野鴨湖濕地評價管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

秦 宇 穆 森 孫 宇 陳 鵬 沈 磊

(1.首都師范大學(xué) 資源環(huán)境與旅游學(xué)院 三維信息獲取與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 資源環(huán)境與地理信息系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；2.環(huán)境保護(hù)部信息中心，北京 100029；3.北京市西城區(qū)規(guī)劃管理信息中心，北京 100035；4.中科軟科技股份有限公司，北京 100190)

野鴨湖濕地評價管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

秦 宇1,2穆 森3*孫 宇2陳 鵬2沈 磊4

(1.首都師范大學(xué) 資源環(huán)境與旅游學(xué)院 三維信息獲取與應(yīng)用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 資源環(huán)境與地理信息系統(tǒng)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100048；2.環(huán)境保護(hù)部信息中心，北京 100029；3.北京市西城區(qū)規(guī)劃管理信息中心，北京 100035；4.中科軟科技股份有限公司，北京 100190)

本文以野鴨湖濕地作為主要研究對象，根據(jù)濕地空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的相關(guān)特征設(shè)計(jì)濕地信息數(shù)據(jù)庫，利用模糊綜合評價模型對濕地的生態(tài)環(huán)境、水質(zhì)環(huán)境等方面建立了評價體系，并使用Visual Basic.NET和ArcGIS Engine的開發(fā)方法，結(jié)合ADO數(shù)據(jù)訪問技術(shù)，利用COM組件技術(shù)開發(fā)了濕地評價管理系統(tǒng)，對濕地資源進(jìn)行系統(tǒng)的管理、分析、評價，為濕地保護(hù)和合理利用提供科學(xué)的方法和有效的決策依據(jù)。

濕地；集中式數(shù)據(jù)庫；分析評價模型；濕地評價管理系統(tǒng)

前言

野鴨湖濕地自然保護(hù)區(qū)位于北京市延慶縣西北，是北京市面積最大的濕地自然保護(hù)區(qū)，這里生態(tài)類型復(fù)雜，生物多種多樣，是南北通道上重要的鳥類棲息地和越冬地[1]。因此，對野鴨湖濕地的保護(hù)和利用越來越受到重視，目前遙感、地理信息系統(tǒng)等空間技術(shù)的利用為濕地信息獲取與管理提供了有效的方法，但在濕地的管理和研究中仍存在一些不足：濕地資源管理方式效率較低，濕地?cái)?shù)據(jù)更新維護(hù)不便利；濕地資源管理與濕地分析評價關(guān)聯(lián)性較差[2]。針對以上問題，本文的主要研究內(nèi)容如下：

1.根據(jù)濕地?cái)?shù)據(jù)多、復(fù)雜并且需要定期更新的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)基于集中式數(shù)據(jù)庫模式的濕地信息數(shù)據(jù)庫，

并將濕地的各類數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類存儲，在中央數(shù)據(jù)庫中記錄各類數(shù)據(jù)的存儲路徑、名稱、相關(guān)信息，系統(tǒng)中所用數(shù)據(jù)通過中央數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作。

2.開發(fā)濕地評價管理系統(tǒng)將濕地的資源管理與分析評價緊密的聯(lián)系在一起，對濕地的矢量數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集中管理，并利用模糊綜合評價模型對濕地的生態(tài)環(huán)境、水質(zhì)環(huán)境進(jìn)行評價，得出評價結(jié)果，以方便對濕地監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析評價處理，為濕地的保護(hù)和利用提供依據(jù)，提高效率[3]。

1．系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

由于濕地?cái)?shù)據(jù)種類多、復(fù)雜并且需要定期更新，在設(shè)計(jì)濕地評價管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫時，將濕地的各種數(shù)據(jù)按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類存儲，信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)采用集中式數(shù)據(jù)庫的管理模式，在中央數(shù)據(jù)庫中記錄各類數(shù)據(jù)的存儲路徑、名稱、相關(guān)信息，如圖1-1系統(tǒng)中所用數(shù)據(jù)通過中央數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作[4]。

主數(shù)據(jù)庫中存放了濕地評價管理系統(tǒng)所涉及的各個數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫信息，包含濕地定義表、濕地概況表、濕地功能表、濕地分類表、用戶管理表、濕地評價表、濕地資源表，對于濕地定義、濕地概況、濕地功能、濕地分類這些數(shù)據(jù)，通過相應(yīng)的表將相關(guān)數(shù)據(jù)的存儲路徑和描述信息直接存儲在主數(shù)據(jù)庫中，程序運(yùn)行時直接通過主數(shù)據(jù)庫進(jìn)行讀取；對于用戶管理、濕地評價、濕地資源這三類數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量大、數(shù)據(jù)復(fù)雜、更新頻繁，如果都放在主數(shù)據(jù)庫中會使得主數(shù)據(jù)庫十分龐大，并且對于數(shù)據(jù)庫的管理和相關(guān)的查詢操作效率很低。設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫時考慮到日后數(shù)據(jù)更新以及進(jìn)行數(shù)據(jù)庫查詢操作時的便利性，分別建立用戶管理數(shù)據(jù)庫、濕地評價數(shù)據(jù)庫、濕地資源數(shù)據(jù)庫，在主數(shù)據(jù)庫中建立相應(yīng)的表，存儲各數(shù)據(jù)庫的名稱和存儲路徑，訪問時通過存儲的數(shù)據(jù)庫路徑找到相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫。

2．野鴨湖濕地評價管理系統(tǒng)評價模塊的設(shè)計(jì)

濕地生態(tài)系統(tǒng)評價的目的是診斷由自然因素和人類活動引起的濕地系統(tǒng)的破壞或退化程度，以此發(fā)出預(yù)警，為管理者、決策者提供目標(biāo)依據(jù)，更好地利用、保護(hù)和管理好濕地。因此，對濕地的現(xiàn)狀、動態(tài)、功能水平進(jìn)行全面調(diào)查和分析，既要考慮時間因素，又要涉及空間尺度，在一定的時空尺度內(nèi)選取適宜性和持續(xù)性的健康指標(biāo)，特別要考慮這些指標(biāo)在可預(yù)見的較長時間內(nèi)的變化和穩(wěn)定性[5]。

本文從濕地生態(tài)環(huán)境、濕地功能、濕地水體富營養(yǎng)化三個方面對野鴨湖濕地構(gòu)建評價體系，以反映野鴨湖濕地總體生態(tài)環(huán)境狀況、濕地功能狀況、濕地水質(zhì)狀況。評價模塊結(jié)構(gòu)圖見圖2-1。

濕地生態(tài)環(huán)境評價從濕地整體狀況的角度來對野鴨湖濕地進(jìn)行評價[6]，反映野鴨湖濕地的生態(tài)狀況；濕地功能評價從濕地的功能層次對野鴨湖濕地進(jìn)行評價，反映野鴨湖濕地的功能狀況；濕地水體富營養(yǎng)化評價從濕地的水質(zhì)狀況角度對野鴨湖濕地進(jìn)行評價，反映野鴨湖濕地水體的污染情況。

在確立野鴨湖濕地評價指標(biāo)時，參考國內(nèi)外已有的濕地評價指標(biāo)體系，遵循整體性原則、代表性原則、可獲取性原則、可表征和可度量原則、定性與定量原則，并針對野鴨湖濕地的特點(diǎn)，構(gòu)建野鴨湖濕地評價指標(biāo)體系。

3．野鴨湖濕地評價管理系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)開發(fā)技術(shù)路線

本系統(tǒng)采用面向?qū)ο蟮姆治龊驮O(shè)計(jì)方法來規(guī)劃整個系統(tǒng)的總體框架，并根據(jù)軟件工程理論中的結(jié)構(gòu)化生命周期思想與快速原型開發(fā)方法來完成整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與開發(fā)，在系統(tǒng)分析設(shè)計(jì)階段，從系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)出發(fā)，自上至下地逐步進(jìn)行分解，先綜合考慮系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)，再考慮系統(tǒng)的局部優(yōu)化；在系統(tǒng)的實(shí)施階段，則堅(jiān)持自下向上逐步實(shí)施，先從單個模塊編程開始，按照系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，逐步進(jìn)行模塊集成及測試，最終形成整個系統(tǒng)。根據(jù)濕地評價管理系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)，根據(jù)圖3-1的技術(shù)路線進(jìn)行濕地評價管理系統(tǒng)的開發(fā)。

3.2 系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

野鴨湖濕地評價管理系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)體系：數(shù)據(jù)層、中間層和應(yīng)用層，如圖3-2所示。數(shù)據(jù)層由空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和其他數(shù)據(jù)庫組成?？臻g數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)底圖?；A(chǔ)底圖由野鴨湖濕地的遙感影像、濕地類型等圖層構(gòu)成；屬性數(shù)據(jù)庫包括野鴨湖濕地水質(zhì)指標(biāo)，生態(tài)系統(tǒng)環(huán)境指標(biāo)，相關(guān)的監(jiān)測數(shù)據(jù)等；其他數(shù)據(jù)包括濕地的概念、基本功能、分類等信息。其中，空間數(shù)據(jù)以文件（.shp和.img）的形式存放，屬性數(shù)據(jù)以表的形式存放于Access 2000數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和.shp格式自帶的.dbf格式文件中[7]。

中間層包括GIS應(yīng)用邏輯組件和數(shù)據(jù)庫引擎，主要負(fù)責(zé)處理應(yīng)用邏輯，即從客戶端接受用戶請求，然后根據(jù)應(yīng)用邏輯將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)據(jù)庫請求，并通過與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的交互，最終將處理結(jié)果反饋回客戶端[8]，其中，GIS應(yīng)用邏輯組件選用ESRI公司的ArcGIS Engine，并通過ADO或DAO數(shù)據(jù)庫引擎實(shí)現(xiàn)與后臺服務(wù)器的數(shù)據(jù)存取[9]。

應(yīng)用層為野鴨湖濕地評價管理系統(tǒng)，主要通過系統(tǒng)提供的用戶接口來實(shí)現(xiàn)基于GIS圖層管理、基本地圖操作、可視化以及濕地生態(tài)環(huán)境、濕地功能評價以及水質(zhì)富營養(yǎng)化評價功能。

4．野鴨湖濕地評價管理系統(tǒng)概述

4.1 濕地基本信息模塊

濕地基本信息模塊的主要功能是對濕地進(jìn)行介紹，目的是使用戶從濕地的基本概念到濕地的資源對濕地有逐步的了解。濕地基本信息包括濕地的基本概況和野鴨湖濕地的資源概況，如圖4-1。

4.2 濕地專題圖管理模塊

濕地專題圖管理模塊中收錄了野鴨湖濕地的植被分布圖、鳥類分布圖和北京市1984年、1989年、1992年、1996年、1998年、2002年、2004年、2006年的濕地圖層，并按濕地類別對歷年圖層進(jìn)行分類，在左側(cè)的列表中按年份對濕地圖層進(jìn)行分類，可以根據(jù)研究需要任意選擇不同年份和不同的濕地類型，如圖4-2～圖4-4所示。

4.3 濕地評價模塊

濕地環(huán)境評價模塊包括濕地生態(tài)環(huán)境評價和濕地水體富營養(yǎng)化評價，生態(tài)環(huán)境評價是針對濕地的總體環(huán)境狀況進(jìn)行評價，以反映濕地的生態(tài)現(xiàn)狀，以制

定濕地總體恢復(fù)方案、保護(hù)措施、開發(fā)利用方式，如圖4-5所示；功能模糊評價是對濕地的功能狀況進(jìn)行評價，反映濕地功能的情況，如圖4-6所示；水體富營養(yǎng)化評價是針對濕地的核心因素—水資源來進(jìn)行評價，分析水體的富營養(yǎng)化情況以反映濕地中水質(zhì)的污染程度，為濕地的污染治理、保護(hù)、合理利用提供依據(jù)，如圖4-7所示。

通過野鴨湖濕地環(huán)境評價模塊的濕地生態(tài)環(huán)境評價、濕地功能模糊評價和濕地水體富營養(yǎng)化評價可以看出野鴨湖濕地目前的狀況較差，濕地生態(tài)環(huán)境處于四級（較差）水平；濕地功能隸屬度1998年為0.9327，到2004年已經(jīng)下降到0.6456，濕地功能退化速度很快；區(qū)域內(nèi)水質(zhì)惡化，富營養(yǎng)化嚴(yán)重。野鴨湖濕地評價為野鴨湖濕地的保護(hù)和治理提供了決策依據(jù)，通過持續(xù)的監(jiān)測和評價可以實(shí)時掌握濕地的狀況，并根據(jù)濕地評價結(jié)果制定保護(hù)和治理措施，達(dá)到更好地保護(hù)和利用濕地的目的。

4.4 濕地三維顯示模塊

為了使?jié)竦氐难芯扛鼮橹庇^、具有真實(shí)感，設(shè)計(jì)

開發(fā)了野鴨湖濕地評價管理系統(tǒng)三維顯示模塊，采用ArcGIS Engine中的3D模塊ArcScene進(jìn)行開發(fā)[10]，數(shù)據(jù)源選取上，選用IRS-P5和ALOS相融合的影像作為影像圖層，將延慶區(qū)的DEM通過裁剪、轉(zhuǎn)換為TIN格式數(shù)據(jù)作為三維顯示的高程基準(zhǔn)。

5．結(jié)論

本文選取野鴨湖濕地作為重點(diǎn)研究區(qū)域，對野鴨湖濕地生態(tài)系統(tǒng)的健康狀況作了初步的探討，同時運(yùn)用系統(tǒng)軟件工程理論，運(yùn)用組件式GIS開發(fā)了野鴨湖濕地評價管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了濕地資源管理、濕地生態(tài)環(huán)境、水質(zhì)富營養(yǎng)化相關(guān)評價等功能。

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Research on the Design of the Wetland Evaluation Management System of Widgeon Lake

Qin Yu1,2Mu Sen3*Sun Yu2Chen Peng2Shen Lei4
（1.School of Resource and Environmental Science, Capital Normal University, Key Lab of 3D Information Acquisition and Application, MOE, Key Lab of Resources, Environment and GIS of Beijing City, Beijing 100048, P.R.China；2. Information Center of Ministry of Environmental Protection, Beijing 100029, P.R.China； 3. Urban Planning Management Information Center of Beijing Xicheng District, Beijing 100035, P.R.China；4. Sinosoft Company Limited, Beijing 100190, P.R.China）

Taking Widgeon Lake as the major subject, our research designed the wetland information database based on features of wetland attribute data and spatial data, built a evaluation system of ecological and water quality environment with fuzzy comprehensive evaluation model. And then by using Visual Basic.NET and ArcGIS Engine, combining with ADO and COM component techniques, a wetland information system was ultimately developed to systematically manage, analyze and evaluate the wetland resources. So that scientifc methods and effective decisionmakings might be supplied for wetland protection and utilities.

wetland；centralized database；analysis and evaluation model；wetland evaluation system

X824

A

1674-6252（2014）02-0049-04

秦宇，碩士，北京人，1982年10月出生，現(xiàn)就職于環(huán)境保護(hù)部信息中心，主要從事信息安全、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、GIS與遙感應(yīng)用研究.*通訊作者.