作者简介:褚龙现(1981—),男,河南叶县人,讲师,硕士,主要从事数据库与信息系统研究;E-mail:chulongxian@126.com
Pingdingshan College, Pingdingshan 457000, Henan, China
forest resources database;database design; system management
备注
作者简介:褚龙现(1981—),男,河南叶县人,讲师,硕士,主要从事数据库与信息系统研究;E-mail:chulongxian@126.com
针对现社会森林资源的信息管理紧缺的现象,设计了一种基于GIS 的森林资源数据库系统,通过系统可及时了解及掌握资源的现状和变化过程,可有针对性地制定林业经营管理的方针、方案和政策,为造林规划设计提供数据上的支持。技术人员可利用该系统根据立地类型的专题图确定造林规划的设计内容,制作出造林类型的专题图,为森林资源的经营管理提供决策上的依据。
In view of the shortage of present social forest resources information management,a forest resources database system based on GIS has been designed. Through timely understanding the system’s status and change, the guideline, scheme and policy of forestry management can be pertinently established to provide a support in data for afforestation planning and design. According to the site types of thematic map, technical staff can use the system to determine the afforestation planning and design content, to produce the thematic maps of afforestation types, thus providing a decision-making basis for forest resources management.
引言
据第五次全国森林资源连续清查结果统计,全国林业用地面积2.63×104 hm2, 森林面积1.59×104 hm2, 全国森林覆盖率为16.55 %; 活立木总蓄积量为1.248 8×106 m3,森林蓄积量为1.126 7×106 m3,森林面积列世界第5 位[1];森林蓄积量列第7 位,人工林居世界第一。我国丰富的森林资源在全球经济、生态和社会的可持续发展与生物多样性保护方面具有举足轻重的地位。
森林资源的信息,指的就是方便使用和控制的一种森林资源的数据形式[2]。其特点就是可以查看信息,同时还具备信息的绝对性以及信息的一般特殊性、普遍存在性、相对性。所谓空间信息和属性信息,即森林资源信息。属性信息,代表了森林资源所代表的多种多样的性能,像群落的类型、每年的生长量还有土壤类型等等。而且这些资源会伴随着时间和空间的变化而发生变化。而空间信息表示的即森林的资源在不同的地区的分布以及其所展现出的规律,代表了森林的数量、资源的分布以及相关的规律和联系、特征等等一些方面。
由于发达国家的信息技术发展的比我国速度要快,因此一些森林管理的技术以及信息的采集都与他们存在着较大的差距。从建国开始的很长一段时间内,我国所做的工作大多通过人为的操作,无论是进行处理还是相关的分析工作。直至20 世纪80 年代,一些相关部门才开始使用计算机来协助完成相关工作。1982 年,林业部门通过调查发现,可以在PELJXC2512 的基础上研究一些相应的数据库或是方法,这就是计算机处理数据的开始。但是伴随着技术的不断进步,森林处理技术也在不断的进行变化。
1 GIS的概念及在林业中的应用
1.1 GIS 的概念所谓GIS,也就是地理信息系统(GeographicInformation System),地理空间的数据库是地理信息系统的基础。伴随着计算机设施的不断升级,可以使用计算机信息理论或是信息工程[3],综合分析以及管理空间的数据,这样就可以为系统提供一种管理以及决策的技术支持。或者换种说法而言,GIS 就是处理复杂数据和分析地理空间的一个具体的软件。其基础就是测量数据,数据库中的数据存储以及使用都是要解决的问题。数据库就是数据源,要采用计算机编程分析空间技术。地理信息,就是存储以及分析、管理地理空间的数据。在最近几年,与地理信息相关的技术都取得了快速的发展,得到了高度的关注。
从不同的角度来说,GIS 就是一个解决数据空间问题的工具[4]、技术以及方式方法;从学术的角度来说,GIS 就是在相关学科发展起来的,像是地图学、测量学以及地理学、计算机科学等等,都具有比较独立的体系;而从功能的方向来说,GIS 可以获取以及显示、处理、分析、输出数据等等功能;从服务意识而言,GIS 可以产生一些民用的信息服务意识,或是为系统提供一些相关的应用[5]。总的说来,GIS 是一个完整的系统,它具备合适的功能以及完备的结构。
同时,GIS 就是一个与数据库有关的管理系统,它主要就负责管理对象的分析以及相关的管理,可以把它以地理空间为界,区分地理信息的系统和其他系统的不同。
1.2 GIS 在林业中的应用GIS 有很多的应用前景,现在应用到GIS 的有以下几个领域:城市管理、区域规划、人口管理以及商业管理、交通运输、煤气以及天然气、军事领域、教育领域等等100 多个领域。最早把GIS 技术应用到林业中的国家是加拿大,而且每年都会定期举行交流会,这个学术论坛吸引了很多学者前来参观。而在其中美国的林业部门又是最早使用的部门之一,他们把这个技术运用到了森林管理以及检测、道路选址等方面。当然不仅仅是加拿大,别的国家的GIS技术使用的也十分广泛。
在90 年代的初期,我国还是比较少使用GIS技术,然而最近几年,这种技术的使用者却越来越多,得到了前所未有的重视。主要应用的范围是检查森林的灾情、检测危险、砍伐森林以及为森林做出相关规划等等很多方面。而在信息的管理方面,主要从事的是以下几个方面的研究,将相关的数据库与图形查询相结合,不断的更新数据库,输出每个不同的专题图形、与空间模型相结合创造数学模型从而进行分析等等。可以使用GIS 技术查询地理地势,通过对其分析,得到一些相关因子的数据,这样就可以避免一些户外的查询工作,将不用到的、森林里进行实地考察了。除此之外,还利用GIS 把遥感技术和全球定位系统有效的结合在一起,这样就可以很好的勘察森林的一些火灾的情况,有效的做好灾情的预防工作以及相关的防范措施[6]。
2 我国森林资源管理特点以及存在的问题研究
2.1 森林资源管理的特点一个国家森林资源的多少是林业生产的重要标志,而且林业的物质基础就是我们的森林资源。它是衡量一个工作成效的最好的标志。当然在不断的发展过程中,会受到很多人为的因素,像是一些自然因素或是一些所谓的经营活动等等。因此森林资源一直处于一个动态的变化之中,因此需要要做的加强森林的防范措施,提高管理与监督的能力,建立较好的一个森林管理体系,一切都按照规律办事。例如林地以及野生的动植物、森林的环境都是森林资源的管理范畴。要想管理好森林资源,有效的措施是:优化管理人员的自身素质,提高其管理水平,逐步完善相关政策以及管理措施,能够建立一套完整的森林资源管理的结构机制和相关的管理系统。其中的一些内容如下所示:①通过调查以及相关的规划、管理建立一套完整的森林资源的档案,管理资源信息,审定并制定森林经营方法,建设一个优良的森林资源管理团队,提高技术以及对队伍的建设。②必须采用一定的管理措施,如果砍伐一定的森林,必须种植更多的森林,限制森林的流通,加强森林资源的管理措施,可以制定一个评估,加强野生动物的保护欲管理等等。③通过调差之后,设计成果要通过不断的监督之后才能予以实施,并且把所有的责任分配到每个人,审计每个人的工作成果,并安排一定的工作人员来检查以及督促工作,如果违背了一定的条例,需要受到一定的处罚。
我国的森林管理的层次构造有许多方面,包含了国家、省以及县( 市) 三级构成。当然它是一个信息处理和相关的数据处理的一个系统。这个系统具有的特征主要是分布广、有一定的孤立性褚龙现,50 等:基于GIS 的森林资源数据库系统的设计第6 期能以及异构性等,从某些方面来说,将把资源的共享以及信息的使用和共享、交换等等进行限制。
林业已经很广泛的使用数据库、计算机以及一些网络技术,林业的发展已经不断的从国家发展到地方,从生产部门已经扩大到了研发系统。在信息管理系统管理中,由于许多信息只是单独的进行操作,说并没有建立一个较好的网络系统,只是由于我国在软件开发上发展的并不是十分顺利,也没有很好的信息处理能力。
2.2 森林的资源管理中存在的问题上个世纪的八十年代期间,我国林业部门就致力于计算机应用的技术的开发,进行相关技术的开发,引进所需的数据以及管理、设计,包括相关软件的开发使用。当然也没有忽视硬件设施,不断的进行新技术的研究,在不同的领域中进行创新,主要致力于生产领域。尽管如此,企业建设以及森林资源的信息化使用中仍然存在着各种各样的问题。
(1) 森林资源的管理工作并没有脱离传统的“手工作业”,很多工作仍然使用人工手工操作。长此以往,将导致信息化积累不足。建国五十年以来,积累了许多的与森林资源有关的资料,总体来说,许多资料都是用纸质保存下来,并没有建立一个科学性的系统进行管理储存。
在过去的十几年中,也建立了一些数据库以及相关的信息系统,但是这些系统并没有得到及时的更新以及维护,在实际工作中,并不能起到实际的作用。一些管理工作以及行政工作并没有很好的发展,这就限制了林业的发展。
(2) 重建现象影响了林业的工程管理
当前,我国有很多的计算机开发管理系统,但是因为没有集中投资,而单独的一些投资又没有很好的力度,所以就导致没有一个很全的功能,当然也没有一个很强的技术进行支持,这就导致了实用性能很差。还有一个更严重的问题就是:造成了人、物以及资源的严重浪费。同时也产生了很多的垃圾,这就限制了森林管理的发展以及相关的建设。当前,需要的就是尽快的运用合理以及科学的手段来开发管理系统。
(3) 系统没有好的共享及分工能力
一些专业软件的研究在很大程度上减少了工作人员的工作量,改善了管理能力以及提高了相关的效率。然而,这些软件并没有形成一个体系,而是各自单独发展。在开发系统时,有些工作人员只是按照固有的流程完成相关的工作,而且他们的思路大致都是一致的,并没有一个很好的弹性,相互之间的补充能力也较差。在使用系统时,不能共享资源,信息的获得途径也很单一,在实际的操作中,都很复杂,这就使操作变得更加的复杂,那么信息资源就会很分散,不集中,就不能达到资源的共享。
(4) 没有集中处理,分化程度太低
开发各种应用软件,但是并没有结合起来一起研发,而是单项开发,这样就没有顾虑到长远的发展,只是就眼前的利益,这就会导致许多数据没有一个很好的嫁接点,集成度比较差。而没有一个好的数据库,一些模型库的系统、图形库的系统以及集成数据库的系统等都只是一个初始的阶段,并没有被高层领导所采纳。
(5) 系统没有统一的规定,使数据共享无法进行
我国的每个地方都有自己独立的一套森林资源管理系统,也就是说每个部门都有自己的系统,没有一个好的兼容性,这样信息就不能有自己的标准,从而建立起自己的森林管理体系,而系统与其他的系统没有一个好的兼容性,因此综合信息就不能共享。而这样信息形式就会很单一,不能形成一个好的上下级沟通的关系,每个界面都很复杂,这样信息就会很单一,不能够相互对比,这样就不能进行国家的相关统计与相关的对比。这就是系统兼容性不足的原因。
3 GIS森林数据库的分析
4 实现GIS数据库的相关功能
4.1 设计林业Geodatabase 的数模Geodatabase 数模就是是ESRI 公司开发的一套智能的数据模型。Geodatabase 将层次分为不同的处理对象,并且这些对象都是面对数据的,通常都有各自的属性和相应的规则、行为。并且互相之间都有很多的联系。优势在于能把所有的数据统一在一起,而且在输入和处理的过程中都会很准确,不会出现一些差错。当然也是需要多用户共同编辑、共同储存等等要素。
不同的系统有不同的要求,所以可以将数据和相关的属性都放在一个数据库中,图1 是Godatabase 数据模型。
4.2 建库的一般流程应用系统主要分为图形建设的系统和属性数据库的相关建设[7],图形数据库中运用了ESRI 公司的生产的ArcInfo 软件,它是开发和处理的应用的平台。主要使用相关的数据引擎像是ArcSDE,使用它来处理空间数据库;所谓的属性数据库就是把Microsoft SQL Server 2000 作为使用平台,之后再使用相关的软件ArcToolbox,用它来建立数据分析以及相关的连接工作。相关的情况可以从图2 中看到。
4.3 采集数据要想建立相关的额数据库,最先要做的就是:整理以及分析相关数据。所谓的GIS,指的数据就是工作中不常使用的数据,它主要包含地理特点和采集数据的地点。获得数据的方式十分的复杂,而且信息的量较大,没有很规范的原始数据。除此之外,信息的采集以及相关的来源也是有很大的差异。
通过判断不同的数据库的方案,可以知道信息的图形以及数据是可以通过相关的组织获取的。
这主要有属性的数据分析,包括使用数据以及要调查的数据类型;另外一种就是图形分析,它包含地理位置、河流以及道路等等相关的信息,当然这些信息都是需要经过一些高科技进行相关的处理的,像要使用传感技术以及矢量图的分析原理等等。
4.4 建设相关的空间数据库数据库的使用任务主要就是通过一些寻找以及分析相关的数据,把得到的数据通过一些分类以及相关的组织,从不同的用户角度来分析模拟数据的结构。
例如已经处理过的信息就要通过不同的处理以及分类,把遥感技术分为不同的类别。当然可以使用ArcInfo 软件获得不同的信息,通过矢量化分析之后,在得到空间的分析。可以通过一些途径获得森林空间的分布图,通过矢量化之后,将不同时期的森林分布折叠分析[8],最后就会得到这段时间的森林空间分析的图片,从这个图中,就可以看到森林的退化或是新生以及保持等特点。
一些专业方面的图形,林相图以及地形图等等都是通过纸质来画图。研究使用数字对资源进行相关的处理,之后在配置一个好的矢量图形,找出一些相应的点线以及平面图像,便可构建出区域图或是平面图。
最后一道工具就是把获得的所有数据通过一些属性的整合,按照不同的点或是线面,从上到下进行相关的数据整合分析。将ArcCatalog 放入ArcSDE 软件中得到森林数据存储的产品。数据库分类情况见表1。
4.5 建设属性数据库系统的来源就是数据库,为使数据具有良好的结构并且加快处理数据的速度,使数据看起来更加的简单便利[9],把得到的数据经过一些规范化的处置,这样数据就可以集结成数据库中的一部分。建立一个数据库或是处理数据的最基本的单元就是表。
数据主要分为以下5 个方面:
(1)产地工作人员的表格,这其中包含了姓名、单位名称、担任的职位或是工作号码;
(2)相关的信息表,其中主要有: 龄组的信息表、林种的信息表、地类的信息表、起源的信息表以及相关树种的信息表等等;
(3)用户的信息,主要包含用户的电子邮箱,号码、密码,真实姓名,电话,用户使用的权限,注册的时间;
(4)小班的一些属性表,包括:具有优势的树种1,具有优势的树种2,小班号,林中,地的类型,平均的年龄,平均的胸径,疏密的程度,起源的时间,年龄以及相关的郁闷度;
(5)有关森林资源的统计表,其中包含了各类蓄积统计表或是森林面积统计表等等。
小班与林分因子两者的关系见图3。
4.6 连接属性数据库以及空间数据库图形或是属性的相关数据都是通过编辑,在建立相关的联系建造数据库[10]。所谓的属性数据就是使用文本的形式把研究的对象的相关属性表现出来;所说的图形数据就是运用几何的特征,把数据和属性的数据根据关键字建立一定的关系。所以说,可以在要研究的属性中加入一些相关的关键词,这样两者就有效的联系起来。所以在相关的数据中加入关键字之后,这些字段中就有想要查询的标示图,即通过这样的方式建立一个数据的链接。场地的工作人员就会把工作表以及林场区划图、场地的分析之间或是不同的森林面积的统计图形建立相关的链接。通过使用ArcGIS,运用ArcToolbox 中的相关工具完成工作,例如Data Management Tools—Joins。
4.7 优化数据库的访问功能学会统一属性的数据和相关的存储空间的数据,最重要的问题就是提高数据的访问效率并且降低对数据对系统的依赖性。通过构建一个不同的数据库[11],这个数据库拥有很大的数据量。为了增强数据库的性能,需要建立一些相关的引索或是相关的触发器、视图模型等等。使用的ArcSDE 软件中,可以为提供相关的查询功能。在管理相关的数据[12] 时,可以使用ArcCatalog 软件来建立或是管理相关的操作。另外,还有一种方法就是运用ArcSDE 中相关的使用方法,可以方便建立以及修改数据。
5 统计分析
6 结 论
本研究主要通过结合Geodatabase 的数学模型[13],采用ArcSDE 软件,创建不同的森林资源的数据库的系统,可以在统一的DBMS 上进行空间数据库的使用。林业管理体系中非常重要的信息之一即资源管理,我们将利用该系统将资源进行信息化处理,最后实现自动化管理的效果,运用该功能提高工作水平,提升工作效率[14]。因为森林资源相对处于动态的变化中,可以利用相关的系统资源改变以及维持这样相关的变化过程。当然也可以建立相关的方针或是制定一些政策,可以为研究提供数据上的支持。另外,工作人员也可以根据不同的数据类型规划设计内容,或是制造出相关的专题,可以为经营以及管理提供一些重要的依据。正确的发展目标,对于林业将来的发展是至关重要的。把系统中图形以及相关的属性有效的结合在一起,就能不断的调整数据类型以及改变经营方式,还可以进行效益评价[15],要正确估计使用价值,可以改变被动的局面,促进林业的健康发展,并且能够保证有良好的发展前景。
3.1 设计的相关目标当前一些行业的信息管理系统比较封闭,并没有处于一个很开放的状态,就更不用说森林资源的管理系统了。这个森林资源管理系统的主要缺点就是: 一些林业局为了达到某种需求,就研发了许多森林管理的系统,但是这些功能都各不相同,而且没有一个很好的结合点,这就导致很难处理一些信息,而汇总就更加的麻烦,这样就阻碍了前进的步伐,阻碍了信息的分析;而且通常而言,一些系统的数据很多,没有简洁性;除此之外,代码也是很冗杂,不能让用户一目了然,这就导致系统没有一个很好的适应以及发展的潜能,所以说不同的系统之间的交流就成了一个很大的问题。
要建立一套森林资源信息管理系统,但是设计目标是尽可能少的影响到不同的林业局的管理资源的水平,在这个基础上进行一些创新。需要很明确的数据,因为这些数据需要一个很完整的透明度,需要合理以及规范的去分析每一个数据,这样就方便了不同的数据库之间的交流以及共享,而且还有一个优点就是可以通过网络很快的将信息传递给人们,让用户更加快捷、方便、直观的浏览到各种信息,这样就比较全面的实现了信息与资源的同时共享的性能。
3.2 分析相关的可行性3.2.1 技术的可行性我国在森林资源的管理上,已经使用了很多年的信息管理系统技术,所以说森林管理技术已经在我国有很长时间的发展史了。总结现有的丰富的经验以及相关的管理技术,应该较容易形成一个完备的管理体系,而这些都为理论以及技术的研究提供一个指导,从某种程度而言,这些都是很重要的。
其次,伴随着技术的快速发展,GIS 的信息管理技术在很多领域都得到了很广泛的应用,像是教育、管理、售票或是铁路运输等等多个方面,而且都取得了很重要的成果。这些成果都为数据库的建立提供了很多的有效的数据以及一些相关的参考案例。
最后一方面就是随着计算机软件以及硬件的不断更新,一些相应的管理技术和信息共享技术随之产生,这些都为GIS 森林数据库的建立提供了一个有效的处理技术和技术手段。
3.2.2 经济的可行性IT 产业的迅速发展带动了竞技的快速发展,一些计算机的软件或是硬件的价格也在不断的下降。所以说计算机在不同的领域都得到了广泛的应用。就连林业基础部门也是配别了一些计算机设施,通过使用这些技术从而管理一些森林的信息。如果我们想要建立一个森林资源的数据库,那么就要到省林业厅去做一些相关的数据库,通过建立这些数据库,我们就可以提高计算机的硬件设施。而且除此以外,很多的林业厅都有很多的数据库,这些服务器都能很好的帮助进行合理的规划。
3.2.3 供求的分析原则根据提供的信息资源,研究了一套信息开放式的管理系统,而在其中数字林业就是一个很典型的例子。它是由很多的分支所构成,再通过不同的操作系统或是操作的计算等等过程而完成的。这个林业信息是面向大众的、并且会为很多的服务提供一种相关的措施。这样他就隶属于数字系统,不仅仅能保持独立性又能保持相关的联系。不同等级的林业局的数据库都有差异。在我们采集以及规划数据时,都可能遇到采集以及规划的统一问题,这样的共享能力就会比较的弱,具体表现在:①没有一致的规划。因为会不断的重复以及水平相对比较低。②不能及时的更新数据,需要大量的人工参与,不能很好的运用时空和动态的关系。③没有丰富的表现形式,只是表和图形,没有一定的仿真性。④没有丰富的信息资源,缺少动态信息,而且采用的大多数的信息都是来自于国外,没有原创性。⑤不能持久的研究一些重点的项目或是相关的工程。⑥没有智能化的分析和决策的支持手段。⑦对一些比较先进的技术研究的较少,没有形成一定的系统。
如果能够解决数字林业的问题,那么我们首先解决数据的共享,而在这个过程中,需要解决许多的技术难题。也就是说要保证生产的规范性、有效性等等。当然还要解决互联网的操作问题。解决以上所有问题的方法就是在原先的基础上,在省建设一些数据处理中心,将所有的数据都统一到一个数据库中,这样就很方便我们查询数据。所以说建立一个GIS 森林数据库就很重要,它能够从整体上提高管理的水平,这样就能保证信息的数据化,而且可以从很多方面提高信息的利用率以及管理森林的效率,这样都会加快森林的发展,为信息化的发展建立一个基础。
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学报简介
中南林业科技大学学报
《中南林业科技大学学报》原名《中南林学院学报》,是中南林业科技大学主办的以林为特色的自然科学学术期刊。该刊1981年创刊,2010变更为月刊,月底出版,国内外公开发行。国际刊号为ISSN 1673-923X,国内刊号为CN43-1470/S。该刊是教育部优秀科技期刊,全国优秀高校学报,湖南省一级期刊。是全国中文核心期刊,中国科学引文数据库来源期刊,中国精品科技期刊,中国科技核心期刊。该刊入编了国内所有的期刊数据库。
主要栏目:林学、生态学、生物科学与技术、植物学、园林、木材科学等。
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