基于GIS的云南省竹種資源信息管理系統(tǒng)的建立

孫茂盛 張興波 付小勇 孫 鵬 楊麗娜 張銀娜

(1西南林業(yè)大學(xué)昆明 650224；2普洱亞洲竹藤博覽園云南普洱 665000)

基于GIS的云南省竹種資源信息管理系統(tǒng)的建立

孫茂盛1張興波2付小勇1孫 鵬2楊麗娜1張銀娜2

(1西南林業(yè)大學(xué)昆明 650224；2普洱亞洲竹藤博覽園云南普洱 665000)

應(yīng)用地理信息系統(tǒng) (GIS)技術(shù)建立了首份云南省原生和引種竹種 (含41屬389種、變種、變型)的物種信息管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過 “竹種名稱”或 “竹種名稱＋產(chǎn)地”等多種條件查詢后，可輸出竹種的種屬、形態(tài)特征、分布地 (含具體的地理位置、海拔、生境條件)、竹種分布圖及竹種實(shí)景圖片等相關(guān)信息，從而實(shí)現(xiàn)了竹種分布和生境信息的可視化查詢。查詢結(jié)果可生成可打印的、布局合理、信息豐富的竹種分布圖。該系統(tǒng)的建成可大大降低云南竹種資源調(diào)查的成本，提高竹類資源信息的利用率，并實(shí)現(xiàn)資源共享，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

GIS；竹種資源；信息管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫；云南省

云南是世界竹類植物種類最多、類型最齊全、地理成分最復(fù)雜、多樣性最豐富的地區(qū)，同時(shí)也是珍稀古老和特有竹種分布最集中、天然竹林分布最廣的地區(qū)，還是世界竹類植物的起源地和現(xiàn)代分布中心之一，被稱為 “世界竹類的故鄉(xiāng)”[1－2]。云南省竹種 (含引種栽培)有41屬389種，且多樣性十分突出，從熱帶的大型叢生竹、亞熱帶散生竹到高山寒溫性混生的小型竹均有分布[3－4]。

一個(gè)地區(qū)植物的種類組成、地理分布及現(xiàn)狀的實(shí)物資料，是進(jìn)行植物空間分布及多樣性研究最重要的原始數(shù)據(jù)源[5－6]。由于云南竹類植物分類研究的特殊性，加之云南地處邊疆，交通不便，信息不發(fā)達(dá)，導(dǎo)致云南竹類植物研究領(lǐng)域的地理信息系統(tǒng)研究與應(yīng)用較少。云南竹類植物野外調(diào)查難度大、耗費(fèi)也大，大量竹類資源信息不清。目前，云南省除少數(shù)幾個(gè)州、市、縣進(jìn)行過竹類資源調(diào)查外，多數(shù)地方對(duì)竹種分布及數(shù)量、面積均不清楚，導(dǎo)致很多好的竹種資源沒有得到應(yīng)有的開發(fā)利用。本研究基于30多年來對(duì)云南竹類資源的調(diào)查研究工作，收集整理出了最全面的云南省竹種資源分布信息，與專業(yè)的地理信息系統(tǒng)專家合作建立了云南省竹種資源分布信息數(shù)據(jù)庫，用戶可以快速、便捷地對(duì)云南省竹種資源進(jìn)行查詢，不但可以提高竹類資源利用率、實(shí)現(xiàn)資料共享，還可為各項(xiàng)科學(xué)研究提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。

1 信息系統(tǒng)建立的意義

植物管理數(shù)字化是植物研究領(lǐng)域信息化的一種體現(xiàn)。竹類植物信息的數(shù)字化管理是把掌握的所有竹類植物信息轉(zhuǎn)變成數(shù)字化的信息資源進(jìn)行存儲(chǔ)，為用戶查詢提供便捷服務(wù)。以電子數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)竹類植物資料及圖片，可以方便快捷地對(duì)竹類植物信息進(jìn)行處理和利用，配上相應(yīng)的查詢系統(tǒng)，使竹類植物信息得到充分有效利用。通過Internet技術(shù)可使世界各地的用戶通過網(wǎng)絡(luò)直接查詢數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)真正意義上的資源共享，為科研和植物資源的開發(fā)帶來積極地推動(dòng)作用。

云南省竹種資源豐富，分布廣泛，調(diào)查數(shù)據(jù)量非常大，翻閱和查詢耗時(shí)耗力，迫切需要建立竹類植物物種資源分布的信息管理系統(tǒng)。Web GIS具有交互式、分布式、動(dòng)態(tài)性特征，通過WWW功能擴(kuò)展GIS，可將云南省竹類植物的GPS點(diǎn)、海拔、生境、分布等信息標(biāo)注并顯示在相應(yīng)地圖上。通過該系統(tǒng)，用戶除了能查詢到云南每個(gè)竹種的分布、一般屬性和在地圖上直觀地看到竹種的空間地理分布等信息外，還能了解該竹種所生長(zhǎng)的海拔及氣象環(huán)境，竹種的各類信息一目了然。通過互聯(lián)網(wǎng)，Internet用戶可以在任何地方查詢?cè)颇鲜≈耦愔参镔Y源信息，實(shí)現(xiàn)信息資源共享?？傊?，該系統(tǒng)的建立可為植物學(xué)家研究云南竹類植物多樣性提供詳盡、有效的信息，為研究竹類植物生境劃分和物種分布提供一種新的研究方法，具有一定的科學(xué)研究?jī)r(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。

2 數(shù)據(jù)庫建立過程

云南省竹類植物信息系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫為底層支撐，結(jié)合桌面GIS(ArcGIS Desktop)地圖制作與服務(wù)端GIS(ArcGIS Server)地圖發(fā)布，集成企業(yè)級(jí)的應(yīng)用開發(fā)框架.NET，進(jìn)行系統(tǒng)的集成二次開發(fā)。

具體的建立過程包括以下幾步:1)收集竹種實(shí)地分布點(diǎn)數(shù)據(jù)；2)準(zhǔn)備竹種分布區(qū)域環(huán)境數(shù)據(jù)；3)根據(jù)竹種采集點(diǎn)提取相關(guān)的環(huán)境數(shù)據(jù)；4)調(diào)用ArcGIS制圖分析并預(yù)測(cè)預(yù)估分布；5)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析和展示。

步驟1)中整理獲得的數(shù)據(jù)多為Excel格式的文件。使用Excel文件來管理和維護(hù)竹種分布點(diǎn)的數(shù)據(jù)有如下缺點(diǎn):可能導(dǎo)致數(shù)據(jù)被意外修改；不方便通過網(wǎng)絡(luò)來維護(hù)管理數(shù)據(jù)。因此，需要把竹種分布點(diǎn)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫中。

步驟2)的數(shù)據(jù)從WorldClim(全球氣候數(shù)據(jù)庫)下載，是ASC格式的柵格數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)以文件的形式存儲(chǔ)，每個(gè)文件表示一個(gè)環(huán)境變量，并附有對(duì)應(yīng)的說明。為這些柵格數(shù)據(jù)建立金字塔可以提高步驟3)處理的速度。

步驟3)需要根據(jù)步驟1)中每個(gè)竹種分布點(diǎn)的經(jīng)度和緯度數(shù)據(jù)，從步驟2)的柵格數(shù)據(jù)中找到對(duì)應(yīng)經(jīng)度和緯度位置的各個(gè)環(huán)境變量的值。完成步驟3)可以使用ArcGIS Map的多值提取到點(diǎn)的功能，這個(gè)功能在ArcGIS Engine中有對(duì)應(yīng)的開發(fā)接口“Extract MultiValue to Point” 可以調(diào)用。

步驟4)根據(jù)多個(gè)文獻(xiàn)的研究顯示，并非參與建模的環(huán)境變量越多越好?？梢允褂弥鞒煞址治鰜韺?duì)步驟3)提取到的環(huán)境變量數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理。主成分分析有多個(gè)開發(fā)包提供開發(fā)接口，可以進(jìn)行調(diào)用。

步驟5)中ArcMap桌面GIS軟件，對(duì)結(jié)果進(jìn)行展示和進(jìn)一步的分析處理，這些功能可以借助ArcGIS Map和ArcGIS Engine來完成。

通過使用Excel文件、GIS文件、GIS軟件和計(jì)算工具之間互相轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，在ArcGIS基礎(chǔ)上開發(fā)出一個(gè)輔助軟件來對(duì)竹種數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理 (圖1)，并可以制圖表達(dá)和預(yù)測(cè)預(yù)估。

輔助軟件是一個(gè)可以在局域網(wǎng)或者互聯(lián)網(wǎng)中使用的軟件，可以通過部署SQL數(shù)據(jù)庫在網(wǎng)絡(luò)中的位置來實(shí)現(xiàn)。輔助軟件采用典型的兩層客戶機(jī)/服務(wù)器的模式進(jìn)行開發(fā)。輔助軟件的開發(fā)語言為C＃語言，SQL數(shù)據(jù)庫使用SQL Server 2008，集成開發(fā)環(huán)境是Visual Studio 2010，ArcGIS Engine的版本是10.1。

圖1 竹種數(shù)據(jù)庫管理及GIS分析圖

3 信息系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的功能

通過把云南省分布的41屬389種竹種進(jìn)行數(shù)字化信息存儲(chǔ)管理，建立了一個(gè)具有較強(qiáng)實(shí)用性的云南竹類植物物種資源信息管理系統(tǒng)；通過GIS平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了云南省竹類植物種的縣域分布地圖，竹種在全省范圍的地理分布地圖；實(shí)現(xiàn)了竹種在縣域內(nèi)分布分級(jí)顯示，可視化查詢的放大縮小、左右移動(dòng)、全省范圍內(nèi)查詢竹種，竹種坐標(biāo)定位等功能。

利用該系統(tǒng)，用戶可以根據(jù)竹種名稱查詢，也可以根據(jù)竹種名稱和竹種產(chǎn)地等多條件查詢，系統(tǒng)即可輸出該竹種的種屬信息、基本信息、形態(tài)特征信息、分布地、坐標(biāo)、海拔、生境條件、竹種分布圖及竹種圖片等相關(guān)信息 (表1)。

將竹種信息數(shù)據(jù)庫融入地理信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)竹種的生境信息、周圍環(huán)境信息的可視化查詢。竹種空間分布的可視化查詢，對(duì)地圖的操作主要是在 (放大、縮小、拖拽、移動(dòng)、全范圍等)竹種分布地之間的距離測(cè)算，坐標(biāo)查詢。由于竹種以點(diǎn)的形式分布密集，增加放大鏡功能，同時(shí)增加了竹種點(diǎn)的生境信息與竹種信息查詢操作，生成布局合理、信息豐富、符合規(guī)范的竹類植物分布圖，如果系統(tǒng)直接連接打印機(jī)，則可實(shí)現(xiàn)打印出圖 (圖2)。

4 信息系統(tǒng)建設(shè)面臨的問題

竹種分布信息系統(tǒng)的建立降低了調(diào)查竹種資源所花費(fèi)的巨大人力、物力、財(cái)力、時(shí)間與精力，實(shí)現(xiàn)了云南省竹類植物竹種數(shù)據(jù)的數(shù)字規(guī)范化管理，能夠用于植物多樣性分布研究、教師授課、學(xué)生學(xué)習(xí)及為植物資源查詢提供支持，為植物生境生態(tài)因子的顯著性影響評(píng)價(jià)提供新的方法。當(dāng)前，該系統(tǒng)建設(shè)還存在以下幾方面的問題與不足:

1)存儲(chǔ)信息不全面。信息系統(tǒng)還缺少地理空間方面的相關(guān)信息，比如竹種在生態(tài)系統(tǒng)中的分布方式和分布格局，竹種在生態(tài)系統(tǒng)中的相互作用、相互影響等。

2)圖片信息不足。竹種地理信息系統(tǒng)大多數(shù)是文字說明，圖片信息缺乏，而竹種生境圖片是讓瀏覽者對(duì)竹種及生境更有直觀印象的載體，需進(jìn)一步完善。

表1 系統(tǒng)輸出的竹種部分相關(guān)信息

圖2 系統(tǒng)輸出的云南省竹種分布圖

3)系統(tǒng)的使用范圍較窄。目前該系統(tǒng)僅限于本單位的科研人員，面向?qū)ο蟛粔驈V泛，使得系統(tǒng)的價(jià)值得不到充分體現(xiàn)。

4)數(shù)據(jù)更新慢。目前，系統(tǒng)中的具體數(shù)據(jù)沒有做到及時(shí)更新，在一定程度上限制了數(shù)據(jù)的及時(shí)性和前沿性。

5)專業(yè)人員匱乏。植物分類學(xué)的研究由于缺少技術(shù)和資金的支持，大量專業(yè)技術(shù)人才流失，該領(lǐng)域的研究人員十分稀少，老一輩的科研工作者陸續(xù)離開，出現(xiàn)了極為嚴(yán)重的斷層現(xiàn)象，植物分類學(xué)的發(fā)展經(jīng)受著從未有過的生存考驗(yàn)。

基于上述問題及系統(tǒng)的進(jìn)一步發(fā)展，下一步的工作重點(diǎn)是:進(jìn)一步完善系統(tǒng)的整體性能，同時(shí)在竹種形態(tài)描述、生境分布、竹種照片、生境照片等方面進(jìn)行補(bǔ)充、豐富；信息系統(tǒng)地理分布地圖的應(yīng)用及操作上還要進(jìn)一步完善；在該系統(tǒng)中完成每個(gè)竹種分布面積及蓄積量的展示。通過該系統(tǒng)的進(jìn)一步完善，最終建成綜合功能強(qiáng)大的云南省竹類植物信息系統(tǒng)。

[1] 西南林學(xué)院，云南省林業(yè)廳.云南樹木圖志(下)[M].昆明:云南科技出版社，1991.

[2] 西南林學(xué)院，云南省科學(xué)技術(shù)委員會(huì)，云南省林業(yè)廳，等.云南竹類資源及其開發(fā)利用[M].昆明:云南科技出版社，1995.

[3] 馬乃訓(xùn)，張文燕.中國珍稀竹類[M].杭州:浙江科學(xué)技術(shù)出版社，2007.

[4] 易同培，史軍義，馬麗莎，等.中國竹類圖志[M].北京:科學(xué)出版社，2008.

[5] 中國科學(xué)院中國植物志編輯委員會(huì).中國植物志第九卷第一分冊(cè)[M].北京:科學(xué)出版社，1996.

[6] 中國科學(xué)院昆明植物研究所.云南植物志第九卷(種子植物)[M].北京:科學(xué)出版社，2003.

GIS Technology Based Information Management System for Bamboo Species Resources in Yunnan Province

Sun Maosheng1Zhang Xingbo2Fu Xiaoyong1Sun Peng2Yang Lina1Zhang Yinna2
(1.Southwest Forestry University， Kunming 650224， China；2.Asia Bamboo＆ Rattan Exposition Park，Puer 665000，Yunnan，China)

The first information management system for bamboo species resources was established in Yunnan Province of China based on GIS technology， including 389 species， variety and forma from 41 genera.With the formats of“scientific name” or“scientific name＋ distribution area”，the system could give relevant information，including genus and species， morphological characteristics， distribution area(including longitude， latitude， altitude and habitat conditions)， distribution map and habitat pictures.Therefore， this system could provide the visual information on species distribution and habitat.The inquiry results could generate printable，reasonable laid out and informative bamboo species distribution map.The establishment of this system will greatly reduce the cost of bamboo resources investigation in Yunnan， improve the utilization of bamboo resources information and realize resources sharing， so it is of widespread application value.

KeywordsGIS，bamboo species resource，information management system， database， Yunnan

10.13640/j.cnki.wbr.2017.06.004

普洱亞洲竹藤博覽園項(xiàng)目。

孫茂盛 (1963－)，西南林業(yè)大學(xué)竹藤研究所，在云南從事竹類植物研究30多年。E－mail:1513762048＠qq.com。