基于GIS技術(shù)的河南省重點(diǎn)保護(hù)植物管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

翁 梅，張文獅，尹紅征

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與管理科學(xué)學(xué)院，河南鄭州450002)

河南省地域廣闊，地理?xiàng)l件和自然環(huán)境獨(dú)特，植物種類資源豐富，其中有百種以上的珍稀瀕危保護(hù)植物［1］.為保護(hù)河南豐富的野生植物資源，河南省政府在廣泛征求意見的基礎(chǔ)上頒布了豫政［2005］1號文件，公布了《河南省重點(diǎn)保護(hù)植物名錄》.名錄中涉及蕨類植物、裸子植物、被子植物3大類36科98種，均屬我省原生分布.

目前，國內(nèi)相關(guān)機(jī)構(gòu)多注重植物資源的可持續(xù)利用以及各類代表植物利用價(jià)值的研究.要實(shí)現(xiàn)植物資源的可持續(xù)利用關(guān)鍵在于建立全面的珍稀瀕危植物檔案，及時(shí)掌握珍稀瀕危植物資源的數(shù)量、質(zhì)量和空間分布的變化.運(yùn)用現(xiàn)代信息處理技術(shù)建立河南省植物資源管理信息系統(tǒng)［2］，把大量實(shí)地調(diào)查的資料轉(zhuǎn)化成數(shù)據(jù)庫文件，不僅能豐富科學(xué)研究的基礎(chǔ)資料，也為進(jìn)一步研究提供了便利條件.

1 功能分析

系統(tǒng)根據(jù)河南省重點(diǎn)保護(hù)植物目錄及大量的文獻(xiàn)資料［3～5］，運(yùn)用 GIS(Geographic information system)地理信息系統(tǒng)與MIS(Management information system)技術(shù)，結(jié)合GAP(A Geographic approach to protect biological diversity)分析方法評價(jià)現(xiàn)有保護(hù)區(qū)的合理性［6］，綜合考慮植物區(qū)域分布、適應(yīng)生境、相應(yīng)自然保護(hù)區(qū)等因素，實(shí)現(xiàn)了植物形態(tài)信息與其地理分布信息的無縫整合.本系統(tǒng)收錄了河南省98種重點(diǎn)保護(hù)植物的詳細(xì)信息(包括科名、屬名、種名、中文名稱、別名、分布產(chǎn)地、形態(tài)特征、生態(tài)習(xí)性及植物簡介)，支持多條件查詢植物信息，實(shí)現(xiàn)名稱查詢、地理查詢、種屬查詢等功能.同時(shí)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)98種重點(diǎn)保護(hù)植物的可視化空間分布，不僅可以使原來MIS中很多抽象的數(shù)據(jù)與地理位置建立聯(lián)系，直接顯示在地圖上，方便用戶在地圖上直接操作MIS，使信息查詢、統(tǒng)計(jì)變得更加簡單、直觀，并通過圖層疊加技術(shù)找出單個(gè)植物的分布規(guī)律及其保護(hù)的空白區(qū).還可利用地圖有關(guān)的面積、周長計(jì)算出空白區(qū)占總體分布的比例，為保護(hù)決策提供參考，直觀的反映出植物的分布信息，彌補(bǔ)了文字描述分布地域的局限性［7，8］.

圖1顯示了系統(tǒng)3層結(jié)構(gòu)的總體功能框架.在服務(wù)器端，系統(tǒng)對用戶進(jìn)行分組授權(quán)，根據(jù)數(shù)據(jù)安全級別和功能復(fù)雜程度的不同，把用戶分為普通用戶和管理員，管理員通過系統(tǒng)安全驗(yàn)證，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的編輯和修改，允許普通用戶使用一般地理信息系統(tǒng)的功能.應(yīng)用層中使用一個(gè)中間件在客戶機(jī)應(yīng)用程序和后端數(shù)據(jù)庫之間運(yùn)行，中間件只負(fù)責(zé)讀取原始格式的空間數(shù)據(jù)，對地理空間信息進(jìn)行編碼，并返回給地理信息服務(wù)器.從這種意義上說，中間件實(shí)現(xiàn)用戶對空間數(shù)據(jù)庫的獲取.

圖1 系統(tǒng)總體功能框架Fig.1 The overall structure of system functionality

GIS應(yīng)用除提供地圖的一些基本操作功能，如放大、縮小、漫游、全景、圖層控制等，另外還提供了屬性到圖形、圖形到屬性的雙向查詢，用戶可以方便的選取地圖上的圖形信息得到該區(qū)域的屬性表，或通過屬性信息反查到該區(qū)域所屬的地圖信息.

2 體系結(jié)構(gòu)

總體目標(biāo)采用3層B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即數(shù)據(jù)層、應(yīng)用服務(wù)層和表現(xiàn)層，如圖2所示.服務(wù)器端運(yùn)行環(huán)境:Windows 2000 Server，Microsoft SQL 2000，Supermap IS.NET，客戶端運(yùn)行環(huán)境:Windows NT/2000/XP，系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境:Microsoft Visual Studio.net，Supermap IS.NET.

2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)服務(wù)器端用SQL Server 2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)軟件儲存屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)等.

2.2 應(yīng)用服務(wù)層

應(yīng)用服務(wù)層是系統(tǒng)實(shí)際業(yè)務(wù)規(guī)則的執(zhí)行部分.其中，通過Web服務(wù)器端組件實(shí)現(xiàn)客戶端與數(shù)據(jù)庫的連接，生成網(wǎng)絡(luò)電子地圖數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)等地圖服務(wù)，Supermap提供了Web Service和Web Controls服務(wù)功能，利用這些后臺服務(wù)為大多數(shù)用戶提供了強(qiáng)勁的GIS功能需要.提高了設(shè)備的利用率，同時(shí)也增加了用戶的并發(fā)訪問量;通過IIS和Supermap內(nèi)置的數(shù)據(jù)庫引擎SDX+技術(shù)訪問建立的空間數(shù)據(jù)庫［9］;通過Web應(yīng)用組件對用戶進(jìn)行授權(quán)管理以及系統(tǒng)信息的發(fā)布與處理.

2.3 表現(xiàn)層

系統(tǒng)通過Web應(yīng)用組件向用戶提供Web服務(wù)，用戶無需安裝任何插件或控件，只需通過電腦上的Web瀏覽器就可以直接運(yùn)行和渲染表現(xiàn)HTML/JavaScprit，進(jìn)而獲得系統(tǒng)提供的服務(wù)，這樣最大程度地方便了用戶，做到了服務(wù)隨時(shí)隨地都可以被訪問到.

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.2 The overall system architecture

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)查詢功能的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)通過SDX+技術(shù)與SQL Server連接，在系統(tǒng)中屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫互相獨(dú)立，在屬性數(shù)據(jù)庫中加入已經(jīng)編碼的縣市代碼數(shù)據(jù)表，來對應(yīng)空間數(shù)據(jù)庫中的各個(gè)縣市，實(shí)現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫的匹配與轉(zhuǎn)化［10］.當(dāng)系統(tǒng)查詢某種植物的地理信息時(shí)，就可以通過相應(yīng)的代碼位查找到符合條件的縣市信息，對符合條件的屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行累加，如圖3所示.

圖3 查詢模塊工作流程Fig.3 The work flow of query module

系統(tǒng)通過增加屬性數(shù)據(jù)集的方式，把屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，縣市名稱由屬性數(shù)據(jù)生成點(diǎn)生成，SQL查詢支持對屬性數(shù)據(jù)庫的查詢.以查詢河南獼猴桃為例，系統(tǒng)首先在屬性數(shù)據(jù)庫中查詢到河南獼猴桃分布的縣市編碼為(C07，C10，M05，R09，R12)，空間數(shù)據(jù)庫中對應(yīng)的河南省縣市為(嵩縣、欒川縣、盧氏縣、內(nèi)鄉(xiāng)縣、西峽縣).獲得結(jié)果集resultset，遍歷結(jié)果集，為每個(gè)對象點(diǎn)在customlayer上顯示.即在查詢到的空間數(shù)據(jù)信息地圖上，嵩縣、欒川縣、盧氏縣、內(nèi)鄉(xiāng)縣、西峽縣行政區(qū)內(nèi)高亮顯示，部分程序代碼如下.

for(int i=0;i ＜ rs.Recordsets.Length;i++)

{

for(int j=0;j ＜ rs.Recordsets［i］.Records.Length;j++)

{

var name=rs.Recordsets［i］.Records［j］.FieldValues［0］;

StringBuilder sb=new StringBuilder();

sb=“＜table＞”;

sb+=“＜tr＞”;

sb+=“＜td＞”+name+“＜/td＞”;

sb+=“＜/tr＞”;

sb+=“＜/table＞”;

this.MapControl1.CustomLayer.Marks.Insert(i.ToString+j.ToString，rs.Recordsets［i］.Records［j］.Center.X，rs.Recordsets［i］.Records［j］.Center.Y，sb);

this.MapControl1.CustomLayer.Visible=true;

}

}

矢量地圖還可以在導(dǎo)航窗口里進(jìn)行拖動、放大和縮小等 GIS的基本操作.本系統(tǒng)建立在 SQL Server數(shù)據(jù)庫之上，運(yùn)用SuperMap處理地理分布數(shù)據(jù)，形成單個(gè)植物分布圖.

3.2 Web站點(diǎn)的創(chuàng)建

本系統(tǒng)運(yùn)用WebGIS的Active X技術(shù)，支持多種語言運(yùn)行，運(yùn)行速度快，可以像Java Applet一樣嵌入到 HTML 文件中，在 internet上運(yùn)行［11］.Supermap IS.NET封裝了大部分應(yīng)用功能的GIS功能，具有可視化和支持多種語言的優(yōu)點(diǎn)，使2次開發(fā)變得十分容易.系統(tǒng)選用Microsoft Visual Studio.net搭建框架，集成各個(gè)子模塊［12］.頁面包括4部分:

①Top:重點(diǎn)保護(hù)植物管理信息系統(tǒng).

②Left:采用 IEWebControl組成樹狀圖便于觀看.

③Right:GIS應(yīng)用的主體，包括工具條、圖層控制、顯示屬性信息.

④Bottom:腳注.

4 結(jié)語

本系統(tǒng)與傳統(tǒng)桌面或面向局域網(wǎng)的GIS對比，可以滿足客戶通過Internet實(shí)時(shí)查詢GIS數(shù)據(jù)的需要，用戶無需安裝任何插件或控件，通過Web瀏覽器即可進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)共享與查詢.業(yè)務(wù)邏輯主要集中在應(yīng)用服務(wù)器，使得服務(wù)維護(hù)簡單方便，運(yùn)行成本降低.當(dāng)系統(tǒng)訪問用戶增加時(shí)，只需增加相應(yīng)的應(yīng)用服務(wù)器數(shù)量即可，具有良好的可擴(kuò)展性.

本研究以河南省原生重點(diǎn)保護(hù)植物為基礎(chǔ)，其中包括河南海棠、靈寶杜鵑、河南獼猴桃等具有重要經(jīng)濟(jì)、科研、文化價(jià)值的瀕危、稀有植物，綜合了大量的圖文信息、地理信息和實(shí)地考察資料，利用網(wǎng)絡(luò)GIS與MIS的無縫集成，建立了基于WebGIS的河南省重點(diǎn)保護(hù)植物管理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了資源共享和信息的及時(shí)更新與發(fā)布.MIS和GIS的結(jié)合有效地彌補(bǔ)了MIS在空間信息管理中的不足，實(shí)現(xiàn)了地圖和屬性信息一體化的管理，為河南省重點(diǎn)保護(hù)植物分布提供了直觀的應(yīng)用服務(wù)，為以后研究其種群動態(tài)提供了科學(xué)的基礎(chǔ)材料.隨著新技術(shù)在農(nóng)業(yè)信息化中的應(yīng)用越來越多，特別是全球定位系統(tǒng)GPS(Global position system)和遙感RS(Remote sensing)等技術(shù)的完善，這些技術(shù)必將成為優(yōu)化系統(tǒng)、完善系統(tǒng)的重要手段，必將為農(nóng)業(yè)管理信息系統(tǒng)的決策提供更加科學(xué)的依據(jù).

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