孫 偉，侯瑞霞，唐小明

（1.中國林業(yè)科學(xué)研究院 資源信息研究所，北京100091；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué) 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052）

土地荒漠化是全球最嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境問題之一，是全球變化研究中的一個(gè)重要內(nèi)容。作為世界上受荒漠化危害最為嚴(yán)重的國家之一，中國已初步建立了適合國情和實(shí)際的，由宏觀監(jiān)測、專題監(jiān)測和典型定位監(jiān)測3個(gè)層次組成的全國荒漠化和沙化監(jiān)測體系［1］。從1994年開始，中國已經(jīng)開展了4期荒漠化和沙化監(jiān)測，積累了豐富的歷史和現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，同時(shí)，隨著3S技術(shù)（遙感技術(shù)remote sensing，地理信息系統(tǒng)geography information systems和全球定位系統(tǒng)global positioning systems），計(jì)算技術(shù)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)近幾年的發(fā)展，荒漠化和沙化各期監(jiān)測數(shù)據(jù)的高效存儲利用與有效挖掘勢必面臨著新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇：在原有基礎(chǔ)上，如何更好更快地對不同管理層次監(jiān)測區(qū)的各期監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行匯集、整合和建庫；如何更加便捷、清晰、及時(shí)地表達(dá)不同尺度的荒漠化和沙化土地的各期分布狀況和動態(tài)變化趨勢；如何更加高效、準(zhǔn)確地從大量監(jiān)測數(shù)據(jù)中獲取滿足各個(gè)層次決策所需要的信息資源，最終為制定防沙治沙與防治荒漠化的政策和長遠(yuǎn)發(fā)展規(guī)劃，保護(hù)、改良和合理利用國土資源，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略提供信息服務(wù)［2－3］。中國是世界上唯一開展國家級荒漠化和沙化定期監(jiān)測的國家，但是，目前基于信息技術(shù)構(gòu)建荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)的相關(guān)研究，在空間尺度上多局限于縣級、市級和地區(qū)級，在專題類型上僅局限于一個(gè)或幾個(gè)專題［4－8］，而面向國家、省、縣各級監(jiān)測，且涵蓋各類荒漠化和沙化監(jiān)測專題的信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)研究尚未涉及，因此，本研究針對中國荒漠化和沙化監(jiān)測信息的特點(diǎn)，結(jié)合監(jiān)測信息管理與業(yè)務(wù)應(yīng)用的需要，充分運(yùn)用信息技術(shù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了中國荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)。

1 系統(tǒng)分析與架構(gòu)設(shè)計(jì)

在中國林業(yè)信息化建設(shè)和發(fā)展的環(huán)境下，荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)不但應(yīng)該滿足現(xiàn)有監(jiān)測業(yè)務(wù)體系的信息服務(wù)需求，而且應(yīng)該適應(yīng)監(jiān)測業(yè)務(wù)體系不斷發(fā)展的需要。此外，還需要與其他相關(guān)應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)無縫集成，才能滿足全國林業(yè)信息化“統(tǒng)籌規(guī)劃，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，分步實(shí)施，逐步擴(kuò)展”等要求，進(jìn)而形成布局科學(xué)、高效便捷、先進(jìn)實(shí)用、穩(wěn)定安全的荒漠化和沙化監(jiān)測信息服務(wù)格局［9］。因此，本研究首先設(shè)計(jì)了荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)體系架構(gòu)（圖1），進(jìn)而基于此架構(gòu)，設(shè)計(jì)了荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)軟件系統(tǒng)開發(fā)框架。

圖1 荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)體系架構(gòu)Figure 1 Architecture of desertification and sandification monitoring imformation management and application service system

1.1 架構(gòu)設(shè)計(jì)

荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)體系采用典型的“四橫兩縱”架構(gòu)，基于面向服務(wù)體系架構(gòu)（SOA）思想設(shè)計(jì)［10］，且與全國林業(yè)信息化架構(gòu)相契合［11－12］，具有良好的層次性、開放性、松耦合性和可擴(kuò)展性，可有效依托林業(yè)信息化基礎(chǔ)平臺，并充分利用各級業(yè)務(wù)監(jiān)測與管理部門已建和可共享的軟硬件資源，滿足各級荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)與無縫集成的需要，其架構(gòu)如圖1所示。

荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)體系架構(gòu)包括4個(gè)層面：基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層和應(yīng)用實(shí)現(xiàn)層。在縱向上，適用于國家、省、縣各級荒漠化和沙化監(jiān)測部門的信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建，且便于各個(gè)層次的監(jiān)測系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)無縫集成；在橫向上，可與全國林業(yè)信息化過程中的森林資源、濕地資源和生物多樣性資源相關(guān)的監(jiān)測信息服務(wù)系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)各類服務(wù)的共享和調(diào)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源監(jiān)測信息應(yīng)用系統(tǒng)間的信息交換和業(yè)務(wù)協(xié)同支持，為“全國林業(yè)一張圖”所需的各類資源信息服務(wù)奠定基礎(chǔ)。其中，基礎(chǔ)設(shè)施層包括網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施、計(jì)算機(jī)基礎(chǔ)軟硬件設(shè)施等，包括林業(yè)系統(tǒng)內(nèi)網(wǎng)、專網(wǎng)和外網(wǎng)環(huán)境，以及林業(yè)信息化過程中構(gòu)建的各類計(jì)算機(jī)軟件和硬件基礎(chǔ)設(shè)備，共同為上面3層提供公共基礎(chǔ)物理平臺服務(wù)；數(shù)據(jù)資源層包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫、各期荒漠化和沙化監(jiān)測專題數(shù)據(jù)庫、荒漠化和沙化監(jiān)測動態(tài)數(shù)據(jù)庫和支撐數(shù)據(jù)庫等，完成各類數(shù)據(jù)資源的組織管理與更新維護(hù)；應(yīng)用支撐層在充分利用林業(yè)信息化其他相關(guān)基礎(chǔ)服務(wù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合林業(yè)信息化體系下的基礎(chǔ)地圖服務(wù)和遙感影像服務(wù)等相關(guān)基礎(chǔ)地理信息服務(wù)，調(diào)用各類林業(yè)資源數(shù)據(jù)服務(wù)接口，完成荒漠化和沙化資源信息與其他類型的林業(yè)資源信息之間的互訪和互操作，全面實(shí)現(xiàn)荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)所需的各類支撐服務(wù)，為應(yīng)用實(shí)現(xiàn)層的各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)提供服務(wù)共享和調(diào)用；應(yīng)用實(shí)現(xiàn)層包括各類業(yè)務(wù)信息管理與服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建，主要體現(xiàn)在荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)、荒漠化和沙化監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和沙塵暴災(zāi)害應(yīng)急服務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)等，以滿足各層次授權(quán)用戶的業(yè)務(wù)應(yīng)用需求。同時(shí)，體系架構(gòu)4個(gè)層面的有機(jī)結(jié)合與無縫運(yùn)轉(zhuǎn)，需要荒漠化和沙化監(jiān)測數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和安全管理體系的有力保障。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系主要是為信息資源共享和服務(wù)、政務(wù)協(xié)同等工作提供技術(shù)準(zhǔn)則，安全管理體系主要是通過授權(quán)管理、數(shù)據(jù)保密等提供安全服務(wù)，以及通過組織機(jī)構(gòu)、人才隊(duì)伍、運(yùn)行機(jī)制建設(shè)等提供其他保障。此外，本研究涉及的荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)部分在圖中用實(shí)線表示，而與本研究內(nèi)容無關(guān)的部分用虛線表示，以突出顯示研究內(nèi)容。

1.2 系統(tǒng)分析與框架設(shè)計(jì)

全國荒漠化和沙化監(jiān)測以5 a為一個(gè)周期進(jìn)行，采用衛(wèi)星遙感影像判讀和地面調(diào)查相結(jié)合，以地面調(diào)查為主的方法，各級行政單位依據(jù)荒漠化和沙化監(jiān)測相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，采集各期監(jiān)測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化檢查和校正，最后把標(biāo)準(zhǔn)化的監(jiān)測數(shù)據(jù)匯集至國家級荒漠化監(jiān)測部門進(jìn)行匯總分析［2，13－15］。顯然，基于荒漠化和沙化業(yè)務(wù)信息特點(diǎn)和業(yè)務(wù)應(yīng)用需求構(gòu)建的信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)應(yīng)滿足以下要求：以“3S”技術(shù)為核心，以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為樞紐，以業(yè)務(wù)應(yīng)用為宗旨，有效提高監(jiān)測信息匯集、處理和分析能力，實(shí)現(xiàn)荒漠化和沙化土地現(xiàn)狀、動態(tài)和發(fā)展趨勢的綜合管理與分析，體現(xiàn)信息匯集、存儲、傳輸、管理、利用的規(guī)范化、一體化和網(wǎng)絡(luò)化。因此，基于荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)體系架構(gòu)，結(jié)合荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理和業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，本研究設(shè)計(jì)的系統(tǒng)開發(fā)框架如圖2所示。

荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)軟件系統(tǒng)按多層架構(gòu)設(shè)計(jì)，包括4個(gè)層次：數(shù)據(jù)庫層、基礎(chǔ)服務(wù)組件層、功能服務(wù)組件層和應(yīng)用系統(tǒng)層，層與層之間為向下依賴關(guān)系，有利于系統(tǒng)的邏輯實(shí)現(xiàn)，并能有效隔離不同層次需要解決問題，適用于國家、省、縣各級荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建和各級系統(tǒng)集成。其中，數(shù)據(jù)庫層采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)平臺，利用空間數(shù)據(jù)引擎存儲各類空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，在統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)下分別構(gòu)建多個(gè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，最終整合形成綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，為應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)支持；基礎(chǔ)服務(wù)組件層封裝并提供與具體業(yè)務(wù)應(yīng)用無關(guān)的系統(tǒng)基礎(chǔ)功能性組件，為功能服務(wù)組件層和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)提供服務(wù)接口，并能為其他業(yè)務(wù)信息管理與服務(wù)系統(tǒng)的構(gòu)建提供服務(wù)重用支持；功能服務(wù)組件層封裝并提供與具體業(yè)務(wù)應(yīng)用相關(guān)的功能性組件，如具體的界面布局、業(yè)務(wù)專題制圖、報(bào)表業(yè)務(wù)規(guī)則等，即，利用系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)組件，結(jié)合荒漠化和沙化監(jiān)測業(yè)務(wù)信息管理與應(yīng)用服務(wù)流程和功能需求，開發(fā)具有業(yè)務(wù)應(yīng)用特點(diǎn)的功能性服務(wù)組件；應(yīng)用系統(tǒng)層是在系統(tǒng)基礎(chǔ)服務(wù)組件和功能服務(wù)組件的支持下，開發(fā)荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)應(yīng)用程序。

圖2 荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)框架Figure 2 Framwork of desetification and sandification monitoring imformation management and application service system

2 數(shù)據(jù)庫分析與構(gòu)建

2.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)特性分析

中國的第1期監(jiān)測始于1994年，開展了統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、方法和時(shí)間的全國范圍荒漠化和沙化土地普查和監(jiān)測工作，采用地面區(qū)劃調(diào)查方法；第2期監(jiān)測于1999年進(jìn)行，采用抽樣調(diào)查的方法；第3期監(jiān)測于2004年開始，調(diào)繪技術(shù)由地形圖轉(zhuǎn)向“3S”技術(shù)，調(diào)查方法由抽樣調(diào)查轉(zhuǎn)向全面調(diào)查，成果制作由紙質(zhì)成果轉(zhuǎn)向電子化成果；第4期監(jiān)測于2009年開始，沿用第3期調(diào)查技術(shù)與方法的同時(shí)，開始關(guān)注動態(tài)變化［2－3，15－18］。其中，尤其是第3期和第4期監(jiān)測的技術(shù)路線較為成熟，穩(wěn)定且具有良好的延續(xù)性，因此，本研究著重分析這2期監(jiān)測業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，歸納出監(jiān)測數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與分類體系，如圖3所示。

圖3 荒漠化和沙化監(jiān)測數(shù)據(jù)分類Figure 3 Desertification and sandification monitoring data classification

基于監(jiān)測數(shù)據(jù)分類體系，結(jié)合調(diào)查監(jiān)測原始數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，本研究進(jìn)一步總結(jié)出荒漠化和沙化監(jiān)測數(shù)據(jù)具有以下4個(gè)特點(diǎn)，并針對數(shù)據(jù)特點(diǎn)提出了監(jiān)測數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的原則和思路。①數(shù)據(jù)量大?；哪蜕郴O(jiān)測的對象是全國范圍內(nèi)的荒漠化和沙化土地，各期監(jiān)測數(shù)據(jù)均以圖斑為基本單位，第3期監(jiān)測圖斑502萬個(gè)，獲取各類信息1.56億條記錄［19］；第4期監(jiān)測圖斑592萬個(gè)，獲取各類監(jiān)測數(shù)據(jù)2.50億條記錄［20］，這還不包括數(shù)據(jù)整合過程中也生產(chǎn)的大量中間結(jié)果數(shù)據(jù)以及空間分析數(shù)據(jù)，而且，后繼監(jiān)測會持續(xù)不斷地積累更多的調(diào)查數(shù)據(jù)、中間數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)，這就必然需要設(shè)計(jì)可用性強(qiáng)、易擴(kuò)展和訪問高效的綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)，確保海量時(shí)空數(shù)據(jù)的高效管理與深度挖掘。②專題豐富。荒漠化和沙化涉及的專題類型多樣，目前主要包括11個(gè)：荒漠化土地類型及程度、荒漠化監(jiān)測區(qū)土地利用類型、荒漠化監(jiān)測區(qū)植被蓋度、荒漠化土地利用類型、沙化土地類型、沙化土地程度、具有明顯沙化趨勢的土地、沙化監(jiān)測區(qū)土地利用類型、沙化土地利用類型、沙化監(jiān)測區(qū)植被蓋度、沙化土地植被蓋度。這就需要分別對各類專題數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與整合，建立專題數(shù)據(jù)庫，確保各類專題信息的管理和專題圖的制作［21］。③動態(tài)性強(qiáng)。對于定期開展的荒漠化和沙化監(jiān)測，不僅要獲得不同監(jiān)測階段的現(xiàn)狀數(shù)據(jù)，還要依據(jù)前后不同時(shí)段的數(shù)據(jù)對比，提取動態(tài)變化信息，進(jìn)行動態(tài)變化的時(shí)空統(tǒng)計(jì)分析。顯然，第3期監(jiān)測與第4期監(jiān)測的技術(shù)路線具有較好的延續(xù)性，監(jiān)測數(shù)據(jù)具有較好的可比性，可以利用適當(dāng)?shù)膭討B(tài)分析技術(shù)與方法，基于當(dāng)前這2期數(shù)據(jù)和后繼各期監(jiān)測數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)動態(tài)分析數(shù)據(jù)庫模式，以利于對動態(tài)變化信息的高效顯示、統(tǒng)計(jì)、分析和制圖。④標(biāo)準(zhǔn)化高。中國已建立符合國情的荒漠化和沙化監(jiān)測體系，統(tǒng)一和規(guī)范了各期監(jiān)測的內(nèi)容、任務(wù)、周期、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、方法和成果要求，在國家、省、縣各個(gè)層面上積累的多期海量監(jiān)測數(shù)據(jù)會形成監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)空序列，則可對同一監(jiān)測期的不同監(jiān)測區(qū)域進(jìn)行橫向比較，而必須確保各期監(jiān)測數(shù)據(jù)可比性這一前提，才能對某一專題的各期監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行縱向分析，因此，需要建立支撐數(shù)據(jù)庫，提供各期監(jiān)測的代碼、元數(shù)據(jù)、監(jiān)測模型、統(tǒng)計(jì)模板和制圖模板等內(nèi)容，建立各期監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)之間的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)各期監(jiān)測數(shù)據(jù)之間有效的映射與轉(zhuǎn)換，形成多期監(jiān)測一致性數(shù)據(jù)，以利于各期監(jiān)測數(shù)據(jù)的一體化管理與分析。

2.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

通過上述監(jiān)測數(shù)據(jù)特性分析及數(shù)據(jù)庫構(gòu)建思路，本研究設(shè)計(jì)了荒漠化和沙化綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫方案，在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫框架下，制定了數(shù)據(jù)庫命名規(guī)范，確立了各類表結(jié)構(gòu)和編碼規(guī)則，通過ArcSDE 9.3.1空間數(shù)據(jù)引擎在Oracle10.2.0.4g中構(gòu)建并整合了以下4個(gè)數(shù)據(jù)庫。①基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，包括各種比例尺的基礎(chǔ)地理信息。主要包括境界線、氣候類型界線、居民點(diǎn)、道路、水系等與荒漠化和沙化監(jiān)測相關(guān)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，即，整合全國各期監(jiān)測的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，確保各期監(jiān)測數(shù)據(jù)之間空間檢索的唯一性。②專題數(shù)據(jù)庫。主要包括荒漠化土地類型及程度、荒漠化氣候類型、沙化土地類型、沙化土地程度、沙化土地利用、沙化土地分布區(qū)植被蓋度、具有明顯沙化趨勢土地、社會經(jīng)濟(jì)狀況調(diào)查、荒漠化和沙化遙感影像、荒漠化和沙化解譯標(biāo)志圖片等各種比例尺的各類專題數(shù)據(jù)，即：在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫標(biāo)準(zhǔn)和模式下，把全國18個(gè)省的荒漠化調(diào)查數(shù)據(jù)和30個(gè)省的沙化調(diào)查數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入專題數(shù)據(jù)庫，并進(jìn)行各類專題數(shù)據(jù)的校驗(yàn)和整合。③動態(tài)子數(shù)據(jù)庫。主要涉及荒漠化土地類型動態(tài)、荒漠化土地程度動態(tài)、荒漠化土地利用類型動態(tài)、荒漠化監(jiān)測區(qū)植被蓋度動態(tài)、沙化土地類型動態(tài)、沙化土地程度動態(tài)、沙化土地利用類型動態(tài)、沙化監(jiān)測區(qū)土地利用類型動態(tài)和沙化土地植被蓋度動態(tài)等各種比例尺的專題動態(tài)數(shù)據(jù)，即：利用ArcGIS 9.3.1的Model Builder建立多期監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合集成模型，對第3期和第4期監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，提取各類動態(tài)專題對應(yīng)的監(jiān)測因子，對9類動態(tài)分析專題均增加了相應(yīng)的動態(tài)分析字段，并預(yù)先提取了動態(tài)分析數(shù)據(jù)存入動態(tài)數(shù)據(jù)庫中。④支撐子數(shù)據(jù)庫。包括代碼、元數(shù)據(jù)、監(jiān)測模型、監(jiān)測指標(biāo)、用戶信息、空間坐標(biāo)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換、統(tǒng)計(jì)報(bào)表模型、制圖模板、邏輯檢查等方面的映射信息，建立元數(shù)據(jù)和代碼等數(shù)據(jù)之間的對應(yīng)關(guān)系表，即，以第4期監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)為一致性處理標(biāo)準(zhǔn)，利用PL/SQL8.0在支撐數(shù)據(jù)庫中建立2期監(jiān)測因子映射關(guān)系表，并進(jìn)行一致性處理。

2.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)庫調(diào)優(yōu)

由于荒漠化和沙化綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫業(yè)務(wù)表空間達(dá)110 GB，包括62個(gè)矢量數(shù)據(jù)集，20個(gè)柵格數(shù)據(jù)集，20幅國家級專題圖，720幅省級專題圖等內(nèi)容，因此，迫切需要針對荒漠和和沙化監(jiān)測海量時(shí)空數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，基于Geodatabase模型，利用Oracle優(yōu)化器和相關(guān)工具，對綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫進(jìn)行整體優(yōu)化和性能調(diào)整，使數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的負(fù)載有效均衡，以確保海量數(shù)據(jù)的高效存取與平滑擴(kuò)展。

在綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)構(gòu)建、調(diào)試和運(yùn)行過程中，參照壓力測試和系統(tǒng)狀態(tài)反饋信息，本研究采用的優(yōu)化策略和參數(shù)配置主要包括7類：①SQL語句調(diào)優(yōu)，利用Oracle優(yōu)化器在Rule，Choose，F(xiàn)irst Rows和All Rows這4個(gè)模式下對造成瓶頸的SQL語句進(jìn)行分析和調(diào)整，提高數(shù)據(jù)操作和訪問效率；②Oracle性能參數(shù)調(diào)整，調(diào)整Oracle數(shù)據(jù)庫的SGA，PAGE_SIZE和DB_BLOCK_BUFFERS等相關(guān)性能參數(shù)，減少I/O次數(shù)，改善數(shù)據(jù)庫性能；③索引機(jī)制，有針對性地建立屬性索引，并在對數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作后，在GBDT工具中對ArcSDE自動創(chuàng)建的3級Grid空間索引進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，確?？臻g格網(wǎng)索引效率；④多級比例尺綜合制圖，對常用比例尺級別的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，并轉(zhuǎn)換為地圖切片，確保專題地圖在較小比例尺級別時(shí)的快速顯示；⑤SDE參數(shù)調(diào)優(yōu)，針對空間數(shù)據(jù)實(shí)際傳輸情況，調(diào)整RASTERBUFSIZE，MINBUFSIZE和MAXBUFSIZE等相關(guān)參數(shù)，基于I/O性能分析，調(diào)整ARRAY相關(guān)參數(shù)，并修改ArcSDE默認(rèn)連接數(shù)和TCPKEEPALIVE默認(rèn)值，增強(qiáng)空間數(shù)據(jù)并發(fā)訪問性能；⑥CACHE策略，調(diào)整PACKAGE，TYPE和SEQUENCE等相關(guān)參數(shù)，并對索引表進(jìn)行緩存，提升海量數(shù)據(jù)吞吐率；⑦柵格優(yōu)化策略，調(diào)整影像壓縮格式與壓縮比、切片尺寸、金字塔和分幅參數(shù)等，提升影像數(shù)據(jù)的訪問效率。此外，本研究還建立了備份和恢復(fù)策略和機(jī)制，確保數(shù)據(jù)庫無縫遷移和災(zāi)難恢復(fù)。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)需求分析

經(jīng)過對荒漠化和沙化監(jiān)測信息特點(diǎn)和業(yè)務(wù)應(yīng)用流程分析，本研究總結(jié)歸納出荒漠化和沙化監(jiān)測業(yè)務(wù)的信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)需求主要體現(xiàn)為以下6個(gè)方面：①對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行靈活多變的查詢和檢索；②荒漠化和沙化各類動態(tài)變化分析；③荒漠化和沙化各類動態(tài)轉(zhuǎn)移分析；④各類統(tǒng)計(jì)表的快速統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印與存儲輸出；⑤靈活、高效、自動化地輸出與打印各種比例尺的各種類型的專題地圖；⑥在典型地區(qū)進(jìn)行空間三維飛行瀏覽與數(shù)據(jù)查詢。

3.2 系統(tǒng)功能構(gòu)建

本研究采用客戶端-服務(wù)器（C/S）開發(fā)模式實(shí)現(xiàn)了荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，以C#為開發(fā)語言，在VS.net 2008環(huán)境下，基于ArcObjects 9.3.1，Enterprise Library 4.1，Net Framework 3.5和華表Cell等二次開發(fā)組件，構(gòu)建了基礎(chǔ)服務(wù)組件庫和功能服務(wù)組件庫，其中，基礎(chǔ)服務(wù)組件庫融合了部分開源容器和組件，如IOC，AOP，Logging和Caching等，集成了ArcGIS基礎(chǔ)地理組件和空間數(shù)據(jù)管理組件等；功能服務(wù)組件庫包括基于元數(shù)據(jù)的ORM框架、配置文件管理組件、通用報(bào)表統(tǒng)計(jì)組件、基于ArcGIS的專題圖輸出組件等業(yè)務(wù)組件。

最后，本研究基于上述組件庫及其接口，主要實(shí)現(xiàn)了6類功能：①查詢?yōu)g覽；②專題時(shí)空分析，實(shí)現(xiàn)各類專題信息時(shí)空分布分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、輸出和專題制圖；③動態(tài)時(shí)空分析，完成各類動態(tài)專題時(shí)空變化分析，并對分析結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、輸出和專題制圖；④專題制圖綜合，提供國家、省、縣和自由選擇區(qū)域的20類專題地圖編輯與保存、多格式位圖輸出、打印和預(yù)覽等功能；⑤報(bào)表統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)國家、省、縣和自由選擇區(qū)域級的22類報(bào)表快速統(tǒng)計(jì)、查詢分析、打印和輸出；⑥三維飛行，完成典型地區(qū)三維地圖的快速查詢、地圖搜索、專題瀏覽和模擬飛行等。本系統(tǒng)可以為國家、省、市縣各級相關(guān)部門的荒漠化和沙化監(jiān)測與日常管理工作提供信息服務(wù)，如圖4所示。

圖4 荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)主要功能模塊Figure 4 Main function of desertifcation and sandification monitoring imformation management and application service system

以荒漠化土地類型及程度分析為例，在地圖上畫出或?qū)肽骋桓信d趣區(qū)域，查詢并統(tǒng)計(jì)這一區(qū)域內(nèi)的各期荒漠化土地類型及程度分布信息，分析并統(tǒng)計(jì)這一區(qū)域的動態(tài)變化信息，可把結(jié)果導(dǎo)入Excel或Access中進(jìn)行保存，也可輸出相應(yīng)專題圖，并可點(diǎn)擊紅色旗幟查詢解譯標(biāo)志信息，如圖5所示。

圖5 荒漠化土地類型及程度查詢Figure 5 Desertification type and extent queries

以沙化土地類型動態(tài)分析為例，可靈活構(gòu)造動態(tài)分析條件對沙化土地類型動態(tài)變化情況和變化類型進(jìn)行分析，檢索局部地區(qū)詳細(xì)數(shù)據(jù)和解譯標(biāo)志等信息，導(dǎo)出分析結(jié)果，并進(jìn)行報(bào)表統(tǒng)計(jì)和制圖，如圖6所示。

圖6 沙化土地類型動態(tài)分析Figure 6 Sandification type dynamic analysis

最后，以荒漠化土地類型及程度專題的三維飛行為例，可以在三維地圖上疊加各類荒漠化和沙化專題信息，快速查詢和搜索各類專題，并可設(shè)定路線模擬飛行瀏覽，如圖7所示。

圖7 荒漠化土地類型及程度三維飛行Figure 7 Desertification type and extent queries three-dimensional flight

4 結(jié)論與展望

本研究設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)，作為各級監(jiān)測和管理部門全面掌握荒漠化和沙化土地時(shí)空分布狀態(tài)和動態(tài)變化格局的信息平臺，可提供多層次多尺度的快速、準(zhǔn)確、實(shí)用的荒漠化和沙化信息服務(wù)，極大地提高了各級相關(guān)部門的工作效率，并且可與全國林業(yè)信息化框架下的其他3類資源監(jiān)測信息服務(wù)系統(tǒng)之間進(jìn)行信息交換和業(yè)務(wù)協(xié)同。

本研究構(gòu)建的綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫是全國林業(yè)信息化框架中數(shù)據(jù)資源層的有機(jī)組成部分，可與其他資源數(shù)據(jù)庫共同形成“物理分散，邏輯集中”的林業(yè)分布式綜合數(shù)據(jù)庫，其中的動態(tài)分析數(shù)據(jù)庫和支撐數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建方法和技術(shù)適用于后續(xù)荒漠化和沙化監(jiān)測數(shù)據(jù)，可逐步形成多期監(jiān)測數(shù)據(jù)時(shí)空序列，而且其思路可供其他資源動態(tài)分析技術(shù)借鑒，而且，本研究設(shè)計(jì)開發(fā)的基礎(chǔ)服務(wù)組件庫和功能服務(wù)組件庫具有良好的重用性和繼承性，可供其他相關(guān)信息服務(wù)系統(tǒng)開發(fā)復(fù)用，并與其他組件庫無縫融合。進(jìn)而，基于荒漠化和沙化監(jiān)測信息管理與應(yīng)用服務(wù)體系架構(gòu)，可以在以下2個(gè)方面繼續(xù)完善和提升荒漠化和沙化監(jiān)測信息服務(wù)能力。①隨著監(jiān)測業(yè)務(wù)的開展，可以逐步完善荒漠化和沙化監(jiān)測時(shí)空數(shù)據(jù)庫，并結(jié)合生境因素、土地利用變化原因和社會經(jīng)濟(jì)狀況等數(shù)據(jù)，分析其演化機(jī)制，建立演化預(yù)測模型庫［22］，利用荒漠化和沙化動態(tài)演化模擬模型、評價(jià)模型和危險(xiǎn)性模型等［23－24］，構(gòu)建基于多模型的荒漠化和沙化監(jiān)測智能管理與預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)荒漠化和沙化的有效評估和演化趨勢的模擬及預(yù)測預(yù)報(bào)；②利用本研究實(shí)現(xiàn)的C/S架構(gòu)下較為成熟的信息管理流程和服務(wù)結(jié)構(gòu)，基于已建的綜合監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，在Web GIS環(huán)境下，重構(gòu)和優(yōu)化各類應(yīng)用支撐服務(wù)，可以繼續(xù)構(gòu)建瀏覽器-服務(wù)器（B/S）架構(gòu)的荒漠化和沙化監(jiān)測數(shù)據(jù)服務(wù)系統(tǒng)，并集成WFS/WMS空間信息服務(wù)，進(jìn)一步為沙塵暴災(zāi)害應(yīng)急服務(wù)系統(tǒng)和其他應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建提供支持，最終全面實(shí)現(xiàn)荒漠化和沙化監(jiān)測信息化。

致謝：本研究獲得國家林業(yè)局防治荒漠化管理中心（防沙治沙辦公室）相關(guān)支持。

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