周克瑜， 徐愛俊， 李慧霞， 夏 凱

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 臨安311300； 2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省林業(yè)智能監(jiān)測與信息技術(shù)研究重點實驗室，浙江臨安311300）

林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

周克瑜1,2， 徐愛俊1,2， 李慧霞1,2， 夏 凱1，2

（1.浙江農(nóng)林大學(xué) 信息工程學(xué)院，浙江 臨安311300； 2.浙江農(nóng)林大學(xué) 浙江省林業(yè)智能監(jiān)測與信息技術(shù)研究重點實驗室，浙江臨安311300）

在分析林業(yè)數(shù)據(jù)采集研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，通過對林業(yè)管理業(yè)務(wù)和野外數(shù)據(jù)采集的需求分析，并以林權(quán)和營造林業(yè)務(wù)為例，設(shè)計并實現(xiàn)了林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程、功能結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)庫設(shè)計等進(jìn)行了詳細(xì)分析，研究并解決了系統(tǒng)設(shè)計與開發(fā)中的林業(yè)規(guī)劃設(shè)計圖繪制和數(shù)據(jù)校驗等關(guān)鍵技術(shù)問題，并以Visual Studio 2010和ArcGIS Engine為開發(fā)工具，實現(xiàn)了應(yīng)用系統(tǒng)自動更新、圖表操作、數(shù)據(jù)處理以及系統(tǒng)的管理等功能。將林業(yè)管理信息化延伸至野外數(shù)據(jù)采集階段，從而提高了林業(yè)數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性和工作效率。圖5參10

森林經(jīng)理學(xué)；林權(quán)管理；營造林管理；數(shù)據(jù)采集；自動更新；數(shù)據(jù)校驗

隨著計算機技術(shù)、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和地理信息系統(tǒng)技術(shù)的快速發(fā)展，林業(yè)信息化正在從數(shù)字林業(yè)向智慧林業(yè)邁進(jìn)，如何快速、準(zhǔn)確、便捷地采集并處理數(shù)據(jù)正逐步成為當(dāng)前的研究熱點之一。在林業(yè)數(shù)據(jù)采集方面，傳統(tǒng)的林業(yè)數(shù)據(jù)采集因存在工作效率低、內(nèi)容繁雜、容易出錯、設(shè)計粗糙和無法更新完善等問題［1］，已很難滿足當(dāng)今林業(yè)發(fā)展的需要。目前，國內(nèi)外有很多研究者均開展這方面的研究工作，如使用ArcGIS等軟件進(jìn)行粗略的地圖處理和造林規(guī)劃等［2-4］，但無論是通用型的系統(tǒng)［5-7］還是專用型的系統(tǒng)［8-10］都難以支撐林業(yè)管理業(yè)務(wù)對于野外數(shù)據(jù)采集的需求，需要開發(fā)林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本研究基于Visual Studio 2010， C#語言和ArcGIS Engine10進(jìn)行開發(fā)，采用SQLite數(shù)據(jù)庫，設(shè)計實現(xiàn)了林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以用于林權(quán)管理和營造林管理等：對營造林系統(tǒng)，通過對選定區(qū)域進(jìn)行土地規(guī)劃和造林設(shè)計，設(shè)計出適合相應(yīng)地塊的造林圖式，同時對造林設(shè)計圖、規(guī)劃設(shè)計記錄和造林規(guī)劃總圖進(jìn)行打包上傳；對于林權(quán)系統(tǒng)，通過地塊的設(shè)計與生成，將其與申請表相關(guān)聯(lián)，便于維護(hù)和更新。旨在設(shè)計、實現(xiàn)專業(yè)的林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，滿足現(xiàn)代林業(yè)的發(fā)展需求。

1 業(yè)務(wù)流程與系統(tǒng)設(shè)計

1.1 業(yè)務(wù)流程分析

數(shù)據(jù)流程圖是一種便于用戶理解、分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程的圖形工具。它能精確地在邏輯上描述系統(tǒng)的功能，過程的處理、輸入、輸出和數(shù)據(jù)存儲等。以下從系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流程和林權(quán)操作數(shù)據(jù)流程兩方面進(jìn)行數(shù)據(jù)流分析。

1.1.1 頂層數(shù)據(jù)流程 頂層數(shù)據(jù)流程是對系統(tǒng)總體的描述，而每個模塊中的數(shù)據(jù)流走向又會有所不同。林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的頂層數(shù)據(jù)流程如圖1所示。用戶可以通過登錄林權(quán)子系統(tǒng)或營造林子系統(tǒng)來進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集或規(guī)劃設(shè)計。

圖1 系統(tǒng)頂層數(shù)據(jù)流程圖Figure 1 Data flow diagram of the system top-level

1.1.2 林權(quán)操作的數(shù)據(jù)流程 由于林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可用于營造林、林權(quán)管理等多項業(yè)務(wù)，本研究以用于林權(quán)外業(yè)調(diào)查為例來分析林權(quán)操作模塊的數(shù)據(jù)流程。該功能模塊的目的在于解決由傳統(tǒng)人工的方式進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計圖繪制帶來的繁瑣性、多錯誤性和耗時性。圖2描述了實現(xiàn)林權(quán)操作這一功能的數(shù)據(jù)流向。通過將野外采集得到的數(shù)據(jù)實時繪制成規(guī)劃設(shè)計圖，并與本地或者服務(wù)器上的申請表相關(guān)聯(lián)來實現(xiàn)林權(quán)操作。

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是一款針對林業(yè)需求，能夠?qū)Φ貓D進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計等操作并使它與相關(guān)申請表相關(guān)聯(lián)的專用設(shè)計軟件，旨在對傳統(tǒng)的林業(yè)數(shù)據(jù)采集工作方式進(jìn)行改進(jìn)。通過脫機操作和聯(lián)機操作2種模式，將以往需要通過手工進(jìn)行的規(guī)劃設(shè)計和數(shù)據(jù)錄入工作通過軟件系統(tǒng)完成，并且可以對服務(wù)器端的數(shù)據(jù)進(jìn)行同步更新，將圖像與數(shù)據(jù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)對地圖處理和申請表的相關(guān)信息進(jìn)行管理，包括地圖規(guī)劃設(shè)計、申請表錄入、地塊生成、圖表關(guān)聯(lián)等。

通過對林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的需求和建設(shè)目標(biāo)詳細(xì)分析之后，根據(jù)林業(yè)發(fā)展的實際需求及目前的技術(shù)水平，進(jìn)行林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的系統(tǒng)設(shè)計。

在具體分析林業(yè)數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，本系統(tǒng)主要實現(xiàn)以下幾項功能：應(yīng)用系統(tǒng)自動更新、圖表操作、數(shù)據(jù)處理以及系統(tǒng)管理。其中，系統(tǒng)管理包括系統(tǒng)設(shè)置、系統(tǒng)輸入、系統(tǒng)輸出以及退出系統(tǒng)4個部分。系統(tǒng)總體功能模塊如圖3所示。

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

圖2 林權(quán)操作數(shù)據(jù)流程圖Figure 2 Data flow diagram of the forest rights operation

圖3 系統(tǒng)功能模塊圖Figure 3 Function structure of the forestry data acquisition system

遵循數(shù)據(jù)庫設(shè)計的一般原則，考慮數(shù)據(jù)庫的命名規(guī)范，數(shù)據(jù)的一致性、完整性以及數(shù)據(jù)庫的可擴展性，并結(jié)合林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的具體要求，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫需要建立13張屬性數(shù)據(jù)表，分別是：符號表，樹名表，登錄日志表，操作日志表，省、市、縣表，鄉(xiāng)鎮(zhèn)表，村表，組表，戶表，系統(tǒng)用戶表和申請表。數(shù)據(jù)庫的概念結(jié)構(gòu)如圖4所示，它描述了系統(tǒng)中的各個實體以及實體之間的相互關(guān)系。根據(jù)概念結(jié)構(gòu)的E—R圖創(chuàng)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)表，每張數(shù)據(jù)表都對字段名、數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)長度以及是否允許為空做了相應(yīng)的規(guī)定。這些數(shù)據(jù)表為林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的相應(yīng)功能提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

圖4 數(shù)據(jù)庫的整體E—R圖Figure 4 E—R diagram of the database

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 林業(yè)規(guī)劃設(shè)計圖的繪制

在ArcGIS Engine10的基礎(chǔ)上，進(jìn)行二次開發(fā)的林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，最主要的一項操作是在地圖圖層上繪制林業(yè)規(guī)劃設(shè)計圖。規(guī)劃設(shè)計圖的繪制包括屬性點和邊界線2個項目。由于ArcGIS Engine10自帶的組件不能很好地滿足林業(yè)規(guī)劃設(shè)計中屬性點繪制的需求，所以，還需要在原系統(tǒng)基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，使得設(shè)計、開發(fā)的系統(tǒng)能夠滿足林業(yè)對于規(guī)劃設(shè)計圖繪制的需求。

其具體實現(xiàn)如下：①首先確定屬性點在 .shp文件中指定圖層上的位置，然后繪制屬性點，最后給該屬性點賦予編號、是否可修改、是否已提交3個屬性。②定義一個可以加載到圖層上的要素，將開始繪制的點賦給這個要素，并把要素加載到圖層上。③釋放featureMain對象；加載圖層文件，完成屬性點的繪制工作。

2.2 數(shù)據(jù)校驗

數(shù)據(jù)校驗是林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)繪制規(guī)劃設(shè)計圖、生成地塊信息后，進(jìn)行數(shù)據(jù)打包、數(shù)據(jù)上傳前對已設(shè)置的地塊信息的核查、檢錯過程。通過數(shù)據(jù)校驗，要檢測出已生成的地塊內(nèi)屬性點的個數(shù)是否滿足要求和地塊是否與申請表相關(guān)聯(lián)等。已有的林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)大都忽略了該項功能。

本研究通過判斷語句對pointFeatures進(jìn)行處理。首先，對地塊屬性進(jìn)行處理，判斷地塊內(nèi)是否有屬性點，屬性點的個數(shù)是否唯一；其次，對地塊是否與申請表相關(guān)聯(lián)進(jìn)行處理，檢查地塊與申請表的關(guān)聯(lián)狀況，達(dá)到數(shù)據(jù)校驗的目的。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

本研究綜合考慮林業(yè)數(shù)據(jù)采集的實際需求，基于Visual Studio 2010，以C#為開發(fā)語言，對ArcGIS Engine10進(jìn)行二次開發(fā)，使用 SQLite為數(shù)據(jù)存儲平臺。主要通過系統(tǒng)設(shè)計和對關(guān)鍵問題的解決，設(shè)計、開發(fā)了該系統(tǒng)，實現(xiàn)了應(yīng)用系統(tǒng)自動更新、圖表操作、數(shù)據(jù)處理以及系統(tǒng)的管理等功能。

該系統(tǒng)一方面能夠為林權(quán)系統(tǒng)提供有效的地塊規(guī)劃，并與申請表相關(guān)聯(lián)，同時提供了聯(lián)機登錄與非聯(lián)機登錄2種模式；另一方面還為營造林系統(tǒng)提供了造林規(guī)劃與造林設(shè)計功能，提高了林業(yè)設(shè)計人員的工作效率，并完善了營造林與林權(quán)系統(tǒng)。

圖5是林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主界面，在主界面有系統(tǒng)的常用工具欄和任務(wù)欄，主窗口包括工具箱、主窗體和鷹眼窗體等。在該界面內(nèi)，通過選取具體的操作選項，就可以進(jìn)行相應(yīng)的林業(yè)數(shù)據(jù)采集工作。

圖5 林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主界面Figure 5 Interface of the forestry data acquisition system

4 結(jié)論

野外調(diào)查數(shù)據(jù)是林業(yè)管理業(yè)務(wù)中最重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)之一，其數(shù)據(jù)質(zhì)量、獲取的便捷程度和準(zhǔn)確性等會直接影響到后續(xù)相關(guān)管理業(yè)務(wù)的辦理，因此，各級政府林業(yè)管理部門均急需專業(yè)的林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。本研究在具體分析林業(yè)數(shù)據(jù)采集業(yè)務(wù)需求的基礎(chǔ)上，通過對林業(yè)規(guī)劃設(shè)計圖繪制和數(shù)據(jù)校驗等關(guān)鍵技術(shù)問題的解決，設(shè)計并實現(xiàn)了林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。系統(tǒng)提供了聯(lián)機登錄與非聯(lián)機登錄2種模式的管理錄入方法。該系統(tǒng)主要實現(xiàn)了以下幾個功能：應(yīng)用系統(tǒng)的自動更新、圖表操作、數(shù)據(jù)處理以及系統(tǒng)管理。能夠有效解決傳統(tǒng)林業(yè)數(shù)據(jù)采集的弊端，適應(yīng)林業(yè)信息化、 “數(shù)字林業(yè)”以及 “智慧林業(yè)”的發(fā)展要求。

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Design and implementation of the forestry data acquisition system

ZHOU Keyu1,2,XU Aijun1,2,LI Huixia1,2，XIA Kai1,2
（1.School of Information Engineering,Zhejiang A&F University,Lin’an 311300,Zhejiang,China;2.Zhejiang Provincial Key Laboratory of Forestry Intelligent Monitoring and Information Technology,Zhejiang A&F University, Lin’an 311300,Zhejiang,China）

On the basis of the reviewing the research status of the forestry data acquisition,by analyzing the demands of the forestry management services and field data acquisition,and taking the forest rights and afforestation management services for example,the research had a deep analysis of the data process,functional structures and database design of the system,examined and solved some key technical problems in designing and developing the system such as the forestry planning and design drawing and data checking,and chose the Visual Studio 2010 and ArcGIS Engine as the developing tools to achieve the automatic updating,chart and table operating,data processing and system managing.The research extended the informationization of forestry management to the field data acquisition phase and improved the accuracy and efficiency of the forestry data acquisition.［Ch,5 fig.10 ref.］

forest management;forest right management;afforestation management;data acquisition;automatic updating;data checking

S757.4

A

2095-0756（2015）04-0491-06

10.11833/j.issn.2095-0756.2015.04.001

2014-10-27；

2014-12-11

浙江省自然科學(xué)基金資助項目（LY14C160005，Y5110145）；浙江省林業(yè)智能監(jiān)測與信息技術(shù)研究重點實驗室開放基金資助項目；浙江農(nóng)林大學(xué)智慧農(nóng)林業(yè)研究中心預(yù)研項目（2013ZHNL01）；浙江省教育廳資助項目（Y201432809）

周克瑜，從事資源與環(huán)境信息系統(tǒng)研究。E-mail：zhouky1987@163.com。通信作者：徐愛俊，教授，博士，從事資源與環(huán)境信息系統(tǒng)、森林資源信息管理等研究。E-mail：xuaj1976@163.com