基于ArcGIC Engine的電廠周邊地區(qū)遙感生態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)的研究

王濤++陳建新++顧楠++李坤源++黃永剛

[摘 要]針對電廠周邊地區(qū)生態(tài)監(jiān)測需求，對ArcGIS Engine技術(shù)進(jìn)行了描述，然后在分析系統(tǒng)總體架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，對電廠周邊地區(qū)高精度遙感生態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路進(jìn)行了詳細(xì)的描述，對系統(tǒng)的主體功能模塊展開全面剖析，闡述了系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵技術(shù)，最后對該系統(tǒng)的應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了總結(jié)和展望。

[關(guān)鍵詞]火電；生態(tài)監(jiān)測；遙感；ArcGIS Engine

中圖分類號：X87；X835 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）08-0327-01

針對全面準(zhǔn)確掌握電廠周邊地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)變化規(guī)律和主要生態(tài)問題，以及生態(tài)保護(hù)和生態(tài)修復(fù)的需求，本課題研究通過高精度遙感生態(tài)監(jiān)測信息技術(shù)的研究，結(jié)合ArcGis Engine 技術(shù)構(gòu)建電廠周邊地區(qū)高精度生態(tài)監(jiān)測與評估集成應(yīng)用系統(tǒng)，完成對電廠周邊區(qū)域尺度生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、健康水平、主要服務(wù)功能變化及時間上的健康水平動態(tài)變化規(guī)律，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展與生態(tài)保護(hù)等提供科學(xué)依據(jù)和決策支持[1]。

1 ArcGIS Engine技術(shù)概述

ArcGIS系統(tǒng)是基于組件ArcObjects來建立及拓展的。ArcGIS Engine GevelopKit 將核心ArcObjects組合在一起，提供給開發(fā)者建立GIS應(yīng)用程序。ArcGIS Engine 組件開發(fā)平臺由開發(fā)包（Developer Kit）和運(yùn)行環(huán)境（Runtime）兩部分組成。開發(fā)包是一套讓開發(fā)者開發(fā)自定義GIS和制圖應(yīng)用的工具，包括了支持開發(fā)任務(wù)所需要的所有開發(fā)資源。定制的應(yīng)用程序可在脫離ArcGIS Desktop環(huán)境下單獨(dú)執(zhí)行。

1.1 Engine的控件

控件是用戶界面的組成部分。開發(fā)人員可以在自己適當(dāng)?shù)拈_發(fā)平臺（如Visual Studio）的工具箱中引用Engine的組件，就可以在自己的應(yīng)用程序中加入MapControl和TOCControl等控件來顯示地圖，并對其進(jìn)行交互式運(yùn)用。一旦在開發(fā)平臺中引入了相關(guān)的組件，開發(fā)者就可以在開發(fā)平臺上像應(yīng)用其他控件一樣使用Engine的控件，非常方便。目前對GIS Engine支持比較好的是Visual Studio 10開發(fā)平臺，計(jì)算機(jī)語言是C Sharp（C#）。

1.2 對象庫

對象庫是可編程ArcObjects組件的集合，包括幾何、顯示、制圖、GIS數(shù)據(jù)源和三維分析等一系列庫。

1.3 工具條

工具條是GIS工具的集合，實(shí)現(xiàn)和地圖、地理信息的交互。開發(fā)者可以將選擇的工具拖放到定制應(yīng)用中或創(chuàng)建自己定制的工具來實(shí)現(xiàn)與地圖的交互。Engine中封裝了很多實(shí)用的工具。開發(fā)者可以根據(jù)自己的需要定制不同的工具，組建專用的工具條，十分方便。

2 開發(fā)環(huán)境

本研究基于Visual Studio 2010開發(fā)平臺，服務(wù)器端遙感數(shù)據(jù)處理采用ArcObjects控件，數(shù)據(jù)庫訪問通過ADO.NET實(shí)現(xiàn)，客戶端地圖瀏覽采用ArcIMS。計(jì)算機(jī)編程語言使用目前對ArcGIS Engine支持比較好的C Sharp計(jì)算機(jī)語言。數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)采用Microsoft SQL2010。操作系統(tǒng)為Win7旗艦版。

3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)

如圖1所示，電廠周邊區(qū)域高精度遙感生態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)包括：數(shù)據(jù)庫（基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫和遙感信息數(shù)據(jù)庫）、監(jiān)測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)檢索、GIS圖像輸出、報(bào)表輸出模塊和決策輔助功能模塊等。數(shù)據(jù)庫中首先應(yīng)存儲區(qū)域內(nèi)的相關(guān)地理信息，如地形、地貌、水文、氣象等，在此基礎(chǔ)上還需收集和儲存相關(guān)的遙感信息。監(jiān)測系統(tǒng)主要是為了環(huán)境監(jiān)測用，可以是自動在線監(jiān)測，監(jiān)測數(shù)據(jù)由在線監(jiān)測裝置自動導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中。也可以是人工監(jiān)測站點(diǎn)，系統(tǒng)為站點(diǎn)設(shè)置相應(yīng)的權(quán)限，監(jiān)測數(shù)據(jù)由工作為員手工錄入到數(shù)據(jù)庫中。數(shù)據(jù)檢索模塊實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)檢索功能，以便于在海量數(shù)據(jù)中拾取有用的信息。GIS圖像輸出模塊是由系統(tǒng)的輸出接口和外設(shè)硬件來完成，其主要功能是將信息轉(zhuǎn)換成可視化信息輸出。報(bào)表輸出模塊內(nèi)置一部分規(guī)定格式的報(bào)表，同時也可以根據(jù)用戶自定義的要求輸出相關(guān)報(bào)表。決策輔助模塊由系統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)、預(yù)測分析計(jì)算模型組成，通過這些計(jì)算和分析為決策者提供技術(shù)支持。

4 系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)

隨著高分辨率遙感衛(wèi)星的研制與投入使用，以及計(jì)算機(jī)技術(shù)、遙感、GIS空間信息技術(shù)的飛躍發(fā)展，利用遙感、GIS等技術(shù)手段監(jiān)測生態(tài)環(huán)境變化成為可能[2]。依托ArcGIS Engine的技術(shù)支撐實(shí)現(xiàn)電廠周邊地區(qū)高精度生態(tài)信息監(jiān)測、建立生態(tài)一體化快速評估與信息共享平臺。系統(tǒng)的功能模塊組成包括：電廠周邊地區(qū)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫管理模塊、遙感信息數(shù)據(jù)庫管理模塊、生態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合管理模塊、數(shù)據(jù)分析模塊、生態(tài)預(yù)警模塊和系統(tǒng)安全管理模塊。

4.1 基礎(chǔ)信息數(shù)據(jù)庫管理模塊

基礎(chǔ)信息主要包括地理、植被、河流等。這方面的數(shù)據(jù)庫管理操作一般包括了：數(shù)據(jù)的錄入、更改；數(shù)據(jù)的導(dǎo)入、導(dǎo)出；以及相關(guān)的安全管理和權(quán)限設(shè)置和管理。一般情況下，要求系統(tǒng)可以將數(shù)據(jù)信息導(dǎo)出目前常用的文件格式，例如Office中的Excel表格等。

4.2 遙感信息數(shù)據(jù)庫管理模塊

針對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價、評估和預(yù)測的需求，遙感信息應(yīng)包括海岸帶本底數(shù)據(jù)和變化數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來自于GIS遙感衛(wèi)星，不同時期的遙感信息也不相同。遙感信息是圖像信息占用的儲存空間較大，其處理方式與其他監(jiān)測數(shù)據(jù)不同，因此單獨(dú)設(shè)計(jì)系統(tǒng)模塊進(jìn)行管理。

4.3 數(shù)據(jù)庫管理模塊

該模塊主要完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的編輯、錄入（導(dǎo)入）、導(dǎo)出、檢索等操作，還進(jìn)行數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查和校驗(yàn)，例如對有些監(jiān)測數(shù)據(jù)的有效性、正確性、邏輯性以及精確性做出評估，并反饋給系統(tǒng)對個別的數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和分類，然后根據(jù)系統(tǒng)規(guī)定的原則分別進(jìn)行處理。

4.4 數(shù)據(jù)分析模塊

數(shù)據(jù)分析模塊是整個系統(tǒng)核心，大量的計(jì)算工作由計(jì)算機(jī)完成，體現(xiàn)了軟件系統(tǒng)的優(yōu)勢。地理數(shù)據(jù)與監(jiān)測數(shù)據(jù)均要按照一定的方式進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。這些方式可以是系統(tǒng)預(yù)先設(shè)定好的，也可以是系統(tǒng)交付使用后，用戶自行定義的。

4.5 生態(tài)預(yù)警模塊

這一模塊實(shí)際上是在前述幾種模塊的基礎(chǔ)上完成的。就是依據(jù)前述模塊的輸出結(jié)果，進(jìn)一步歸納總結(jié)海岸帶生態(tài)變化的區(qū)域差異、空間規(guī)律、變化特點(diǎn)等，結(jié)合相對獨(dú)立的判斷指標(biāo)，找出變化原因和影響因子，對未來生態(tài)變化趨勢做出預(yù)估，從而實(shí)現(xiàn)對生態(tài)發(fā)展可能存在的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行預(yù)警。

4.6 系統(tǒng)安全管理模塊

系統(tǒng)在投入使用的過程中通常有不同層面的用戶，不同層面的用戶有著不同的權(quán)限。系統(tǒng)安全管理模塊主要是完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全和權(quán)限安全的管理。數(shù)據(jù)安全管理主要是指數(shù)據(jù)的備份與恢復(fù)、數(shù)據(jù)操作日志管理等；權(quán)限安全管理包括用戶管理、角色管理、權(quán)限分配等功能。

5 結(jié)論與展望

研究對高精度遙感生態(tài)監(jiān)測信息系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)踐進(jìn)行了全面闡述，從ArcGIS Engine 技術(shù)、系統(tǒng)總體架構(gòu)、功能分析與設(shè)計(jì)等多個層面進(jìn)行了深入的探討，為電廠周邊地區(qū)的生態(tài)監(jiān)測、生態(tài)預(yù)警和保護(hù)提供技術(shù)支持。

參考文獻(xiàn)

[1] 燕云鵬， 和正民. 基于Arc Engine的青藏高原生態(tài)地質(zhì)環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建設(shè)[J]. 國土資源遙感，2010， 11： 35-38.

[2] 諸云強(qiáng)， 賈萍， 江東， 等. 國家資源環(huán)境遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 吉首大學(xué)學(xué)報(bào)， 2005， 26（1）： 30-32.