基于数字汇流的森林资源管理“一张图”平台的信息化探索

林聪聪，王 柯，王豪翔，陈 晟

(浙江省森林资源监测中心，浙江 杭州 310020)

浙江素有“七山一水两分田”之称，森林资源禀赋良好。根据第九次全国森林资源清查成果[1]，浙江省森林覆盖率为59.43%，位居全国前列。虽然其森林资源监管长期按照信息化标准管理和使用，但与数字化管理的高要求相比，仍存在数据表现形式单一、数据静态、数据标准不统一、部门管理不衔接、业务流程不协同以及内外业联系不紧密等问题，一定程度上制约了浙江的林业现代化、数字化建设。为解决这些弊端，浙江省加紧开展新技术、新方法在林业中的应用，以林业数字化转型为契机，加大林业数字化建设力度，不断开拓创新森林资源智慧管理方法和模式，以解决森林资源数据协同中存在的问题。本文研究的森林资源“一张图”信息化建设，在数字化转型新要求下开展森林资源监管工作，实现了森林资源精细化管理，提高了林业管理水平，并服务于全省林业生产经营管理[1]。

1 需求分析

浙江省林业空间管理平台(以下简称“一张图”平台，http://slzyjc.lyj.zj.gov.cn/SLZY/index.aspx)始建于2018年，此前浙江省林业相关业务数据都是以光盘、U盘等移动存储设备进行管理或者下发，同时各县市也以移动存储设备为载体进行数据上报，这就容易出现数据格式不统一、数据使用不规范等问题，各部门数据的分散管理也增加了不同部门间业务协同的难度，并且由于分散管理导致的数据静态化，也严重影响了森林资源数据的时效性。因此，基于信息技术，以森林资源调查成果为基础，将营造林、采伐、林地征占用、森林防火、行政处罚等突变数据，结合森林资源自然生长的渐变数据，通过智能集成和数据融合，实现森林资源数据由静变动、不同的业务部门之间相互兼容，形成一个高集成度、综合性的管理平台，从而实现“数据全联通、业务大协同”，并能够提供“数据实时服务”。

2 关键技术

2.1 技术路线

“一张图”平台建设基于数字汇流(Digital Convergence)的思想，包括数字(Digital)及汇流(Convergence)两大概念，它来自于网络通讯技术的快速演变，让许多各自独立的领域开始产生互动，彼此界线逐渐模糊，产生整合，也就是数字化的整合。将森林资源数据、遥感影像等内容数字化后，能够更快速地处理并在不同系统之间传递，让不同部门林业工作者和不同的平台设备之间只需要制定一个共同的数据标准格式，就可以沟通交流，大大提高了各个部门间的协同工作效率。林业信息化是目前林业现代化工作的主题和方向，数字汇流又是未来发展的重要趋势，只有加强林业现代化建设，合理运用数字汇流思想，加强林业信息技术在林业管理中的应用，才能够实现林业工作的持续发展[3]。

森林资源管理“一张图”是以“互联网+”、云计算及大数据为背景，融合了地理信息系统(GIS)，遥感(RS)、全球卫星导航系统(GNSS)等技术，基于ASP.NET构建开发，采用SQL Server作为数据库进行数据管理而形成的平台。平台利用了云计算高灵活性、可扩展性和高性比的特点和优势，获取到无限资源并使获取的资源不受时间和空间的限制。平台通过自建空间数据引擎，实现了用户数据“既视既拿”的效果；对于传输的数据，根据分辨率进行点抽稀，来保证数据传输和显示时能够达到最优性能；利用瓦片、数据缓存、智能预统计等数据预处理技术，实现海量数据的存储显示；使用瓦片地图金字塔模型，建立了天地图离线地图、脱密地形图等瓦片地图；使用加密算法，对瓦片模型中的X，Y，Z进行加密。掌上林业App利用Android操作系统提供的丰富的Api来实现定位功能。对于空间数据，平台使用GeoServer、自建空间数据服务等技术实现了空间数据的统一管理和发布。通过空间分析，可对平台各类图层进行叠加分析、网络分析、空间统计等，实现业务数据精准提取，为各项决策提供数据支持。

2.2 平台建设架构

图1 平台架构

图2 数据流程分析

平台建设架构自下而上分为云服务层、网络安全层、林业“一张图”层、核心业务应用层、数据可视化层(图1)。云服务层通过浙江省政务“一朵云”与各个业务系统建立数据接口，收集各业务系统实时数据，同时也负责将获取的数据传输到林业“一张图”层；网络安全层负责对平台系统的安全进行维护和保护；林业“一张图”层，主要对各个系统产生的数据进行存储、展示分析，汇总统计；核心业务应用层是平台的核心部分，是“一张图”数据实时更新的主要依靠；数据可视化层是“一张图”数据对外展示的统一窗口和入口，向社会各级展示林业分析、处理及决策成果[4-7]。

平台的构建基于“数字汇流”的思想，将不同部门的业务数据、基础数据汇集整合成了林业资源，用户可通过不同设备上传或下载进行数据交流，实现了跨地区、跨部门、跨设备的协同设计，通过平台的各业务系统数据的汇流，做到实时更新林业“一张图”数据库。

3 系统分析与设计

3.1 数据流程分析

“一张图”平台以上一年度的森林资源“一张图”数据作为基础，通过掌上林业APP业务系统进行数据采集，经过造林、林木采伐、林地征占用等业务模块上传至“一张图”平台并产生突变数据，并利用生长模型更新产生渐变数据。经省、市、县(市、区)林业主管部门管理员审核通过后，这些多源异构数据在数据库标准、系统数据交互接口规范的监管下，使用各系统业务的数据模型来分析数据关联关系、继承关系、约束关系和数据及信息流向，从而形成成果数据，并在“一张图”平台以图形化等形式呈现出来(图2)。

3.2 系统设计

3.2.1 系统架构

“一张图”平台的应用主要有5个系统(图3)。发布展示系统主要承担森林资源发布、大数据分析、古树名木资源、湿地资源、业务动态等森林资源成果展示；资源更新系统主要负责有森林资源年度监测、外业图斑上报县级确认、数据汇总统计；业务管理系统含营造林、林木采伐、征占用、重要因子变更等业务；森林监管系统主要包含森林督查、林地遥感监管等模块；掌上林业系统主要是为野外工作人员方便进行数据采集作业提供的掌上移动端APP，它连接浙江省林业空间管理平台，可以为各级领导宏观决策提供分析依据和辅助支撑。其中，资源更新和业务管理系统保证了平台数据的实时性和真实性，是平台的核心内容。资源更新中除了生长模型更新外，也包括了各个业务应用系统不同地类面积的更新，从而保证了一张图面积和蓄积两个主要因子的实时性。

图3 森林资源“一张图”组成模块

3.2.2 接口设计

图4 技术架构

考虑到不同业务模块之间的数据交流需要，从开放性、灵活性、兼容性、扩展性、先进性、安全性等原则出发，平台基于JSON格式的开放的Web Service进行数据交互，从而实现了不同系统、编程语言和组件模型中的不同类型模块向平台发送和接受数据，实现了开放式的接口。另外，为了保证数据交换的安全，统一使用HTTPS进行数据传输，以防止数据被窃取。

从技术架构上，将系统划分为应用、算法、支撑、资源层，各层间用标准化接口互联(图4)。算法是保证数字汇流的核心部分，借助于从云服务层获取的数据，通过接口为应用层提供数据服务，对底层提供的元数据进行分析和挖掘，并利用PMML和CWM来呈现预测分析模型和新元数据交互，从而实现了不同业务模块之间的协同工作。

3.2.3 安全设计

“一张图”平台是面向全省公众、林业工作者和政府各部门的服务性平台。平台基于网络实现，对安全的要求很高。在管理方面，平台利用省政务云运维审计与风险控制系统对平台网络进行监控，通过对异常状况的分析实现网络安全预警；及时做好相关数据日志记录，设置数据备份机制，建立灾难性数据恢复机制，并定期维护省政务云空间，及时修补软件漏洞等。在技术方面，平台借助交换机、路由器、入侵监测以及防火墙等设备自身的功能，对网络安全进行防护；利用瑞星企业产品ESM防病毒系统，以杜绝病毒导致的破坏。在身份认证上，对平台所有功能项的应用都需经过身份核定；平台数据集中管理保存，统一使用CA证书的HTTPS进行数据传输，确保安全性，防止数据被窃听。

4 系统功能与实现

4.1 数据基础及平台建立

2017年，浙江省基于多期和多源遥感数据，完成了十年一次的森林资源规划设计调查，查清了全省森林资源分布和生态状况，形成了全省森林资源管理“一张图”基础数据。在此基础上，将森林资源更新、生态公益林、天然商品林等信息进行完善整合，形成了新的森林资源管理数据库[8]。根据浙江省委省政府“最多跑一次”改革和数字化改革的工作要求，浙江省林业局提速推进数字化改革工作，建立了浙江省林业空间管理平台(简称“一张图”平台)，加快了“一张图”在林业信息化中的应用。

4.2 森林资源可视化表达

通过浙江省“一张图”平台的发布展示系统，实现了全方位、多层次对森林资源的状态和趋势的展现，实现了不同类型的林业数据的汇流以及统一的可视化展示，用户可快速查询到目标地块的地理空间位置、林木信息、管理信息、经营权属等因子，发现及挖掘林业统计数据中的隐藏信息。通过对资源数据进行大数据智能分析，可获得历年资源状况展示和对比分析情况，掌握各类指标的变化情况，清晰快速地获得资源增减幅度，为下一步加强森林资源管理、提升林业经营效能提供参考依据，也为各级领导提供决策支持[9]。此外，系统还可以显示简洁清晰的森林资源分类、公益林管理分类、林地保护等级等专题数据，实现一图即可查询各类森林资源信息。

4.3 森林资源动态更新

近年来开始实施的年度资源数据变更仅限于ArcGIS数据单机编辑，利用Excel等软件进行统计计算，这种方式工作量大、耗时长，又难以保证数据结果的准确性以及数据格式的统一性[10]。

为确保森林资源“一张图”数据年度更新质量，2020年起浙江省全面推行全在线更新模式，开展常态化的年度更新工作。通过专用的客户端模块，结合各个核心业务数据，对面积等因子进行变更，在数据逻辑控制下，对各因子信息建立关联、环环相扣，进行数据变动约束检查，从而提高了数据质量，保证了数据格式的唯一性和准确性。基于森林资源动态监测的结果，可绘制出全省各级森林资源监测统计图表和各类型专题图。同时，浙江省依托森林资源样地年度监测成果，研发了符合本省特色的林木自然生长模型，模拟林木的自然生长状况，并据此进行森林资源年度蓄积变更，保证了全省森林资源年度变更与国家森林资源管理“一张图”衔接，实现数据对接转换和一致性。

4.4 主要业务模块协同机制

业务管理系统调用了森林资源“一张图”年度成果，建立年度动态更新机制，规范数据更新流程，以林地审批、林木采伐、森林抚育、重要因子变更等各个业务系统作为数据更新源，形成“一张图”闭环管理。林业工作人员通过互联网提交林地因子变更申请，经省市县三级远程审批通过后，该因子将直接更新至“一张图”现状数据库，便于相关工作人员及时跟进林地审批、林木采伐等由于因子现状与“一张图”数据不符导致的作业流程无法继续的业务问题。数据信息可通过平台从电脑端延伸至平板端、手机端，使用Web Services、Web API等技术自动完成数据交换。Web Services技术为各个部门的业务模块的集成提供了通用机制。通过各业务模块的协同管理，加强了业务审核审批校验的效率，缩短了林业工作人员的常规事务性工作时间，提高了工作效率，减少了工作量和工作成本[11]，也为各级各部门的检查验收提供了便利。

4.5 天空地一体化巡查监管模式

为形成天空地一体化巡查的监管模式，森林督查利用两期卫星遥感影像，采用eCognition软件进行疑似图斑提取，并与前期“一张图”叠置运算获得动态变化图斑。使用无人机勘察现地督查变化图斑情况，采取“互联网+森林督查”的方式开展全省森林督查工作，查清现地违法违规情况。为重点解决各县(市、区)数据上报不及时、野外调查不便利、图斑填报不规范等问题，利用掌上林业APP和森林监管系统，建立内、外业数据采集整理的通道，开展野外现地调查、在线填报并督促各县(市、区)上报森林督查材料，网络在线进行违法违规的数据逻辑检查与修正，形成符合国家林草局要求的数据成果等。依据各县(市、区)填报情况，研发分析功能，提供森林督查上线情况表、森林督查图斑上报情况表、森林督查图斑按变化原因统计表和森林督查疑似违法违规情况分析表等。

4.6 野外调查创新

外业调查是林业数据采集的重要方式。在外业调查中经常需要使用地形图，卫星影像等，虽然使用一些工具软件可以实时获取天地图等影像，但是不能自由加载调用离线影像，满足不了野外作业人员在无信号无网络状态下的工作需求。随着手机和平板电脑的使用越来越智能化以及移动地理信息系统技术越来成熟，林业工作者对移动端的需求也越来越明确。为便于开展野外数据采集，“一张图”平台研发掌上林业移动办公，具备数据浏览、采集年度监测图斑、图斑编辑、采集图斑拍照举证、图斑属性录入等功能，通过实时调用征占用林地、林木采伐、森林抚育、森林督查、营造林工程等经营档案，开展森林督查、森林资源“一张图”变更、重要因子变更等野外调查工作。在无信号离线状态下外业工作人员可以调用提前下载移动端的离线数据或影像进行作业；在联网状态下，外业工作人员可以在任何时间上传调查数据。内业人员可以实时获取到外业人员上传的数据进行整理。内外业工作一体化，工作灵活分工，极大程度上减少了工作量，降低了作业成本，提高了内外业数据变更效率[12-13]。

5 实施效果

“一张图”平台建立至今已汇集了2016年以后的各年森林资源数据，已有用户6 412个，其中林业系统用户5 853个，中介设计单位用户559个，已经成为浙江省林业日常工作中不可或缺的一部分。平台通过制定一系列的标准规范，培养了一批专业技术人员，现正依托浙江省森林资源监测中心，逐步打造省级数据中心，并建成了公共基础数据库、森林资源数据库、专题专业数据库。平台系统年增长6万多个小班。至2020年，全省小班数量达到了322余万个。

6 结束语

林业数字化改革业务新、专业性强，时间紧、任务重。在数字汇流环境下，浙江省林业“一张图”平台的应用为建立部门无缝对接、技术支撑共享、业务全链条的协作式管理贡献了力量，也对浙江省林业数字化改革工作起到了引领作用，推进了管理能力提升，提高了林业空间治理水平。但是，当前“一张图”平台的数字化建设应用与林业工作者的期待还是有不小的差距，仍有拓展空间。目前各个应用系统都是从应用到底层的访问，从拓扑上属于星状结构，且业务间横向联系较少，业务协同效率有待提高，这也是未来系统的一个努力方向。另外，数据分析挖掘还不够深入，各个系统的使用机制还需更简化更灵活等。未来林业“一张图”平台，还有许多方面需要完善，林业数字化建设仍然任重而道远。