hm2，成熟面积占总面积的65.17%。基于成熟面积数据，结合每个地块的株行距数据，可估算出不同成熟期的沙棘产量。

4. 5 沙棘病害分布情况

平台利用多年期新疆沙棘受灾数据，计算出新疆每年沙棘病害分布情况。新疆沙棘所受病害主要以溃疡病为主，2017年沙棘溃疡病集中于阿勒泰地区，受灾面积为5 133.33万hm2。结合多年受灾数据，可对遭受溃疡病高风险地块做出预警，提前部署预防措施。

4. 6 技术推广服务

新疆林果大数据管理平台具有栽培信息移动端推广功能（图7），可向移动终端、微信公众平台推送沙棘科学栽培技术。此外，利用移动端与平台实时数据联动，可实现对沙棘种植地的远程管理，随时定位所选地块的位置并显示该地块的基本属性。同时，可根據数据库中已有的沙棘地块土壤数据，生成测土配肥推荐卡，计算出每个沙棘地块需要的氮、磷、钾肥最优值，指导果农精准施肥。

5 结论与展望

5. 1 基于新疆特色林果大数据管理平台，建设全疆统一采集、统一存储、统一管理、统一应用的林果资源数据仓库，成功实现了全疆特色林果资源“一张图”的综合展示。通过研究沙棘在林果大数据管理平台的实际应用，为管理部门提供林果分布、面积、树种结构、动态趋势等情况，为优化沙棘发展布局提供依据，科学指导沙棘产业发展，使更多的种植户方便了解沙棘栽培和管理技术。基于林果大数据和地理信息技术，从纬度、海拔、气候等方面分析区域沙棘产品的独特性和优越性，增强品牌竞争力[ 18 ]。平台可为优化沙棘发展布局提供数据支持，科学指导沙棘产业发展，为沙棘经营者提供高效精准的动态数据，为新疆沙棘产业发展提供科学技术支撑。

5. 2 截至2019年末，新疆沙棘资源总面积为10 640 hm2，主要分布于伊犁河谷、塔城、阿勒泰、博州、克拉玛依、和田、阿克苏等地区，其中，阿勒泰地区为最大优势区，种植面积达到7 033 hm2万亩，占全疆沙棘总面积的66.10%。平台成功实现了对沙棘数据的信息化管理，实现了资源“一张图”综合展示，结合卫星影像精准呈现了沙棘的分布格局、种植情况等信息，并通过移动端向种植户、企业实时推送沙棘栽培管理技术，包括种植、病虫害防治、管理技术等方面内容，有效提高了技术人员的培训效率，降低了培训成本，为沙棘产业发展布局提供了科学指导依据。

5. 3 新疆沙棘资源成熟期主要分布于每年9月和10月，成熟面积占总面积的65.17%，种植株行距以1.5 m×4.0 m为主，所受病害主要为溃疡病，且集中于阿勒泰地区。通过对数据分析，可为新疆沙棘产业优化调整提供数据支撑，利用已有的分析成果，可在沙棘资源优势区建立标准种植园区，形成生产、加工、物流、配送、销售的全产业链，为企业确定采摘地块、统计采栽面积，给销售、物流、加工业提供精准数据。

5. 4 充分利用平台数据库现有的沙棘资源數据，可对沙棘种植产业进行规范化指导，建立健全行业内沙棘种植及果品品质分级标准，引领沙棘种植新方式。利用大数据管理平台，可对沙棘果品赋予地理信息识别身份，让市场以最简单的方式识别新疆沙棘产品，打造新型数字化沙棘产业。今后可利用大数据挖掘技术生成新疆沙棘的适生区域规划[ 19 ]，为地区种植结构调整提供决策依据，进而完善提高新疆特色林果信息化管理能力和实际应用水平，为新疆林果产业发展、农村社会稳定和脱贫攻坚提供有力的信息支持和技术保障。相信随着后续平台数据采集与更新机制的建立，新疆林果大数据管理平台将在更多的林果品种信息化管理方面得到越来越广泛的应用。

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第1作者简介：  李曦光（1989-），  男，  助理研究员，  主要从事数字林业的研究工作。

通讯作者：  高健（1973-），  男，  高级工程师，  主要从事3S及干旱区土地退化研究应用工作。

收稿日期： 2020 - 04 -  18

（责任编辑：   王 岩）

Abstract Based on the Xinjiang forest and fruit big data management platform， the seabuckthorn resource data of Xinjiang is integrated according to a unified standard， and a seabuckthorn resource database integrating meteorological， soil， and pest data is established to dynamically monitor and analyze the seabuckthorn resources of Xinjiang. The total area of seabuckthorn resources in Xinjiang is 10 640 hm2. The Altay region is the most advantageous area. The planting area reached 7 033 hm2. It accounts for 66.10% of the total area of seabuckthorn in Xinjiang. The plant row spacing is mainly 1.5 m×4.0 m. The maturity of Xinjiang seabuckthorn is concentrated in September and October， The disease suffered is mainly ulcer disease.

Key words Big data platform;  Cloud computing;  3S;  Forest-fruits;  Seabuckthorn