利用互联网技术实现森林资源动态监测方法研究

利用互联网技术实现森林资源动态监测方法研究Abstract：Keywords：

0引言森林资源是林业的命根子，其质量关系到国家生态安全，其监管是林业工作的核心。为了揭示和把握森林资源的变化规律，提高森林资源质量，国家投入了大量资金，学者们进行苦苦探索，管理者盼望所想即所得，实时获得资源状态数据，并能知其发展趋势。一直来面对这一目标望尘莫及，究其原因包括突变资源更新的数据采集不及时，或数据采集不全，或数据没纳入更新，渐变更新方法粗放，导致森林资源一张图无法随时呈现，林木采伐一张图、营造林一张图等更无从谈起。随着信息技术与森林资源业务的不断融合，十几年来，森林资源地理信息系统、林木采伐管理系统、营造林系统、林地变更系统、行政处罚系统、灾害管理系统等级陆续上线运行，积累了丰富的数据，这些大数据为森林资源动态监测奠定了良好的基础，特别是移动互联网、大数据、云计算、无人机等深入应用，建立千山万岭数字化采集、智能化处理和个性化应用的一体化平台，实现森林资源数据由静变动，各级森林资源数据落地、及时更新、实时出数将成现实。基于多年信息化建设的大量数据积累，急需对这些数据进行补充、完善，用信息技术和手段挖掘、分析、整合和集成，从而在点击间及时获取“谁的山、在哪里、有什么、质量如何、有什么变化？”等基本问题，这不仅是林业发展科学决策的需要，森林精准提质的需要，生态考核的需要，也是减轻基层工作负担、服务民生的迫切要求。现代林业应该是民生林业、生态林业和科学林业，“只有林业信息化，才有林业现代化”。森林资源动态监测信息化管理平台（一张图）强调信息的自主性、自动性、互联性、共享性、融合性与实时性，在一个平台上充分融合地理信息和电子政务的内容，整合各个应用系统的数据，补充未及的信息，通过分析和挖掘不仅能反映现状，也能追溯历史和预测未来，形成林业管理上的“资源网、廉政网、防护网和便民网”。引言思路：一：森林资源重要性和森林资源数据的重要意义二：现状（管理，应用，技术等现状）三：同类系统的现状。四：针对现状提出的解决方案及本文主要内容。1建设目标及技术路线1.1建设目标一是打造本底信息“一张图”。以新一轮森林资源二类调查成果为统一数据源，深化开发森林资源野外调查数据采集系统以及无人机应用，建立以森林资源数据库、遥感影像数据库、基础地理数据库、林权地理信息库和生态公益林地理信息库为基础的森林资源本底数据信息“一张图”。二是构建动态监测“一套数”。在资源信息“一张图”管理平台上，整合林木采伐、林地使用、营林生产、灾害防控等业务管理系统，加强森林资源消长变化信息的及时采集和动态更新，掌握各类森林经营活动和非森林经营活动的变化情况，运用模型技术自动更新无干扰小班的资源数据，实现森林资源年度监测“一套数”。三是实现资源管理“一体化”。以森林资源动态监测管理信息化平台为统一系统接口，统筹研发推广其他各类林业专题业务系统，为林业发展提供翔实的信息支撑和便捷的应用服务，实现森林资源信息共享联动、管理互动统一，全面推进我县森林资源管理“一体化”。1、建立一种森林资源动态监测新体系，突破传统监测方法。以二类调查成果为本底，整合林权、生态公益林、林木采伐、林地使用、营造林、森林灾害、古树名木等业务管理系统，加强移动互联网、无人机应用，及时采集和动态更新森林资源消长变化信息，掌握各类森林经营活动和非经营活动的变化情况，运用模型技术自动更新无干扰小班的资源数据，建立森林资源信息共享联动、管理互动统一、动态出数出图模型。2、建立分层控制，管理上移、服务下延的服务新模式，突破传统服务方式。将实施环境落在县林业局，管理上移至地区、省厅，将服务下延到乡镇（林场）、村、农户，作业在山片，实行“面对面、零距离、广信息、高规范”的服务。3、建立数字化采集、智能化处理与个性化应用的森林资源动态监测平台，实现森林资源及时更新、评测落地、实时出数，全方位、多层次的决策服务。有效展现森林资源及林业生产、经营、管理的全貌及态势。4、2018年底，实现全县森林资源年度监测“一套数”；加强移动互联网和无人机等技术应用，进一步整合森林资源经营相关业务，加强对森林面积、蓄积、针阔比等考核数据的精度控制，实现变化数据实时落地入库，形成全县资源“一张图、一套数、一体化。”1.2技术路线平台开发按以下几个阶段：①技术、方法、数据准备和分析阶段，本阶段要对现有数据进行分析，初步确定用于信息挖掘的有效数据，对林业资源信息化基本情况、相关系统采用的技术方法及安全性情况、信息的获取方法、基础数据的指标体系进行分析；②关键技术研究阶段，对已有信息系统结构与相关规范进行研究，研究平台的体系结构、网络结构，平台的数据结构和数据库标准，多系统的数据交互接口规范；建立基于各业务系统的数据模型，分析系统间的数据关联关系、继承关系、约束关系和数据及信息流向；研究科学数据的可视化方法，实现数据、信息及关系的图形化表示。③多源异构数据的采集与交互，对目前已有的各类业务数据、资源数据、遥感数据、GPS数据、DEM数据、属性数据和行政区划数据等进行融合、交互与联动；④多系统管理互动与融合，在系统层面分析业务流程关联、聚类、顺序等关系，对林木采伐管理系统、营造林管理系统、林地占用征收管理系统、森林资源档案管理与更新等业务流程、管理过程进行分析，确定其关联关系，为数据可视化提供结构性指导；⑤森林资源更新模型建立，利用采伐、森林防火等管理森林资源“消”的信息，利用营造林、森林资源动态生长模型等管理森林资源“长”的信息，多部门共同作用下实现资源信息的实时更新；=6\*GB3⑥可视化平台开发，对获得的科学数据、系统管理流程及方法进行可视化研究，研发森林资源动态监测平台，将山片作业、自然生长、多级管理融为一体，把内部机理与工作机制全面直观的反映出来。如图4.1所示。技术、方法、数据分析基础数据指标体系建立与建库标准化主要信息获取、联动技术分析行业相关技术系统及安全分析森林资源动态监测信息化分析技术、方法、数据分析基础数据指标体系建立与建库标准化主要信息获取、联动技术分析行业相关技术系统及安全分析森林资源动态监测信息化分析信息系统的体系结构、网络结构云计算方法研究信息系统的体系结构、网络结构云计算方法研究关键技术研究关键技术研究数据挖掘模型数据关联模型研究数据挖掘模型数据关联模型研究信息系统数据结构、数据标准和数据库信息系统结构与相关规范信息系统数据结构、数据标准和数据库信息系统结构与相关规范数据可视化模型数据可视化模型资源更新模型研建数据可视化研究多系统数据交互接口规范资源更新模型研建数据可视化研究多系统数据交互接口规范系统管理互动融合森林资源档案管理与更新系统林地占用征收管理信息系统……林木采伐管理信息系统营造林管理信息系统系统管理互动融合森林资源档案管理与更新系统林地占用征收管理信息系统……林木采伐管理信息系统营造林管理信息系统可视化平台开发浙江省森林资源动态监测信息化管理平台可视化平台开发浙江省森林资源动态监测信息化管理平台………信息联动检查验收作业设计数据融合数据管理………信息联动检查验收作业设计数据融合数据管理林木采伐数据行政区域林木采伐数据行政区域营造林数据多源数据采集交互资源分布属性数据库空间数据库营造林数据多源数据采集交互资源分布属性数据库空间数据库地形图、遥感影像、GPS数据、地形图、遥感影像、GPS数据、DEM林地征占用数据基础地理图1技术路线图2森林资源数据更新系统设计相机模型是相机标定的基础，本文根据针孔模型建立空间坐标与图像坐标间的线性关系，将相机参数求解问题转化为线性方程求解问题。针对文献[5]标定方法中仅考虑径向畸变，未考虑切向畸变问题，提出了改进的相机标定方法来解决镜头畸变。2.1平台架构及模型（1）平台云架构以《中国智慧林业发展指导意见》为指导，按照国家、浙江省的互联网+的信息化规划部署为基础，以信息化标准和安全体系为保障，以数据库为枢纽，以业务流程为主线，以资源综合应用支撑平台为支撑环境，利用云计算、移动互联网、大数据、物联网、3S等技术，构建浙江林业智慧云平台，推动信息化与森林资源监测管理的深度融合，建立起省、市、县三级互联互通、数据共享、应用协同的森林资源动态监测体系。浙江林业智慧云平台是将分布于浙江省林业厅、国家林业局和浙江省电子政务云的服务器上的各项业务系统和数据库通过互联网相连，整合异构资源（如计算资源、磁盘存储和数据访问等），组成虚拟组织，以解决大规模计算问题，从而可随时随地、按需、便捷地提供共享与资源访问。如图4.2所示。整个浙江林业智慧云平台由云计算平台、大数据平台及云支撑平台组成。1）云计算平台利用云计算等新一代信息技术，统一规划、集中部署，打造浙江林业云计算中心，实现随时随地、按需、便捷地访问共享资源池（服务器、存储等）。云计算平台依赖于全省统一的云计算平台。充分利用浙江省现有的软硬件以及网络环境基础为资源数据的共享和应用系统的建设提供基础保障。2）大数据平台林业大数据平台，数据是信息化建设的核心，林业数据来源主要有互联网、物联网以及各类林业资源管理和业务应用积累的各种各样数据，数据体量大、种类多、要求处理速度快，依托大数据平台提供的采集、管理、更新处理分析技术，实现林业结构化和非结构化的集中存储管理，为林业应用提供数据服务支撑。3）应用支撑平台应用应用支撑平台基础设施之上一个以软件为核心，为应用服务提供开发、运行和管控环境，包括大数据分析应用平台、业务协同平台、移动应用平台、运维管理平台、物联感知平台、信息共享服务平台、综合应用平台、云资源管理平台等，为智慧林业的应用提供科学、智能、协同、包容、开放的统一支撑平台，具有信息加工、海量数据处理、业务流程规范、数表模型分析、智能决策、预测分析等功能，实现林业决策的科学化、一体化、集约化、智能化。图4.2浙江林业智慧云平台架构图平台采用云计算分层结构模型，各层之间相互独立互不影响，并用标准化接口互联，底层云平台层按需提供弹性资源，前期先整合森林资源二类数据、年度自然消长、采伐、营造林、征占用林地、行政处罚和森林灾害数据。其模型结构可以分为云平台层、算法层、逻辑层和视图层。云平台层提供基础的网络资源、异构数据库、数据交换方法、数据接口方法和云计算框架；算法层是本模型的核心层，它利用底层WebService接口从云平台层获取数据，同时利用WebService接口为上层逻辑层提供数据服务，利用若干数据分析与挖掘算法对底层提供的元数据进行分析与数据挖掘，并利用PMML和CWM来呈现预测分析模型和实现元数据交互；逻辑层提供两类服务，流程引擎服务和系统管理服务；视图层是模型面向用户的最终接口，为用户提供基于富客户端的Web应用，负责创建数据的呈现界面，提供人机交互接口，以及诸如系统导航、系统配置、用户管理、创建应用、算法管理和数据管理等功能。其模型结构见图4.3所示。2.2技术架构设计（1）统一技术体系平台采用SOA的技术架构，利用WebService、JavaScriptAPI、REST等技术实现平台的模块化、可组装化和接口标准化，并且支持Java或.net开发平台，支持二三维一体化应用，同时支持JS客户端、Flex客户端；兼容IE6-IE9，支持GIS地图服务。各子系统采用统一的认证服务和用户权限模型。根据业务的需要能够动态扩充和应支持负载均衡下的网络部署。系统建设采用GIS平台、Oracle数据库建设全省林业基础平台。GIS平台主要用于县级数据采集、更新维护；实现全省数据管理、维护、更新，信息发布；Oracle用于数据存储与管理。实现对海量、大范围连续空间数据进行高效存储和管理。数据库必须将海量分幅数据组织成逻辑上无缝的空间数据库，并保证在整个空间数据范围内能进行快速浏览和查询，实现其高效存储和管理。（2）统一的省、市、县三级数据交换体系构建省、市、县三级林业资源数据交换体系，形成浙江省智慧林业建设的“数据总线”，实现各类林业资源公共基础数据、林业基础数据、林业专题数据和林业综合数据的统一汇交、交换与更新。（3）统一门户技术（Portal）基于门户技术，结合GIS专题展示、Internet应用（RIA）等技术，统一全省森林资源内、外网信息，实现各类森林资源应用系统的统一门户。用户在建立各种信息系统满足了日常工作管理需要的同时，也带来了管理和维护上的问题，从信息系统的整合角度，如何将形形色色的异构系统进行统一管理，是一个需要迫切解决的问题，采用门户技术可以满足这个要求。门户技术是信息化系统建设发展的一个趋势，他的优势包括统一登录、统一权限认证，统一界面风格，统一界面入口等。以GIS为基础的综合信息化服务平台，能将原来一个个独立的专题系统整合成为一个以业务为对象驱动的森林资源信息综合服务平台，是森林资源信息化管理的门户，实现多级多部门多用户的互联互通，共享信息服务。可以说地理信息系统是一个完美的集成框架，能将面向不同任务的数据整合起来，并提供协调和协同机制。系统实际上是一个协同服务平台，利用GIS建设基于空间信息的信息共享服务，实现多业务系统的集成与融合、能对用户的各种要求做出快速响应、并且能对整个业务闭环进行统一管理，在Web2.0、移动终端和地理浏览器等环境下为不同用户端提供丰富多彩的互联网应用。图4.4应用系统服务（4）统一GIS应用服务统一GIS应用服务能够提供基本GIS功能、数据浏览与查询、数据展示与分析等数据支撑与服务，从功能上包括地图浏览管理、查询统计、查找功能、测量标注功能和时空对比功能。图4.5统一GIS应用服务2.3数据架构设计为了更加方便管理，将森林资源一张图数据库的数据分为三层。第一层是基础层，为基础空间数据，主要包括基础地理信息、遥感影像、数字高程模型、栅格地图等；第二层是专业层，包括森林资源二类调查数据、一类样地调查数据等成果数据；第三层是管理层，包括综合营造林验收、占用征收、森林采伐、森林灾害等业务数据。这些成果数据主要包括结构化的成果数据和非结构化的档案数据，两部分数据通过建立索引相互关联，以便有效地进行管理。基础层、专业层和管理层共同组成浙江省森林资源数据框架体系，以专业层建立本底数据为支撑，通过业务过程“沉淀”成果数据，再按照年度更新到本底数据的过程，完成浙江省森林资源一张图数据库的逐年累积，实现森林资源数据的全生命周期和全业务流程管理，形成实时性、有效性和权威性的浙江省森林资源一张图数据库。图4.6森林资源分层及支撑关系2.4监测更新流程设计建立浙江省森林资源监测更新的技术体系、组织保障体系和制度保障体系，整个资源监测更新流程包括资源监测流程和资源更新流程。（1）资源监测流程对森林资源的监测，主要是基于县域范围的两期遥感影像数据、林业经营档案数据（林木采伐数据、林地征占用数据、营造林数据）等,进行叠加对比分析,得出初步判断的森林资源变化小班数据,经过外业核实,形成年度资源变更图斑,完成本年度资源档案更新。具体流程如下图所示：图4.7森林资源动态监测流程（2）资源更新流程其中浙江省森林资源更新体系更新流程设计如下：森林资源监测更新体系包括省、市、县、乡镇四级更新组织机构：省级林业部门主要负责全省森林资源更新的组织、建档流程管理、更新流程管理、更新数据准备与下发以及全省资源数据更新处理后的归档和数据服务发布处理等；市级林业部门主要负责本市各县（市、区）资源数据更新的组织、检查等工作；县级林业部门主要负责具体数据的更新。县级林业部门通过接收省级下发的更新基础数据，在本底建立与省级森林资源一张图数据库同步的基础数据子集。通过林业经营档案资料，结合县域范围两期遥感影像判读分析结果，确定突变图斑信息，对数据进行质检、成果制作并提交。县级更新成果数据逐级提交到市级、省级相关的部门进行审核，审核通过后才能