森林资源地理信息管理系统-技术方案

PAGE71PAGE80珠海市森林资源地理信息管理系统(招标编号：ZHGPC2003-59GIS)I技术方案华南农业大学珠海市冠新计算机网络工程有限公司二00三年五月十九日

目录TOC\o"1-4"\h\z1需求分析 11.1珠海市森林资源管理信息化建设现状 11.1.1珠海市城市信息化建设现状 11.1.2珠海市森林资源管理现状 21.2项目需求 31.2.1建设目标 31.2.2建设内容 31.2.3技术要求 41.2.3设计规范 52系统总体设计 62.1系统总体结构 62.1.1系统建设原则 62.1.2系统总体结构框架 82.2技术路线 132.3关键技术 152.3.1地理信息系统技术 152.3.2数据库技术 162.3.3数据仓库与数据挖掘技术 172.3.4空间数据处理与共享技术 182.3.5数据定制技术 192.4总体设计方案的可行性分析 202.4.1方案的先进性和创新性 202.4.2技术的可行性和可靠性 212.4.3管理制度的保障 222.4.4国家数字林业政策与导向 232.5系统的技术质量指标 232.5.1技术指标 232.5.2质量指标 243系统详细设计 243.1系统数据库设计 243.1.1数据源分析 243.1.2数据库设计原则 263.1.3数据库结构设计 273.1.3.1基础地理数据库 273.1.3.2森林资源数据库 283.1.3.3林业专题数据库 283.1.4元数据 293.1.5数据库编码结构 293.1.6数据结构 303.1.6.1矢量结构 303.1.6.2栅格数据结构 313.1.6.3关系数据结构 313.3系统功能设计 323.3.1主要功能组成 323.3.1.1系统管理与维护 323.3.1.2空间数据管理功能 333.3.1.3属性数据管理功能 343.3.1.4报表与制图输出功能 363.3.1.5多媒体演示功能 373.3.1.6帮助功能 373.3.2应用功能 373.3.2.1森林资源的动态监测 373.3.2.2森林资源信息管理 383.3.2.3森林资源动态变化的统计 393.3.2.4森林资源监测样地的设立、判释与调查 393.3.2.5森林资源数据更新 393.3.3系统功能实现 403.3.3.1ArcEditor与3D-con扩展模块 403.3.3.2系统开发方法 423.4系统接口 443.5安全设计 443.5.1局域网和数据交换安全 453.5.1.1计算机物理安全 453.5.1.2局域网安全 453.5.1.3用户身份认证 463.5.2系统服务器安全 463.5.3系统数据安全 463.5.3.1数据存储安全系统 463.5.3.2数据生产安全 473.5.3.3后备与恢复 484系统实施 484.1系统建立流程 484.1.1收集资料 484.1.2GIS数据采集 484.1.3实施流程图 494.2系统软硬件配置 504.2.1系统软件选型与配置 504.2.1.1GIS软件 504.2.1.2数据库管理系统 514.2.1.3操作系统与开发工具 524.2.1.4软件配置方案 524.2.2系统硬件配置 534.3系统集成 534.3.1软件集成方案 534.3.2硬件集成方案 554.4系统安装与调试 554.4.1硬件测试与验收标准 554.4.2软件测试与验收标准 564.4.3综合测试验收 565技术培训与售后服务 575.1技术培训 575.1.1领导综合培训 575.1.2系统运行管理人员培训 585.1.3基层人员培训（农业局操作人员） 605.2售后服务 605.2.1日常支持 605.2.2现场支持 615.2.3备件支持及升级服务 615.2.4后期技术服务 625.2.5长期技术合作 626项目管理计划 626.1工程进度管理 626.1.1系统分析与设计阶段（一共需要70天） 626.1.2数据处理与建库（一共需要50天，可并行实施） 636.1.3系统软硬件集成（共100天，部分工作并行实施） 636.1.5系统调试与交付阶段（一共需要30天） 646.1.6系统实施甘特图 646.2风险管理 646.2.1森林资源地理信息管理系统项目的风险特点 646.2.2按照现代项目管理理论管理项目，规避项目风险 656.3项目质量管理 666.3.1质量计划编制 666.3.2质量保证 676.3.3质量控制 677提交成果与总结 687.1项目成果 687.2总结 688系统后续建设构想 691需求分析1.1珠海市森林资源管理信息化建设现状1.1.1珠海市城市信息化建设现状城市的信息化建设就是以基础地理信息数据为基础平台，利用现代高科技手段，充分采集、整合和挖掘城市各种信息资源，建立面向政府、企业、社区和公众的基础地理信息系统和建立在其上的信息应用系统，即地理信息系统。方旋书记在珠海市五届人大四次会议的政府工作报告中明确指出，珠海市地理信息系统的建设是2002年市政府向广大群众承诺的十件实事之一。珠海市地理信息系统的建设是由市委市政府直接组织领导，各相关单位积极配合，珠海市国土资源局牵头负责。珠海市地理信息系统的建设能切实提高全市的信息化水平，实现城市建设的系统化、集成化、网络化、标准化管理，促进经济社会跨越式发展，为“数字珠海”建设打下坚实的基础。珠海市地理信息系统建设有利于全面改变珠海市城市管理的模式和手段，实现城市管理现代化；有利于加快珠海市信息产业化进程，促进地理信息产业的培育和发展，为整个信息产业增加新的经济增长点；有利于对城市资源的全面了解和合理配置，促进城市资源的科学利用，在城市化和信息化建设中发挥积极的作用，为政府的辅助决策提供技术支持。珠海市地理信息系统的目标是为珠海市提供一个面向政府、企业、社区、公众的公用基础地理信息图库，开发珠海市基础地理信息系统，不断完善和更新基础地形图数据，通过城域网、Internet或其它方式，实现城市空间信息资源共享，为“数字珠海”建设奠定基础。珠海市地理信息系统的建设离不开专业的地理信息系统平台，ESRI公司的产品ArcGIS就是使用最为广泛的地理信息系统平台。目前珠海市已经选用ArcGIS进行城市基础地理信息系统建设，在系统建成后可为珠海市包括林业管理部门的各行业提供空间基础地理数据。为了便于进行数据交换，《珠海市森林资源管理地理信息系统》也确定采用ArcGIS系列软件平台。但由于珠海市地形图数据严重滞后，如1:500、1:2000等大比例地形图数据主要是1997、1998年测绘的，而1:10000地形图数据是1991年测绘的，影响了珠海市各行业地理信息系统的建设。值得欣慰的是珠海市政府正在投入巨资进行城市基础地形图的修测工作，基本工作可望在2004年内完成。但目前建立珠海市森林资源管理地理信息系统所需的1:10000地形图数据只是1991年测绘的，图形格式为AutoCADDWG格式，而且必需转换整理成ArcInfo空间数据格式。1.1.2珠海市森林资源管理现状珠海市全市总面积为国为7600多平方公里，其中陆地面积为1600多平方公里，海域面积6000多平方公里。全市林业用地面积50600公顷，非林地面积为98493.4公顷，森林覆盖率为33.1%。全市林业用地按地类来划分，其中无林地为2786.6公顷，有林地为32805.8公顷（林分地28727.4公顷、经济林3914.8公顷、竹林163.6公顷)，疏林地843.1公顷，灌木林地13659.8公顷，未成林造林地294.7公顷，苗圃地64.4公顷。全市林业用地按行政区域分布来划分，香洲区11832.3公顷、三灶区12816.2公顷、万山区7573.9公顷、横琴区3143.5公顷、淇澳区1515.6公顷、斗门区13567.9公顷。目前珠海市森林资源管理由珠海农业局林业科具体负责，管理决策人员需要处理各种林业数据，如林地使用状况、植被分布特征、立地条件、社会经济等许多因子的数据，这些数据既有空间数据又有属性数据，具体情况如下：1、由于没有建立森林资源地理信息系统，目前只能使用传统方法对这些数据进行分析和统计处理，处理起来难度大、效率低，只能做一些简单的文档报表制作与处理工作。2、在森林资源监测清查方面，从资源清查到数据整理成册，最后制定经营方案，需要的时间长，容易造成经营方案和现实情况不相符。这种滞后现象可能导致管理方案的不合理，影响管理方案的合理制定和实施。森林资源的清查、各种经营方案的设计（如造林规划、抚育间伐、伐区设计等）需要大量的人力、物力、财力。3、由于森林资源的分布广，条件复杂，加上林业管理部门机构精简人力不足，进行一次资源清查需要花费较长的时间，将结果汇总、整理、分析又需要一段时间，而森林资源由于自然的消长和人为的作业干扰，变化很快，于是调查结果已经不能显示森林资源的现状，只能是一些历史数据，难以作为经营决策的准确依据；4、清查内业工作一直也处于手工处理，虽说日常使用计算机办公，但却没有相应的处理系统，只能做简单的报表制作和处理工作，因此对数据没有精确完整的处理。5、随着森林经营的集约程度的不断提高，市场行情时刻变换，要求随时掌握森林资源的现状和动态变化，传统的森林调查无法做到数据的实时更新和动态监测，更无法制定新方案，以适应市场需求。6、目前珠海农业局的森林资源数据主要以属性数据为主，没有在林业资源管理过程中引入电子地形图，管理起来既不直观、也不方便。由于以上原因，珠海市农业局急需建立一套适合珠海特点和林业行业共性的《珠海市森林资源管理地理信息管理系统》，以实现珠海林业资源管理的科学化和高效化，保持林业资源资料的现势性，便于及时掌握森林资源及有关因子的空间时序的变化特征。1.2项目需求1.2.1建设目标项目的总体目标是建立先进高效的森林资源地理信息管理系统，系统高效管理珠海市森林资源数据、制作各种林业专题地图，为森林资源管理提供科学、方便的辅助决策。项目建设也为以后的林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治信息化打下良好的基础。1.2.2建设内容根据珠海市森林资源地理信息管理系统需求，系统建设内容主要包括以下内容：1森林资源地理信息管理系统建立建立1:10000的珠海市基础地理数据库，内容包括地形、水系、交通、居民点等基础地理信息；在基础地理数据的基础上建立珠海市森林资源专题数据库，在林业二类调查的基础上，制作完成森林资源（林种、树种）分布图、森林区划图、林相图、森林立地类型图、土地利用图及土壤图等。利用地理信息系统将图形与属性数据库有机结合在一起，实现森林资源档案的计算机一体化管理，可以随时了解森林资源的状况及进行统计分析，也可以随时更新地图的图元和属性数据库的数据，并能输出图件资料。建立森林资源管理应用系统。在森林资源监测管理提供方便的数字化管理手段，为林相、林种图的更新、林业作业的定位和面积测量等提供数字化辅助。系统为以后森林资源的各种专题管理应用功能提供一个开发和升级的平台，在林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治等方面提供开发应用基础，也为技术档案管理、科技信息资料管理、人事管理、财务管理、国有资产管理、林产品管理、政策法规以及文件等林业办公自动化提供方便的升级接口，为建立一个功能强大的林业地理信息系统打下坚实基础。2.软硬件集成包括操作系统、数据库、GIS平台以及开发工具等软件的选型与采购，软硬件的安装与调试。3.项目管理和售后服务包括确立本项目的实施过程和管理手段，为系统交付后制定完善的服务计划。1.2.3技术要求系统充分利用先进的计算机软件技术、地理信息技术、数据库技术、数据仓库与数据挖掘技术、空间数据处理与共享技术、数据定制技术、多媒体技术、虚拟现实技术等进行开发。系统以数据库做后台支持，相关资料的显示和输出要与数字地图紧密结合，具有良好的可视化界面。开发成果满足安全可靠，管理维护方便、系统抗干扰能力强的要求；同时具备容错、检错、纠错能力，信息恢复和系统重建能力。总体结构使用C/S体系。具体要求如下：操作系统、数据库应当稳定、安全可靠、高效和易于开发，并有可预见的长期保证；应用软件开发。用户界面应当方便实用，简明快捷，便于操作、维护，并有相应的售后服务、升级保证及开发工具支持；操作系统、地理信息系统平台、数据库软件及开发语言是成熟的、先进的、高性能的产品。数据库必须是大型的数据库管理软件。地理信息系统平台应是最成熟的系统，应该包含使本系统能顺利实施的各个模块。森林资源地理信息管理系统软件应当包括森林资源地理数据管理与森林资源监测管理，并能为今后森林资源各种专题应用功能提供升级和扩展基础。软件和硬件应能无缝地集成到一起。1.2.3设计规范设计过程将遵循以下国际标准、工业标准、国家行业法规、国家标准及行业标准：《中华人民共和国森林法》《中华人民共和国野生植物保护条例》《中华人民共和国水土保持法实施条例》《风景名胜区管理暂行条例》《中华人民共和国森林法实施条例》《森林防火条例》《林木种子生产经营许可证年检制度规定》《林业行政处罚听证规则》《国家林业局公布林木良种名录》《造林质量管理暂行办法》《森林采伐更新管理办法》《森林和野生动物类型自然保护区管理办法》《GB-8566-88计算机软件开发规范》《GB-8567-88计算机软件产品》《GB-9385-88计算机软件需求说明编制指南》《GB-9385-88计算机软件测试文件编制指南》《GB/T12504-90计算机软件质量保证计划规划》《GB/T12505-90计算机软件配置管理计划规范》《国标GB1526-89信息处理、数据库流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文件编制符号及约定》《中华人民共和国计算机信息系统安全保护条例》《HAVDBOOKOFSOFTWARERELIABILITYENGINEETING》2系统总体设计全球变化和资源环境可持续发展战略的提出使数字地球已受到各国、各行各业的普遍重视。在林业上，森林资源的辽阔性、再生性、周期性和调查工作的艰巨性及调查环境的复杂性，已经使林业和以“3S”技术为主要内容的数字地球技术、信息技术紧密结合起来，GIS是“3S”中的核心内容。我国林业地理信息系统的建设工作已在全国逐步开展起来，并且它已在林业资源管理、森林资源动态监测、生态公益林规划管理、森林病虫害监测、森林防火等多项工作之中发挥了重要作用。2.1系统总体结构2.1.1系统建设原则（1）全局性和整体性原则从珠海市城市信息化建设的总体目标出发，使系统成为“数字珠海”的有机组成部分；同时从农业局内部和珠海市信息中心等相关部门之间的联系出发，进行系统总体设计，并实现信息资源的共享，使系统成为一个开放性的有机整体。（2）标准化和规范化原则系统建设采用的软件平台、数据标准、开发技术应符合公认的行业标准，符合国家、地方和行业的有关标准与规范，系统分析、设计与实现采取开放路线，遵循国际软件工程的标准、规范，并尽可能采用国际主流产品，以确保系统集成的可行性、良好的可扩充性。（3）科学性和先进性原则系统设计与开发必须采用先进的成熟的思想、概念、方法、技术和平台，在理解用户的各项需求后，进行科学的建模、功能结构设计及数据库设计以指导系统开发建设；同时在系统建设上要具有前瞻性，以适应未来技术、业务发展的需要，保证系统今后在技术、应用方面的可持续发展。（4）易维护性和扩展性原则采用开放的系统设计，保证系统具有较强的易维护性和扩展性，能方便地进行功能的调整适应系统需求变化，如专题应用、数据更新等方面引起的变化。系统的升级要充分考虑与现有各应用系统的版本兼容问题，尽可能保证系统有更长的生命周期。同时，要考虑以后林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治等工作的需要，为进一步建设成功能强大的珠海市林业地理信息系统打下基础。（5）安全性和保密性原则为了保证网络环境下数据的安全，系统应具有防止病毒入侵、非法用户访问、恶意更改破坏数据的功能，并采取完备的数据保护和备份机制，防止非授权用户的非法入侵和授权用户的越权使用，系统应可以进行各种权限级别的控制，并具备审核功能，自动记录用户访问的情况和操作过程，以备日后查询。（6）高性能和稳定性原则在系统设计、开发和应用时，应从系统结构、技术措施、软硬件平台、技术服务和维护响应能力等方面综合考虑，确保系统较高的性能和最低的故障率。（7）方便实用性原则要“以人为本”，充分考虑珠海市森林资源管理心各项业务活动的实际需要，贴近用户的需求与习惯做法，做到功能强大、界面美观、操作简单、方便实用。（8）经济、时效性原则系统建设投资要控制在农业局所能承受的范围内，并尽可能利用现有的资源条件（软件、硬件、数据和人员），按计划在规定的时间内高质量高效率实现信息化建设的战略目标。2.1.2系统总体结构框架根据珠海市森林资源地理信息管理系统建设目标和系统分析，系统总体架构设计如图2-1所示：图2-1珠海市森林资源地理信息管理系统总体框架珠海市森林资源地理信息管理系统包括基础平台、信息集成平台、信息服务平台三层架构，最底层是基础平台，其上是信息集成平台，最高层是信息服务平台。其中基础平台包括操作系统、数据库平台、GIS平台以及计算机硬件与网络设备等，是整个系统运行应用的基础。信息集成平台是指统一存储管理系统所有信息，具体包括基础地理数据库、林业资源库、图形库等，是信息服务和应用的基础。信息服务平台主要有数据监测采集、数据存储更新、统计分析和显示输出等功能，负责绝大部分数据采集、建库、更新，进行统计分析，并利用各种形式输出信息。珠海市森林资源地理信息管理系统的总体结构及其功能模块图如图2-2所示：图2-2珠海市森林资源地理信息管理系统总体结构和功能模块因为要使系统易于扩充和升级，所以需要把系统分成若干个符合一定要求的模块，各模块的设计是单独进行的，设计过程中需要不断地吸取用户调查所提供的信息，并把它与目前林业生产的需要及将来发展的可能结合起来，不断进行修改。模块设计均采用自上而下的方法，从实际软件包调查出发，研究其可能涉及的资料，确定其实体的属性，然后逐级向上综合，模块的划分为系统的逻辑设计和物力设计打下基础，为整个系统的顺利运行提供保证。根据珠海市林业生产的实际状况和未来发展的需要，分别设计了空间查询、空间分析、统计分析和制图输出等模块，各个模块相对独立、功能单一，按照层次结构组织，有利于今后系统的扩展和升级。根据上述功能设计，珠海市森林资源地理信息管理系统由数据库管理功能、基础应用功能和专题应用功能三部分组成。数据库管理部分以SQLServer作为开发平台，用VisualStudio作前端开发工具，具有数据容量大，查询速度快，系统安全性能高，人机交互界面好的特点。地理数据处理部分采用美国ESRI公司的ArcEditor地理信息系统软件为平台，按照农业局的森林资源管理要求对点、线、面等地理对象建立拓扑结构和编辑处理，软件可运行于单机环境上；基础应用部分主要在ArcEditor下通过VBA定制实现；专题应用部分主要在VB、VC++等开发语言环境下运用组件式开发实现。珠海市森林资源地理信息管理系统选用的ArcEditor软件，不仅包含了一般GIS软件的功能，还增加了对空间数据库和coverage数据的编辑能力。增加的功能包括，支持多用户编辑，版本管理，定制数据类型，与要素连接的注记和丈量数据类，ArcEditor还提供对ESRI支持的所有矢量数据格式的建立和编辑能力。ArcEditor软件是一个基于Windows桌面的GIS数据可视化、查询、制图、数据管理和编辑的解决方案。ArcEditor包括ArcView8.1的基本的桌面功能，并能编辑ArcInfoCoverage数据，以及Personal和EnterpriseGeodatabase，其具有创建和管理关系、子类、几何网络、尺寸要素等的能力。其它的功能包括对多用户编辑的支持，版本管理，定制要素类，要素关联的标注，标注尺寸，以及多用户地理数据库中的栅格数据的支持。它包含为版本管理的高级工具，例如，标识、解决冲突的版本合并工具。ArcEditor上述功能以外，还提供以下功能：数据生成（编辑工具）；创建和编辑Coverages；创建和编辑地理数据库和林业专题数据库；创建和编辑几何网络和关系类中的地理数据库要素；在基础地理数据库中创建管理类；在不同要素类之间创建关系类；在不同表之间创建关系类；在要素类和表之间创建关系类；在基础地理数据库中创建多版本；编辑基础地理数据库中的指定的版本；解决基础地理数据库中的版本冲突；创建和编辑尺寸要素；定义尺寸要素类属性；创建和编辑要素关联的标注，标注关联地理数据库中的要素。在数据管理方面，可以在访问一个数据库管理系统（DBMS）时，在ArcEditor中应用版本管理提供对多用户地理数据库的编辑和维护：给基础地理数据库和林业专题数据库加载数据；给基础地理数据库和林业专题数据库加载栅格；在地理数据库中创建属性的子类；创建属性域。以上功能的设计，可以很好地满足用户的需求，也为珠海市森林资源地理信息管理系统的升级和扩展，提供了良好的接口。通过总体设计，可以满足珠海市农业局在空间数据处理上的需求：数据采集与更新，包括：图形扫描输入与编辑功能：实现图形的扫描与矢量化管理，通过GIS平台对基本地形图、林业基础图、小班图进行数字化录入和编辑；系统设计支持AutoCAD、MapInfo，ArcInfo、ArcView，DGN及文本文件等的数据格式。设计的拓扑编辑功能用来对建立的图形数据及变更调查的图形数据的变更、修改；属性编辑功能：可对林业小班数据登记中的属性数据进行编辑、修改；数据库管理功能，包括：数据的入库与维护；查询与显示功能：可查找珠海市农业局辖区的任意林地信息，并可调用林业基础地图和专题地图登记中的属性信息，以实物表格的形式弹出用户想要查看的表格；统计报表功能：能对林区、林班和小班数据进行分类汇总；制图功能：在图形数据上生成专题图，在图形数据上生成林业小班分幅图。在需要分幅输出时，可生成分幅图，可以在系统设计时专门设计分幅图图库管理功能。显示输出：图形的放大缩小、漫游，图形、数据表格文本输出到打印机和绘图仪。珠海市森林资源地理信息管理系统中，在数据库管理下划分出属性数据库管理和图形数据库管理两个模块，可以更好地实现系统设计的功能。属性数据库管理功能模块是实现存储、分析、统计、评价、查询、更新、属性制图等功能的核心工具，也是整个系统的重要组成部分。需要具备对数据库结构操作、属性数据内容操作、数据逻辑运算、属性数据检索、从属性到图像的查询、属性数据报表输出等功能，其功能结构如图2-3所示：图2-3属性数据库管理框架图形数据库管理主要任务是完成图形图像数据的输入、图形图像变换、查询、图形整饰输出等功能，如图2—4所示：2.2技术路线根据珠海市农业局的相关需求，以及系统的功能需求，采用结构化设计方法实现珠海市森林资源地理信息管理系统的开发，这种设计方法以数据流为中心，自上而下，逐层分解系统工作过程。通过数据流图、数据字典、加工说明等主要分析工具，将系统功能分解、刻画出来。系统总体设计的思路如下：根据珠海市林业部门生产特点以及未来林业部门发展远景，确定系统的主体目标，从而获得系统设计的当前模型；根据系统当前模型抽象出当前系统的逻辑模型；分解目标系统与当前系统逻辑上的差异，建立目标系统逻辑模型；为目标系统逻辑模型作补充，如人工界面的要求等。珠海市森林资源地理信息管理系统是专门为珠海市地方林业生产服务的实用系统。在目前“数字林业”技术基础尚薄弱的基础上，系统设计的主要目的是为珠海市森林资源监测管理服务，而不能面面俱到，系统设计需要紧凑合理，今后在条件更为成熟之后，再将系统应用范围再进行相应扩展到林业生产管理的其它环节，主要包括林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治等。工作流程如图2-5所示：图2-5珠海市森林资源地理信息管理系统工作流程总体上看，在已有先进成熟的技术基础上，参考借鉴新一代GIS的设计思想与理念，深入研究林业生产的需求，确定系统的数据源，设计数据采集的入口与建库方案，建立森林防火信息系统基础数据库，采用前端采集更新与分布式共享的机制，以及基于元数据的数据管理方式实现数据共享。在基础数据库的设计上提供数据接口，提供与广东省林业局、国家林业地理信息系统以及珠海市各部门专业信息系统的接口，也要为将来农业局其它地理信息系统及林业地理信息系统的扩展与完善提供共享数据接口。同时数据库的设计上强调数据的维护、更新、安全、海量、支持多平台。充分考虑数据的安全性，包括硬件、软件、网络带来的数据的安全性。在数据需求与数据流分析的基础上，规划建立森林资源地理信息管理系统数据标准体系。重点建设数据的编码体系，在充分利用已有编码体系的基础上，对于目前还没有统一编码的数据，结合实际需求与先进的数据编码方法，确定数据编码体系，力争使其成为行业或国家编码标准。珠海市森林资源地理信息管理系统建成运行之后，可实现森林资源监测管理，并进一步扩展到林政管理、营林项目管理、生态公益林管理、森林公园管理、森林防火指挥、森林病虫害防治等信息管理，从而建立先进、高效、科学、完善的珠海市林业地理信息系统。2.3关键技术2.3.1地理信息系统技术地理信息系统是一项以计算机为基础的新技术，围绕这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学科，是管理和空间数据的系统；在适当的计算机软硬件支持下，可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对数据进行有效管理、研究各种空间实体及其相互关系。通过对多因素的综合分析，可以方便地获取满足应用需要的信息，并能以地图、图形或数据的形式表示处理的结果。一般认为地理信息系统是具有数据采集、管理、查询、计算、分析与可视表现等多种功能的计算机技术系统。地理信息系统的核心是空间数据及应用软件，尤以GIS软件最为引人注目，现在已知的GIS已经广泛应用于政治、军事、经济、文化和社会生活的各个方面。GIS软件在其中起到了巨大的作用，现代GIS软件是在60年代中期发端的第一代和80年代末的第二代软件产品的基础上，在90年代中期开始出现第三代的GIS软件，其特征是面向对象的软件构造技术和广域网尤其是Internet技术的支持下，出现了一些新的特点，加快了GIS在国民经济和社会生活各方面的应用：（1）组件化：采用了面向对象的软件技术后，就可以利用商用的软件构造工具，实现地理信息系统的组件化结构，极大的提高了支持二次开发的能力，模糊了软件平台和应用系统之间的界线。客户可以利用传统的软件开发语言和空间数据处理组件方便地构造个性化的应用软件系统，实现系统的灵活配置，对于提高应用软件的可靠性也有积极的促进意义；（2）空间数据与属性数据的一体化存储：新软件采用商用DBMS的扩充功能、或自行在传统DBMS上扩充其数据管理能力，普遍实现了空间数据和属性数据的一体化存储和查询。这种一体化技术实现了数据管理的规范化和数据操纵的标准化，其好处是用户可以方便地组织各类空间信息处理事物，在数据完整性和一致性方面提供有效的保证；（3）B/S结构：Internet技术尤其是WEB技术的发展和跨平台软件技术的发展，使得计算机应用系统迅速由C/S结构转为B/S结构。B/S结构模糊了系统的界线，实现了最终用户端软件的零维护，其好处是显而易见的。第三代地理信息系统软件普遍采用WEB和“软总线”技术，一方面实现了以浏览、查询为主的应用系统的B/S结构，另一方面实现了多级服务器和多用户协同工作方式，使应用系统的构建跨越了地域及规模上的限制，为地理信息系统由以系统为中心向以数据为中心的过渡奠定了良好的基础。目前超大型应用系统（成百上千用户）已经开始出现，特别是将空间信息与人们的日常生活相联系，真正将地理信息系统带入主流软件的行列，可以预见在不久的将来，GIS将和数据库系统、图形库系统一样，成为计算机应用系统中不可缺少的组成部分；（4）3S集成：遥感技术是迄今为止人类获取空间数据规模最大、时间最短的技术，卫星定位技术可以帮助人们快捷地获得地球表面任意物体的空间位置信息。但是，作为重要的空间数据获取手段，它们只有和地理信息系统技术结合，才能产生广阔的应用前景。第三代地理信息系统软件开始注重3S集成，实现了矢量、图像某种程度上的一体化存储、叠加显示和矢量—栅格数据的相互转化，尽管这种集成是相当初步的，但是在实际应用中已经显示了积极的作用。2.3.2数据库技术数据库是一个复杂的系统，它是集中、统一地保存和管理着某一单位或某一领域内所有有用信息的计算机系统，这个系统的数据有较少冗余和较高的独立性，并且能够为多种应用服务。管理数据库通常利用数据库管理系统实现，常用的数据库管理系统是建立在操作系统基础上的，数据库的所有操作（数据库的建立、使用和维护）都是在管理系统的统一管理和控制下进行的。林业系统数据库管理通常采用混合管理方式：用地理信息系统管理空间数据，用关系型数据库管理系统管理属性数据，空间数据和属性数据通过内码建立连接。空间数据和属性数据作为林业专题地理信息系统的核心，出保证森林资源地理信息管理系统能够正常运行的基础；没有数据库，再方便的森林资源地理信息管理系统也无能为力，可见数据库是森林资源地理信息管理系统建设的先决条件；而且，数据质量的优劣也将直接影响和决定属性传统三建设的成效。所以说，高质量的数据库是建设森林资源地理信息管理系统的基础。数据库技术在森林资源地理信息管理系统中的应用，可以满足系统的不同需求：实现空间数据和属性数据的动态更新；维护数据库的完备性和一致性；实现时间数据、空间数据、属性数据三者之间高效、快速地检索；数据共享的控制；系统安全的管理；数据的可恢复性。通过这些功能，系统数据库才能发挥其应有的作用。现代信息技术和网络技术的日益成熟和普及，给林业信息化工作的数据库建设的发展提供了良好的机遇。从应用前景看，以数据处理为主转向以知识处理为主，是计算机技术应用的总趋势，同样也是林业信息化技术发展的基本趋势。林业信息化产品在市场上将越来越多并日益趋向智能化，类似森林资源地理信息管理系统这样的产品将不再局限于数据收集、分类、贮存、检索和查询；而是能够辅助决策，并提供良好的用户接口。林业信息系统很快也将不再以一库（数据库）系统为主，更多的将是二库（数据库、模型库）、三库（数据库、模型库、知识库）、四库（数据库、模型库、知识库、文本库）系统。随着计算机软硬件的升级和开发完善，多媒体技术的广泛应用，林业计算机系统的开发应用将有广阔的发展前景。2.3.3数据仓库与数据挖掘技术数据挖掘DM(DataMining)技术，是指从大型数据库或数据仓库中提取人们感兴趣的数据（知识），这些数据(知识)是隐含的、事先未知的潜在信息。数据挖掘技术能迅速从大量数据中发现信息与推理知识，可筛选大量的日常数据，寻找、发现隐藏数据，揭示出新的关系和模型，提供预期有用的信息。数据挖掘的关键是充分利用高效快速信息搜索技术，以便在已有数据库上挖掘到大量对有用的数据。利用MicrosoftSQLServer2000的组件开放接口可进行数据挖掘开发。数据挖掘具体实现过程一般为：1)建立挖掘模型。用户根据功能需求和机构的结构要求选择挖掘算法，选择预测实体和训练数据，建立适当的关系数据挖掘模型或OLAP数据挖掘模型2)从数据库中挖掘出数据，生成测试集。子模块的功能需求作为挖掘条件或规则输入到数据挖掘器DMTool(DataMiningTool)。DMTool从已有产品数据库、知识库和规则库中挖掘出符合近似度条件的方案及其各种参数。如有必要设计师可适当进行参数修改以满足需求，然后从中选择或全部选择，生成测试集。3)对测试集预测、评价，选定方案。由于SQLServer2000有先天优良的数据接口，可进一步开发以实现对网络数据库甚至对Web信息的挖掘。2.3.4空间数据处理与共享技术在森林资源地理信息管理系统中，常用分层分类的概念来分别存储不同类别的空间数据，每一层存放一种专题或一类信息，并有一组对应的属性数据。这样不论是数据维护还是空间分析，处理起来均较方便。数据分层可以依照专题来进行，每层对应一个专题，包含一种或几种不同信息，并服务于林业生产某一特定的用途或目的。迄今为止，多数森林资源地理信息管理系统是将空间数据和属性数据分开管理，所以一般的信息系统多是将地理信息系统软件用于空间数据管理，属性数据则用关系型数据库管理系统管理，空间数据和属性数据通过唯一内码建立连接。但是这种办法引起的问题是：空间数据与属性数据的连接太弱，易造成空间数据与属性数据的脱节；其次是空间数据和属性据库用不同的系统管理，造成资源浪费和管理混乱；三是由于空间数据不能统一存放于标准数据库中，造成空间数据不能在网络上共享，所以，传统的森林资源地理信息管理系统从未实现过真正的Client/Server构架。随着地理信息技术的发展，解决这些难题的新技术已经不断涌现，主要的思路就是将空间数据和属性数据存放于统一的数据库里。许多关系数据库已经提供了对空间数据的支持，为空间数据向关系型数据转换提供了便利。众多地理信息系统厂商在这一领域加大了开发力度，空间数据处理与共享技术逐渐成为信息系统建设的热点问题，实现空间数据和属性数据的统一数据库管理是将来实现空间数据处理和共享的一大趋势。概括而言，实现地理数据共享的必要性和优点主要体现在以下一些方面：整合分离的数据源是GIS及相关工具的主要特征之一；通过地理数据共享可以使更多的人使用和更充分地利用已有的数据，减少重复劳动和费用；使大家有可能基于一个公共框架工作，既节约金钱，又产生更大的协作利益；GIS系统更容易集成；GIS应用开发可以把重点放在开发新的应用程序，而非仅仅是支持不同的数据格式；虽然数据共享标准也会随时间变化，但它为用户提供了一个相对稳定的产品环境，即使旧标准过时，新出台的标准通常会保持兼容。至少在理论上，保护了用户在数据上的投资，从长远来看，也有利于GIS的发展。2.3.5数据定制技术珠海市森林资源地理信息管理系统选用目前功能强大的ArcEditor软件作为基础平台，其性能是较为先进的，特有的数据定制技术对珠海市农业局今后开展系统的后续建设工作有重要意义。ArcEditor作为ArcInfo系列的主力软件，基于宏语言的开发环境特点鲜明，用户可以非常方便地编制自己的菜单和程序，AML环境有如下特点：语法结构简单，解释执行，不需编译，执行和开发效率高；支持模块化的开发方法，可开发较大应用；提供可视化菜单，对话框（formedit、menuedit）编辑工具，所见即所得；支持多种风格的菜单，对话框，和各种风格的控件；提供多线程的调度和输入管理。用户使用诸如VB等可视化的工具，生成可视化的界面，用ArcInfo的的控件，来显示查询GIS图形，完成复杂的GIS分析。分析结果，如图形、表格，可随时嵌入到用户的日常工作文档中。同时ArcEditor可以通过在VBA（内嵌在ArcEditor中）中编写宏来实现定制，也可以通过流行的标准开发环境（VB，C++，Delphi等）生成扩展。ArcEditor为GIS用户提供一个新的方案——为ArcView的查询和分析用户与ArcInfo专业GIS用户提供一个中间解决方案来创建和维护GIS数据。因此，采用新型的数据定制技术可为林业部门今后在数据采集、输入建库和编辑处理方面打下良好的基础。2.4总体设计方案的可行性分析2.4.1方案的先进性和创新性利用GIS技术开发面向林业生产应用的实用系统，是本项目设计最突出的创新点和先进性所在。其技术特征包括以下几个方面：使用主流GIS开发平台（ArcEditor等），利用宏语言（AML）及VB等开发工具进行系统设计与开发。从用户角度来看，森林资源地理信息管理系统需要多种技术协同实现，比如数据库和通讯技术等等，使用GIS技术先行开发一个部分，对于今后的系统升级和扩展十分方便快捷；基于GIS的森林资源地理信息管理系统具有标准的接口，允许跨语言应用，因而使软件的可配置性、可扩展性和开发性更强，使用更灵活，二次开发更方便；系统采用压缩编码方式存贮各种林业专题图形和基础数据库，具有数据与图像的存贮更新、查询检索、分析处理、图像显示和自动制图功能。在实用性上，珠海市森林资源地理信息管理系统的总体设计具有以下特点：目的明确：林区、林班以及林业小班信息是林业部门重要的基础信息资源，是林业生产管理进行建设、技术改造、灾害跟踪、生产安全、财务成本核算等决策的重要依据，林业基础信息管理的现代化对林业生产管理部门提高生产效率有很大的促进作用，是数字林业的起步研究与应用；提供完整的系统整体设计方案：在考虑到用户前期建设目标和投入水平等因素上，设计方案为用户提供了连续的方案，不仅可满足现阶段用于农业局森林资源管理的基础地理信息系统，也充分考虑到今后为用户设计与开发功能更为完善的高级系统，所以在系统设计中预留了接口，便于用户今后为系统扩展。所以本项目设计的现阶段目标，主要是以地理信息系统中图形库（GIS）及关系型数据库（SQLServer）为核心，实施二次开发，实现林业基础信息的集中管理、更新及查询，响应速度快；设计了符合用户目前需求的系统结构：以1:10000珠海市地形图为底图，输入林业基础地图，建立了统一标准的、矢量化的林业专业图例符号库及公用字典编码库，图形与数据库之间建立互操作关系，保证了数据处理的完整性和一致性，属性与空间数据库伸缩性强，使系统有较强的生命力；设计了符合用户需求的应用模块：应用模块包含了林业基础信息、林区边界、林班和小班界线等主要林业管理信息，可以从各个角度综合地或者是单项地反映林区的宏观分布及微观定位，功能齐全，图形连续延展，坐标定位准确。并采取空间导航、地址匹配等多种定位方式，用户操作简便，易学易用。具有良好的开放性：系统的硬件平台标准化，系统软件兼容性强，开发工具性能良好，使该系统与珠海市其它管理信息系统及“数字珠海”具有良好接口条件，并能充分利用已有资源；具有良好的实用性和扩展性：系统软硬件配置合理，原始信息收集完整，能较好地支持多种灵活查询，采用了多种先进开发工具，使系统实用、灵活、维护管理方便。由于系统良好的扩展性，项目的后续工作可以依据农业局下属各部门提出的不同应用需求，在此系统基础上开发出深层次的应用；具有良好的安全可靠性：系统具有较高的安全级别，能够对使用系统的用户进行授权使其仅能访问被限定的资源。系统具有大容量、高速的可移出备份介质，以满足对数据库全备份的要求。2.4.2技术的可行性和可靠性传统意义上的林业生产与规划管理都是由落后的手工方式进行的。随着计算机技术的进步，出现了基于数据库管理系统的林业信息系统软件，它大大提高了林业管理的效率。然而，林业生产有着鲜明的地理属性，因此，仅仅基于统计文本的林业信息系统显然缺乏地理直观性。近年来发展起来的地理信息系统（GIS）具备了同时处理地理要素统计属性和空间属性的功能。因此，在GIS基础上，建立更高层次、技术含量更高、实用性更强的林业信息管理系统成为可能。近年来GIS技术在林业应用领域中已经发挥了越来越重要的作用，传统的林业生产部门实施的数据采集、存储、更新、查询、计算、制图等方面工作，大多还依靠手工完成，随着信息化时代的到来，传统作业手段已经不足以适应林业生产管理的复杂特性，必须要用现代化的高新技术来改造传统林业的生产与管理。当今世界许多国家在林业生产与管理的各个环节上实现了信息化，尤其是利用GIS技术的独特优势，在林业信息化过程中发挥了极大的作用。融入了GIS技术的林业地理信息管理系统是我国林业信息化建设的一个重要方向，目前国内一些省市已经出现了许多成功的林业地理信息管理系统，多数都是加入了GIS技术的信息管理系统，可以解决原来手工作业不能很好解决的空间数据管理问题，支持对复杂或半结构化空间问题的决策过程，为各级政府部门和林业生产管理部门解决问题创造和提供一种灵活、方便、有效且能适应不同决策阶段、方式和风格的技术环境。GIS技术支持下的信息系统一般面向信息，可以方便地描述和表示客观物质世界的空间特征，可以提高用户工作效率；而现在不断涌现的新型GIS技术可以面向半结构化或非结构化问题，未来的林业生产管理系统需要解决决策问题，其最终结果是输出各种决策方案，可以为用户自主驱动并求得最优解决方案。因此基于GIS的森林资源地理信息管理系统将逐渐成为当前较为热门的林业信息管理技术，在技术环节上，依靠GIS技术出色的空间分析工具和数据动态更新能力，设计与开发珠海市森林资源地理信息管理系统不仅在技术上可行，在技术的成熟度上也有足够的保证。2.4.3管理制度的保障珠海市森林资源地理信息管理系统的建设，需要制度上的保障，它有两方面的含义：一是系统建设需要用户的支持，用户的支持程度对于系统的正常运行影响较大，用户在适宜的制度指导下使用系统，可以保证系统在专业人员的维护下得到正常的运行，为林业生产管理提供帮助；二是在现行计算机软硬件条件下，系统受其功能和寿命的影响，需要有合适的管理制度，尽量延长其运行寿命，发挥其特征。因为计算机软硬件系统是珠海市森林资源地理信息管理系统的核心部分，其功能的实现在很大程度上受到计算机系统功能和寿命的影响，本系统作为微机版的专业地理信息系统，CPU的运算速度、内存容量、存储介质等硬件技术条件有较大影响，所以，在目前技术条件下，合适的管理制度可以为系统功能的发挥和式寿命的延长提供保障。华南农业大学是列入国家“211”工程建设的重点大学，已有上百年的办学历史，在长期教学和科研开发工作实践中形成一套切实可行的项目管理制度。2.4.4国家数字林业政策与导向国务院已明确要求各政府部门进行“三网一库”信息化建设，按照国家制定的有关信息管理和计算机应用的方针政策，严格贯彻信息技术的标准、规范以及发展规划，这就为珠海市森林资源地理信息管理系统的实现打下了坚实的基础。国家林业局已经启动数字林业建设工程，其总体目标是建立国家和省级数字森林资源基础数据库，构建数字林业公共应用开发平台和网络通信平台，建设国家级数据交换与系统运行管理为一体的国家数字林业中心，在集成的基础上在数据、关键处理技术和系统应用层为数字林业其它建设项目提供技术支撑和运行管理环境。项目在2001年已经启动，建设期为5年。森林资源地理信息管理系统是数字林业的一种应用系统，数字林业的大环境，促进了珠海市森林资源地理信息管理系统规划建设。2.5系统的技术质量指标2.5.1技术指标1.系统容量根据用户要求，系统设计达到数百GB的空间数据存储能力；2.响应速度事务处理5秒以内响应；3.安全性参照依据我国信息技术安全标准和美国橘皮书(orangebook)C2安全级别标准（orangebook是美国国家安全局(NSA)的国家计算机安全中心(NCSC)于1983年8月颁发的官方标准，其正式名称是“受信任计算机系统评量基准（trustedcomputersystemevaluationcriteria），其封面为橘黄色，以此得名。）4.还需遵循的国家标准包括：GB2260-95—中华人民共和国行政区划代码；GB10114-88—县以下行政区划代码编制规则；GB12409-90—地理格网；GB13923-92—国土基础信息数据分类与代码‘GB14804-93—1:500、1:1000、1:2000地形要素与代码；GB/T14395-93—城市地理要素—城市道路、交叉口、街坊、市政工程管线编码结构规划；GB917，1-917，2—公路路线命名编号与编码规则；GB/T919-94—公路等级代码；GB11708-89—公路桥梁命名编号和编码规则。2.5.2质量指标系统要经过白箱黑箱测试，使出错概率、死机概率控制在一定范围之内。系统还要按ISO9002软件质量体系认证建立质量体系，形成文件并加以保持。系统编制覆盖本标准要求的质量手册。质量手册应包括或引用质量体系程序，并概述质量体系文件的结构。（注：按ISO10013提供了质量手册编制。）3系统详细设计3.1系统数据库设计3.1.1数据源分析林业GIS中的数据源是指建立数据库所需的公众数据来源和数据内容。数据源对系统的数据结构和系统功能的设计都是很重要的。林业GIS的主要目的以及最大的潜力就是能把单个数据库——从专题图和地形图来的空间信息、遥感数据、地学数据及调查数据进行综合并通过多种信息的综合分析，产生新的数据和信息。这就决定了GIS中数据源是多种多样的。一般来说，林业GIS中主要的数据源包括以下各项：地图和野外调绘的数据；影像数据：卫星影像、航片等；地形数据；统计数据；规则/知识数据：这种数据被用来引导依靠一组数量可变的规则做出推断和决策的那些过程，在基于知识的地理信息系统中有可能存取并适应这些数据；描述性的文本数据：包括历史和现状数据，需要由描述来表达的内容采用这种数据。目前第四维即时间维的数据表示正成为地理信息系统研究中的热点；来自GPS的数据。珠海市所处的位置，因其较为适宜的林业立地条件，森林分布面积较大。基于GIS的森林资源地理信息管理系统囊括的基础资料涉及面广，包括了诸多自然与经济社会的信息，所以系统的数据源注定是多元化的。因此，系统数据来源较多，数据类型也较多，如遥感影像、GPS定位数据、人工报送数据。既具有空间数据（矢量、栅格影像），又有非空间数据（统计数据、观测数据等），数据特征各不相同。需要一定的原则、统一的标准，进行科学的组织存储。概括而言，系统的数据源主要包括：珠海市政区图；珠海市地形图（1:10000）；珠海市等高线图（1:10000）；珠海市居民点分布图；珠海市河流水系图；珠海市交通路网及规划路网图；珠海市行政区界线（到乡镇一级）；珠海市林业管区界线；珠海市林班界线；珠海市小班界线；珠海市林业生产管理部门有关统计资料（如小班卡片资料、林业资源调查报告、林业发展专项规划等资料）；珠海市国民经济与社会发展总体规划、十五规划等文件资料。在以上各项数据中，有些是相对稳定的，如地形、行政区域、交通网络、土地面积、行政界线等；而有些是变化较快的，如各类林业用地的变化等。在林业GIS中，数据源的不同，数据的性质也不同，它们在计算机表示的方法也不同，珠海市森林资源地理信息管理系统设计的数据类型有五种：图形数据：图形数据中根据其主要特征可划分为几种要素类型：点状要素、线状要素、面状要素和辅助数据（注记、符号标志等）；图像数据：航片、卫片和其它遥感影像；统计数据：森林资源、小班调查统计、年度统计报表等；文本数据：各类林业管理法律法规、政策文件和林业生产性标准；多媒体数据：森林资源录像；数据的精度和现势性直接影响到地理信息系统的功能实现，必须设法将各种信息尽可能最大限度地保存到计算机的决策支持系统中去，这就是要对数据进行编码，在这一过程中，信息肯定会有损失，需按研究对象的特征，设计适当的数据结构。3.1.2数据库设计原则系统数据库的设计依据数据特征、类型和用途以及相关国家标准和行业标准，并着重考虑空间数据及空间数据与非空间数据关联的问题，并遵从一般的关系数据库范式，制定如下原则：采用面向对象技术进行数据库设计，空间数据表和非空间数据表作为一个类，表中的每一个行对应一个空间对象或非空间对象，建模采用UML语言，具体是ClassDiagram（类图）表示。空间对象主要采用GeoDatabase的空间特征类来构造，并遵从OpenGIS的基于SQL的简单空间特征规范。GeoDatabase的规则和域、关系类，关系类由开发者编程维护，系统开发较灵活，并且易于扩展。通过建立空间实体之间的时间变化关系表的形式，解决的空间实体历史数据的保存问题。空间数据库的设计要进行规范化处理，减少数据冗余和确保数据的一致性。明确基础数据与专题数据的划分，区别对待。基础数据可以为提取某些专题信息，专题数据的监测更新可以更新部分基础数据，如遥感影像处理的结果可以更新农业基础数据（如土地利用现状、土壤分布数据等）。要处理好集中式与分布式数据库的设计问题，部分基础数据采用分布式数据库提高远程系统的访问效率。要建立规范详尽的元数据和数据字典。3.1.3数据库结构设计按性质划分，珠海市森林资源地理信息管理系统的数据库可分为空间数据库和属性数据库。按类型划分，大体上包括三类数据库：即基础地理数据库、森林资源数据库、和林业专题应用数据库，具体结构详见图3-1：图3-1珠海市森林资源地理信息管理系统数据库结构3.1.3.1基础地理数据库基础地理数据库是1:1万的基础地形图数据。基础地理数据都可来源于珠海市国土规划局。1:1万基础地形图内容要遵循国家标准（GB12342、1:25000、1:50000、1:100000地形图图式）。基础地理数据可以分为控制点、建筑物与构筑物、工矿及公共设施、道路与交通附属设施、管线与附属设施、水系与附属设施、行政区划与境界、等高线与高程点、地貌、植被等十大类，十类专题数据具有不同的空间特征。将等高线与高程点从地貌数据中分离出来，主要考虑构建数字地面模型（DTM）的需要。各类数据对象根据其图形对象特征又可分为点、线、面和注记。其中注记用于标识图形对象的属性，如建筑物的结构、层数、地名。地形图上的部分数据对象只是具有定位和图示作用，不能用于分析。应该考虑从现有地形图要素中提取构成要素的主要特征点、特征