森林资源信息服务平台建设及关键技术研究

刘亚克1,李梦琦1,魏晓杰2 (1.浙江省测绘科学技术研究院,浙江杭州310000;2.浙江省国土勘测规划有限公司杭州分公司,浙江杭州310000) 摘要:引入WebGIS、云计算等先进技术,基于SOA架构,成功搭建了森林资源信息服务平台,并对平台框架、数据库、功能和关键技术进行了探讨。通过平台建设,实现了森林资源信息二三维互式展示、专题查询统计、专题制图及信息共享等功能。实际应用表明,该平台很好地实现了森林资源信息的高效利用和深入挖掘,提高了海量、多源异构的森林资源数据信息化管理水平。 关键词:森林资源;信息服务;WebGIS;SOA架构 中图分类号:P208文献标识码:A文章编号:1672-5867(2024)06-0179-04 ResearchonConstructionandKeyTechnologyofForestResourceInformationServicePlatform LIUYake1,LIMengqi1,WEIXiaojie2(1. ZhejiangInstituteofSurveyingandMappingScienceandTechnology,Hangzhou310000,China;2. ZhejiangLandSurveyandPlanningCo.,Ltd.,HangzhouBranch,Hangzhou310000,China) Abstract:ThispaperintroducesWebGIS,cloudcomputingandotheradvancedtechnologies,basedonSOAarchitecture,successfullybuiltaforestresourcesinformationserviceplatform,anddiscussedtheplatformframework,database,functionsandkeytechnologies.Throughtheplatformconstruction,theforestresourcesinformation2Dand3Dinteractivedisplay,thematicquerystatistics,thematicmappingandinformationsharingfunctionsarerealized.Thepracticalapplicationshowsthattheplatformrealizestheefficientutiliza-tionandin-depthminingofforestresourceinformation,andimprovestheinformationmanagementlevelofmassive,multi-sourceandheterogeneousforestresourcedata. Keywords:forestresources;informationservice;WebGIS:SOAarchitecture 1总体架构 0引言 为了实现森林资源数据的高效管理,本文在学习相关海量数据管理系统和服务平台建设经验的基础上,提出森林资源信息服务平台建设总体思路,一是平台软件架构方面,采用当前流行的SOA技术架构;二是在GIS应用方面,采用WebGIS技术;三是在数据组织、存储方面,采用分布式大型数据库技术[3];四是在三维展示方面,采用国产SuperMap系列软件。平台总体架构设计包括数据仓库层、服务层、应用层和表现层,两侧是平台运行的信息化标准、数据规范、信息管理制度体系和数据加密、数据传输以及信息服务安全保障体系。平台总体架构设计如图1所示。 森林资源是国家重要的自然资源和战略资源,在维护国土生态安全中具有重要地位[1]。随着第九次国家森林资源连续清查的完成和全国森林资源管理“一张图”的建设,形成了海量的森林资源成果,如何对这些成果进行组织、存储、管理以及对外服务,成为森林资源管理亟待解决的技术问题[2]。本文以此为切入点,立足于省级森林资源管理,利用WebGIS、云计算、分布式数据库、三维可视化等技术,基于SOA技术框架,整合基础地理信息数据、森林资源清查成果数据、森林专题数据等数据资源,提出搭建森林资源信息服务平台建设方案,实现了各类森林资源数据动态二三维一体化展示、高效利用和信息深入挖掘,提高了森林资源数据管理的信息化水平。 数据仓库层是平台的血液,是平台实现管理和对外服务的基础,通过对数据进行整合、处理和建库工作,构 3功能设计与实现 3.1功能结构设计 建了森林资源信息“一张图”数据库。服务层是平台建设的核心内容,是由一系列服务接口构成,从而实现应用层各项功能模块的关联,主要包括数据服务和功能接口服务,如地理信息服务、遥感底图服务等[4]。应用层是平台展示窗口,通过服务发现、服务绑定机制,实现森林资源信息二三维交互式展示、专题查询统计、专题制图及信息共享等,以满足不同用户的需求。表现层是面向不同用户提供不同形式的表现方式,主要包括大屏显示、台式电脑显示及移动终端显示。 森林资源信息服务平台采用SOA软件架构,搭建为B / S结构,开发语言为Java,数据库为Oarcle11g,二三维GIS平台采用国产SuperMap系列软件。根据业务需求,平台的核心功能包括森林资源信息二三维互式展示、森林资源信息专题查询统计和专题制图、森林资源信息共享服务等。平台功能结构设计如图3所示。 2数据库设计 2.1数据库原则 森林资源信息“一张图”数据库建设应遵循如下原则:一是完整性原 则,数 据 库 应 具 有 较 为 完 整 的 控 制 功能,确保数据库一致性、正确性及有效性;二是独立性原则,当数据库存储结构变化时,确保应用程序不变;三是共享性原则,当数据库需向多部门、多应用提供数据服务时,确保数据能够以标准服务方式提供调用;四是安全性原则,数据库应具有安全性功能,确保数据的安全性和保密性,防止数据非法访问[5]。 3.2功能实现 1)森林资源信息二三维交互式展示。主要包括二维可视化展示、三维可视化展示及二三维一体化展示。二维可视化展示实现了基础地理信息,森林资源清查成果数据,森林资源专题数据的叠加展示、图层显示、切换和隐藏,森林资源图斑属性信息的点击查询等功能[6]。三维可视化是构建三维森林资源场景,实现三维场景漫游、旋转、视角切换等功能。二三维一体化展示实现了二三维分屏显示和叠加显示。二三维分屏显示是将屏幕一分为二,左侧显示二维地图,右侧显示三维场景,实现森林资源信息二维和三维同步显示,如当用户需要查看某一区域的森林分布情况,在左边二维界面查看,右侧三维界面会自动进行定 位,展 示 该 区 域 的 三 维 森 林 分 布 情 况。二三维叠加展示,是将二维森林资源数据叠加在三维森林资源模型上,从而让效果更为直观,并且点击三维模型可以查看该三维森林资源的详细信息。 2.2数据库内容 森林资源信息“一张图”数据库建设内容包括基础地理信息数据库、森林资源清查成果数据库以及森林资源专题数据库三部分。其中基础地理信息数据库包括多时期、多种类的遥感影像底图,如覆盖全省范围2. 5m分辨率的SPOT5卫星遥感影像、5m分辨率的RapidEye卫星遥感影像以及1m分辨率的航空正射影像等、多比例尺的矢量 电 子 地 图 数 据 和 专 题 数 据,如,1 ∶ 250 000和1 ∶100000电子地图数据、道路、地名、水系、绿地及行政境界等、多比例尺的DEM数据,如1 ∶50000和1 ∶ 10000比例尺的DEM数据等。森林资源清查成果数据库包括森林资源分布图斑数据和森林资源变化图斑数据等。森林资源专题数据库包括林地落界数据、林地征占用数据、森林采伐作业数据及林地档案资料数据等。森林资源成果“一张图”数据库建设内容如图2所示。 2)森林资源信息专题查询统计和专题制图。平台在基本信息查询统计基础上,为提高森林资源信息的专项 利用,开发专题信息查询统计功能。具体包括森林资源分布、森林资源变化图斑、森林生态工程建设、林地征占用等森林资源信息专项查询和统计,并利用热力图动态渲染和Echarts动态图表可视化等技术[7],让数据查询统计结果图表更好地表达了数据的差异变化特点。在此基础上,将查询统计图表导出,配置相关的信息后制作成森林资源信息专题图。 3)森林资源信息共享服务。实现了一方面对接国家级森林资源信息平台;另一方面为政府相关部门提供数据和功能服务,主要包括地图服务共享、数据服务共享和功能服务共享等。地图服务共享是平台将森林资源数据发布成服务为其他部门提供共享;数据服务共享是平台将森林资源专题数据以接口的方式提供给政府相关部门使用;功能服务共享是平台将森林资源专业功能封装成功能服务提供给政府相关部门应用。 4关键技术 4.1基于SOA的森林资源信息服务应用结构 册到中心服务器上。对于电子地图、森林资源清查成果等森林资源矢量数据,采用ArcSDE+Oracle的方式,建立空间索引,将森林资源矢量数据存储在不同服务器上,同时将数据资源的 元 数 据 信 息 注 册 到 中 心 服 务 器 上。这样,采用元数据驱动方式,即可实现森林资源空间数据一体化管理[10]。 SOA称为面向服务架构,它强调软件组件间的松散耦合,采用独立的“服务”标准接口实现不同应用系统间的应用集成。SOA架构模型主要包括服务提供者、消费者、注册中心和协议4部分核心内容[8]。根据SOA架构模型设计,森林资源信息服务应用结构核心内容是对森林资源信息WebServices的整合和管理,主要包括森林资源服务资源提供者、森林资源服务注册中心、森林资源服务协议及森林资源使用人员。其中,森林资源服务资源提供者提供森林资源的各类服务,如基础地理信息服务、森林资源空间数据服务等;森林资源服务注册中心实现WebServices的发现、注册、查询和更新服务;森林资源服务协议实现服务提供者和使用者之 间 的 服 务 请 求 和 响应;森林资源使用者是将森林资源提供的服务进行注册中心后,为开发人员提供服务,从而搭建不同的业务应用系统。基于SOA的 森 林 资 源 信 息 服 务 应 用 结 构 如 图4所示。 4.4基于二三维一体化的森林资源数据集成管理技术 二维GIS具有成熟的数据结构、简单的数据模型、高效的空间查询和分析能力、丰富的制图功能和成熟的业务流程,但可视化表达的效果较弱,没有三维GIS直观和具体。本文采用二三维一体化技术,利用二维GIS实现森林资源数据的空间查询、统计和分析,利用三维GIS实现森林资源数据的三维可视化,从而实现森林资源数据可视化显示一体化、服务管理发布一体化、数据存储管理一体化、空间分析一体化的集成管理。二三维一体化集成管理技术架构如图5所示。 4.2海量、多源异构森林资源数据的多任务并行质量检查 平台包括海量、多源异构的森林资源数据,涉及的数据类型多样、数据量大且来源广泛,如何对这些数据进行质量检查工作成为平台建设的一大难点。本文在平台建设过程中,为加强数据质量检查工作,对各类数据按照一定的质量检查规则,灵活配置质量检查方案模型,采用多台计算机,多任务、并行批量和自动进行森林资源质量检查[9],如数学基础检查、图形和属性准确性检查、数据一致性和完整性检查等,质量检查完毕后生成质检报告,从而满足数据建库的要求。 4.3基于元数据驱动的森林资源空间数据一体化管理技术 为实现在平台上数据的快速访问和调用,对于影像数据、DEM数据等森林资源栅格数据进行处理后,采用分布式数据存储技术,将森林资源栅格数据存储在不同服务器上并发布成服务,同时将数据资源的元数据信息注 技术,基于SuperMap系列软件,实现了森林资源信息二三维一体化集成管 理。森 林 资 源 管 理 工 作 是 一 项 长 期 工作,森林资源信息服务平台的数据库将不断完善、功能和接口将进一步标准化,从而实现森林资源管理的精细化和智能化