1、基于3S 達里諾爾自然保護區(qū)地理信息系統(tǒng)設計張玉龍,尚士友,關瑞華,岳繼雄,宋麗軍(內蒙古農業(yè)大學機電工程學院,內蒙古呼和浩特010018摘要:結合RS 、G PS 技術,以Supermap 為開發(fā)平臺構建達里諾爾國家級自然保護區(qū)地理信息系統(tǒng),實現(xiàn)了對達里諾爾國家級自然保護區(qū)信息的管理和分析等基本功能。采用雙重控制功能使系統(tǒng)具有良好的可操作性,利用雙向查詢功能使屬性信息與空間信息緊密相關,真正做到了“圖文并茂”;利用其專題圖制作功能有助于對某一現(xiàn)象的現(xiàn)狀進行預測、預報以及分析其規(guī)律和聯(lián)系。同時,系統(tǒng)采用分層技術對空間數(shù)據(jù)進行儲存,便于信息的疊加分析和提取。關鍵詞:3S 技術;達里諾爾自然保護區(qū)

2、;地理信息系統(tǒng);開發(fā)設計;環(huán)境中圖分類號:X 36;P208文獻標志碼:A 文章編號:1005-8141(200908-0679-03Design of GIS for Dalinuoer N ature R eserve B ased on 3SZH ANG Y u -long ,SH ANG Shi -y ou ,G UAN Rui -hua ,Y UE Ji -xiong ,S ONGLi -jun(C ollege of Mechanical and E lectrical Engineering ,Inner M ong olia Agricultural University ,H

3、 ohhot 010018,China Abstract :This article established a geographic in formation system by useing RS and G PS technology with supermap s oftware for the Dalinuoer National Nature Reserve.The system effectively realized the basic functions of in formation management and analysis ,and s o on.Using a d

4、ouble control method had g ood maneuverability.And the properties in formation was related to the spatial in formation through the use of bidirectional inquires.The 2matic map contributed to forecasts and predict the current situation of the phenomenon and analyzed the relation and the law.At the sa

5、me time ,the system adopted hierarchical technology to store spatial data for in formation extraction and overlay analysis.K ey w ords :3S technology ;Dalinuoer Nature Reserve ;GIS;design and development收稿日期:2009-06-17;修訂日期:2009-07-23基金項目:國家自然科學基金項目(編號:30560029。第一作者簡介:張玉龍(1981-,男,內蒙古自治區(qū)集寧人,碩士研究生,研究方

6、向為地理信息系統(tǒng)。通訊作者:尚士友(1943-,男(滿族,遼寧省沈陽人,博士生導師,研究方向為環(huán)境工程。我國地域廣闊,生物種類繁多,是世界上生物多樣性極為豐富的國家之一。自1956年我國建立了第一個國家級自然保護區(qū)(廣東鼎湖山國家級自然保護區(qū)以來,到2006年全國共建立國家級自然保護區(qū)2349個,約占國土面積的15%,初步形成了類型比較齊全、布局比較合理、功能比較健全的全國國家級自然保護區(qū)網絡。國家級自然保護區(qū)建設和管理已成為社會發(fā)展和人民生活中的一項重要事業(yè)。計算機技術發(fā)展使3S 之間己形成了比較成熟的綜合技術,構成了能夠實現(xiàn)實時和動態(tài)的對地觀測、分析和應用的集成系統(tǒng),從而大大提高了三者的應

7、用效率。在3S 技術中,GIS 技術是核心,RS 、G PS 服務于GIS 。三者在3S 體系中各自充當著不同的角色,在本研究中主要利用RS 技術進行信息采集;利用空中拍攝的遙感圖像為GIS 提供地理數(shù)據(jù)。G PS 是對遙感圖像(像片及從中提取的信息進行精確定位,賦予坐標,或通過實地測量確定坐標,定位由RS 獲取的圖形信息,為GIS 分析提供準確的數(shù)據(jù)。隨著3S 技術在生態(tài)環(huán)境保護中的逐步應用,生態(tài)環(huán)境管理已經走上了信息化道路。國內外許多專家學者對生態(tài)環(huán)境保護提出了許多有效措施,建立了一些管理模型,并設計和開發(fā)了一些應用系統(tǒng),然而很多系統(tǒng)都是局部的、低層次的管理應用系統(tǒng),特別是以支持生態(tài)環(huán)境資

8、源動態(tài)管理、生態(tài)環(huán)境保護、面向決策應用為主的系統(tǒng)較少見。因此,研究基于GIS 技術的生態(tài)環(huán)境保護管理和決策支持系統(tǒng)有利于促進我國環(huán)境信息化的進程,也有利于我國生物多樣性的保護工作。1研究區(qū)域概況達里諾爾國家級自然保護區(qū)位于內蒙古赤峰市克什克騰旗西部,保護區(qū)西北部與內蒙古錫林郭勒草原自然保護區(qū)相鄰,南部為小騰格里沙地的東段,西以錫林郭勒盟和赤峰市的邊界為界,東距白音敖包國家級自然保護區(qū)80km ,保護區(qū)介于116°22117°00E 、43°1143°27N ,總面積119413.55hm 2。保護區(qū)內湖泊、河流眾多,達里湖是內蒙古自治區(qū)鯽魚和瓦氏雅羅魚的

9、主要產區(qū)。達里湖屬封閉式半咸水湖,海拔1226m ,平均水深78m ,面積約237km 23。達里諾爾國家級自然保護區(qū)是中國北方重要的候鳥遷徙通道,也是候鳥重要的集散地之一,現(xiàn)已查明有鳥類16目36科160種。在保護區(qū)內分布的國家重點保護動物中,被列入中國生物多樣性保護行動計劃中的鳥類物種多樣性保護優(yōu)先序列屬A 級1的有6種,屬A 級2的有3種,屬中國特976資源開發(fā)與市場Res ource Development &M arket 200925(8實驗與技術有種B 級的有11種,另外還有幾十只大鴇在該地區(qū)棲息繁衍。因此,達里諾爾自然保護區(qū)是一個以保護珍稀鳥類及其賴以生存的湖泊、沙地、

10、草原及林地等多樣性生態(tài)系統(tǒng)為主的綜合性自然保護區(qū)3。2系統(tǒng)需求分析和開發(fā)方式2.1系統(tǒng)需求分析隨著現(xiàn)代計算機技術、信息技術的發(fā)展以及網絡技術的普及,要求國家級自然保護區(qū)建設與管理加快信息化進程,從傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)轉化為更能實時表現(xiàn)時空數(shù)據(jù)的GIS 系統(tǒng)。 且國家級自然保護區(qū)的建設管理、科研工作和生態(tài)旅游都有典型的時空特性,需要依靠具有強大管理和分析功能的 GIS 系統(tǒng)支持,同時GIS 也是政府部門制定環(huán)境政策及環(huán)境應用的關鍵技術,為保護生物多樣性和保護區(qū)規(guī)劃評價提供了科學的信息管理、分析和決策手段4。2.2系統(tǒng)開發(fā)方式根據(jù)當前GIS 技術的發(fā)展趨勢,以及從系統(tǒng)的實用性和技術先進性角度考慮,系統(tǒng)開

11、發(fā)采用組件式GIS (C OMGIS 技術,組件式GIS 既充分利用了GIS 控件對空間數(shù)據(jù)庫的管理和分析功能,又發(fā)揮了可視化開發(fā)語言的高效、方便等編程優(yōu)點,使系統(tǒng)具有移植、維護、操作簡便等優(yōu)點5。本系統(tǒng)利用了GIS 組件Su 2perMap 5.2Objects 和可視化編程語言Visual Basic 進行系統(tǒng)開發(fā)設計。SuperMap 5.2Objects 是一組可允許用戶向應用程序中添加地圖的制圖控件集合,它可直接嵌入到VB 開發(fā)環(huán)境中使用,實現(xiàn)高效、無縫的系統(tǒng)集成,利用它可在VB 上實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的主要功能(圖1為系統(tǒng)結構框架圖。圖1系統(tǒng)結構框架圖3數(shù)據(jù)庫建設GIS 數(shù)據(jù)庫建立的完

12、備程度是實現(xiàn)保護區(qū)地理信息系統(tǒng)各項功能的關鍵因素,因此建庫時要盡可能囊括保護區(qū)的所有數(shù)據(jù)。從內容上可將數(shù)據(jù)庫劃分為空間數(shù)據(jù)庫與屬性數(shù)據(jù)庫兩大部分(圖2為達里諾爾地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖。圖2達里諾爾地理信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖為了便于信息的分類查詢和空間分析,在進行空間數(shù)據(jù)庫設計時要求把數(shù)字化得到的空間數(shù)據(jù)按其特征進行分層存放。建立各層數(shù)據(jù)后應轉化成統(tǒng)一格式,并建立好拓撲關系,以便于SuperMap Object 統(tǒng)一調用。空間數(shù)據(jù)庫主要存儲保護區(qū)的位置信息、功能區(qū)劃信息、各保護站點的管護范圍信息、生物多樣性分布信息、珍稀瀕危物種的棲息地信息、土壤類型分布信息、水系位置信息、地質信息、保護區(qū)及周邊居民

13、點位置信息、保護區(qū)及周邊交通網絡信息等。在進行屬性數(shù)據(jù)庫設計時,應按照便于信息查詢及提高信息管理效率的原則,科學地規(guī)劃數(shù)據(jù)庫的整體結構6。屬性特征數(shù)據(jù)用關系型數(shù)據(jù)表來存儲,數(shù)據(jù)表格為二維表格,用Excel 作為輸入模板輸入初始數(shù)據(jù),然后導入到S Q L Server 數(shù)據(jù)表中并存入數(shù)據(jù)庫,屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一的標識符號(I D 進行關聯(lián)7。屬性數(shù)據(jù)庫包括保護區(qū)資源清單(植物清單、無脊椎動物清單、脊椎動物清單、鳥類清單等,保護區(qū)地理位置、區(qū)域面積、保護區(qū)級別、所在市縣基本情況、保護區(qū)內人口分布情況,以及經濟情況及生活方式以及保護區(qū)水文、氣象信息等。鑒于保護區(qū)特有的旅游資源,還應增加旅游資源

14、的數(shù)據(jù)庫信息,如賓館、車次等信息。此外,圖片、多媒體和文檔信息是完善資源數(shù)據(jù)庫不可或缺的數(shù)據(jù),這些數(shù)據(jù)不但能滿足保護區(qū)的管理需要,而且還方便了保護區(qū)的對外宣傳。4系統(tǒng)主要功能分析4.1系統(tǒng)的基本功能主要功能有:地圖操作。提供對電子地圖的基本操作,包括點選、圓選、框選、放大、縮小、自由縮放、漫游、全圖顯示、地圖刷新、圖層控制、背景設置、信息查詢、標注、圖例設置以及地圖輸出等功能。圖3(見封四為鳥類查詢界面,用鼠標點擊清單表內某種鳥時,在地圖上可準確地顯示該鳥的分布狀況以及屬性與圖片,實現(xiàn)三聯(lián)動功能。專題制圖。根據(jù)用戶的086實驗與技術資源開發(fā)與市場Res ource Development &a

15、mp;M arket 200925(8要求對感興趣的地理要素按照一定的條件進行渲染,為用戶提供直觀的信息,進而更易于挖掘出數(shù)據(jù)內部潛在的信息及相互關系。如單值專題圖可根據(jù)單一的數(shù)據(jù)值來渲染地圖對象,比較適合根據(jù)其固有的特征(名稱、類型等來區(qū)分主題的地圖;范圍分段專題圖主要是用來顯示數(shù)值和地理位置之間的關系(圖4為植被分類專題圖,見封四。空間分析。提供距離面積及角度量算、三維分析、疊加分析等高級分析功能,為用戶決策提供基礎。系統(tǒng)維護。主要實現(xiàn)系統(tǒng)用戶管理、用戶添加與刪除等操作,可對用戶設置操作權限;隨時允許對數(shù)據(jù)進行備份,在數(shù)據(jù)丟失故障發(fā)生后提供數(shù)據(jù)恢復。4.2系統(tǒng)的專用分析功能主要功能有:緩沖

16、區(qū)分析。它可進行各種類型的緩沖區(qū)分析,對賓館布局、核心保護區(qū)范圍及其相關設施對保護區(qū)的輻射影響進行分析;利用路徑分析,可進行保護區(qū)內景點布置和旅游線路設計;利用Overlap 分析、等值線追蹤等技術結合相關專業(yè)模型可模擬環(huán)境演變,指導環(huán)境規(guī)劃與管理,為保護區(qū)本身的科研項目服務。生態(tài)信息的分析。它可對保護區(qū)所包括的生物根據(jù)各種條件進行檢索,給出檢索出的種類、數(shù)量以及具體情況,并相應地給出數(shù)量變化的可視化折線圖;利用遙感圖和實地考察數(shù)據(jù)分析生物布局,輸出各種圖形,如景觀類型圖、鳥類分布圖、水域變化圖等。災害分析。結合專業(yè)模型,分析各種災害對保護區(qū)破壞程度,對瀕危動物實施搶救措施,為管理部門決策提供

17、技術支持8。決策分析。主要包括水量計算模型、水資源供需分析及預測模型。以上模型可對一項或多項數(shù)據(jù)進行預測或評價,從而了解流域或特定地區(qū)水資源開發(fā)利用情況及發(fā)展趨勢。同時,通過模型模擬出各個候選方案的實施效果,可利用水資源供需分析及預測模型做出水資源合理開發(fā)利用和管理的最佳方案,為最終的水資源管理和規(guī)劃決策提供直接的依據(jù)。5結論本文將GIS專業(yè)工具轉為普通用戶桌面系統(tǒng)應用,在系統(tǒng)功能設計的基礎上,使用Visual Basic+Super Map Object開發(fā)方法,提供對濕地緩沖區(qū)分析、疊加分析、空間量算等常用空間分析方法;利用專用查詢和統(tǒng)計分析模塊,對行政區(qū)劃、湖泊、鳥類、魚類、旅游等信息進

18、行查詢、統(tǒng)計和分析,挖掘出更多的潛在信息;采用雙重控制即每一模塊都可用菜單欄或下拉列表進行控制,既方便快捷地進行操作又美化了界面。通過雙向查詢(圖查屬性、屬性查圖等功能使系統(tǒng)具有良好的可操作性,對保護區(qū)管理提供了技術平臺。根據(jù)用戶的各種需求制作出生動精美的專題圖,如植被單值專題圖、保護區(qū)功能規(guī)劃專題圖等。通過統(tǒng)計分析功能將屬性庫中的鳥類、魚類等信息以統(tǒng)計圖的形式直觀地表示出來,便于野生動物保護部門的工作開展。參考文獻:1趙濟,陳傳康,等.中國地理M.北京:高等教育出版社,1999323-336.2馬榮華,黃杏元,蒲英霞.數(shù)字地球時代3S集成的發(fā)展J.地理科學進展,2001,(389-95.3內

19、蒙古達里諾爾國家級自然保護區(qū).2007年實地保護工程設計說明書Z.內蒙古自治區(qū)林業(yè)勘察設計院,2007.4李劍,吳保國.基于G IS的自然保護區(qū)管理信息系統(tǒng)建設探討J.吉林林業(yè)科技,2007,(329-31.5李子蓉.區(qū)位機遇與地區(qū)經濟發(fā)展以長三角城市為例J.人文地理,2007,22(495-99.6王俊,蘭維娟,等.基于M apIn fo的北固山濕地地理信息系統(tǒng)J.東北林業(yè)大學學報,2007,(752-54.7朱超洪,朱超平.基于G IS的升金湖自然保護區(qū)管理信息系統(tǒng)建設J.資源開發(fā)與市場,2008,(3199,288.8楊康年,羅文鋒.基于G IS的自然保護區(qū)管理信息系統(tǒng)建設J.資源開發(fā)與市場,2005,(3243-245.(上接第768頁活方式和生活理念。品嘗特色美食。諸葛八卦村有很