GIS技術(shù)在瀕危野生動物資源管理領(lǐng)域應(yīng)用1)

劉紅軍 吳學(xué)偉 張延波

(黑龍江省測繪科學(xué)研究所，哈爾濱，150081) (東北林業(yè)大學(xué)) (黑龍江省測繪科學(xué)研究所)

野生動物是自然生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，是全人類共有的寶貴財富。保護野生動物資源對人類的生存發(fā)展具有重要意義。我國是世界上生物多樣性最豐富的國家之一，蘊藏著豐富的野生動物資源。然而，隨著人為的獵殺以及經(jīng)濟發(fā)展對森林資源的過度開發(fā)利用，導(dǎo)致野生動物及其賴以生存的棲息環(huán)境受到了嚴(yán)重的威脅和破壞。因此，實施野生動物保護及其自然保護區(qū)建設(shè)，對維護國家生態(tài)安全，促進國民經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，增進國際交流與合作，確保中華民族的長遠利益具有重大的戰(zhàn)略意義。但是，目前我國對野生動物資源的管理水平仍然處在比較落后的階段。為了更好地促進野生動物保護事業(yè)的發(fā)展，尤其是適應(yīng)數(shù)字林業(yè)建設(shè)的要求，本文將現(xiàn)代計算機技術(shù)與地理空間技術(shù)相結(jié)合，建立野生動物資源管理地理信息系統(tǒng)，對野生動物的資源信息進行科學(xué)的管理，及時、準(zhǔn)確地掌握野生動物資源種群的數(shù)量及其空間動態(tài)變化規(guī)律，為科學(xué)地制定野生動物保護和管理措施提供信息服務(wù)和決策依據(jù)。近幾年來，GIS(地理信息系統(tǒng))技術(shù)的興起，為我國野生動物資源管理水平的迅速提高提供了難得的契機。GIS技術(shù)可以把所有描述地球的海量的空間信息數(shù)據(jù)整合在一起，分類、分層疊加，完整地表達客觀地理世界，自動進行空間分析，提出決策方案，并借助網(wǎng)絡(luò)技術(shù)信息共享，以便更好地指導(dǎo)人們的生產(chǎn)、生活方式［1］;可以廣泛應(yīng)用于城市智能交通、城市基礎(chǔ)設(shè)施管理、風(fēng)景區(qū)管理、森工資源管理等各個方面。瀕危野生動物數(shù)據(jù)(空間分布、所在地周圍附屬設(shè)施等)大多與地理空間位置分布緊密相關(guān)，因而，采用GIS技術(shù)能夠更加直觀、有效地對這些資源信息數(shù)據(jù)進行管理、分析，最終為瀕危野生動物管理相關(guān)部門提供空間可視化輔助決策技術(shù)支撐平臺。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

瀕危野生動物資源管理地理信息服務(wù)系統(tǒng)采用C/S模式和B/S模式相結(jié)合的復(fù)合型體系結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)需要實現(xiàn)的功能包括：瀕危野生動物資源專題地理空間信息數(shù)據(jù)的編輯、綜合管理、查詢統(tǒng)計、專題分析、空間分析、預(yù)案規(guī)劃等。由于C/S模式具有良好的交互性，能夠滿足對GIS圖形數(shù)據(jù)的大量復(fù)雜操作和對系統(tǒng)響應(yīng)時間的要求。因此，基于系統(tǒng)安全性、行業(yè)應(yīng)用嚴(yán)謹(jǐn)性及速度要求，將瀕危野生動物專題數(shù)據(jù)的錄入編輯、專題規(guī)劃、空間分析等分析功能放到C/S模式下實現(xiàn)。B/S模式主要用于瀕危野生動物資源信息數(shù)據(jù)的上報與發(fā)布。

瀕危野生動物資源管理地理信息服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫主要包含瀕危野生動物數(shù)據(jù)庫、林業(yè)局?jǐn)?shù)據(jù)庫、濕地數(shù)據(jù)庫、自然保護區(qū)數(shù)據(jù)庫、其它數(shù)據(jù)庫等。

3 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

3.1 瀕危野生動物信息數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理空間專題數(shù)據(jù)有效融合技術(shù)

將瀕危野生動物空間分布采用直觀、形象符號化展示，并確定地理坐標(biāo)，以地理信息點符號樣式圖層表達，然后與基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)進行疊加融合。

3.2 瀕危野生動物相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)的空間地圖可視化表達與展示技術(shù)

利用地理信息系統(tǒng)信息標(biāo)注功能實現(xiàn)瀕危野生動物空間專題數(shù)據(jù)的地圖可視化展示，通過地理信息系統(tǒng)的專題圖功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)圖表統(tǒng)計分析。

3.3 數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)

由于野生動物資源具有自然性、社會性、區(qū)域性、多源性等多種特點，不僅包含非空間屬性數(shù)據(jù)(野生動物調(diào)查數(shù)據(jù)等)，還包含大量與地理位置相關(guān)的空間數(shù)據(jù)(遙感影像數(shù)據(jù)、矢量專題圖數(shù)據(jù)等)，使得野生動物資源管理工作具有工作量大、計算復(fù)雜、數(shù)據(jù)類型多等特點。數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)的實現(xiàn)可以解決這一問題。

圖1 瀕危野生動物資源管理地理信息服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)框圖

圖2 瀕危野生動物資源管理地理信息服務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

解決數(shù)據(jù)集成管理的有效途徑，就是實現(xiàn)在關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的空間數(shù)據(jù)與在同一關(guān)系數(shù)據(jù)庫中的屬性數(shù)據(jù)進行銜接，實現(xiàn)在數(shù)據(jù)訪問等操作中對屬性數(shù)據(jù)和空間數(shù)據(jù)進行集成管理。本研究中的數(shù)據(jù)集成管理技術(shù)以混合式空間數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，結(jié)合MapX的數(shù)據(jù)訪問機制，實現(xiàn)空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的銜接和屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)集成管理?；旌鲜娇臻g數(shù)據(jù)庫，對空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)采用不同的數(shù)據(jù)模型分別存儲和管理。即：對屬性數(shù)據(jù)采用RDBMS管理方式，對空間數(shù)據(jù)采用文件處理方式。這2種數(shù)據(jù)管理方式對數(shù)據(jù)庫訪問及應(yīng)用有很大不同。在混合式結(jié)構(gòu)的空間數(shù)據(jù)庫情況下，屬性數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(如RDBMS)來訪問屬性數(shù)據(jù)庫，應(yīng)用者無須知道數(shù)據(jù)被如何存儲;對空間數(shù)據(jù)庫訪問時，由于采用的是數(shù)據(jù)文件處理的管理方式，應(yīng)用程序必須直接訪問它們要使用的每個數(shù)據(jù)文件，所以，必須知道每個數(shù)據(jù)文件的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)(物理存儲路徑)。

對于空間數(shù)據(jù)采用文件管理方式，應(yīng)用程序可以直接訪問操作系統(tǒng)的文件存儲，能夠快速地輸入和輸出。為了輔助對空間數(shù)據(jù)的管理，設(shè)置一些獨立于應(yīng)用程序的、具有對空間數(shù)據(jù)管理的功能模塊，對于屬性數(shù)據(jù)，通常采用標(biāo)準(zhǔn)的商品化的RDBMS來存儲和管理。無論使用哪一種RDBMS來存儲和管理屬性數(shù)據(jù)，屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的連接機制基本是相同的，都是以屬性表中的唯一識別符為基礎(chǔ)。

3.4 報表統(tǒng)計查詢技術(shù)

對于野生動物資源管理而言，規(guī)劃與管理的重要依據(jù)就是各類統(tǒng)計報表，而這些報表的數(shù)據(jù)來源復(fù)雜，有空間數(shù)據(jù)，也有非空間數(shù)據(jù)，而且報表的類型與數(shù)量繁多。因此，靈活便捷的報表統(tǒng)計功能在野生動物資源管理系統(tǒng)設(shè)計中顯得尤為重要。本研究報表統(tǒng)計運用MVC(model view controller)模型—視圖—控制器設(shè)計模式構(gòu)造客戶端報表視圖與報表數(shù)據(jù)間的協(xié)作模型，給出了具體問題相應(yīng)的解決辦法，用戶可根據(jù)自己的需要隨意繪制表格，又能按照業(yè)務(wù)要求自主地選擇數(shù)據(jù)來源。一旦框架和數(shù)據(jù)來源定義完畢，系統(tǒng)可以通過列配置等操作自動生成所需要的報表［2］。

在報表統(tǒng)計中，目標(biāo)即為業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，觀察者定義為在用戶界面上的顯示視圖。顯示視圖是由其相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)決定，當(dāng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，視圖也將發(fā)生變化。同一業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)會有多種顯示視圖，相同類型的視圖也可以表達不同的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，而且可以根據(jù)需要在任意時刻增加和刪除顯示視圖，以提高報表系統(tǒng)的通用性。

當(dāng)報表統(tǒng)計業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)變化時，它要通知依賴它的所有視圖發(fā)生相應(yīng)變化，這樣就需要在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)對象里記錄依賴它的視圖，或是增加一個關(guān)聯(lián)查找機制。這2種方法在數(shù)據(jù)和視圖間依賴關(guān)系比較少時，可以高效地解決問題，但當(dāng)它們之間的關(guān)系特別復(fù)雜時，就需要一個專門的對象來維護這些關(guān)系，這里稱之為更改管理器(change manager)，它的目的是盡量減少視圖反映數(shù)據(jù)變化所需的工作量。

在整個系統(tǒng)中，用戶通過視圖不斷與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行交互，因而，實現(xiàn)多種數(shù)據(jù)庫間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、資源共享、數(shù)據(jù)一致性和完整性成為系統(tǒng)開發(fā)和應(yīng)用中一個尤為突出的問題。構(gòu)建通用的數(shù)據(jù)庫訪問，主要是實現(xiàn)對數(shù)據(jù)源訪問的底層操作的封裝，而要給出數(shù)據(jù)讀取對象或數(shù)據(jù)集對象等業(yè)務(wù)邏輯層的調(diào)用，則應(yīng)采用適配器(adapter)模式的思想，并根據(jù)不同的數(shù)據(jù)提供者產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫鏈接、數(shù)據(jù)庫命令等數(shù)據(jù)庫對象來實現(xiàn)對底層操作的封裝，通過暴露執(zhí)行數(shù)據(jù)集對象等上層操作，以供其他邏輯層調(diào)用［3］。

4 示范應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)

采用Visual Basic6.0可視化程序設(shè)計開發(fā)語言，基于SQL SERVER2005數(shù)據(jù)庫平臺及MapX5.02地理信息系統(tǒng)開發(fā)組件，完成黑龍江省瀕危野生動物資源管理地理信息服務(wù)試驗系統(tǒng)。系統(tǒng)各項指標(biāo)依據(jù)上述設(shè)計思想進行設(shè)計開發(fā)。實踐證明，系統(tǒng)中強大的地理信息空間分析功能，夠能為森工相關(guān)部門進行決策提供直觀、有效、科學(xué)的地圖空間可視化技術(shù)支持，提高了工作效率。系統(tǒng)主界面如圖3所示。

圖3 瀕危野生動物資源管理地理信息服務(wù)系統(tǒng)——主界面

用戶可以使用系統(tǒng)提供的專題信息自動標(biāo)注功能，將森工專題空間數(shù)據(jù)信息標(biāo)注在電子地圖上，方便用戶在操作時查找。

用戶可以使用距離量算、面積量算功能，基于電子地圖進行對所關(guān)注的地理實體的長度和面積量算。

系統(tǒng)為用戶提供地理位置空間定位功能，可以實現(xiàn)對森工林業(yè)局、濕地、自然保護區(qū)、公路、水系、各級行政中心等專題空間數(shù)據(jù)和基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進行空間定位顯示，為用戶快速、準(zhǔn)確地查找地理實體提供強有力的技術(shù)支撐。

森工瀕危野生動物相關(guān)管理部門要想了解某種動物在各林業(yè)局的分布情況(數(shù)量分布等)，可以通過系統(tǒng)專題分析功能，使系統(tǒng)自動繪制專題圖(范圍專題圖、等級符號專題圖、點密度專題圖、餅形專題圖、直方和柱狀專題圖)。專題圖可以直觀、科學(xué)地顯示動物在指定區(qū)域的分布情況。圖4為中國林蛙在黑龍江省各林業(yè)局空間分布范圍專題圖，圖5為中國林蛙在黑龍江省各林業(yè)局空間分布等級符號專題圖。

圖4數(shù)據(jù)顯示為中國林蛙數(shù)量分布在1 600 000～2 500 000只的林業(yè)局有10個，2 500 000～3 300 000只的林業(yè)局有7個，3 300 000～5 400 000只的林業(yè)局有6個，5 400 000～9 600 000只的林業(yè)局有8個，9 600 000～2 1700 000只的林業(yè)局有9個。

圖4 中國林蛙在黑龍江省林業(yè)局空間分布范圍專題圖

圖5 中國林蛙在黑龍江省林業(yè)局空間分布等級符號專題圖

5 結(jié)束語

基于GIS技術(shù)的瀕危野生動物資源管理地理信息服務(wù)系統(tǒng)，是將地理空間信息技術(shù)與瀕危野生動物空間分布專題信息有機地結(jié)合起來，實現(xiàn)了瀕危野生動物信息資源數(shù)據(jù)管理、空間分析、預(yù)案規(guī)劃、專題分析、信息共享、輔助分析等。系統(tǒng)從實用、簡捷、靈活、方便、高效的思想出發(fā)，以計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)為基礎(chǔ)，借助GIS技術(shù)空間可視化、圖形直觀化的特點，提供一個安全可靠、功能強大、界面友好、操作簡便的瀕危野生動物資源管理GIS工具，為森工系統(tǒng)相關(guān)部門領(lǐng)導(dǎo)進行決策提供瀕危野生動物空間可視化輔助分析平臺。

利用新一代的組件式GIS軟件(ArcGIS、MapInfo、Super-Map等)設(shè)計開發(fā)的瀕危野生動物資源管理地理信息服務(wù)系統(tǒng)，以圖文并茂、直觀表達瀕危野生動物地理空間分布的方式，使用戶操作起來簡捷、方便、靈活、實用、高效，而且易與其它信息系統(tǒng)集成，具有很強的擴展性。

［1］吳信才.地理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2002：95-96.

［2］嚴(yán)蔚敏，吳偉民.數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)［M］.北京：清華大學(xué)出版社，1996：121-123.

［3］Jeffrey P.McManus.Visual Baseic6.0數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)［M］.趙軍鎖，龔波，李志，等譯.北京：機械工業(yè)出版社，1999：151-160.