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广州数字林业多系统集成研究

作　者: 朱颖芳
导　师: 张贵
学　校: 中南林业科技大学
专　业: 森林经理学
关键词: 数字林业系统集成集成平台空间数据服务业务定制广州
分类号: TP311.52
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

林业信息化是现代林业建设的重要组成部分,是促进林业科学发展的重要手段。目前我国的林业信息化建设存在应用系统建设缺乏统一规划、系统集成缺乏统一的集成框架体系且集成度低、集成平台没有统一的接口标准等问题。因此,如何利用先进的理论和技术对林业多应用系统进行集成,构建统一的数字林业信息化平台,以促进林业决策科学化、办公规范化和服务便捷化,成为目前亟需研究的重要课题。本文的研究内容来源于“广州数字林业及大树名木保护系统建设项目”(编号：GZIT2010-ZB0533),论文综述了国内外数字林业和多系统集成相关内容的研究现状与发展趋势,以系统科学、信息学、管理学、经济学和软件工程学理论为指导,深入调查研究了广州市森林资源和数字林业建设现状、地方社会经济和自然地理概况。运用3S集成技术、数据库技术、数据挖掘技术、多媒体技术、虚拟现实技术和系统工程方法,对广州数字林业多系统集成开展了如下研究：(1)结合数字林业的特点对多系统集成的相关理论与技术进行了研究,构建了基于SOA理论Web Service实现的“微内核+插件”的技术架构,将核心功能封装为系统的内核以服务的方式对外发布,其他功能则依据服务的接口和规范进行扩展,通过插件的方式提供。(2)结合国内外同类研究,在充分分析了数字林业各应用系统的用户角色、功能结构、数据库以及各系统之间相互关系的基础上,探讨了数字林业多系统集成研究的必要性,明确了进行数字林业多系统集成的目标,并设计了数字林业多系统集成的整体逻辑结构框架。(3)构建了数字林业多系统集成平台,并对集成平台的分层结构、总体业务逻辑和功能结构进行了设计,对平台软硬件环境进行了规划,设计了平台的网络逻辑结构和拓扑结构。根据数据库理论分析并设计了集成平台的所有数据库,包括基础地理数据库、林业专题数据库等,并完成了从数据库的逻辑设计到空间数据的分层设计、参考设计以及矢量数据和栅格数据的存储等建设。(4)制定了平台的标准服务接口、空间功能服务接口和业务数据服务接口,对服务的注册与发布、服务的查找与调用、服务的定制等进行了系统的研究,开发了资源目录管理系统用于发布平台提供的数据集和各种服务的有关描述信息,用户通过该系统可以得到平台提供的所有空间数据分类信息和对外服务接口。(5)对平台提供的应用系统统一框架进行了设计,为应用系统建设提供了统一的界面框架、任务框架、权限体系等基础支撑框架,设计了应用系统基于框架进行二次开发的“服务+适配器+Open API"的模式,并对应用系统与审批系统的关系以及应用系统的“市局—区局—镇街”三级应用模式进行了分析。(6)基于SOA理论构建了数字林业业务定制平台,对平台的整体架构和功能结构进行了详细的设计,并制定了基于业务定制平台定制业务的具体步骤。大部分业务可以通过业务定制平台完成并形成插件,由平台应用系统框架整合插件,降低了组件间的耦合度,可在更高的层次上实现软件复用,有助于提高系统的兼容性、扩展性、灵活性、可靠性和网络支持,实现软件的无缝集成。(7)数字林业多系统集成过程中林业空间数据地理实体的空间分布与空间属性涉及国家政治、经济和军事敏感信息,为了保证其安全性,研究发现用Logistic混沌映射迭代所产生的结果序列进行数据加密的不足,提出了相应的改进算法,并制定了用该算法对林业空间数据进行加密的算法流程。该算法输出序列随机性更好,不仅没有空白窗口和稳定窗口,而且分布更均匀,同时密钥空间也大幅提高。实验表明,加密后图像隐藏了点的坐标以及地理实体之间的相对位置关系,完全是混沌状态,达到很好的保密效果。(8)林业专题图制作过程复杂、成本高,对其进行版权保护意义重大。研究分析了JPEG图像压缩的不变属性,在此基础上提出了在JPEG格式的林业专题图像中高频系数中嵌入水印信息的DCT域数字水印算法,由于是在中高频系数上嵌入水印信息,增加了水印的嵌入容量,也使嵌入的水印信息有较好的不可感知性。当用高于预设质量因子对载密林业专题图进行有损压缩后,该算法仍能准确提取所嵌入的水印信息,同时对噪声干扰也具有一定的鲁棒性。数字林业多系统集成是一个涉及多部门、多学科的综合性系统工程,包含人的集成、组织的集成、技术的集成、数据的集成、应用的集成以及服务的集成,同时又受自然环境和社会经济等诸多因素的制约,信息量大且动态性强。随着生态环境建设力度的不断加大,对数字林业建设的要求越来越高,数字林业多系统集成研究意义重大,任重而道远。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-14
1 绪论  14-36
  1.1 研究背景和意义  14-16
    1.1.1 研究背景  14-15
    1.1.2 研究意义  15-16
  1.2 相关概念  16-18
    1.2.1 数字地球  16
    1.2.2 数字林业  16-17
    1.2.3 系统集成  17-18
  1.3 国内外研究进展  18-26
    1.3.1 国外研究进展  19-21
    1.3.2 国内研究进展  21-26
  1.4 研究的理论基础  26-28
    1.4.1 系统科学  26
    1.4.2 信息学  26
    1.4.3 管理学  26-27
    1.4.4 经济学  27
    1.4.5 软件工程学  27-28
  1.5 研究的技术、方法  28-30
    1.5.1 3S及其集成技术  28-29
    1.5.2 数据库技术  29
    1.5.3 数据挖掘技术  29-30
    1.5.4 多媒体技术和虚拟现实技术  30
    1.5.5 系统工程方法  30
  1.6 存在问题和研究前景  30-32
    1.6.1 存在问题  30-32
    1.6.2 研究前景  32
  1.7 研究内容  32-33
  1.8 技术路线  33-36
2 研究区概况与研究准备  36-40
  2.1 研究区概况  36-39
    2.1.1 自然地理条件  36
    2.1.2 社会经济条件  36-37
    2.1.3 森林资源概况  37
    2.1.4 数字林业建设现状  37-38
    2.1.5 数字林业存在的问题  38-39
  2.2 研究准备  39-40
    2.2.1 硬件部署  39
    2.2.2 软件选型  39-40
3 多系统集成相关理论与技术研究  40-50
  3.1 SOA理论  40-42
    3.1.1 SOA的定义  40
    3.1.2 SOA的概念模型  40-41
    3.1.3 SOA的特性  41-42
  3.2 Web Service技术  42-45
    3.2.1 Web Service概述  42-43
    3.2.2 Web Service的体系结构模型  43-44
    3.2.3 SOA与Web Service  44-45
  3.3 ArcGIS Server  45-47
    3.3.1 ArcGIS Server概述  45
    3.3.2 ArcGIS Server的特点  45-46
    3.3.3 ArcGIS与Web Service  46-47
  3.4 微内核技术  47
  3.5 插件技术  47-48
  3.6 基于SOA的技术架构设计  48-50
4 数字林业多系统集成的分析与设计  50-66
  4.1 数字林业多系统的分析  50-60
    4.1.1 森林资源管理信息系统  50-52
    4.1.2 林政管理信息系统  52-54
    4.1.3 营造林管理信息系统  54-55
    4.1.4 生态公益林管理信息系统  55-56
    4.1.5 林业有害生物管理信息系统  56-58
    4.1.6 野生动植物管理信息系统  58-59
    4.1.7 森林防火信息系统  59-60
  4.2 各系统之间的关系  60-62
    4.2.1 与林政管理信息系统的关系  60-61
    4.2.2 与营造林管理信息系统的关系  61
    4.2.3 与生态公益林管理信息系统的关系  61
    4.2.4 与林业有害生物管理信息系统的关系  61
    4.2.5 与野生动植物管理信息系统的关系  61-62
    4.2.6 与森林防火信息系统的关系  62
  4.3 数字林业多系统集成的分析  62-64
  4.4 整体逻辑结构框架设计  64-66
5 数字林业多系统集成平台构建  66-92
  5.1 数字林业多系统集成平台设计  66-68
    5.1.1 构建原则  66
    5.1.2 集成平台分层结构  66-67
    5.1.3 集成平台总体业务逻辑  67-68
    5.1.4 集成平台功能结构  68
  5.2 平台软硬件和网络建设  68-70
  5.3 平台数据库建设  70-78
    5.3.1 数据库建设主要内容  70-72
    5.3.2 数据建设流程  72-74
    5.3.3 数据系统设计  74-78
  5.4 平台服务设计  78-84
    5.4.1 服务接口  78-82
    5.4.2 平台服务管理  82-84
  5.5 平台应用软件开发  84-86
    5.5.1 空间数据库管理子系统  84-85
    5.5.2 资源目录管理子系统  85
    5.5.3 公共信息服务平台建设  85-86
  5.6 应用系统框架设计  86-88
    5.6.1 应用系统统一框架  86
    5.6.2 应用系统开发模式  86-87
    5.6.3 应用系统与审批系统的关系  87
    5.6.4 应用系统功能多级划分  87-88
  5.7 数据交换平台  88-92
6 数字林业业务定制技术研究  92-104
  6.1 业务定制平台整体架构  92-94
  6.2 业务定制平台功能结构  94-100
    6.2.1 用户角色管理  94-96
    6.2.2 表单管理  96-97
    6.2.3 业务管理  97-98
    6.2.4 规则管理  98
    6.2.5 布局管理  98-100
  6.3 业务定制的步骤  100-104
7 数字林业多系统集成空间数据安全性研究  104-122
  7.1 问题的提出  104-105
  7.2 林业空间数据加密安全技术研究  105-112
    7.2.1 空间数据概述  105
    7.2.2 混沌及Logistic映射概述  105-110
    7.2.3 基于Logistic映射的林业空间数据加密  110-111
    7.2.4 试验结果分析  111-112
  7.3 林业专题图数字水印版权保护研究  112-122
    7.3.1 数字水印概述  112-114
    7.3.2 JPEG图像压缩中的不变属性  114-116
    7.3.3 中高频系数水印嵌入与提取算法  116-117
    7.3.4 试验结果分析  117-122
8 数字林业多系统集成的实现  122-134
  8.1 数字林业多系统集成平台实现  122-128
    8.1.1 集成平台的主界面  122-123
    8.1.2 地图浏览功能  123-124
    8.1.3 查询定位功能  124
    8.1.4 林业专题信息分类搜索  124-125
    8.1.5 缓冲区分析功能  125-126
    8.1.6 地图标注功能  126-127
    8.1.7 基础矢量数据与影像叠加显示  127-128
    8.1.8 打印输出功能  128
  8.2 基于平台的部分业务实现  128-132
    8.2.1 森林资源查询  128
    8.2.2 森林资源统计与制图  128-129
    8.2.3 森林资源共享  129-130
    8.2.4 森林资源数据更新  130-131
    8.2.5 林政管理界面  131-132
    8.2.6 野生动植物管理界面  132
  8.3 多系统集成研究应用效果分析  132-134
9 结论与讨论  134-138
  9.1 结论  134-136
  9.2 讨论  136-138
参考文献  138-150
攻读学位期间的主要学术成果  150-152
致谢  152

广州数字林业多系统集成研究

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