非木材森林資源監測管理預警系統架構設計論文
非木材林產(chǎn)品是指從森林中能夠經(jīng)常獲得的除木材之外的其他可再生的生物資源[1-3],包括植物、動(dòng)物、微生物資源等。具有可再生性、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn),對人類(lèi)的日常生活有很大的幫助。非木材林業(yè)資源既包括非木材產(chǎn)品,還包括森林景觀(guān)等旅游資源等[4-5]。非木材森林資源監測的目的主要是通過(guò)科學(xué)的手段,方便建立資源調查基礎數據庫,為國家林業(yè)政策的不斷完善和改進(jìn)提供必要的科學(xué)依據;其次,定期或不定期、定點(diǎn)或不定點(diǎn)的監測工作,也是一種必要監督過(guò)程,可為國家穩定非木材森林資源市場(chǎng)供求提供依據。劉學(xué)林、劉寧、淮虎銀等[6-8]人對森林資源調查方法等進(jìn)行研究,為掌握非木材森林資源數量及變化提供了途徑,有利于非木材森林資源研究的深化和拓展[9-10]。
1 系統需求分析
1.1 系統目標
開(kāi)發(fā)一套“非木材森林資源監測與預警系統”,系統包括非木材森林資源數據庫建立,產(chǎn)量、質(zhì)量等的相關(guān)監測指標和預警指標、預警模型、監測數據的輸入、存儲、顯示、查詢(xún)、分析,以及發(fā)布預警信號和提供輔助決策等功能,最終實(shí)現非木材森林資源可持續利用的目的。
1.2 運行環(huán)境
1.2.1 硬件環(huán)境。Pentium4 1.4 GHz或更高處理器的IBM PC或兼容機,至少256 M內存,至少剩余500 M以上硬盤(pán)空間,Microsoft兼容鼠標,1 024×768或更高分辨率的監視器,1個(gè)光驅。打印機:可選。
1.2.2 軟件環(huán)境。Windows XP及其以后的視窗系列操作系統;MapObjects 2.2;Sybase公司的ASA 7.0(Adaptive Server Anywhere)。
1.3 功能需求
根據系統目標要求,系統應包含非木材森林資源數據庫維護模塊、圖形編輯和瀏覽模塊、查詢(xún)模塊、統計分析及輸出打印功能、預警模型應用和決策支持模塊及系統維護模塊。
1.4 系統總體結構
根據功能需求分析,非木材森林資源監測與預警系統包含數據維護、非木材森林資源地理分布區瀏覽、預警指標與預警模型、查詢(xún)統計與分析、系統維護等模塊,系統總體結構見(jiàn)圖1。
數據維護:主要是對非木材森林資源的各類(lèi)數據進(jìn)行管理,可以這些數據進(jìn)行添加、修改、刪除等操作,包含非木材森林資源基本信息維護、非木材森林資源分類(lèi)信息維護、非木材森林資源地理分布維護、非木材森林資源監測指標維護、非木材森林資源監測數據維護等5個(gè)子模塊。
非木材森林資源地理分布區瀏覽:主要用于對數字地圖進(jìn)行操作,包含“放大顯示”、“縮小顯示”、“全體顯示”、“自由瀏覽”、“地圖標注”、“疊加分析”等功能。
預警指標與預警模型:主要用于設計預警指標體系和維護預警模型,包含“預警指標設計”和“預警模型維護”2個(gè)子模塊。其中,預警指標體系為部分或全部監測指標的有機組合,根據其重要性為每個(gè)指標賦予一定的權重;預警模型中定義了包含預警指標的計算公式和預警閾值,供預警分析模塊使用。
查詢(xún)、統計與分析:主要用于圖文查詢(xún)、統計及預警分析、預警信號發(fā)布、輔助決策等,包含“由圖查文”、“由文查圖”、“數據分析”、“預警分析”、“報表維護”等5個(gè)子模塊。其中,由圖查文提供了鼠標單擊選擇、鼠標拖畫(huà)矩形框選擇和鼠標多次點(diǎn)擊生成多邊形選擇等3種方式;由文查圖通過(guò)設置組合條件,在數字地圖上顯示符合條件的記錄;數據分析提供了描述性分析、方差分析和回歸分析等3種功能;預警分析通過(guò)計算預警模型中定義的公式的值,將之與預警閾值比對,如果超出安全范圍則調用預警信號發(fā)布模塊和輔助決策模塊;報表維護可以對系統中已定義的統計圖表進(jìn)行修改、刪除等操作,也可以設計新的統計圖表。
系統維護:主要用于維護系統安全,包含系統設置、權限管理、用戶(hù)信息、數據備份、數據恢復等5個(gè)子模塊。其中,系統設置用于設置系統參數;權限管理用于設置用戶(hù)對系統各功能模塊的使用權限,可以定義到按鈕一級;用戶(hù)信息用于顯示當前用戶(hù)的信息,如用戶(hù)組、權限等,還包括更改當前用戶(hù)的登錄密碼。
2 系統實(shí)現
2.1 系統設計原則
在技術(shù)上滿(mǎn)足一定的先進(jìn)性原則的前提下,將重點(diǎn)考慮以下幾項原則:即實(shí)用性原則、可靠性原則、規范化原則、可擴充性原則及用戶(hù)界面良好原則。
2.2 開(kāi)發(fā)工具
采用PowerBuilder 8.0(PB)和ESRI公司的MapObjects 2.2(MO)進(jìn)行集成二次開(kāi)發(fā)。系統中將空間數據與屬性數據結合起來(lái)管理,PB實(shí)現應用界面設計、屬性數據庫維護等除GIS功能外的其他功能;MO作為組件嵌入PB中實(shí)現GIS相關(guān)功能,如圖層顯示、放大、縮小、漫游等。PB與MO通過(guò)COM進(jìn)行通訊,建立空間數據與屬性數據之間的關(guān)聯(lián),實(shí)現系統的各個(gè)功能模塊。
2.3 系統數據庫建立
系統數據庫分為空間數據庫和非空間數據庫�？臻g數據包括矢量數據庫和柵格數據庫;非空間數據包括屬性數據、統計分析后獲得的數據、其他文檔數據、元數據。根據系統建設的需要和數據規范化和標準化的要求,將所收集的圖形資料通過(guò)數字化、投影變換和坐標變換、校正處理,使它們統一到高斯-克里格投影中。屬性數據是與非木材森林資源緊密相關(guān)的非空間數據;統計分析數據是指對預警指標的統計分析,并將其存儲于數據庫中,以進(jìn)一步分析,為決策提供服務(wù);元數據記錄數據來(lái)源、精度、投影方式等,是用于對數據的說(shuō)明,元數據的建立使數據共享成為可能�？臻g數據以多個(gè)Shape文件的形式存儲,內部屬性數據庫以對應的DBF文件的形式存儲,系統采用Sybase公司的關(guān)系型數據庫ASA 7.0(Adaptive Server Anywhere)來(lái)管理外部屬性數據,外部屬性數據庫以數據庫的形式存儲,并通過(guò)共同的字段值與空間數據內部屬性表相關(guān)聯(lián)。非木材森林資源屬性數據庫的建立,可以幫助決策者和政府部門(mén)摸清全國非木材森林資源的具體分布區域,不同類(lèi)型非木材森林資源的相關(guān)產(chǎn)量情況,包括數量、起源、分布、可及度及今后的變化趨勢等;評估其資源優(yōu)勢與生產(chǎn)利用情況;對非木材森林資源利用產(chǎn)生的社會(huì )、經(jīng)濟和文化的作用與影響作出評估,對非木材森林資源的發(fā)展方向、目標與前景進(jìn)行分析。非木材森林資源監測與預警系統包含的主要數據表及其用途見(jiàn)表1。
2.4 預警功能實(shí)現
通過(guò)分析非木材森林資源采集、利用、流通、貿易、政策、發(fā)展等方面的影響因子確定預警指標體系;通過(guò)參考歷史數據、國際通用標準和專(zhuān)家意見(jiàn),確定安全閾值,劃分風(fēng)險預警界限;通過(guò)回溯警情判定的過(guò)程,找出引起警情的警源,并據此提出解決方案供用戶(hù)選擇[10-12]。
2.4.1 預警指標設計。預警指標設計包括指標體系的輸入、編輯、刪除及賦予權重等功能。預警指標體系是預警系統的基礎,根據指標體系,才能確定需要收集哪些信息。構建指標體系必須遵循指標入選原則和指標體系的設計準則,入選原則包括指標含義的重要性、指標反映目標變動(dòng)的可靠靈敏性、指標與目標變量的協(xié)調性、指標刻畫(huà)目標變動(dòng)的代表性、指標的超前性、指標數據收集的及時(shí)性等。
指標體系構建一般按照以下4個(gè)步驟進(jìn)行:理論準備、指標體系初選、指標體系測驗及指標體系應用,具體流程見(jiàn)圖2。
2.4.2 預警模型維護。預警模型維護包括模型的輸入、編輯、刪除及預警臨界值的確定、預警區間的劃分等功能。預警方法是預警系統的核心成分,指導著(zhù)預警指標選擇、構成及預警模型的創(chuàng )建,不同的預警方法衍生出不同的預警指標體系和預警模型。
系統采用統計預警和回歸預警2種預警方法。統計預警方式是對警兆與警情的相關(guān)關(guān)系進(jìn)行統計處理,然后根據警兆的警級預測警情的警度。具體過(guò)程是:首先對警兆和警情進(jìn)行時(shí)差分析,確定其先導長(cháng)度,相關(guān)程度,然后依據警兆變動(dòng)情況,運用區間分析確定警兆的警級,結合警兆的重要性進(jìn)行警級綜合,最后預報警度。因為在預警過(guò)程中,用的.是統計方法確定諸多參數,所以說(shuō)統計預警方法是指標預警方法合乎邏輯的精確和深化�；貧w預警方式是在統計預警系統基礎上對預警的進(jìn)一步分析,是對統計預警系統的一種補充,其實(shí)質(zhì)是建立模型之后進(jìn)行回歸預測。具體而言,可以建立以下2個(gè)模型:①直接建立預警模型Ye=F(Xe),其中X為警兆變量的警度值,Y為警情變量的警度值,該模型的建立可以采用回歸分析方法;②建立預測模型Y=F(X),其中X為警兆變量的實(shí)際值,在得到Y的預測值后,再參照Y的警限,將其轉化為警度。
2.4.3 預警分析。預警分析就是警情判定的過(guò)程。通過(guò)計算預警模型中定義的公式的值,將之與預警臨界值比較,確定所處的預警區間,如果超出安全范圍則調用預警信號發(fā)布模塊和輔助決策模塊。預警臨界值的確定首先要參照已有的國際、國內或地方標準,其次可采用專(zhuān)家評估、系統模擬仿真等方法確定。不管采取何種方法確定警度區都要注重分析其發(fā)展動(dòng)態(tài),在掌握較長(cháng)時(shí)段發(fā)展動(dòng)態(tài)的基礎上應用層次聚類(lèi)分析法對發(fā)展動(dòng)態(tài)進(jìn)行歸類(lèi)是一種有借鑒意義的方法。此外,警區臨界值是靜態(tài)和動(dòng)態(tài)發(fā)展的統一,在一定時(shí)間段內它是一個(gè)相對穩定的值,經(jīng)充分發(fā)展后需考慮根據實(shí)際情況重新確定臨界值。
2.4.4 輔助決策。輔助決策就是通過(guò)回溯警情判定的過(guò)程,找出引起警情的警源,根據專(zhuān)家知識庫中的相關(guān)知識提出相應的解決方案供用戶(hù)選擇,以便及時(shí)排除警情。用戶(hù)最終的解決方案反饋回專(zhuān)家知識庫中,以進(jìn)一步完善專(zhuān)家知識庫,使之更加智能。
3 結語(yǔ)
非木材森林資源從人類(lèi)誕生以來(lái)就一直為人類(lèi)提供必要的生活資料,在社會(huì )生活中發(fā)揮著(zhù)巨大的作用。當前,世界各國都對其進(jìn)行了深入的研究,使其能夠最大限度的為人類(lèi)今后的生存發(fā)展服務(wù)�，F在的林業(yè)資源調查調查方向將會(huì )滿(mǎn)足社會(huì )對森林的多種要求而多樣化、多目的體系。對于非木材森林資源的調查監測,數據的多樣性就更為突出,管理數據系統的建立,既提高了非木材森林資源調查數據的利用率,高效評價(jià)森林效能,也在森林資源資產(chǎn)經(jīng)營(yíng)評估方面起著(zhù)重要的作用。非木材森林資源的開(kāi)發(fā)利用應重點(diǎn)進(jìn)行分類(lèi)經(jīng)營(yíng)和資源現狀的調查監測,使其在自然狀態(tài)或稍加人工干預的情況下就能快速再生,能夠較大程度滿(mǎn)足人類(lèi)不斷增長(cháng)的物質(zhì)需求[13-15]。
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