劉菊

摘 要：山西森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)，主要以全省范圍內(nèi)10個(gè)森林生態(tài)定位研究站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為對(duì)象，通過(guò)資源整合，實(shí)現(xiàn)山西省森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)的規(guī)范化加工處理、分類存儲(chǔ)與管理及在線服務(wù)。在介紹平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)以及平臺(tái)系統(tǒng)內(nèi)容的基礎(chǔ)上， 結(jié)合森林生態(tài)信息采集和利用需求以及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、信息技術(shù)的發(fā)展， 對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建進(jìn)行了研究。并提出了建立山西森林生態(tài)科技數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)下一步工作重點(diǎn)構(gòu)想。

關(guān)鍵詞：森林生態(tài)；數(shù)據(jù)；服務(wù)平臺(tái)；山西省

中圖分類號(hào)：S575 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)是林業(yè)科技創(chuàng)新的重要基礎(chǔ)資源，也是政府部門(mén)制定政策、科技管理決策的支撐和保障。實(shí)施生態(tài)戰(zhàn)略以來(lái)，林業(yè)生態(tài)建設(shè)迅速發(fā)展，森林資源數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、科研數(shù)據(jù)逐級(jí)遞增。但是由于監(jiān)測(cè)目標(biāo)、內(nèi)容、技術(shù)和方法的不同，數(shù)據(jù)多樣、異構(gòu)、多源，不能共享和貫通，形成“山藥蛋”式信息孤島，信息共享和綜合分析能力仍然很弱。為了有效地存儲(chǔ)、組織、應(yīng)用、處理、查詢、分析、管理、輸出、遠(yuǎn)程發(fā)布與共享這些海量數(shù)據(jù)，需要建立森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)。

科學(xué)數(shù)據(jù)共享工程是山西省科技創(chuàng)新體系建設(shè)的重要內(nèi)容之一。山西省森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)不僅是山西省大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略的組成部分，更是山西森林生態(tài)體系建設(shè)的重要基礎(chǔ)，其對(duì)于提高科學(xué)數(shù)據(jù)資源的共享率和利用率，促進(jìn)社會(huì)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展都有重要作用。

1 平臺(tái)建設(shè)概況

1.1 基本原則

平臺(tái)建設(shè)的基本原則是“協(xié)作共享，創(chuàng)新機(jī)制；強(qiáng)化服務(wù)，推動(dòng)發(fā)展；整體規(guī)劃，分步實(shí)施；政府引導(dǎo)，社會(huì)參與”。堅(jiān)持多方共建，利益共享。立足于全社會(huì)的科技創(chuàng)新意識(shí)和需求，立足于為創(chuàng)新人才服務(wù)，運(yùn)用高效、便捷、經(jīng)濟(jì)的多種服務(wù)方式和手段，讓社會(huì)公眾都能分享科技進(jìn)步的成果，為所有從事科技創(chuàng)新活動(dòng)的人員提供開(kāi)放和公平的環(huán)境。

1.2 建設(shè)目標(biāo)

山西省森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)建設(shè)的主要目標(biāo)是：通過(guò)專項(xiàng)的穩(wěn)定投入和支持，使山西省森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)共享率和利用率顯著提高，推動(dòng)科技發(fā)展，使經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)。解決森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)資源的廣泛社會(huì)共享問(wèn)題，建設(shè)從事平臺(tái)建設(shè)、管理和技術(shù)服務(wù)的專業(yè)化人才團(tuán)隊(duì)，構(gòu)筑促進(jìn)山西省自主創(chuàng)新的公共研發(fā)支撐體系。

2 平臺(tái)系統(tǒng)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)運(yùn)用面向?qū)ο筌浖幊碳夹g(shù)、信息安全與加密技術(shù)；系統(tǒng)平臺(tái)采用B/S構(gòu)架模式、基于瀏覽器端的操作方式，實(shí)現(xiàn)面向公共數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)管理、網(wǎng)絡(luò)協(xié)作與信息實(shí)時(shí)共享；實(shí)現(xiàn)電子信息化辦公、包括實(shí)時(shí)發(fā)布最新數(shù)據(jù)信息、推廣介紹新技術(shù)、智能查詢等功能。系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

2.1.2 系統(tǒng)分層體系結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)總體框架設(shè)計(jì)自底向上劃分為5層，分別為物理層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、邏輯層和業(yè)務(wù)應(yīng)用層。

第一層物理層是整個(gè)開(kāi)放系統(tǒng)的基礎(chǔ)。主要是由傳感器、移動(dòng)設(shè)備等智能終端支撐的，并采集數(shù)據(jù)。物理層為數(shù)據(jù)通信提供傳輸媒體及設(shè)備，為數(shù)據(jù)傳輸提供可靠的環(huán)境。

第二層網(wǎng)絡(luò)層負(fù)責(zé)為分組交換網(wǎng)上的不同主機(jī)提供通信。主要是由硬件設(shè)備、操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、系統(tǒng)軟件和平臺(tái)軟件等基礎(chǔ)設(shè)施支撐的。

第三層數(shù)據(jù)層用于后端數(shù)據(jù)層的集成。主要包括森林生態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)（山西省森林生態(tài)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)和森林資源數(shù)據(jù)庫(kù)）、其他文獻(xiàn)資料數(shù)據(jù)庫(kù)等數(shù)據(jù)。海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)于關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，數(shù)據(jù)安全性和用戶權(quán)限控制等功能都憑借其所具備的安全保護(hù)機(jī)制實(shí)現(xiàn)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)SQL語(yǔ)句實(shí)現(xiàn)查詢。

第四層邏輯層主要包括數(shù)據(jù)應(yīng)用引擎、多媒體文件服務(wù)引擎等技術(shù)支撐環(huán)境。該層實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)與用戶UI界面的連接交互工作。

第五層業(yè)務(wù)應(yīng)用層適用于前端用戶界面的集成，直接為用戶的應(yīng)用進(jìn)程提供服務(wù)，是體系結(jié)構(gòu)中的最高層。系統(tǒng)采用Web交互模式，主要包括以各種數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)平臺(tái)各個(gè)模塊功能業(yè)務(wù)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)。組件式結(jié)構(gòu)，互不影響，可插拔。

2.1.3 系統(tǒng)技術(shù)及路線

系統(tǒng)采用B/S構(gòu)架，Web Server采用IIS7.0，中間層采用ASP.NET、分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式文件存儲(chǔ)等技術(shù)，數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)采用Microsoft SQL Server 2014。

引進(jìn)了基于云計(jì)算的操作系統(tǒng)，極大地改善了應(yīng)用程序的可靠性和可擴(kuò)展性，性價(jià)比高，開(kāi)發(fā)難度低，對(duì)大型Web應(yīng)用有很好的支持。

2.1.4 云計(jì)算

系統(tǒng)服務(wù)器采用云服務(wù)器Elastic Compute Service（ECS）。云服務(wù)器是一種基礎(chǔ)云計(jì)算服務(wù)。使用云服務(wù)器ECS便捷、高效。既可以隨時(shí)擴(kuò)容磁盤(pán)、增加帶寬，也能隨時(shí)釋放資源，節(jié)省費(fèi)用。與普通IDC機(jī)房相比，其具有以下優(yōu)勢(shì)：①可用性。由于其使用的IDC標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)器準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)以及運(yùn)維標(biāo)準(zhǔn)更加嚴(yán)格，所以可用性很高。②安全性。選擇云計(jì)算，最關(guān)心的問(wèn)題就是云計(jì)算的安全與穩(wěn)定。云服務(wù)器對(duì)于用戶數(shù)據(jù)的私密性、用戶信息的私密性以及用戶隱私的保護(hù)有著非常嚴(yán)格的要求。對(duì)于原有自建的IDC機(jī)房，云服務(wù)器專有網(wǎng)絡(luò)可以拉專線與其連接，形成混合云的架構(gòu)。③彈性。這是云計(jì)算最大的優(yōu)勢(shì)。包括計(jì)算的彈性、存儲(chǔ)的彈性、網(wǎng)絡(luò)的彈性以及對(duì)于業(yè)務(wù)架構(gòu)重新規(guī)劃的彈性，可以使用任意方式去組合自己的業(yè)務(wù)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

2.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

該研究數(shù)據(jù)資源來(lái)源途徑主要包括以下3個(gè)方面：①已有或調(diào)查、監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)。象森林生態(tài)服務(wù)定位站監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，生態(tài)公益林監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，集體林地改革數(shù)據(jù)。②直接來(lái)源于文獻(xiàn)資料和國(guó)家政府網(wǎng)站。文獻(xiàn)資料，指的是象中國(guó)（山西）林業(yè)統(tǒng)計(jì)年鑒、人口統(tǒng)計(jì)年鑒等國(guó)家機(jī)構(gòu)出版發(fā)行的權(quán)威文件。國(guó)家政府網(wǎng)站，有國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、國(guó)家林業(yè)局、中國(guó)林業(yè)信息網(wǎng)等。③專業(yè)團(tuán)隊(duì)評(píng)估、模型預(yù)測(cè)生成。

將獲取數(shù)據(jù)進(jìn)行整合、處理和分析，得到3種類型數(shù)據(jù)：①直接數(shù)據(jù)。其是指直接可以反應(yīng)森林生態(tài)系統(tǒng)及其服務(wù)功能和森林資源狀況的數(shù)據(jù)。包括森林生態(tài)系統(tǒng)中水、土、氣、生等各類因子的調(diào)查、監(jiān)測(cè)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以及森林資源數(shù)據(jù)。②間接數(shù)據(jù)。其是指沒(méi)有直接體現(xiàn)森林狀況，但是與森林有關(guān)的數(shù)據(jù)。人口、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)條件、文化環(huán)境（風(fēng)俗習(xí)慣）、政策等都會(huì)影響森林發(fā)展的方向、規(guī)模和質(zhì)量。這些都屬于間接數(shù)據(jù)。③生成數(shù)據(jù)。其是指基于直接數(shù)據(jù)和間接數(shù)據(jù)，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范評(píng)估生成的數(shù)據(jù)。此類數(shù)據(jù)，根據(jù)功能不同可分為2類：預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)和建議數(shù)據(jù)。預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，主要是對(duì)森林資源增長(zhǎng)的預(yù)測(cè)、功能、質(zhì)量的預(yù)測(cè)等。建議數(shù)據(jù)，主要是根據(jù)評(píng)估結(jié)果，為政府決策提供數(shù)據(jù)支撐。

2.2.2 數(shù)據(jù)特點(diǎn)

①?gòu)纳鷳B(tài)服務(wù)功能類型上看。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)除了有涵養(yǎng)水源、保育土壤、固碳釋氧、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)積累和凈化大氣環(huán)境等多種功能數(shù)據(jù)，還將有生物多樣性保護(hù)等相關(guān)數(shù)據(jù)。

②從生態(tài)服務(wù)功能測(cè)算單元看。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)不僅有省級(jí)分區(qū)數(shù)據(jù)，還有林分類型數(shù)據(jù)、林齡組數(shù)據(jù)、單木數(shù)據(jù)。

③從尺度上看?，F(xiàn)有森林生態(tài)服務(wù)功能不同時(shí)間尺度（按時(shí)按日、按周、按月、按年）、不同空間尺度（全省、市、部分縣區(qū)）的數(shù)據(jù)，具備了時(shí)間和地域的完整性。

④從涉及范圍上看。標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫(kù)不但包括實(shí)際數(shù)據(jù)，還包括生成數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)種類，不但包括森林、人口數(shù)據(jù)，還包括經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、文化數(shù)據(jù)。不但涉及群體數(shù)據(jù)，還涉及個(gè)體數(shù)據(jù)。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建是該平臺(tái)運(yùn)行的基礎(chǔ)。平臺(tái)系統(tǒng)采用分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)（Distributed Relational Database Service，簡(jiǎn)稱 DRDS）。支持分庫(kù)分表、平滑擴(kuò)容、服務(wù)升降配、透明讀寫(xiě)分離和分布式事務(wù)等特性，具備分布式數(shù)據(jù)庫(kù)全生命周期的運(yùn)維管控能力。DRDS的功能概要如下：①分庫(kù)分表。支持分庫(kù)分表，在創(chuàng)建分布式數(shù)據(jù)庫(kù)后，只需選擇拆分鍵，DRDS就可以按照拆分鍵生成拆分規(guī)則，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)水平拆分。②透明讀寫(xiě)分離。通過(guò)使用 RDS只讀實(shí)例或者備機(jī)實(shí)現(xiàn)讀寫(xiě)分離，幫助應(yīng)用解決事務(wù)、只讀實(shí)例或者備機(jī)掛掉、指定主備訪問(wèn)等細(xì)節(jié)問(wèn)題，對(duì)應(yīng)用無(wú)侵入，在 DRDS控制臺(tái)即可完成讀寫(xiě)分離相關(guān)操作。③數(shù)據(jù)存儲(chǔ)平滑擴(kuò)容。當(dāng)出現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量和訪問(wèn)量瓶頸時(shí)，DRDS支持在線存儲(chǔ)容量擴(kuò)展，擴(kuò)容無(wú)需應(yīng)用改造，擴(kuò)容進(jìn)度支持可視化跟蹤。④數(shù)據(jù)庫(kù)賬號(hào)權(quán)限體系。DRDS支持類單機(jī)賬號(hào)和權(quán)限體系，確保不同角色使用的賬號(hào)操作安全。⑤分布式事務(wù)。DRDS結(jié)合分布式事務(wù)套件GTS，可以支持分布式事務(wù)，保證分布式數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的一致性。⑥監(jiān)控報(bào)警。DRDS支持對(duì)核心資源指標(biāo)和數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)例指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)控和報(bào)警，象實(shí)例 CPU、網(wǎng)絡(luò) IO、活躍線程等，及時(shí)發(fā)現(xiàn)資源及其性能的瓶頸。

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)需求分析進(jìn)行系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)，分為前臺(tái)在線服務(wù)平臺(tái)門(mén)戶網(wǎng)站功能設(shè)計(jì)和后臺(tái)數(shù)據(jù)處理功能設(shè)計(jì)。門(mén)戶網(wǎng)站的功能設(shè)計(jì)是面向平臺(tái)使用或網(wǎng)頁(yè)瀏覽者，是用戶與平臺(tái)網(wǎng)站的交互。后臺(tái)數(shù)據(jù)處理功能設(shè)計(jì)的使用者則是平臺(tái)工作、維護(hù)人員，包括數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)的操作和管理、用戶管理和數(shù)據(jù)展示等。

3.1 數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫(kù)管理

3.1.1 數(shù)據(jù)安全管理

數(shù)據(jù)安全管理主要包括數(shù)據(jù)共享安全管理、用戶安全管理、權(quán)限管理和配置管理。

數(shù)據(jù)共享安全管理，主要是指對(duì)數(shù)據(jù)的保密程度和共享級(jí)別進(jìn)行設(shè)置以及對(duì)用戶的保密協(xié)議的制訂。

戶用安全管理，指對(duì)所有用戶的分類管理，包括一般用戶、注冊(cè)用戶和協(xié)議用戶，需要強(qiáng)調(diào)的是所有用戶均需要進(jìn)行網(wǎng)站注冊(cè)。統(tǒng)計(jì)、分析用戶數(shù)據(jù)資源下載量；對(duì)定制定單服務(wù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和管理，對(duì)用戶進(jìn)行訪問(wèn)、用戶行為進(jìn)行跟蹤和分析。

權(quán)限管理的對(duì)象是平臺(tái)管理人員。配置管理主要是指對(duì)系統(tǒng)初始值進(jìn)行設(shè)置。

3.1.2 數(shù)據(jù)（庫(kù)）管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)主要是對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，包括對(duì)數(shù)據(jù)的添加、修改和刪除管理。

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)和更新管理、日志管理、數(shù)據(jù)庫(kù)備份與恢復(fù)等。數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)管理指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)文件（組）的管理。數(shù)據(jù)庫(kù)更新管理主要包括數(shù)據(jù)庫(kù)的創(chuàng)建、修改和刪除。數(shù)據(jù)的編輯和更改保留于日志里。數(shù)據(jù)庫(kù)備份與恢復(fù)，包括設(shè)計(jì)備份和還原策略、管理備份及執(zhí)行恢復(fù)操作。

3.1.3 數(shù)據(jù)檢索查詢系統(tǒng)

根據(jù)數(shù)據(jù)信息的檢索特點(diǎn)和用戶使用習(xí)慣，在遵循有關(guān)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類。該研究可實(shí)現(xiàn)以下查詢功能：一是森林資源數(shù)據(jù)查詢。提供森林生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能數(shù)據(jù)、森林生物量和生產(chǎn)力數(shù)據(jù)、森林資源及其空間分布、森林立地條件及其空間分布數(shù)據(jù)，能夠直觀地確定森林分布及林分狀況。二是生成數(shù)據(jù)查詢：提供森林生態(tài)服務(wù)功能量化模型庫(kù)及參數(shù)庫(kù)，選定合適參數(shù)通過(guò)數(shù)值模擬給出模型生成數(shù)據(jù)，即森林生態(tài)數(shù)據(jù)的擬合或預(yù)測(cè)、評(píng)估數(shù)據(jù)。根據(jù)生成數(shù)據(jù)，定量評(píng)估山西省森林生態(tài)服務(wù)功能，提供森林生態(tài)系統(tǒng)碳匯、森林生物量及生產(chǎn)力數(shù)據(jù)，為山西林業(yè)實(shí)現(xiàn)生態(tài)效益向經(jīng)濟(jì)效益轉(zhuǎn)變提供數(shù)據(jù)支撐。三是人口、經(jīng)濟(jì)、林業(yè)政策等數(shù)據(jù)查詢：提供國(guó)家林業(yè)政策、山西省林業(yè)政策信息查詢；提供有關(guān)于林業(yè)發(fā)展的人口、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境等數(shù)據(jù)查詢。

3.1.4 平臺(tái)展示系統(tǒng)

平臺(tái)展示系統(tǒng)主要包括森林生態(tài)數(shù)據(jù)在門(mén)戶網(wǎng)站瀏覽器的分類、分級(jí)顯示，用戶信息統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的顯示等。

3.1.5 擴(kuò)展接口系統(tǒng)

擴(kuò)展接口系統(tǒng)主要為系統(tǒng)擴(kuò)展或者在接入山西省科技基礎(chǔ)平臺(tái)網(wǎng)站時(shí)使用。

3.2 平臺(tái)功能模塊的展現(xiàn)

綜合考慮山西省科技數(shù)據(jù)共享工程的總體要求和山西省森林生態(tài)科學(xué)數(shù)據(jù)共享的特點(diǎn)，該研究平臺(tái)的基本功能包括4個(gè)方面，即數(shù)據(jù)的瀏覽，數(shù)據(jù)的檢索和查詢，數(shù)據(jù)的發(fā)布和數(shù)據(jù)訪問(wèn)。這些功能主要由前臺(tái)在線服務(wù)平臺(tái)門(mén)戶網(wǎng)站和后臺(tái)功能模塊來(lái)共同體現(xiàn)，見(jiàn)表1。

4 工作構(gòu)想與計(jì)劃

在平臺(tái)建設(shè)過(guò)程中，要始終加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建設(shè)。平臺(tái)研究下一階段工作重點(diǎn)構(gòu)想：①對(duì)森林生態(tài)資源進(jìn)行資源調(diào)查、分析和規(guī)劃。②組織平臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)、建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)管理所需政策、標(biāo)準(zhǔn)和辦法的制定與實(shí)施。③對(duì)關(guān)鍵技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，相關(guān)軟件系統(tǒng)或?qū)＠纳暾?qǐng)。

參考文獻(xiàn)

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