李 珺，彭能舜，李 軍

（1.長沙市林業(yè)技術(shù)推廣站，湖南 長沙 410205； 2.湖南省第二測繪院，湖南 長沙 410114； 3.長沙市規(guī)劃勘測設(shè)計研究院，湖南 長沙 410007）

林業(yè)是生態(tài)文明建設(shè)的主體，承擔(dān)著維護(hù)生態(tài)平衡，改善生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的使命。林業(yè)資源既是重要的生態(tài)資源，也是重要的經(jīng)濟(jì)資源，向社會提供廣泛的生態(tài)產(chǎn)品和豐富的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品［1-2］。隨著“綠水青山就是金山銀山”生態(tài)理念深入人心，人們對生態(tài)安全越來越重視［3］。如何更好地利用先進(jìn)的信息化技術(shù)提升林業(yè)管理水平，推進(jìn)林業(yè)生態(tài)建設(shè)，成為當(dāng)今重要的研究課題［4-6］。在國際上，西方發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)70年代就開始采用GIS技術(shù)進(jìn)行林業(yè)資源管理［7］。例如：美國在農(nóng)林生產(chǎn)中大規(guī)模地使用了先進(jìn)的信息化技術(shù)，節(jié)省了大量的人力［8］；加拿大從20世紀(jì)90年代起先后建立了森林資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)（CFRDS）、國家森林信息管理系統(tǒng)（NFIS）；德國研制了TEAMS系統(tǒng)用于森林資源綜合管理決策支持，實現(xiàn)了林業(yè)資源監(jiān)測［1，9-11］。我國的林業(yè)信息化研究起于20世紀(jì)80年代［12］，從2001年起，國家提出“數(shù)字林業(yè)”戰(zhàn)略以后進(jìn)入快速發(fā)展階段［1，13］，在全國森林資源二類調(diào)查成果基礎(chǔ)上，開展林地“一張圖”建設(shè)，各地紛紛開發(fā)了森林資源監(jiān)管系統(tǒng)［14］。國內(nèi)林業(yè)信息化正快速向“智慧林業(yè)”方向發(fā)展，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)建立綜合的林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫，綜合運用遙感、物聯(lián)網(wǎng)、無人機(jī)等多種新技術(shù)手段加強對資源的監(jiān)測［2，15-22］。

近年來，長沙市深入貫徹習(xí)近平生態(tài)文明思想，全面推進(jìn)生態(tài)保護(hù)與提質(zhì)，森林蓄積量持續(xù)增長，根據(jù)2020年湖南省森林資源統(tǒng)計年報，截至2020年底，全市林地面積達(dá)60.29萬hm2，森林覆蓋率達(dá)55%，活立木總蓄積量3263.58萬m3。為全面提高林業(yè)綜合監(jiān)管效率，實現(xiàn)林業(yè)治理體系和治理能力現(xiàn)代化，推進(jìn)林業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，充分運用先進(jìn)信息技術(shù)，構(gòu)建統(tǒng)一的林業(yè)綜合監(jiān)管平臺，是當(dāng)前長沙林業(yè)信息化的重要課題。

1 長沙市林業(yè)信息化現(xiàn)狀

長沙市從2004年開始林業(yè)信息化建設(shè)，建成了四級網(wǎng)絡(luò)體系、網(wǎng)絡(luò)機(jī)房和森林防火指揮中心等基礎(chǔ)設(shè)施，建立了全市森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)、森林資源“一張圖”、生態(tài)公益林、自然保護(hù)地、古樹名木等十余項數(shù)據(jù)庫，具有國垂、省垂和自建的各項業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)十幾個。經(jīng)充分調(diào)研，當(dāng)前長沙市林業(yè)信息化建設(shè)存在數(shù)據(jù)資源質(zhì)量不高、數(shù)據(jù)格式與標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，應(yīng)用系統(tǒng)來源多樣、相對獨立，集成共享受阻，缺少移動終端應(yīng)用，新技術(shù)應(yīng)用不足等問題，無法滿足現(xiàn)代林業(yè)高效監(jiān)管和綜合治理的要求。

因此，需要綜合應(yīng)用云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、3S技術(shù)，搭建長沙市林業(yè)綜合監(jiān)管平臺，構(gòu)建“天、空、地、網(wǎng)”四位一體的綜合監(jiān)管體系，實現(xiàn)全市林業(yè)管理一套數(shù)據(jù)、一套口徑，一盤活棋，做到數(shù)據(jù)可查、資源可看、監(jiān)管精準(zhǔn)、服務(wù)高效。

2 平臺總體設(shè)計

按照“一云、一庫、一中臺、N系統(tǒng)”的思路，依托長沙市政務(wù)云網(wǎng)絡(luò)資源，構(gòu)建一個林業(yè)時空大數(shù)據(jù)庫、一個服務(wù)支撐中臺和多個應(yīng)用系統(tǒng)組成的平臺，實現(xiàn)市縣一體化的支撐環(huán)境、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、數(shù)據(jù)、服務(wù)和權(quán)限管理。

“一云”即長沙市電子政務(wù)云環(huán)境，為平臺提供網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源、計算資源。平臺主要依托市電子政務(wù)網(wǎng)進(jìn)行部署，并結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)移動應(yīng)用。“一庫”即林業(yè)時空大數(shù)據(jù)庫，為平臺提供時空數(shù)據(jù)支撐。林業(yè)時空大數(shù)據(jù)庫主要包括地理空間數(shù)據(jù)庫、林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、林業(yè)專題數(shù)據(jù)庫、業(yè)務(wù)管理數(shù)據(jù)庫以及運維支撐數(shù)據(jù)庫?！耙恢信_”即服務(wù)支撐中臺，是平臺的“大腦”，實現(xiàn)各應(yīng)用系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯與算法分析，為平臺提供各類業(yè)務(wù)服務(wù)支撐，主要包括地圖瀏覽、態(tài)勢展示、搜索定位、空間分析、查詢統(tǒng)計、業(yè)務(wù)審批、政務(wù)服務(wù)、圖版識別、外業(yè)核查、案件查處、動態(tài)巡查、網(wǎng)格管理等內(nèi)容?！癗系統(tǒng)”即長沙市林業(yè)綜合監(jiān)管平臺的各類應(yīng)用系統(tǒng)，包括時空大數(shù)據(jù)管理與共享系統(tǒng)、林業(yè)資源信息綜合態(tài)勢展示系統(tǒng)、林業(yè)資源動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)、林長制網(wǎng)格化管理系統(tǒng)、林業(yè)綜合執(zhí)法系統(tǒng)、林業(yè)綜合管理移動端、運維管理系統(tǒng)、一套系統(tǒng)對接集成方案與接口等內(nèi)容，涵蓋林業(yè)資源監(jiān)測保護(hù)、執(zhí)法保障、 “互聯(lián)網(wǎng)＋”政務(wù)服務(wù)等方面，實現(xiàn)市級和各區(qū)縣級聯(lián)動一體化管理、林業(yè)精細(xì)化管理、智能化監(jiān)管。平臺總體架構(gòu)圖見圖1。

圖1 平臺總體架構(gòu)圖Fig.1 The overall architecture diagram of the platform

3 數(shù)據(jù)體系建設(shè)

林業(yè)資源數(shù)據(jù)類型多樣，具有多維、多時序、多尺度等特點。根據(jù)實際情況，對長沙市林業(yè)資源信息進(jìn)行收集梳理，建立了林業(yè)資源數(shù)據(jù)目錄。對所有數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化整合建庫，對非空間數(shù)據(jù)按標(biāo)準(zhǔn)矢量化，并對所有入庫數(shù)據(jù)添加時間戳，建立時間序列，實現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)管理與回溯，構(gòu)建了林業(yè)時空大數(shù)據(jù)庫。林業(yè)時空大數(shù)據(jù)庫包括：地理空間數(shù)據(jù)庫、規(guī)劃數(shù)據(jù)庫、林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫、林業(yè)專題數(shù)據(jù)庫、林業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫和林業(yè)管理數(shù)據(jù)庫（見表1）。

表1 林業(yè)資源數(shù)據(jù)目錄表Tab.1 The catalogue of forestry resources data

續(xù)表1 林業(yè)資源數(shù)據(jù)目錄表Continued Tab.1 The catalogue of forestry resources data

4 平臺功能設(shè)計

林業(yè)綜合監(jiān)管平臺包含八大子系統(tǒng)，涵蓋林業(yè)資源信息綜合態(tài)勢展示系統(tǒng)、林業(yè)時空大數(shù)據(jù)管理與共享系統(tǒng)、林業(yè)資源動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)、林長制網(wǎng)格化管理系統(tǒng)、林業(yè)綜合執(zhí)法系統(tǒng)、林業(yè)綜合管理移動端、運維支撐系統(tǒng)和數(shù)據(jù)集成共享接口等，各個子系統(tǒng)通過集中服務(wù)框架與統(tǒng)一的底層數(shù)據(jù)平臺進(jìn)行互聯(lián)互通。平臺的功能結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 平臺功能結(jié)構(gòu)圖Fig.2 The function structure diagram of the platform

4.1 林業(yè)資源信息綜合態(tài)勢展示系統(tǒng)

綜合態(tài)勢展示系統(tǒng)立足全局，在林業(yè)時空大數(shù)據(jù)庫的支撐下，結(jié)合二三維一體化的技術(shù)手段，以豐富的地圖、圖表的形式提供對全市林業(yè)各類資源信息進(jìn)行快速的可視化綜合展示，滿足領(lǐng)導(dǎo)審批決策和林業(yè)專題管理應(yīng)用需求。一是基于其它子系統(tǒng)聯(lián)動發(fā)布的地圖服務(wù)，動態(tài)生成林業(yè)綜合態(tài)勢專題圖，實現(xiàn)清晰直觀的林業(yè)數(shù)據(jù)可視化；二是按照基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)專題、規(guī)劃數(shù)據(jù)、地理空間等類別，動態(tài)生成各類業(yè)務(wù)專題圖，實現(xiàn)遠(yuǎn)看有態(tài)勢、細(xì)看有詳情。同時，對林業(yè)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、加工、統(tǒng)計、分析，將大量龐雜的數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)化為可視化、直觀的服務(wù)決策信息。針對數(shù)據(jù)內(nèi)容的多樣性和密集性，綜合使用e-charts圖表進(jìn)行呈現(xiàn)，為林業(yè)各項業(yè)務(wù)管理與發(fā)展規(guī)劃提供智能化、最優(yōu)化的科學(xué)決策服務(wù)。

4.2 林業(yè)時空大數(shù)據(jù)管理與共享系統(tǒng)

林業(yè)時空大數(shù)據(jù)管理與共享系統(tǒng)是平臺的重要支撐系統(tǒng)，具有數(shù)據(jù)管理、動態(tài)更新、制圖輸出等功能模塊，實現(xiàn)地圖數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)字段編輯、局部更新、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、地圖服務(wù)管理、專題應(yīng)用管理、時序數(shù)據(jù)對比、統(tǒng)計管理、制圖輸出等全流程林業(yè)時空數(shù)據(jù)管理。同時，實現(xiàn)以地圖服務(wù)為最小單元，靈活組合應(yīng)用以快速構(gòu)建多種專題地圖的特色功能，極大提高了時空數(shù)據(jù)共享效率。

4.3 林業(yè)資源動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)

林業(yè)資源動態(tài)監(jiān)管系統(tǒng)用于針對林業(yè)資源的動態(tài)變化情況實現(xiàn)快速發(fā)現(xiàn)、精確管理，系統(tǒng)基于每月定期更新的遙感影像數(shù)據(jù)，動態(tài)識別林業(yè)資源變化圖斑，按照變化圖斑內(nèi)業(yè)分析、核查任務(wù)派發(fā)、外業(yè)核查、核查反饋、違法信息推送、案件查處、數(shù)據(jù)更新的業(yè)務(wù)流程，構(gòu)建資源監(jiān)管閉環(huán)，做到資源全生命周期管理實時上圖，實現(xiàn)基于遙感影像的林業(yè)資源的全天候、立體化的實時監(jiān)測監(jiān)管與預(yù)警預(yù)報。

4.4 林長制網(wǎng)格化管理系統(tǒng)

按照長沙市林長制實施方案要求，構(gòu)建林長制網(wǎng)格化管理系統(tǒng)，為全市林長制工作提供堅實的大數(shù)據(jù)支撐和平臺保障，助力全市林長制各項工作高效精準(zhǔn)開展。系統(tǒng)在林業(yè)時空大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，增加林長制網(wǎng)格化管理數(shù)據(jù)，構(gòu)建網(wǎng)格空間分布數(shù)據(jù)與“一長三員”等信息的關(guān)聯(lián)聚會，實現(xiàn)林長制的空間化、圖形化、可視化管理；同時，提供基礎(chǔ)信息管理、任務(wù)管理、事件管理、巡護(hù)管理、公示牌管理、公眾投訴管理、績效考核、統(tǒng)計分析等功能，推進(jìn)林長制落實。

4.5 林業(yè)綜合執(zhí)法系統(tǒng)

林業(yè)綜合執(zhí)法系統(tǒng)實現(xiàn)了林業(yè)行政執(zhí)法的全自動化、流程化管理，涵蓋綜合審批管理、案件處理及集中監(jiān)管等模塊。系統(tǒng)整合林業(yè)執(zhí)法關(guān)聯(lián)圖形信息、審批案卷信息，為盜伐濫伐林木、違法征占林地等違法線索管理、信息分析研判、執(zhí)法任務(wù)指揮調(diào)度、執(zhí)法案件查處等提供信息化、智能化管理工具。同時，通過綜合移動端應(yīng)用聯(lián)動，實現(xiàn)內(nèi)外業(yè)管理工作無縫銜接，全面提升了林業(yè)行政執(zhí)法指揮監(jiān)管效率。

4.6 林業(yè)綜合管理移動端

林業(yè)綜合管理移動端實現(xiàn)了林業(yè)內(nèi)外業(yè)高效聯(lián)動，滿足了移動辦公、日常巡查監(jiān)管和移動執(zhí)法等多方面需求。移動端充分整合空間信息技術(shù)、二三維可視化技術(shù)等技術(shù)手段，基于時空大數(shù)據(jù)管理與共享系統(tǒng)發(fā)布的移動地圖服務(wù)，實現(xiàn)圖形數(shù)據(jù)在移動端的查詢、瀏覽、分析、應(yīng)用，包括“移動一張圖”、移動執(zhí)法、日常監(jiān)管、指揮調(diào)度、移動巡查、網(wǎng)格化移動監(jiān)管、輔助決策分析、公眾監(jiān)督等功能，為護(hù)林員、執(zhí)法員、監(jiān)管員等提供移動作業(yè)的信息化支持，可與網(wǎng)頁端進(jìn)行實時的數(shù)據(jù)交互。

4.7 運維支撐系統(tǒng)

運維支撐系統(tǒng)是整個平臺初始發(fā)布及維持日常有序運行的關(guān)鍵中樞系統(tǒng)，包括服務(wù)云中臺和權(quán)限管理系統(tǒng)。服務(wù)支撐云中臺是服務(wù)管理中臺和技術(shù)中臺，是平臺所有服務(wù)的注冊和管理中心，負(fù)責(zé)管理所有服務(wù)并向其他子系統(tǒng)提供所需要的服務(wù)，主要面向的用戶是系統(tǒng)的技術(shù)人員。權(quán)限管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)平臺用戶角色權(quán)限管理和系統(tǒng)日志監(jiān)控。

4.8 數(shù)據(jù)集成共享接口

通過數(shù)據(jù)接口共享交換技術(shù)，實現(xiàn)項目平臺與國家級、省級、市級相關(guān)系統(tǒng)之間的無縫對接與集成，實現(xiàn)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)推送和校驗，并預(yù)留與后續(xù)系統(tǒng)的對接接口。

5 平臺系統(tǒng)實現(xiàn)

長沙市林業(yè)信息綜合監(jiān)管平臺作為一個集數(shù)據(jù)匯集、應(yīng)用開發(fā)、決策分析為一體的綜合應(yīng)用平臺，是一個實施范圍、業(yè)務(wù)種類、功能應(yīng)用和涉及軟件工程技術(shù)均非常繁雜的大型軟件工程。在平臺系統(tǒng)實現(xiàn)上，充分利用長沙市政務(wù)云計算和存儲資源，基于ETL過程實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效整合。緊緊圍繞各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)流程，整體采用微服務(wù)架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計，系統(tǒng)中的各個微服務(wù)可被獨立部署，各個微服務(wù)之間是松耦合的，解決了開發(fā)迭代和性能瓶頸等問題。采用B／S＋C／S模式，實現(xiàn)系統(tǒng)間的“高內(nèi)聚，低耦合”，平臺前端使用VUE，后端使用J2EE進(jìn)行開發(fā)。

5.1 整體界面設(shè)計

前端底層框架使用了VUE，UI框架使用了Element UI。使用單頁架構(gòu)，保證系統(tǒng)穩(wěn)定可維護(hù)性的前提下，提升流暢度和操作體驗。設(shè)計采用接近林木的淺綠色作為整體系統(tǒng)底色，輔以其他互補色作為點綴，使系統(tǒng)美觀的同時更符合林業(yè)的業(yè)務(wù)主題。

5.2 數(shù)據(jù)交互

采用Web Service數(shù)據(jù)調(diào)用機(jī)制、XML數(shù)據(jù)交互，規(guī)定數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。服務(wù)層預(yù)留相關(guān)接口，提供服務(wù)層被其他應(yīng)用調(diào)用的能力，為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)交互提供技術(shù)支撐，提升了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和集成性，加強了系統(tǒng)的實用性。

5.3 底圖技術(shù)應(yīng)用

針對海量基礎(chǔ)地理、遙感影像和林業(yè)資源空間數(shù)據(jù)，采用瓦片地圖服務(wù)，進(jìn)行瓦片分割和瓦片組織并建立地圖緩存，發(fā)布的地圖服務(wù)的更新和現(xiàn)勢性，加快系統(tǒng)流暢性。

5.4 數(shù)據(jù)管理與共享服務(wù)

時空數(shù)據(jù)庫采用開源的PostgreSQL，同時采用PostGIS＋ArcSDE的方式實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)入庫。為保障海量空間數(shù)據(jù)編輯處理效率，林業(yè)大數(shù)據(jù)管理與共享系統(tǒng)采用C／S架構(gòu)設(shè)計，采用WPF＋WinForm混合開發(fā)模式，通過數(shù)據(jù)服務(wù)注冊、服務(wù)元數(shù)據(jù)信息錄入等手段，實現(xiàn)市縣（區(qū)）多層級一體化數(shù)據(jù)管理與應(yīng)用。

5.5 綜合管理移動端

采用了M／S（Mobile／Server，移動終端／服務(wù)器）的方案，以ArcGIS api for Android軟件開發(fā)包為支撐，利用Java語言完成移動GIS軟件開發(fā)。移動端各類數(shù)據(jù)都存放在后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)庫中，通過網(wǎng)絡(luò)實時傳輸，在移動端顯示、查詢、分析各類數(shù)據(jù)，并可實時把調(diào)研的圖形、圖片或?qū)傩詳?shù)據(jù)上傳至服務(wù)器中。

6 討論

林業(yè)綜合監(jiān)管平臺的構(gòu)建理念是：從基礎(chǔ)底層數(shù)據(jù)庫對復(fù)雜林業(yè)數(shù)據(jù)的支撐出發(fā)，到多個動態(tài)后臺服務(wù)集成的服務(wù)支撐，再到面向林業(yè)工作誕生的前端頁面、客戶端應(yīng)用及移動端的多個子系統(tǒng)，全程貫穿GIS時空數(shù)據(jù)的處理、傳輸與可視化，設(shè)計實現(xiàn)了一個復(fù)雜且完整的林業(yè)信息化平臺。

隨著“碳達(dá)峰、碳中和”發(fā)展理念的逐步推行，林業(yè)部門作為強相關(guān)領(lǐng)域如何實現(xiàn)管理能力上的進(jìn)一步發(fā)展是至關(guān)重要的。從態(tài)勢展示了系統(tǒng)立足全局對管理范圍內(nèi)的林業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀與變化一覽無余，到資源動態(tài)監(jiān)管的資源全生命周期管理，到綜合移動應(yīng)用APP伴隨護(hù)林員深入一線有效提升基層工作人員工作效率，林業(yè)綜合監(jiān)管平臺的實現(xiàn)，為林業(yè)的一站式高效管理提供了強有力的支撐。同時，對于國內(nèi)外相關(guān)的以復(fù)雜時空數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的林業(yè)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，本平臺也可提供有效的借鑒意義。