于丽珠 范文义 金 森 李明泽 毛学刚

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

基于SuperMap IS.NET的分布式森林资源管理系统的设计与实现

于丽珠 范文义 金 森 李明泽 毛学刚

(东北林业大学，哈尔滨，150040)

分析了当前GIS在林业资源管理上的应用，介绍了分布式数据库技术和Ajax网页异步交互式技术，并以SuperMap IS.NET为WebGIS的二次开发平台，采用SQL Server 2005作为后台数据库，搭建了一个科学、高效、合理的网络GIS系统框架模型。根据林业工作人员在资源管理上的应用需求，设计了整个系统的功能模型。以黑龙江省为例，运用ArcMap、SuperMap DeskPro等GIS专业软件和ENVI、ERDAS等遥感影像处理软件对数据进行处理并制作地图。创建了分布式森林资源管理系统，并讨论了其在现今林业管理中的意义。

SuperMap IS.NET;分布式;森林资源数据库

在过去，GIS的应用受到了计算机水平和专业技术的制约。而近年来，随着计算机技术和信息化的飞速发展，国内GIS技术在各个行业的应用发展十分迅猛[1]，GIS专业软件在林业资源管理、林业资源分析、林火预测等多个方面发挥着不可估量的作用。而随着GIS技术的进一步发展和对林业需求的进一步提升，WebGIS在林业上的应用也随之诞生。对于黑龙江这样的森林资源大省，全省境内的林业局、林场、生态站不计其数，每个单位往往仅仅掌握本地范围内的森林资源状况，对于其他县区却不甚了解，这不利于两地资源共享，更不利于宏观资源的统计、分析和预测;且森林资源数据在实际应用中存在着动态性，包括立地条件、林分类型、植物生长状况、植被的分布特征、单位蓄积量及年生长量等等，面对这些不断变化的数据，应当及时更新和获取，并找出解决所存在问题的方法，而运用传统的森林资源管理方案显然无法做到这一点[2-3]。建立分布式WebGIS管理系统，各个区域各个单位可以对本地的空间和属性数据库进行及时的添加和更新，同时也可随时查询和下载系统覆盖范围内其他区域的数据，实现对异地森林资源的高效动态查询，实现资源交流，统计森林生物量，分析森林空间域及时间域的变化情况，高效地执行林业工作，并对可能出现的种种状况进行准确预测，这对研究该地区森林资源状况及变化有着重大意义。

本文以SuperMap IS.NET为二次开发平台，运用分布式数据库技术建立分布式森林资源管理系统，用以解决多源异构数据库的调用管理功能。

1 相关技术介绍

SuperMap IS.NET开发平台:SuperMap是中国科学院旗下的国内最大的地理信息系统公司，其下的GIS软件已较为成熟完善。而SuperMap IS.NET是2004年起北京超图软件股份有限公司推出的WebGIS二次开发的平台软件。该平台软件基于.NET和Web Service技术，更好地支持了海量数据的高速访问，并实现了跨网络、跨区域的分布式GIS功能，是本系统较为理想的WebGIS二次开发平台。

Ajax技术:Ajax是一种新兴的Web技术，利用它可以构建动态、快速和灵活的Web应用程序。它在服务器端和客户端之间加入了用JavaScripts编写的Ajax引擎，客户端将消息传递给Ajax引擎，最大程度地减少冗余请求，再由Ajax引擎与服务器端的Web服务进行交互，最后由其返回给用户客户端进行异步传输，以达到页面的局部更新[4]。这一技术大大提高了网页的刷新速率，也提高了服务器工作效率。而SuperMap IS.NET 6更是将所有控件Ajax化，将Ajax技术封装成一个完整的控件AjaxControl，以MapHandler作为服务器端的AjaxControl引擎，提高了网络应用的可用性和响应速度，达到地理信息最大限度的共享，为传统的WebGIS开发带来了新的生命力。

EXT框架:在用户追求网络功能和速度的同时，对界面的呈现也有了更高的要求，EXT是一个与后台技术无关的非常优秀的Ajax框架，全部由前台JavaScripts编写，不会给服务器增加负担，是一种具备华丽外观的富客户端技术[5]。

2 分布式数据库的搭建

2.1 数据来源

本系统的数据来源于黑龙江省各个县区林业局、林场及生态站等。以县区为基本单位组成一个分布式管理系统，包含了整个黑龙江省的基础矢量数据、影像数据(包括风云系列数据、NOAA数据、Modis数据等)以及林业资源专题数据。

2.2 数据处理

根据分布式森林资源管理系统的功能需求采集多种数据，并对其进行后期处理。以塔河县为例，其数据主要来源于塔河一类和二类调查，类型包括基础的地理数据(行政区划图、植被类型、小班分布图、TM影像等)。建立属性数据库，将林业局、林场、林班、小班、面积、坡度、优势树种等数据存储为.xls或者.dbf格式[6]，按照统一的字段与空间属性进行关联。

通常在GIS中坐标系是由基准面和地图投影参数来确定的。而本研究中的黑龙江省行政区域数据的椭球体是WGS84椭球，它是一种地心坐标系，而日常生活中使用的是平面坐标系，以m为单位，更方便测量和统计，这就需要对其进行投影转换，图1显示了投影前后的对比情况。

图1 投影转换前后对比

对于遥感数据，需要根据不同的影像类型采用不同的处理软件，EOS、NOAA数据需要先用ENVI将其转换成Super-Map识别的Tiff通用格式，而对于常用的TM等影像可以直接导入SuperMap DeskPro数据集。由于图像的来源、拍摄条件、成像效果及角度的不同，还需要进行校正与修复，包括对其进行辐射定标、大气校正、太阳高度角校正及几何校正，同时进行裁切，使其展现出最好的视觉效果进而更有利于目视解译。

2.3 数据库构建

根据本系统要求建立分布式数据库管理系统，建立中心服务器和数据服务器。中心服务器存储与其他服务器的逻辑联系，获取数据源，并最终发布地图服务。这种层次结构能够方便统一管理及调度，但是中心服务器如果发生故障整个系统将会瘫痪。

在设计数据库结构时要充分考虑到SuperMap IS.NET平台的特点、SQL Server 2005的数据库层次、整个系统的功能需求、林业工作人员的操作习惯以及网络环境[7]。建立中心数据库，存储用户权限信息及整个系统的工作空间，其中又包含了与其他跨区域数据库的链接信息，然后由SuperMap IS.NET进行GIS处理分析，最终由Web服务器发布，用户客户端通过桌面浏览器接收。其层次结构见图2。

建立工作空间并打开数据源，添加SQL+数据源。对于数据库一端要做某些权限的调整，使之实现网络上的相互访问。更改SQL Server 2005的服务配置，使其支持远程数据调用和服务。对于本地数据库和局域网内数据库可以通过SuperMap DeskPro获取服务器名称和数据库名称从而直接关联数据库，对于远程互联网上的数据库，输入IP地址为服务器名即可。

图2 系统结构模型

2.4 制作地图

运用 SuperMap IS.NET发布地图必须使用 SuperMap Deskpro生成统一的.sxw或者.smw。具体过程成如下:

1)首先建立工作空间并创建数据源，存入本地SQL Server 2005数据库中;

2)导入数据集。将处理好的各个类型数据全部导入数据集中，用以解决不同地域不同格式数据的多源异构问题;

3)制作地图。根据属性表中的各个字段值制作各种林业资源专题图，包括林相图、植被类型分布图、土地利用类型分布图、郁闭度分布图、林种分布图、火险等级分布图、龄级分布图以及优势树种分布图等等;

4)地图缓存。为了提高地图的显示速度，需要对当前地图按照设置的比例尺和缓存范围生成一系列的缓存图片，将输出路径设置为.NET快速缓存路径。缓存机制就会将GIS功能处理后的图片储存在服务器端，当用户再次请求时可以判断其请求的参数，是否可以直接读取缓存数据，这样在浏览此地图时可以显著提高运行效率;

5)地图配置。在SuperMap IS.NET Manager中对地图路径进行设置，由于运用数据库进行存储，需添加如下语句:

Provider=SQLOLEDB;Driver=SQL Server;SERVER=localhost;Database=mytest1;Caption=mytest1;UID=sa;PWD=sa。

3 系统设计与实现

3.1 系统框架

结合分布式数据库技术和Ajax网页异步交互式技术，以SuperMap IS.NET为软件平台构建高效、合理的系统结构模型(图2)。

客户端:包括IE、火狐等常用浏览器以及一些桌面应用程序。用以提供用户与服务端的交互，由用户自客户端通过HTTP向Web服务器发出请求，经过服务器端的处理响应再将结果返回给客户端，最终呈现给用户。该客户端使用了标准的HTML/JavaScripts语言，无需下载特殊的浏览器插件，兼容性良好。

Web服务器:采用微软的IIS作为Web服务器，接受客户端发送的用户请求，如果涉及GIS功能则提交至GIS应用服务器进行处理，并将结果返回，发布地图。

应用服务器:SuperMap IS.NET基于微软.NET技术，在这一层将GIS服务器的全部专业功能与.NET技术紧密结合，独立处理了所有GIS功能需求并返回至Web服务层。

数据服务器:SuperMap IS.NET支持多种数据源形式，为避免文件型数据源对数据容量大小的限制，本系统使用SQL Server 2005大型关系数据库来存储各个地区海量的GIS空间数据和属性数据。

3.2 功能设计与实现

作为网络开发，在设计原则上要注意系统的科学性、完整性、互操作性、高效性与安全性。而对于分布式系统而言，处理好各类使用者的系统使用权限，能够加强整个系统的灵活性与安全性。本系统主要设置为两种角色，一种是管理员，另一种是普通林业工作人员。对于管理员，可以对系统数据进行全方位维护，包括数据的增加与更新、地图的制作与发布，以及权限的管理。其用户登录和管理界面见图3。

图3 用户管理界面

在功能的设计安排上(图4)，要完全服务于林业工作人员，充分发挥各类数据的效用，为森林资源管理提供切实有效的服务。整个系统在功能上主要分为基本地图功能和业务功能两大模块。基本地图功能包括地图的显示、放大或缩小、漫游、图层控制、鹰眼等。业务功能则是针对林业资源管理所研发的功能，对各个县区林场的林业资源进行查询、叠加分析、缓冲区分析、量算长度及面积等，并根据使用者的功能要求，在线制作林业专题图、统计分析图表和专业报表等，为林业工作者管理森林资源，进行森林经营决策提供及时、准确、详尽的科学依据。

在此基础上，根据系统的结构模型、数据类型及功能模型，结合网络开发的最新技术，运用SuperMap IS.NET为开发平台，以Visual Studio 2008为开发工具，利用其大量的服务器控件创建分布式森林资源管理系统。

图4 系统功能模型

3.2.1 系统查询功能

本系统可以按区域进行选择查询，以每一个县区为基本单位，每个行政区域内还制作了不同的专题图供查询。具体的查询功能包括属性查询和地图查询。可以按照数据类型、专题图类型、位置等字段值和SQL语句查询符合条件的地图要素(图5);同时也可在地图上进行点选、圆选、框选等查询，使林业工作人员获得有用的属性信息。SQL查询的具体步骤:

1)ASPX设计。在页面上添加输入查询条件的DIV和显示属性结果的DIV，添加相应的选择框和文本框，包括查询图层、查询字段、运算符号、查询数值等。

2)C#调用方法。由于图层信息需自动载入，需要对MapControl载入的同时加入初始化事件，使得图层等必要查询条件得以提取。代码如下:

MapControl1.AttachClientEvent("oninit"，"RenderMap-Names");

3)JavaScripts编写。通过页面获得的查询条件生成完整查询语句，部分代码如下:

然后调用SuperMapIS.NET的getQueryManager()来实现查询功能，对结果进行高亮显示，并在OnQueryComplete()中将查询结果属性信息写入Aspx页面定义好的DIV中。

图5 Sql查询功能界面

3.2.2 系统空间分析功能

系统的空间分析功能包括缓冲区分析、叠加分析等。缓冲区分析主要包括对图层中的几何对象和对自定义几何对象做缓冲区并查询。通过调用SuperMap中的SpatialAnalyst-Manager.BufferQuery()方法实现。在林火发生时，可通过此项功能查询较近的道路和河流等，为扑火工作的顺利展开提供一定的决策依据。叠加分析功能可以实现对几何对象的裁剪、擦除、交集、并集等空间拓扑操作，运用已有图层对象生成新的几何对象。比如可将小班作为裁切面对各类要素进行操作，可以获得每个小班的该专题图层，这样所得的地图更利于使用者建立空间概念，更具直观性。此功能主要通过SpatialAnalystManager.OverlayAnalyst()方法来实现。

3.2.3 系统统计分析功能

系统的统计分析功能主要分为两大模块，一是在地图上以区域为单位直接显示统计图，另一种是根据字段值以横纵坐标平面图的形式反映统计结果(图6)。这两种形式都可以按照要求对各个字段的数据进行简单的统计与分析，对相关属性字段值进行对比，描绘出不同形式的统计图表，以表示并比较各个单位内某字段属性值的总和及其动态，从而使得林业工作人员获得最为直观的图像信息，尤其是由横纵坐标平面图的统计信息可以很好地观察出数据变化的趋势与走向，对今后的工作方向有着更深刻的指导意义。

3.2.4 系统专题图功能

专题图功能包含两个模块，首先是由管理员利用Super-Map DeskPro按照每个专题的具体要求制作专题地图并发布;其次是用户自己在线生成专题地图，虽然可以由管理员将所有类型专题图制作出，但是这样工作量将会很大，随之的发布量也会剧增，不仅浪费了资源，更降低了效率，因此本系统为用户提供了多种专题图的在线制作方法，包括单值专题图、范围分段专题图、标签专题图、点密度专题图等，其效果图见图7。

图6 统计图表功能界面

图7 专题图功能界面

在制作专题图时需要获取记录集中一些基准值，这些基准值多数是建立在所选字段最大值的基础上，所以需在选择字段的同时自动生成这些值。可以在Sql Query的OnQuery-Complete(resultSet)添加如下JS代码:

3.2.5 系统报表功能

根据所显示的地图和查询条件，按照用户要求，生成各种专题的报表，包括优势树种、蓄积量报表等，并提供基本的按字段排序功能。为方便用户下载数据，可将制作的报表以EXCEL形式打开并保存(图8)。系统的报表功能同样是建立在SQL查询的基础上，对所需图层的字段值逐个增加，将每个字段值和所对应的所有记录分别存入新的数组中。最后再运用EXT框架的GridPanel来生成专题报表，由于GridPanel所需的数据格式为Json对象，所以要先将获得的数组元素转换为Json。

图8 系统报表界面

4 结束语

随着计算机技术的高速发展，GIS的应用也日趋广泛，现今在林业中GIS通常被应用于森林资源清查、造林、林火预测、森林经营等多个方面，本研究根据现今林业资源管理在Web上应用的不足，建立分布式森林资源管理系统，对森林资源信息进行信息化、科学化、规范化的管理，为决策提供了依据。本研究以SuperMap IS.NET作为开发平台，设计了分布式系统的总体结构，结合最新的网络开发技术建立分布式森林资源管理系统，对分布式GIS、分布式森林资源数据库的应用进行了研究与开发，为今后数字化林业管理提供了参考。但由于个人经验的不足及人力和物力的匮乏，本研究没有对GIS的高级空间分析功能和对遥感影像的解译进行更深层次的分析与讨论，也没有充分利用SuperMap IS.NET所提供的服务器集群功能的效用，在运行效率的设计与研究中也有待于进一步的提高。

[1] 王飞剑，罗义兵，郝香山，等.基于B/S结构的农业空间信息管理系统设计与实现[J].计算机工程与设计，2009，30(8):2034-2039.

[2] 兰樟仁，张东水，戴永聪，等.基于SuperMap的县级林业资源管理信息系统:以漳浦县为例[J].福建农林大学学报:自然科学版，2006，35(5):504-508.

[3] 张恒，刘群，于洋.基于 GIS和RS的林业资源管理系统设计[J].农业网络信息，2009(10):30-33.

[4] 荣泉.Ajax发展之我见[J].电脑知识与技术，2010，6(27):7518-7519.

[5] 史学梅.Ajax技术在EXT框架与MVC模式整合中的应用[J].电脑知识与技术，2010，6(24):6779-6780.

[6] 李堂周.基于GIS宝天曼自然保护区森林资源管理信息系统FRMIS研建及应用[D].郑州:河南农业大学，2009.

[7] 徐振宇，娄径，马众模，等.基于WebGIS的空间数据库的建立[J].安徽地质，2003，12(1):62-67.

Design and Implement of Distributed System for Managing Forest Resources Based on SuperMap IS.NET .

/Yu Lizhu，Fan Wenyi，Jin Sen，Li Mingze，Mao Xuegang(School of Forestry，Northeast Forestry University，Harbin 150040，P.R.China)//Journal of Northeast Forestry University.-2011，39(6).-119～124

SuperMap IS.NET;Distributed;Forest resource database

S757.3

于丽珠，女，1986年10月生，东北林业大学林学院，硕士研究生。

范文义，东北林业大学林学院，教授。E-mail:fanwy@163.com。

2010年12月24日。

责任编辑:李金荣。

The current application of GIS to forest resource management was analyzed.The distributed database technology and the asynchronous interactive web technology(Ajax)were also introduced.A scientific，effective and reasonable framework model for web GIS system was set up using the SQL Server 2005 as a database and the SuperMap IS.NET as a secondary development platform.A functional model for the whole system was designed according to the requirements of the application of managing resources for the forestry workers.Taking Heilongjiang Province as an example，some GIS professional software，including ArcMap，SuperMapDeskPro and remote sensing software(ENVI，ERDAS)，were used to process data and maps.Moreover，a distributed forest resource management system was established，and its significance in current forest management was discussed.