李 珺，彭能舜，李 军
（1.长沙市林业技术推广站，湖南 长沙 410205；
2.湖南省第二测绘院，湖南 长沙 410114；
3.长沙市规划勘测设计研究院，湖南 长沙 410007）
林业是生态文明建设的主体，承担着维护生态平衡，改善生态环境，促进可持续发展的使命。林业资源既是重要的生态资源，也是重要的经济资源，向社会提供广泛的生态产品和丰富的经济产品［1-2］。随着“绿水青山就是金山银山”生态理念深入人心，人们对生态安全越来越重视［3］。如何更好地利用先进的信息化技术提升林业管理水平，推进林业生态建设，成为当今重要的研究课题［4-6］。在国际上，西方发达国家在20世纪70年代就开始采用GIS技术进行林业资源管理［7］。例如：美国在农林生产中大规模地使用了先进的信息化技术，节省了大量的人力［8］；
加拿大从20世纪90年代起先后建立了森林资源数据库系统（CFRDS）、国家森林信息管理系统（NFIS）；
德国研制了TEAMS系统用于森林资源综合管理决策支持，实现了林业资源监测［1，9-11］。我国的林业信息化研究起于20世纪80年代［12］，从2001年起，国家提出“数字林业”战略以后进入快速发展阶段［1，13］，在全国森林资源二类调查成果基础上，开展林地“一张图”建设，各地纷纷开发了森林资源监管系统［14］。国内林业信息化正快速向“智慧林业”方向发展，利用大数据技术建立综合的林业资源数据库，综合运用遥感、物联网、无人机等多种新技术手段加强对资源的监测［2，15-22］。
近年来，长沙市深入贯彻习近平生态文明思想，全面推进生态保护与提质，森林蓄积量持续增长，根据2020年湖南省森林资源统计年报，截至2020年底，全市林地面积达60.29万hm2，森林覆盖率达55%，活立木总蓄积量3263.58万m3。为全面提高林业综合监管效率，实现林业治理体系和治理能力现代化，推进林业高质量发展，充分运用先进信息技术，构建统一的林业综合监管平台，是当前长沙林业信息化的重要课题。
长沙市从2004年开始林业信息化建设，建成了四级网络体系、网络机房和森林防火指挥中心等基础设施，建立了全市森林资源二类调查数据、森林资源“一张图”、生态公益林、自然保护地、古树名木等十余项数据库，具有国垂、省垂和自建的各项业务应用系统十几个。经充分调研，当前长沙市林业信息化建设存在数据资源质量不高、数据格式与标准不统一，应用系统来源多样、相对独立，集成共享受阻，缺少移动终端应用，新技术应用不足等问题，无法满足现代林业高效监管和综合治理的要求。
因此，需要综合应用云计算、大数据、物联网、3S技术，搭建长沙市林业综合监管平台，构建“天、空、地、网”四位一体的综合监管体系，实现全市林业管理一套数据、一套口径，一盘活棋，做到数据可查、资源可看、监管精准、服务高效。
按照“一云、一库、一中台、N系统”的思路，依托长沙市政务云网络资源，构建一个林业时空大数据库、一个服务支撑中台和多个应用系统组成的平台，实现市县一体化的支撑环境、标准规范、数据、服务和权限管理。
“一云”即长沙市电子政务云环境，为平台提供网络资源、存储资源、计算资源。平台主要依托市电子政务网进行部署，并结合互联网实现移动应用。“一库”即林业时空大数据库，为平台提供时空数据支撑。林业时空大数据库主要包括地理空间数据库、林业资源数据库、规划数据库、林业专题数据库、业务管理数据库以及运维支撑数据库。“一中台”即服务支撑中台，是平台的“大脑”，实现各应用系统的业务逻辑与算法分析，为平台提供各类业务服务支撑，主要包括地图浏览、态势展示、搜索定位、空间分析、查询统计、业务审批、政务服务、图版识别、外业核查、案件查处、动态巡查、网格管理等内容。“N系统”即长沙市林业综合监管平台的各类应用系统，包括时空大数据管理与共享系统、林业资源信息综合态势展示系统、林业资源动态监管系统、林长制网格化管理系统、林业综合执法系统、林业综合管理移动端、运维管理系统、一套系统对接集成方案与接口等内容，涵盖林业资源监测保护、执法保障、 “互联网＋”政务服务等方面，实现市级和各区县级联动一体化管理、林业精细化管理、智能化监管。平台总体架构图见图1。
图1 平台总体架构图Fig.1 The overall architecture diagram of the platform
林业资源数据类型多样，具有多维、多时序、多尺度等特点。根据实际情况，对长沙市林业资源信息进行收集梳理，建立了林业资源数据目录。对所有数据进行标准化整合建库，对非空间数据按标准矢量化，并对所有入库数据添加时间戳，建立时间序列，实现历史数据管理与回溯，构建了林业时空大数据库。林业时空大数据库包括：地理空间数据库、规划数据库、林业资源数据库、林业专题数据库、林业产业数据库和林业管理数据库（见表1）。
表1 林业资源数据目录表Tab.1 The catalogue of forestry resources data
续表1 林业资源数据目录表Continued Tab.1 The catalogue of forestry resources data
林业综合监管平台包含八大子系统，涵盖林业资源信息综合态势展示系统、林业时空大数据管理与共享系统、林业资源动态监管系统、林长制网格化管理系统、林业综合执法系统、林业综合管理移动端、运维支撑系统和数据集成共享接口等，各个子系统通过集中服务框架与统一的底层数据平台进行互联互通。平台的功能结构见图2。
图2 平台功能结构图Fig.2 The function structure diagram of the platform
4.1 林业资源信息综合态势展示系统
综合态势展示系统立足全局，在林业时空大数据库的支撑下，结合二三维一体化的技术手段，以丰富的地图、图表的形式提供对全市林业各类资源信息进行快速的可视化综合展示，满足领导审批决策和林业专题管理应用需求。一是基于其它子系统联动发布的地图服务，动态生成林业综合态势专题图，实现清晰直观的林业数据可视化；
二是按照基础数据、业务专题、规划数据、地理空间等类别，动态生成各类业务专题图，实现远看有态势、细看有详情。同时，对林业各类数据进行处理、加工、统计、分析，将大量庞杂的数据信息转化为可视化、直观的服务决策信息。针对数据内容的多样性和密集性，综合使用e-charts图表进行呈现，为林业各项业务管理与发展规划提供智能化、最优化的科学决策服务。
4.2 林业时空大数据管理与共享系统
林业时空大数据管理与共享系统是平台的重要支撑系统，具有数据管理、动态更新、制图输出等功能模块，实现地图数据浏览、数据字段编辑、局部更新、数据转换、地图服务管理、专题应用管理、时序数据对比、统计管理、制图输出等全流程林业时空数据管理。同时，实现以地图服务为最小单元，灵活组合应用以快速构建多种专题地图的特色功能，极大提高了时空数据共享效率。
4.3 林业资源动态监管系统
林业资源动态监管系统用于针对林业资源的动态变化情况实现快速发现、精确管理，系统基于每月定期更新的遥感影像数据，动态识别林业资源变化图斑，按照变化图斑内业分析、核查任务派发、外业核查、核查反馈、违法信息推送、案件查处、数据更新的业务流程，构建资源监管闭环，做到资源全生命周期管理实时上图，实现基于遥感影像的林业资源的全天候、立体化的实时监测监管与预警预报。
4.4 林长制网格化管理系统
按照长沙市林长制实施方案要求，构建林长制网格化管理系统，为全市林长制工作提供坚实的大数据支撑和平台保障，助力全市林长制各项工作高效精准开展。系统在林业时空大数据基础上，增加林长制网格化管理数据，构建网格空间分布数据与“一长三员”等信息的关联聚会，实现林长制的空间化、图形化、可视化管理；
同时，提供基础信息管理、任务管理、事件管理、巡护管理、公示牌管理、公众投诉管理、绩效考核、统计分析等功能，推进林长制落实。
4.5 林业综合执法系统
林业综合执法系统实现了林业行政执法的全自动化、流程化管理，涵盖综合审批管理、案件处理及集中监管等模块。系统整合林业执法关联图形信息、审批案卷信息，为盗伐滥伐林木、违法征占林地等违法线索管理、信息分析研判、执法任务指挥调度、执法案件查处等提供信息化、智能化管理工具。同时，通过综合移动端应用联动，实现内外业管理工作无缝衔接，全面提升了林业行政执法指挥监管效率。
4.6 林业综合管理移动端
林业综合管理移动端实现了林业内外业高效联动，满足了移动办公、日常巡查监管和移动执法等多方面需求。移动端充分整合空间信息技术、二三维可视化技术等技术手段，基于时空大数据管理与共享系统发布的移动地图服务，实现图形数据在移动端的查询、浏览、分析、应用，包括“移动一张图”、移动执法、日常监管、指挥调度、移动巡查、网格化移动监管、辅助决策分析、公众监督等功能，为护林员、执法员、监管员等提供移动作业的信息化支持，可与网页端进行实时的数据交互。
4.7 运维支撑系统
运维支撑系统是整个平台初始发布及维持日常有序运行的关键中枢系统，包括服务云中台和权限管理系统。服务支撑云中台是服务管理中台和技术中台，是平台所有服务的注册和管理中心，负责管理所有服务并向其他子系统提供所需要的服务，主要面向的用户是系统的技术人员。权限管理系统负责平台用户角色权限管理和系统日志监控。
4.8 数据集成共享接口
通过数据接口共享交换技术，实现项目平台与国家级、省级、市级相关系统之间的无缝对接与集成，实现业务数据的精准推送和校验，并预留与后续系统的对接接口。
长沙市林业信息综合监管平台作为一个集数据汇集、应用开发、决策分析为一体的综合应用平台，是一个实施范围、业务种类、功能应用和涉及软件工程技术均非常繁杂的大型软件工程。在平台系统实现上，充分利用长沙市政务云计算和存储资源，基于ETL过程实现数据有效整合。紧紧围绕各业务系统的业务流程，整体采用微服务架构进行设计，系统中的各个微服务可被独立部署，各个微服务之间是松耦合的，解决了开发迭代和性能瓶颈等问题。采用B／S＋C／S模式，实现系统间的“高内聚，低耦合”，平台前端使用VUE，后端使用J2EE进行开发。
5.1 整体界面设计
前端底层框架使用了VUE，UI框架使用了Element UI。使用单页架构，保证系统稳定可维护性的前提下，提升流畅度和操作体验。设计采用接近林木的浅绿色作为整体系统底色，辅以其他互补色作为点缀，使系统美观的同时更符合林业的业务主题。
5.2 数据交互
采用Web Service数据调用机制、XML数据交互，规定数据交换标准。服务层预留相关接口，提供服务层被其他应用调用的能力，为数据采集和数据交互提供技术支撑，提升了系统的可扩展性和集成性，加强了系统的实用性。
5.3 底图技术应用
针对海量基础地理、遥感影像和林业资源空间数据，采用瓦片地图服务，进行瓦片分割和瓦片组织并建立地图缓存，发布的地图服务的更新和现势性，加快系统流畅性。
5.4 数据管理与共享服务
时空数据库采用开源的PostgreSQL，同时采用PostGIS＋ArcSDE的方式实现了空间数据入库。为保障海量空间数据编辑处理效率，林业大数据管理与共享系统采用C／S架构设计，采用WPF＋WinForm混合开发模式，通过数据服务注册、服务元数据信息录入等手段，实现市县（区）多层级一体化数据管理与应用。
5.5 综合管理移动端
采用了M／S（Mobile／Server，移动终端／服务器）的方案，以ArcGIS api for Android软件开发包为支撑，利用Java语言完成移动GIS软件开发。移动端各类数据都存放在后台服务器的数据库中，通过网络实时传输，在移动端显示、查询、分析各类数据，并可实时把调研的图形、图片或属性数据上传至服务器中。
林业综合监管平台的构建理念是：从基础底层数据库对复杂林业数据的支撑出发，到多个动态后台服务集成的服务支撑，再到面向林业工作诞生的前端页面、客户端应用及移动端的多个子系统，全程贯穿GIS时空数据的处理、传输与可视化，设计实现了一个复杂且完整的林业信息化平台。
随着“碳达峰、碳中和”发展理念的逐步推行，林业部门作为强相关领域如何实现管理能力上的进一步发展是至关重要的。从态势展示了系统立足全局对管理范围内的林业发展现状与变化一览无余，到资源动态监管的资源全生命周期管理，到综合移动应用APP伴随护林员深入一线有效提升基层工作人员工作效率，林业综合监管平台的实现，为林业的一站式高效管理提供了强有力的支撑。同时，对于国内外相关的以复杂时空数据为基础的林业业务系统的设计与实现，本平台也可提供有效的借鉴意义。
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