邱 陵，李智彪，蔣啟林，曾永虹

（1.鑫干線（北京）科技股份公司，北京海淀 100094；2.成都市林業(yè)和園林管理局，四川成都 610031；3.成都市龍泉驛區(qū)農(nóng)村發(fā)展和林業(yè)局，四川成都 610100）

龍泉驛區(qū)森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

邱 陵1，李智彪2，蔣啟林3，曾永虹3

（1.鑫干線（北京）科技股份公司，北京海淀 100094；2.成都市林業(yè)和園林管理局，四川成都 610031；3.成都市龍泉驛區(qū)農(nóng)村發(fā)展和林業(yè)局，四川成都 610100）

為實(shí)現(xiàn)森林管護(hù)工作網(wǎng)絡(luò)化、智能化管理和量化考核，成都市龍泉驛區(qū)開展了森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)建設(shè)，經(jīng)需求分析、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)試運(yùn)行、測試驗(yàn)收等過程，于2016年7月完成系統(tǒng)建設(shè)，并正式投入運(yùn)行。龍泉驛區(qū)森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)應(yīng)用“互聯(lián)網(wǎng)＋”技術(shù)、3S技術(shù)、手機(jī)APP和IT平臺，對森林管護(hù)巡護(hù)過程進(jìn)行必要的控制、記錄、跟蹤、反饋，從而對森林管護(hù)工作質(zhì)量進(jìn)行有效控制，達(dá)到了保護(hù)森林資源的目的。

森林管護(hù)；智能巡護(hù)；3S技術(shù)；互聯(lián)網(wǎng)＋

1 系統(tǒng)建設(shè)背景

龍泉驛區(qū)現(xiàn)有森林管護(hù)面積21 333.3 hm2，其中：國有林面積254.2 hm2，省級集體林公益林面積4 006.2 hm2。全區(qū)設(shè)森林管護(hù)站19個(gè)，聘用專職森林管護(hù)人員146人。

龍泉驛區(qū)緊鄰成都市主城區(qū)，是國家級經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)，經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)、交通便利、流動(dòng)人口眾多。由于近年實(shí)施生態(tài)移民，山區(qū)農(nóng)民大量遷出，而外來踏春、賞花、旅游的人員不斷增加，森林管護(hù)難度越來越大。

為落實(shí)好森林管護(hù)責(zé)任、保護(hù)好現(xiàn)有森林資源，防范林區(qū)重大災(zāi)害事故，龍泉驛區(qū)農(nóng)林局在實(shí)施天然林資源保護(hù)工程過程中，結(jié)合實(shí)際、探索創(chuàng)新，2014年11月將森林管護(hù)工作與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，啟動(dòng)龍泉驛區(qū)森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)建設(shè)。以“互聯(lián)網(wǎng)＋”的形式，采用專業(yè)化IT平臺，基于3S技術(shù)（遙感技術(shù)-RS、地理信息系統(tǒng)-GIS和全球定位系統(tǒng)-GPS），通過高效和科學(xué)的管理手段對森林巡護(hù)工作進(jìn)行必要的過程控制、記錄、跟蹤、反饋，及時(shí)的信息傳遞、人員調(diào)配，達(dá)到對森林資源和森林管護(hù)人員的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以求全面掌握森林資源管護(hù)狀況、林區(qū)社會治安動(dòng)態(tài)、及時(shí)有效的處置危害森林資源安全的違法行為、自然災(zāi)害。

2 系統(tǒng)建設(shè)過程

2014年11月，課題組正式成立，開始進(jìn)行相關(guān)系統(tǒng)建設(shè)的調(diào)研。課題組在調(diào)研過程中，與龍泉驛區(qū)農(nóng)林局各相關(guān)部門（天保辦、造林科、防火辦、病蟲防疫站、綠委辦、執(zhí)法大隊(duì)等）經(jīng)過多次的交流、溝通，明確了系統(tǒng)需求，梳理出了龍泉驛森林管護(hù)的工作流程，設(shè)計(jì)了系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)，確定了系統(tǒng)8大核心功能模塊（森林資源管理、人員組織管理、考勤管理、日常巡護(hù)管理、巡護(hù)日志管理、報(bào)警管理、GIS綜合監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析）。

2015年3月，在課題組的基礎(chǔ)上，組建了系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，啟動(dòng)系統(tǒng)開發(fā)。開發(fā)基于系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)，圍繞8大核心模塊展開。

2015年7月完成試用版本的開發(fā)，在龍泉街道紅沙坡森林管護(hù)站進(jìn)行系統(tǒng)使用試點(diǎn)，紅沙坡森林管護(hù)站共有專職管護(hù)人員7人，森林管護(hù)面積501.5 hm2，試點(diǎn)過程中，對森林資源管理、人員組織管理、日常巡護(hù)管理、巡護(hù)日志管理、報(bào)警管理、GIS綜合監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析等模塊的主要功能進(jìn)行了全面測試，對其中的資源采集、巡護(hù)管理、自動(dòng)巡護(hù)、信息上報(bào)、統(tǒng)計(jì)查詢等功能進(jìn)行了優(yōu)化。

2015年8月至10月，在紅沙坡管護(hù)站試點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對全區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的管護(hù)人員巡護(hù)線路資源進(jìn)行采集整理，系統(tǒng)具備了全區(qū)推廣試用的條件，于2015年10月初，在龍泉驛區(qū)全域范圍試用森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)。

2016年2月，根據(jù)前期試用情況，對系統(tǒng)進(jìn)行了改版，優(yōu)化移動(dòng)端界面、統(tǒng)計(jì)分析等功能等，優(yōu)化了公告管理、考勤管理（包括惡劣天氣上報(bào)、值班簽到等可默認(rèn)為已完成巡護(hù)的特殊考勤功能）、報(bào)警管理等功能。

2016年5月27日，完成了系統(tǒng)功能驗(yàn)收。

2016年7月，龍泉驛區(qū)正式啟用森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)

3.1 需求分析

按照《天然林資源保護(hù)工程森林管護(hù)管理辦法》，龍泉驛區(qū)農(nóng)林局結(jié)合區(qū)域森林資源分布和森林管護(hù)隊(duì)伍現(xiàn)狀，對龍泉驛區(qū)森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)制定系統(tǒng)建設(shè)功能需求。主要包括以下5個(gè)方面。

森林基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)采集：可通過現(xiàn)場實(shí)時(shí)采集、庫存數(shù)據(jù)錄入、系統(tǒng)間數(shù)據(jù)接口同步等多種方式，實(shí)現(xiàn)對各類森林資源數(shù)據(jù)的采集。

森林資源管護(hù)工作管理：通過對護(hù)林員的工作出勤、巡護(hù)任務(wù)執(zhí)行過程以及任務(wù)完成結(jié)果的管控，實(shí)現(xiàn)森林資源管護(hù)工作的信息化管理。

森林資源管護(hù)數(shù)據(jù)分析：對各類森林資源管護(hù)數(shù)據(jù)，如林木基礎(chǔ)信息、護(hù)林員分布、森林巡護(hù)工作情況、森林安全隱患等進(jìn)行集中分析，為工作決策提供數(shù)據(jù)支持。

森林資源管護(hù)信息展現(xiàn)：將各類森林資源管護(hù)數(shù)據(jù)進(jìn)行直觀呈現(xiàn)，同時(shí)可對實(shí)現(xiàn)針對某一管護(hù)工作熱點(diǎn)以專題形式進(jìn)行多維度分析，通過GIS分布、柱狀圖、餅狀圖、趨勢圖等多種直觀形式進(jìn)行呈現(xiàn)。此外，通過短信、APP等不同方式提供森林安全隱患的預(yù)警，為處置決策提供數(shù)據(jù)參考。

移動(dòng)終端：針對森林資源管護(hù)人員的角色不同，通過智能手機(jī)APP實(shí)現(xiàn)森林資源管護(hù)工作的現(xiàn)場維護(hù)工作和整體管理工作的移動(dòng)化、便捷化。

3.2 系統(tǒng)采用的關(guān)鍵技術(shù)

龍泉驛區(qū)森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)為解決森林巡護(hù)過程中現(xiàn)場和管理人員之間的信息交互、任務(wù)調(diào)度等問題，考慮基于3S相關(guān)技術(shù)來進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。涉及的主要技術(shù)包括：

地理信息系統(tǒng)：Geographic Information System或Geo-Information system，GIS。以GIS地圖來對現(xiàn)場工作進(jìn)行過程管控。

全球定位系統(tǒng)和移動(dòng)位置服務(wù)：Global Positioning System和Location Based Service，通常簡稱GPS和LBS。通過GPS和移動(dòng)基站進(jìn)行資源、人員、軌跡的定位和跟蹤。

無線網(wǎng)絡(luò)：wireless network，主要包括公眾移動(dòng)通信網(wǎng)4G、3G、GPRS和無線局域網(wǎng)（WiFi）等方式。實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與后臺的數(shù)據(jù)傳輸。

3.3 系統(tǒng)整體架構(gòu)

3.3.1 設(shè)計(jì)原則

系統(tǒng)建設(shè)遵循標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展、易操作、高響應(yīng)、可維護(hù)以及安全性幾個(gè)原則來進(jìn)行設(shè)計(jì)。具體包括：滿足國家林業(yè)局的各項(xiàng)業(yè)務(wù)和技術(shù)規(guī)范，滿足國家和國際相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，保證系統(tǒng)的開放、靈活和先進(jìn)；架構(gòu)設(shè)計(jì)和數(shù)據(jù)模型充分考慮將來的擴(kuò)展和業(yè)務(wù)變化；系統(tǒng)后臺使用負(fù)載均衡，對實(shí)時(shí)性高的功能進(jìn)行特殊處理；功能設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)考慮一線用戶的接受程度（如文化程度、年齡等），操作盡量自動(dòng)化、傻瓜化；系統(tǒng)對前端和后臺的操作進(jìn)行日志記錄，提供圖形化的維護(hù)配置界面；對網(wǎng)絡(luò)安全、系統(tǒng)安全、數(shù)據(jù)安全幾個(gè)方面進(jìn)行管控。

3.3.2 系統(tǒng)整體架構(gòu)

系統(tǒng)整體架構(gòu)由應(yīng)用層、平臺層、網(wǎng)絡(luò)層和感知層構(gòu)成?；诨ヂ?lián)網(wǎng)、云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過各類網(wǎng)絡(luò)接口實(shí)現(xiàn)林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和森林管護(hù)工作數(shù)據(jù)的采集，系統(tǒng)側(cè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)松耦合和輕量化，便于擴(kuò)展（參見圖1）。

3.3.3 系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)功能架構(gòu)由基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)資源層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用實(shí)現(xiàn)層組成，系統(tǒng)功能上實(shí)現(xiàn)森林資源管理、日常巡護(hù)管理、報(bào)警管理、考勤管理、巡護(hù)日志管理、GIS綜合監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)分析等模塊（參見圖2）。

3.3.4 系統(tǒng)軟件架構(gòu)

系統(tǒng)采用B／S架構(gòu)，使用面向?qū)ο蟮腏AVA開發(fā)語言研發(fā)而成，具有高擴(kuò)展性、高移植性、高安全性和良好的跨平臺性。

系統(tǒng)采用分層式設(shè)計(jì)，不同層之間的訪問用接口來實(shí)現(xiàn)，耦合度低，便于擴(kuò)展。以MongoDB為數(shù)據(jù)庫，采用MongDBJavaDriver進(jìn)行數(shù)據(jù)持久化，mongodb基于文檔的存儲結(jié)構(gòu)。業(yè)務(wù)層則基于spring面向接口編程，展現(xiàn)層的MVC模式則由springmvc作為實(shí)現(xiàn)。

圖2 龍泉驛區(qū)森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)功能架構(gòu)

系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)如圖3所示。

3.4 系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

3.4.1 森林資源管理：

通過對森林管護(hù)區(qū)域、巡護(hù)點(diǎn)、古木名樹、防火資源信息的采集和錄入，在地圖上進(jìn)行統(tǒng)一呈現(xiàn)，直觀展示資源位置及資源基本屬性。也可在地圖上直接添加資源點(diǎn)，對資源點(diǎn)編輯或刪除。

3.4.2 人員組織管理

對企業(yè)、組織、人員的信息進(jìn)行管理，支持對這些基礎(chǔ)信息的增刪改查。掌握所有管護(hù)人員基本情況，支持對護(hù)林員的實(shí)時(shí)位置跟蹤和歷史軌跡查詢和回放，使績效考核有據(jù)可查。

3.4.3 考勤管理

管理人員可根據(jù)管理需要設(shè)置各類考勤規(guī)則，規(guī)則可對應(yīng)到具體人員。巡護(hù)人員每日通過手機(jī)終端進(jìn)行打卡登記。管理人員可以隨時(shí)查看所有維護(hù)人員的考勤登記的記錄，精確定位維護(hù)人員打卡位置。巡護(hù)人員在現(xiàn)場可通過終端進(jìn)行請假及惡劣天氣上報(bào)，管理人員進(jìn)行審核?？梢圆榭吹骄S護(hù)人員當(dāng)月每一天的考勤記錄。點(diǎn)擊當(dāng)日，可在下方看到規(guī)定上班時(shí)間、實(shí)際上班時(shí)間、規(guī)定下班時(shí)間、實(shí)際下班時(shí)間、請假信息。

圖3 系統(tǒng)軟件技術(shù)架構(gòu)

3.4.4 日常巡護(hù)管理

林業(yè)管理人員可對巡護(hù)任務(wù)添加和刪除。制定自動(dòng)任務(wù)規(guī)則可讓巡護(hù)人員在規(guī)定的日期內(nèi)對資源進(jìn)行自動(dòng)巡護(hù)。人員進(jìn)入到巡護(hù)區(qū)域，系統(tǒng)自動(dòng)匹配附近的巡護(hù)點(diǎn)，自動(dòng)完成打點(diǎn)上報(bào)，減少人員的操作。

管理人員可針對具體資源設(shè)置手動(dòng)巡護(hù)任務(wù)，安排巡護(hù)人員處理。

將護(hù)林管護(hù)區(qū)與電子圍欄對應(yīng)，管理員可進(jìn)行管護(hù)區(qū)域的添加、刪除、修改。只有負(fù)責(zé)該管護(hù)區(qū)域的巡護(hù)員在其管護(hù)范圍內(nèi)的巡護(hù)軌跡才被計(jì)算為有效維護(hù)距離和維護(hù)時(shí)長。通過電子圍欄管理，掌握轄區(qū)內(nèi)管護(hù)人員總數(shù)量，當(dāng)前在線巡護(hù)人員數(shù)量，轄區(qū)案件統(tǒng)計(jì)等信息，使管理者掌握了整個(gè)管轄區(qū)全部工作情況、人員情況和轄區(qū)內(nèi)的森林資源分布情況。

3.4.5 巡護(hù)日志管理

對巡護(hù)過程進(jìn)行詳盡的記錄，管理人員可根據(jù)日期對巡護(hù)人員的工作過程進(jìn)行回放查看，以便對巡護(hù)工作不斷進(jìn)行優(yōu)化。

3.4.6 報(bào)警管理

對巡護(hù)人員在巡山過程中發(fā)現(xiàn)盜伐濫伐森林和林木、毀林開墾和侵占林地、違章用火、發(fā)現(xiàn)火情、發(fā)現(xiàn)森林有害生物、發(fā)現(xiàn)不法分子亂捕亂獵野生動(dòng)物和破壞野生植物、發(fā)現(xiàn)山體滑坡、泥石流、冰雪災(zāi)害等對森林資源的危害情況和案情可通過快捷方式進(jìn)行一鍵報(bào)警，將情況上報(bào)系統(tǒng)或請求支援。后臺接收報(bào)警后，可進(jìn)行任務(wù)調(diào)度，安排現(xiàn)場人員處置。

3.4.7 GIS綜合監(jiān)控

通過GIS對森林資源的分布，隱患報(bào)警的分布，人員工作區(qū)域劃分，人員的位置、行動(dòng)軌跡等信息進(jìn)行集中呈現(xiàn)。

3.4.8 統(tǒng)計(jì)分析

對巡護(hù)工作的過程和結(jié)果進(jìn)行查看和統(tǒng)計(jì)，提供維護(hù)進(jìn)度、工作量、考勤、考核、上報(bào)信息等統(tǒng)計(jì)。

4 系統(tǒng)使用與測評

系統(tǒng)于2015年10月上線全區(qū)試用，對全區(qū)12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)、19個(gè)森林管護(hù)站的日常巡護(hù)工作進(jìn)行支撐管理，包括森林資源信息管理、管護(hù)員現(xiàn)場考勤、巡護(hù)任務(wù)的制定和執(zhí)行、巡護(hù)過程信息上報(bào)及處理、巡護(hù)過程和人員監(jiān)控、管護(hù)工作統(tǒng)計(jì)等。自3月份起使用系統(tǒng)輸出的統(tǒng)計(jì)指標(biāo)作為月度考核的主要參考，6月份開始全區(qū)正式使用系統(tǒng)指標(biāo)（巡護(hù)率、巡護(hù)里程、巡護(hù)時(shí)長、信息上報(bào)情況、出勤情況等）進(jìn)行管護(hù)員的每月工作考核（參見圖4和圖5）。

經(jīng)過半年多的應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)測評如下：

●平均用戶量（含管理人員、管護(hù)員）共計(jì)170余人

●最大并發(fā)數(shù)支持至少300人（考慮后續(xù)擴(kuò)容）

●系統(tǒng)操作響應(yīng)平均控制在8 s以內(nèi)（系統(tǒng)響應(yīng)情況見表1）

●系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)默認(rèn)保存1年（可根據(jù)需要隨時(shí)調(diào)整）

●系統(tǒng)用戶月均在線時(shí)長81.5 h／月-1

●網(wǎng)絡(luò)流量月均使用小于700兆·月-1（流量使用情況見表2）

圖4 系統(tǒng)截圖-信息上報(bào)管理

圖5 系統(tǒng)截圖-人員監(jiān)控

表1 系統(tǒng)WEB端主要功能讀取速度測試數(shù)據(jù)

表2 系統(tǒng)手機(jī)端主要功能流量消耗測試數(shù)據(jù)

5 系統(tǒng)建設(shè)投入

2014年11月啟動(dòng)龍泉驛區(qū)森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)建設(shè)以來，龍泉驛區(qū)農(nóng)林局累計(jì)投入項(xiàng)目建設(shè)資金34萬元，其中基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集錄入8萬元、系統(tǒng)運(yùn)行終端設(shè)備18萬元（含160余部智能手機(jī)及一年通信、流量資費(fèi)），系統(tǒng)運(yùn)行采用租賃服務(wù)模式，年服務(wù)費(fèi)用約8萬元·a-1。

6 小結(jié)

經(jīng)過近1 a時(shí)間的建設(shè)和試用，龍泉驛區(qū)森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)正式運(yùn)行。系統(tǒng)建設(shè)投入主要用于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)采集錄入、系統(tǒng)運(yùn)行終端設(shè)備和系統(tǒng)運(yùn)行流量費(fèi)用，后期運(yùn)行采用租賃服務(wù)模式，具有建設(shè)投入少、后期運(yùn)行成本低的特點(diǎn)。系統(tǒng)基本實(shí)現(xiàn)對管護(hù)人員的實(shí)時(shí)定位查詢、巡護(hù)路線、軌跡查詢、巡護(hù)率、巡護(hù)時(shí)長、巡護(hù)里程統(tǒng)計(jì)、信息上報(bào)及報(bào)警、人員調(diào)度、巡護(hù)工作考核等功能。為林業(yè)行政主管部門及時(shí)了解和掌握森林資源現(xiàn)狀、林區(qū)動(dòng)態(tài)信息提供了捷徑。林區(qū)動(dòng)態(tài)信息的反饋更及時(shí)性、準(zhǔn)確性，管理人員與管護(hù)人員的互動(dòng)、溝通更加迅速簡便，森林管護(hù)工作管理更加直接、客觀、準(zhǔn)確、快捷，有效提升了管理力度和管理效率。

目前，龍泉驛森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)應(yīng)用主要集中在森林管護(hù)工作事務(wù)處理方面，下一步將通過龍泉驛區(qū)森林管護(hù)智能巡護(hù)管理系統(tǒng)與森林資源宏觀管理、成都市森林防火“3S”指揮系統(tǒng)的融合，對林業(yè)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集、快速傳輸、海量存儲、智能分析、共建共享，實(shí)現(xiàn)管理服務(wù)的智能化、體系運(yùn)轉(zhuǎn)的一體化和跨部門的業(yè)務(wù)協(xié)同，進(jìn)一步提升森林資源保護(hù)管理能力。

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［2］ 王霓虹，齊少群.基于“3S”技術(shù)森林資源智能管護(hù)系統(tǒng)的研究［J］.信息技術(shù)，2009（05）：91～93.

［3］ 翟洪麗，趙邵松，叢喜東.森林資源電子巡護(hù)管理系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)集成研究初探［J］.林業(yè)勘查設(shè)計(jì)，2015（1）：21～23.

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S750

A

1003-5508（2016）06-00-0

10.16779／j.cnki.1003-5508.2016.06.014

2016--

邱陵（1982-），男，四川成都，大學(xué)本科，現(xiàn)任職于鑫干線（北京）科技股份公司，主要從事現(xiàn)場巡護(hù)類管理系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)。