一种林区自然资源大数据云平台及其查询方法与流程

1.本发明属于地理信息系统技术领域，涉及一种林区自然资源大数据云平台及其查询方法。


背景技术：

2.森林作为地球上最大的陆地生态系统，对维系生态平衡起着至关重要的作用，是人类赖以生存和发展的基础条件。因此，对于森林资源管理、森林资源调查、工程规划设计、制图工作等至关重要。长期以来，林业资源管理面临着数据复杂、类型多样、数据海量等典型特征，且面对的用户层次和需求呈现多样化的特征，使其数据难以组织，并无法方便快捷地呈现给相关部门人员使用。同时，对林业资源数据也无法进行相关的智能分析等操作，使得政府部门难以进行科学决策。
3.随着计算机技术、图像处理技术、航天遥感、数据库管理以及网络通讯等技术的快速发展，打破了传统的森林资源管理方式。目前，大部分系统实现了以地理信息系统为基础平台，建立了以空间图形信息、统计数据信息等为基础的综合管理系统，能在一定程度上满足部分业务需求。但仍存在部分不足：当前的林业资源管理系统可视化数据依赖于软件定制更新，更新成本高、灵活性和时效性差；缺乏全面的智能决策支持分析功能；林业资源数据三维模式下的查询相对单一；难以进行多时相遥感影像动态监测以及不同年份变化对比等。


技术实现要素：

4.本发明解决的技术问题在于提供一种林区自然资源大数据云平台及其查询方法，建立林区自然资源大数据云平台及自然资源数据工具集，实现全林区数据集中展示、统一管理。
5.本发明是通过以下技术方案来实现：
6.一种林区自然资源大数据云平台，该大数据云平台基于林区模型而建立，并向客户端发布地图分析服务工具和图层工具集；
7.所述林区模型，基于要进行分析的包括林地一张图数据、二类小班数据、dem高程数据在内的原始数据，通过对原始数据进行叠加、裁切、缓冲，以及通视、视域的分析处理形成模型；
8.所述地图分析服务工具，包括矢量地图服务发布和影像地图服务发布，其中矢量地图服务发布用于提供数据在web界面进行浏览查询和分析，影像地图服务发布用于提供数据在web界面进行浏览；
9.所述图层工具集，其连接发布工具并对图层列表自由编辑，同时定义的图层列表与云平台中定义的一致，再同步保存至web端云平台；
10.所述客户端，可直接通过网址访问服务器、提出展示或分析请求，并将服务器反馈的内容在浏览器窗口呈现。
11.所述大数据云平台还向客户端发布三维分析工具，其将道路数据进行处理，实现把所有相交的道路图形数据进行打散达到所有图形不相交，并在路网图层中添加字符串类型字段name，存储道路名称信息；添加浮点型字段length，存储道路长度信息；
12.还在路网图层文件，选择new network dataset创建网络数据集，设置网络数据集的名称、转弯、连通性、高程建模、网络数据集阻抗、出行模式及导航设置后创建并构建形成网络数据集。
13.所述大数据云平台还向客户端发布最近设施分析工具，其存储事件点的经纬度坐标、选择已录入事件或直接点击屏幕地图进行选点，同时设置分析半径以及分析内容；
14.将这些点要素以及事件点对象构造最近设施参数，然后结合路径分析服务创建最近设施分析任务并执行；
15.任务执行后，事件点以及最近设施点加载到地图中，同时对应的路径也将高亮显示。
16.所述大数据云平台还向客户端发布叠加分析工具，其对线图形、面图形以及自定义的矢量文件进行裁剪、相交和包含三种方式的叠加分析，从而得出与之相关的小班属性信息。
17.一种林区自然资源大数据云平台的查询方法，包括以下操作：
18.1)创建模型：利用模型工具model创建模型，在创建时基于要进行分析的林地一张图数据、二类小班数据、dem高程数据等原始数据，通过插入工具插入arcgis的裁切、通视、视域工具，运用变量连接工具将所有工具进行连接并设置相应参数，并对原始数据进行叠加、裁切、缓冲，以及通视、视域的分析处理形成模型并验证；
19.2)发布服务：运用geoprocessing菜单下选择results以及geoprocessing options工具，选中模型运行后在results中生成运算结果；将运算结果利用geoprocessing service工具进行分析，输入服务名称以及设置模型名称下的各子项的输入描述，然后发布服务；
20.3)三维场景下进行以下智能分析：
21.网络分析：将原始的道路数据进行处理，实现把所有相交的道路图形数据进行打散达到所有图形不相交，并在路网图层中添加字符串类型字段name，存储道路名称信息；添加浮点型字段length，存储道路长度信息；
22.在arccatlog中选中路网图层文件，选择new network dataset创建网络数据集，设置网络数据集的名称、转弯、连通性、高程建模、网络数据集阻抗、出行模式、导航设置后创建并构建网络数据集；
23.最近设施分析：
24.存储事件点的经纬度坐标、选择已录入事件或直接点击屏幕地图进行选点，同时设置分析半径以及分析内容；
25.将这些点要素以及事件点对象构造最近设施参数；然后结合路径分析服务创建最近设施分析任务并执行；
26.任务执行后，事件点以及最近设施点加载到地图中，同时对应的路径也将高亮显示；
27.叠加分析：对线图形、面图形以及自定义的矢量文件进行裁剪、相交和包含三种方
式的叠加分析，从而得出与之相关的小班属性信息。
28.与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
29.本发明提供的林区自然资源大数据云平台，实现了林业资源信息的查询、管理、数据更新等功能，为林业管理人员等提供了多渠道的数据集成与可视化手段，打破了传统森林资源数据的管理模式；本发明将基础地理数据、自然资源数据、dem、林业资源数据、防火设施等进行组织展示到云平台中，实现了传统的纸质地图转换为三维电子地图，更加直观的展示了森林资源的分布特征；
30.本发明为了方便云平台后续各类资源数据的更新，提供了一套针对各类数据上传至云平台的发布工具，以达到数据的实时更新，并减少了维护成本；本发明同时能够在二维、三维环境下对各类林业资源进行空间查询、属性查询、组合查询、i键查询等，并且将查询结果图斑渲染到影像地图上，生成小班属性数据统计表和对应的面积、蓄积等汇总统计并导出统计表格，可用于林木采伐分析、征占用林地、灾害损毁分析等。
31.本发明能够有效整合区域水平上各类林业资源数据，并能实现对林业资源数据的整合分析和基础数据挖掘功能，满足不同类型用户对林业数据的使用需求；并且可通过发布工具与云平台建立连接，使用户可根据工作需求，实时更新云平台需要展示的数据。同时，利用三维渲染技术，将森林资源数据进行形象、直观的展示，支撑了林区的生态建设，为林业治理、生态文明建设等应用提供有力的数据支持。
32.本发明的平台可以进行三维场景下的智能分析，结合林区居民点、管护点、防火设施、道路以及多期二类小班数据，通过缓冲区分析、最近设施分析、最短路径分析、叠加分析、视域分析、通视分析、调度指挥、隔离带、事件标绘等可以快速获取火灾蔓延范围、灾害点周边的居民点、管护点、防火设施分布以及最近的取水点、最近的扑火队伍、最佳救援路线、灾害损失评估等，为快速、规范制定决策方案提供科学依据。
33.本发明基于林区不同年份多期遥感影像、小班数据或林地一张图等数据，依据时态gis技术，对林区资源数据进行动态管理，从宏观角度上对历史数据研究其变迁，进行历史回溯及影像、小班对比分析，从而为林区管理规划人员进行预测和决策分析时提供技术支持；同时实现了对森林两期影像进行动态变化检测，了解森林资源的变化过程及规律，通过变化检测自动生成变化图斑并叠加到影像上；并且对两期二类小班进行对比分析，生成变化矢量图及热力图，提取出小班变化面积及其属性，可以更加高效地得出森林资源动态变化情况，为森林资源管理政策研究等提供支持。
附图说明
34.图1为地图发布工具实施流程图；
35.图2为最近设施分析结果示意图；
36.图3为地图界面叠加的林地资源结果示意图；
37.图4为两期影像对比实现流程图；
38.图5为二类小班对比实现流程图；
39.图6叠加分析实现流程图；
40.图7为最近设施分析实现流程图。
具体实施方式
41.下面结合实施例对本发明做进一步详细描述，所述是对本发明的解释而不是限定。
42.根据当前林区自然资源管理的局限，本发明基于b/s、webgis技术建立一种林区自然资源大数据云平台，该大数据云平台基于林区模型而建立，并向客户端发布地图分析服务工具和图层工具集；
43.所述林区模型，基于要进行分析的包括林地一张图数据、二类小班数据、dem高程数据在内的原始数据，通过对原始数据进行叠加、裁切、缓冲，以及通视、视域的分析处理形成模型；
44.所述地图分析服务工具，包括矢量地图服务发布和影像地图服务发布，其中矢量地图服务发布用于提供数据在web界面进行浏览查询和分析，影像地图服务发布用于提供数据在web界面进行浏览；
45.所述图层工具集，其连接发布工具并对图层列表自由编辑，同时定义的图层列表与云平台中定义的一致，再同步保存至web端云平台；
46.所述客户端，可直接通过网址访问服务器、提出展示或分析请求，并将服务器反馈的内容在浏览器窗口呈现。
47.本发明为森林资源管理政策研究等提供决策支持，支撑各级部门服务需求；同时利用高分遥感影像，对林区多年的二类小班、林地一张图、防火设施等数据，采用c/s模式、postgres数据库、arcgis server空间数据服务等技术，开发具有高灵活、可扩展的地图发布工具集，用户可根据工作需求，实时更新云平台需要展示的数据。
48.一种林区自然资源大数据云平台的查询方法，包括以下操作：
49.1)创建模型：利用模型工具model创建模型，在创建时基于要进行分析的林地一张图数据、二类小班数据、dem高程数据等原始数据，通过插入工具插入arcgis的裁切、通视、视域工具，运用变量连接工具将所有工具进行连接并设置相应参数，并对原始数据进行叠加、裁切、缓冲，以及通视、视域的分析处理形成模型并验证；
50.2)发布服务：运用geoprocessing菜单下选择results以及geoprocessing options工具，选中模型运行后在results中生成运算结果；将运算结果利用geoprocessing service工具进行分析，输入服务名称以及设置模型名称下的各子项的输入描述，然后发布服务；
51.3)三维场景下进行以下智能分析：
52.网络分析：将原始的道路数据进行处理，实现把所有相交的道路图形数据进行打散达到所有图形不相交，并在路网图层中添加字符串类型字段name，存储道路名称信息；添加浮点型字段length，存储道路长度信息；
53.在arccatlog中选中路网图层文件，选择new network dataset创建网络数据集，设置网络数据集的名称、转弯、连通性、高程建模、网络数据集阻抗、出行模式、导航设置后创建并构建网络数据集。
54.下面对各个部分进行详细的说明。
55.1、森林资源管理构建及数据更新
56.1.1创建模型
57.(1)在arcgis中利用模型工具model创建模型，在创建时基于要进行分析的林地一张图数据、二类小班数据、dem高程数据等原始数据，通过对原始数据进行叠加、裁切、缓冲，以及通视、视域的分析处理形成模型；
58.(2)在模型编辑窗体通过插入工具插入arcgis的裁切、通视、视域工具，并为插入的工具设置其输入变量、输出变量以及参数等；例如在创建通视分析模型过程中，需要设置输入变量为需要通视分析的观测点和目标点，设置输出变量为两点间的通视线，并设置颜色绿色为可同时范围，红色为不可通视范围等参数来进行模型的创建；
59.(3)所有工具以及变量设置完成后，运用变量连接工具将所有工具进行连接并设置相应参数；
60.(4)添加数据设置包括查询语句在内的参数，点击验证服务进行服务模型验证；例如在通视分析模型中需要添加区域的dem高程数据以及输入观测点和目标点进行模型验证，看是否能够输出正确结果。
61.1.2发布服务
62.gp服务的发布
63.(1)在arcgis中运用geoprocessing菜单下选择results以及geoprocessing options工具，双击所创建的模型运行后，在results中生成运算结果；
64.(2)将运算结果利用geoprocessing service工具进行分析，输入服务名称以及设置模型名称下的各子项的输入描述，然后分析服务后无问题后，即可发布服务。
65.(3)模型发布主要是用于对林地一张图以及dem高程数据等进行叠加分析、通视分析以及视域分析、最近设施分析等智能分析功能提供地图分析服务工具。
66.地图服务的发布
67.地图服务的发布主要包括矢量地图服务发布以及影像地图服务发布，矢量地图服务发布是对矢量图层设置颜色及标注等，之后将其分享为服务并设置相关服务名称及其他属性参数，最后进行分析且无报错后，确定发布成功，通常是用于提供数据在web界面进行浏览查询和分析；影像地图服务发布影像地图服务发布是将影像发布为服务，并且服务类型设置为image service，缓存环节设置切图方案，切片格式选择miexd，压缩75，数据格式compat，dpi96，通常是用于提供数据在web界面进行浏览。
68.1.3地图发布工具集
69.图层工具集主要是用来进行管理云平台web界面图层数据的加载和显示，工具集具体用法如下：
70.(1)连接发布工具，图层分类定义中，可以对图层列表自由编辑，同时定义的图层列表与云平台中定义的一致；
71.(2)在没有任何图层定义的情况下，可以输入节点编号和节点名称，添加图层名称，同时可定义多级节点。以基础地理数据为例，用户在工具集中设置之后，会将父节点和子节点按编号保存。位数为一位数的节点作为最高级的父节点，二级子节点第一位为父节点数字编号，最后一位为当前子节点编号，n级子节点可以通过前n位数字确定自己的各级父节点，以及处在各个父节点的位置。
72.(3)定义图层名称之后，需要定义图层类型，分别有featurelayer、mapimagelayer和grouplayer，在确定该图层为哪种图层类型时，需要查看代码文档以确定相对应的图层
类型；
73.(4)对图层的属性信息按照需求进行设置，如：字段信息、服务信息、设置比例、标注、渲染信息等，在工具集中设置好相对应图层节点属性，属性会通过桌面端工具保存到数据库相应字段；
74.(5)系统在登陆后通过数据接口获取包含节点编号和属性数据的json文件，通过解析json文件将每个节点的数据以树状结构渲染在系统界面中，从而云平台达到图层的实时更新。
75.例如林地一张图数据的更新，首先通过地图服务发布最新年份的林地一张图服务，然后再工具集中添加最新年份的图层节点，设置图层名称以及图层关联的地图服务、字段信息、标注、渲染信息等，应用保存之后，web端云平台就会自动加载显示新添加的最新年份的林地一张图图层数据。
76.参见图1所示的地图发布工具实施流程图，包括以下步骤：
77.(1)为用户登录并连接发布工具；
78.(2)为用户在连接发布工具之后，进入图层分类定义页面，可以对云平台中的图层列表自由编辑，该界面定义的图层与云平台中的保持一致，在没有任何图层定义的情况下，可以输入节点编号和节点名称添加图层，同时还可以添加子节点；
79.(3)添加图层名称之后，需要定义图层类型，主要有featurelayer、mapimagelayer、grouplayer，用户需根据代码文档，为图层设置相应的类型；
80.(4)为图层设置相应的属性，如：mapimagelayer：在分类描述中填写基本信息，如果代码中有listmode，则列表模式选择hide-children，若无则无需填写，其中列表模式的内容有：show显示所有子图层、hide在图层列表里隐藏(基本用不到)、hide_children隐藏所有子图层节点，同时控制子图层显示与关闭；featurelayer需要设置相关信息，如：字段信息、服务信息、设置比例、标注、渲染信息等。
81.(5)为设置完成所有的图层信息后，在云平台中即可同步更新，为图层的更新提供了便捷的技术手段。
82.2、三维场景下的智能分析
83.2.1网络分析服务
84.(1)数据预处理：在arcmap中添加路网图层，在扩展工具中启用network analyst模块，打开advanced editing工具条以及topology工具条对从客户获取的原始的道路数据进行处理，实现把所有相交的道路图形数据进行打散达到所有图形不相交，并在路网图层中添加字符串类型字段name，存储道路名称信息；添加浮点型字段length，存储道路长度信息；
85.(2)创建网络数据集：在arccatlog中，选中路网图层文件，选择new network dataset创建网络数据集，设置网络数据集的名称、转弯、连通性、高程建模、网络数据集阻抗、出行模式、导航设置后创建并构建网络数据集。
86.2.2最近设施分析
87.在调用发布的网络分析服务基础上，首先需要最近设施点的网络分析图层，实例化routetask并注册完成及失败事件，设置最近设施点分析的参数，之后进行最近设施点分析，获取分析结果，以及处理分析失败的情况。用户可直接通过客户端直接手动输入事件点
的经纬度坐标、选择已录入事件或直接点击屏幕地图进行选点，同时设置分析半径(默认为5km)以及分析内容(防火设施、居民点、管护站等)。根据featurelayer对象中的queryfeatures方法可以查询到全部点要素，将这些点要素以及事件点对象构造最近设施参数(incidents和facilities)；然后结合路径分析服务创建最近设施分析任务(closestfacilitytask)并执行；
88.当任务请求成功时，客户端可以接收到返回结果，并将事件点以及最近设施点加载到地图中，同时对应的路径也将高亮显示；例如通过最近设施分析可分析当前发生火灾的地点附近最近的蓄水池、防火检查站、物资储备库、管护站等的位置，并可根据道路图层数据显示最近的道路，结果图如图2所示。
89.2.3叠加分析
90.主要实现对线图形、面图形以及自定义的矢量文件进行裁剪、相交和包含三种方式的叠加分析，从而得出与之相关的小班属性信息(如小班个数、面积和蓄积等)。
91.通过空间绘制或者外部导入的方式，将矢量图形添加到地图中，设置相应的分析方式，客户端将矢量图形转为wkt字符串，并将用户设置的分析方式以及需要叠加的图层数据库表名传到服务器端，之后根据不同的sql语句(即对数据库操作的语言，如select*from表名where范围)来操作postgresql数据库，并且使用postgis中常用的函数st_geomfromtext()、st_within(geometry a,geometry b)、st_intersects(geometry a,geometry b)等从而完成对空间数据的操作及存储；
92.然后将其操作结果的wkt字符串返回前端并将其转为polygon(即图形几何对象中的面图形)，创建graphic(即图形，包括geometry、symbol、attributes、info template，其中geometry为point、polyline、polygon等)并渲染到地图中，同时结合layui框架(即前端ui框架，遵循原生html/css/js)生成叠加分析的小班属性表。例如分析当前地图勾绘范围叠加的林地资源，在地图界面上绘制面图形，点击分析即可分析出相应结果，结果图如图3所示。
93.下面给出具体的实施例。
94.参见图4所示的两期影像对比实现流程图，两期影像对比包括以下步骤：
95.(1)为用户通过客户端选取某一地区，并选择需要对比的前期影像与本期影像，同时设置最小过滤面积以及最大过滤面积，输入任务名称，确定检测，该检测任务提交到任务管理中，如果任务名称重名，将提示重新设置任务名；
96.(2)为该检测任务存入数据库中的任务表中，并且对于未处理完成的任务，其任务状态显示为“处理中”；
97.(3)后端处理中，通过前端传入参数，下载检测范围内的切片影像，并将其拼接；
98.(4)对拼接后的前后期影像通过相应的检测算法进行变化检测；
99.(5)将变化检测得到的geometry、wkt字符串以及变化面积存入数据库变化检测表中，其任务表中该任务的状态已更新为“已完成”；
100.(6)为前端通过任务名调取数据库变化检测表中的检测结果，将geometry图形显示到影像上，同时生成包含变化面积的表格。
101.参见图5所示的二类小班对比实现流程图，二类小班对比包括以下步骤：
102.(1)在用户在发布工具中，设置前期小班、本期小班的图层路径，同时设置二类小
班对比结果图层的路径；
103.(2)步骤2为检测过程，对前期小班以及本期小班进行叠加分析中的相交操作，得出的结果即为变化的小班要素；
104.(3)为其设定小班面积变化的最小值，对步骤2得出变化结果去除其中面积小于限定值的要素，忽略面积变化过小的小班；其中步骤2和步骤3均为后台操作，用户可直接操作步骤4；
105.(4)步骤4对生成的小班变化矢量图通过arcgis server发布地图服务；
106.(5)为前端调取发布小班变化矢量图层的服务，将其渲染到影像中，可直接查看变化小班。
107.参见图6所示的叠加分析实现流程图，叠加分析包括以下步骤：
108.(1)为用户可以在客户端选择空间绘制或者外部导入的方式，将矢量图形添加到地图上，其中空间绘制支持线缓冲、面图形，外部导入支持shp格式的压缩文件；
109.(2)叠加分析有三种分析方式，分别为裁剪、相交和包含，用户可根据需求选择相应的分析方式；
110.(3)前端将地图上的矢量图形转为wkt字符串，并且将分析方式和需要叠加的数据库表名传到服务器端；
111.(4)后端采用sql语句以及postgis中常用的函数对空间数据进行操作，如：进行裁剪时，需要使用st_union、st_symdifference、st_intersection、st_astext函数；进行相交时，需要使用st_intersection、st_astext函数；进行包含操作时，需要使用st_within、st_astext函数；
112.(5)将叠加分析的结果返回给前端，并渲染到地图中，同时结合layui框架生成属性表。
113.参见图7所示的最近设施分析流程示意图，最近设施分析包括以下操作：
114.(1)客户端可以通过3种方式选择事件点，分别是：在屏幕中按下鼠标进行选点、在客户端输入事件点的经纬度坐标、选择已录入事件模块中的事件点；
115.(2)用户通过客户端设置分析半径以及分析内容，其中半径默认为5km，分析内容中包括：防火设施、居民点和管护站，它们之间可以进行任意组合，从而进行分析；
116.(3)结合设施图层中featurelayer对象提供的queryfeatures方法查询设施点要素，和事件点对象共同构造最近设施分析参数；
117.(4)通过发布的网络分析服务，创建最近设施分析任务并执行；
118.(5)任务执行完成后，将执行结果返回前端，并对其设施点、事件点渲染，其对应的路径也将高亮显示，同时生成统计表，分别统计距离最近设施点的名称以及事件点距离最近设施点的距离。
119.本发明所建立的林区自然资源大数据云平台及自然资源数据工具集，实现全林区数据集中展示、统一管理，并结合实际工作需要对各类空间信息进行智能分析的功能，为领导决策提供科学支撑。
120.以上给出的实施例是实现本发明较优的例子，本发明不限于上述实施例。本领域的技术人员根据本发明技术方案的技术特征所做出的任何非本质的添加、替换，均属于本发明的保护范围。