組件式森林生態(tài)區(qū)位管理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)

陳杰，洪端芳，譚芳林，林立更

(1.福建省林業(yè)科學(xué)研究院，福建 福州 350012；2.福建省森林資源管理總站，福建 福州 350003)

區(qū)位表征了一個(gè)事物在一個(gè)相互聯(lián)系的體系中所處的地位及其與相鄰事物的關(guān)系，同時(shí)說(shuō)明了它在這個(gè)體系中的重要性。森林是陸地生態(tài)系統(tǒng)的主體，森林生態(tài)區(qū)位是指一定面積的森林的空間位置及其生態(tài)重要性的標(biāo)志。森林具有強(qiáng)大的生態(tài)功能，但是位于不同區(qū)域的森林發(fā)揮的生態(tài)作用卻有很大的不同，處于一定位置的森林生態(tài)區(qū)位表現(xiàn)為具有一定面積分布的森林對(duì)維持區(qū)域生態(tài)安全的重要性程度，是其對(duì)生態(tài)功能影響力大小的標(biāo)志[1，2]，體現(xiàn)了該森林生態(tài)系統(tǒng)對(duì)維持區(qū)域生態(tài)安全的重要程度[3]。森林生態(tài)區(qū)位由其所處空間位置和與之相關(guān)的空間要素所決定的。這些空間要素包括地形地貌、海拔、坡度、坡位、坡向等，因此，森林生態(tài)區(qū)位必須在地理信息系統(tǒng)技術(shù)支持下，采用一定的體系和標(biāo)準(zhǔn)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)劃界定，建立森林生態(tài)區(qū)位空間數(shù)據(jù)庫(kù)。為了動(dòng)態(tài)管理森林生態(tài)區(qū)位數(shù)據(jù)，提取生態(tài)區(qū)位小班，本文研究利用地理信息組件開發(fā)森林生態(tài)區(qū)位管理系統(tǒng)，為優(yōu)化生態(tài)公益布局提供可視化的空間決策支持。

1 需求分析

由于森林生態(tài)區(qū)位是根據(jù)不同的保護(hù)對(duì)象進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整并提取相應(yīng)林班小班數(shù)據(jù)作為優(yōu)化生態(tài)公益林管理的基礎(chǔ)，因此生態(tài)區(qū)位管理系統(tǒng)集成了生態(tài)區(qū)位區(qū)劃數(shù)據(jù)、DOM數(shù)據(jù)、掃描地形圖、森林資源分布圖、基礎(chǔ)地理信息等空間和屬性數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理，實(shí)現(xiàn)基于地理信息技術(shù)的森林生態(tài)區(qū)位修改、編輯、查詢和分析，以及基于空間分析技術(shù)的森林資源小班區(qū)位信息的提取等主要功能。系統(tǒng)面對(duì)基層林業(yè)工作人員，針對(duì)用戶的特點(diǎn)，要求用戶交互界面簡(jiǎn)單明確，系統(tǒng)集成度高、耦合性強(qiáng)。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用微軟SQLserver和ArcGISGeoDatabse數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)屬性和空間數(shù)據(jù)，通過(guò)ADO.NET和ArcGISSDE技術(shù)實(shí)現(xiàn)屬性和空間數(shù)據(jù)的管理(圖1)[2，4]。系統(tǒng)需要的數(shù)據(jù)如下：

2.1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)包括行政區(qū)劃、交通、水系等。其中行政區(qū)劃數(shù)據(jù)包括省、設(shè)區(qū)市、縣(縣級(jí)市、區(qū))、鄉(xiāng)(鎮(zhèn))、行政村5級(jí)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)及各級(jí)政府駐地；國(guó)道、省道、高速公路、鐵路、高速鐵路系統(tǒng)組成的陸路交通數(shù)據(jù)；閩江、九龍江、敖江、汀江、晉江、龍江、木蘭溪、交溪等“六江兩溪”重點(diǎn)流域的水系數(shù)據(jù)。

2.2 遙感和掃描地形圖

SPOT5遙感衛(wèi)星影像經(jīng)過(guò)預(yù)處理和數(shù)據(jù)融合，按照1:10000的比例尺分幅鑲嵌裁切生成數(shù)字正射影像(DOM)，以及1∶10000掃描地形圖數(shù)據(jù)，統(tǒng)一存儲(chǔ)為ArcGISGeodatabase。

2.3 林業(yè)生態(tài)區(qū)位分布數(shù)據(jù)

林業(yè)生態(tài)區(qū)位是根據(jù)森林要素分布的自然地理特點(diǎn)結(jié)合森林資源自身的特點(diǎn)，以及對(duì)國(guó)土生態(tài)安全、生物多樣性保護(hù)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展具有重要作用，以發(fā)揮森林生態(tài)和社會(huì)服務(wù)功能為主要經(jīng)營(yíng)目的界定的林地區(qū)域范圍，主要包括世界自然遺產(chǎn)保護(hù)地，國(guó)家級(jí)和省級(jí)自然保護(hù)區(qū)，森林公園，“六江兩溪”源頭及兩岸保護(hù)地帶，沿海防護(hù)林及基干林帶，飲用水源保護(hù)區(qū)，重點(diǎn)水庫(kù)和湖泊保護(hù)周邊保護(hù)林地，國(guó)道、高速公路和鐵路周邊一重山林地等區(qū)劃形成面狀數(shù)據(jù)圖層，并根據(jù)其保護(hù)級(jí)別確定其重要性等級(jí)。

2.4 森林資源分布數(shù)據(jù)

根據(jù)《福建省森林資源規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查技術(shù)規(guī)定》調(diào)查制作森林資源分布數(shù)據(jù)，包括地類、林種、樹種、年齡等關(guān)鍵信息。

3 關(guān)鍵技術(shù)

COM架構(gòu)是基于面向?qū)ο蠹夹g(shù)構(gòu)建，將程序開發(fā)過(guò)程中經(jīng)常使用的功能按照面向?qū)ο蟮脑瓌t，采用匯編或C++等語(yǔ)言編寫并編譯成動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件(DLL)或可執(zhí)行文件，這些文件即為組件。ArcGISEngine是基于MicrosoftCOM規(guī)范設(shè)計(jì)提供的一個(gè)面向桌面開發(fā)地理信息系統(tǒng)類庫(kù)產(chǎn)品，其核心代碼采用C++語(yǔ)言編寫，提供了兼容多種開發(fā)語(yǔ)言的GIS應(yīng)用開發(fā)控件。[5-7]

圖2生態(tài)區(qū)位查詢菜單

系統(tǒng)開發(fā)在VisualStudio平臺(tái)和C#語(yǔ)言支持下，采用面向?qū)ο蟮拈_發(fā)方法和基于C/S兩層架構(gòu)體系開發(fā)。數(shù)據(jù)層采用.Net和ArcGISSDE技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)屬性和空間數(shù)據(jù)的增、刪、改、查等基本操作。表現(xiàn)層采用JanusWinFormsControls組件和ArcGISEngine提供的控件為基礎(chǔ)，構(gòu)建Ribbon風(fēng)格的用戶交互界面。在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)圖層管理、地圖顯示、查詢統(tǒng)計(jì)、制圖輸出、數(shù)據(jù)管理等功能(見圖1[8-10])。

圖1體系結(jié)構(gòu)

4 功能實(shí)現(xiàn)

根據(jù)使用對(duì)象和需求分析，在關(guān)鍵技術(shù)支撐下，系統(tǒng)的表現(xiàn)層由區(qū)位查詢和統(tǒng)計(jì)、森林資源小班區(qū)位代碼提取、空間與屬性數(shù)據(jù)交互查詢、生態(tài)公益林決策支持等模塊組成。在用戶交互界面實(shí)現(xiàn)上，利用JanusWinformsControlsRibbon控件將各模塊工具和菜單集成一個(gè)Ribbon組，優(yōu)化命令和工具的操作流程。

4.1 區(qū)位查詢和統(tǒng)計(jì)

生態(tài)區(qū)位查詢可以按照使用單位和地區(qū)不同，在初次使用系統(tǒng)時(shí)，根據(jù)用戶所管理的生態(tài)區(qū)位類型動(dòng)態(tài)配置，并生成相應(yīng)的配置文件，實(shí)現(xiàn)基于行政區(qū)劃、空間位置等查詢和統(tǒng)計(jì)。利用ArcGISEngine提供的查詢工具接口生成的查詢條件從數(shù)據(jù)層查找相關(guān)數(shù)據(jù)，并反饋給表示層，以GIS圖層顯示查詢結(jié)果，統(tǒng)計(jì)結(jié)果以報(bào)表形式表現(xiàn)(見圖2，實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)過(guò)程見圖3)。

圖3 生態(tài)區(qū)位查詢流程圖

4.2 森林資源小班區(qū)位代碼提取

森林資源小班區(qū)位代碼提取和賦值使用ArcGISEngine中Geoprocessing(地理處理)模塊進(jìn)行操作。由于各生態(tài)區(qū)位可能在空間上存在相互重疊的情況，落在這些的生態(tài)區(qū)位上的林地小班根據(jù)生態(tài)區(qū)位重要性等級(jí)采用從低到高的“迭代賦值法”對(duì)小班的區(qū)位代碼字段進(jìn)行賦值(見圖4)。

圖4森林資源小班區(qū)位代碼提取模型

4.3 空間與屬性數(shù)據(jù)交互查詢

基于ArcGISSDE技術(shù)的空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)尚未實(shí)現(xiàn)對(duì)地理數(shù)據(jù)屬性表的自動(dòng)加載，為解決這一問(wèn)題，系統(tǒng)基于Ado.Net“數(shù)據(jù)感知”技術(shù)編寫了一個(gè)ForeDataTable實(shí)現(xiàn)對(duì)屬性表的訪問(wèn)與空間數(shù)據(jù)的交互查詢(圖5)。

圖 5 ForeDataTable 類結(jié)構(gòu)圖

在空間數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)交互查詢中，首先獲取當(dāng)前操作的圖層名稱，實(shí)現(xiàn)基于ILayer接口申明的圖層對(duì)象，調(diào)用類中的靜態(tài)方法CreateDataTable或CreateDataTableAll兩個(gè)方法，分別實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)調(diào)用和全部記錄，通過(guò)CreateDataTableByLayer方法，實(shí)現(xiàn)從空間數(shù)據(jù)屬性表到DataTable的轉(zhuǎn)變并作為DataGridView數(shù)據(jù)源。在DataGridView中單擊某一條屬性，則在“地圖窗口”中，自動(dòng)定位到該屬性關(guān)聯(lián)的空間要素。

4.4 優(yōu)化生態(tài)公益林布局決策支持

生態(tài)公益林管理護(hù)政策要求一定區(qū)域的生態(tài)公益林保護(hù)面積保持相對(duì)穩(wěn)定，但由于基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、保護(hù)對(duì)象及生態(tài)公益林內(nèi)部因子的改變，導(dǎo)致生態(tài)公益林是動(dòng)態(tài)變化的，區(qū)劃并建立森林生態(tài)區(qū)位數(shù)據(jù)庫(kù)主要是為了優(yōu)化生態(tài)公益林布局。本系統(tǒng)基于空間分析的技術(shù)基礎(chǔ)上，可以根據(jù)非區(qū)位內(nèi)的森林資源小班的區(qū)位等級(jí)、面積、起源，綜合地形地貌等空間分布的等因子為生態(tài)公益林優(yōu)化布局提出完善的調(diào)整方案，為生態(tài)公益林日常管理提供決策支持。

5 結(jié)論和討論

本文運(yùn)用組件開發(fā)技術(shù)，在ArcGISEngine地理信息系統(tǒng)二次開發(fā)組件和JanusWinForms組件，在MicrosoftVisualStudio平臺(tái)上，開發(fā)了基于地理信息系統(tǒng)的森林生態(tài)區(qū)位管理系統(tǒng)，系統(tǒng)運(yùn)用空間建模技術(shù)，將區(qū)位代碼的提取集成到系統(tǒng)中，可以實(shí)時(shí)更新小班的生態(tài)區(qū)位信息，實(shí)現(xiàn)了生態(tài)區(qū)位動(dòng)態(tài)管理和森林資源小班區(qū)位代碼的提取功能等，為生態(tài)公益林的日常管理提供決策支持。系統(tǒng)構(gòu)建Ribbon風(fēng)格的交互體系，將地理信息技術(shù)常用的功能做了歸納和整理，為基層林業(yè)管理人員提供了友好的交互界面。系統(tǒng)在ArcGISRuntime的支持下，可以獨(dú)立安裝部署，降低了的軟件部署的成本和難度。

森林生態(tài)區(qū)位和生態(tài)公益林的管理是省、市、縣三級(jí)聯(lián)動(dòng)的管理體系，系統(tǒng)管理的對(duì)象不僅包括森林生態(tài)區(qū)位數(shù)據(jù)，還包括森林資源小班數(shù)據(jù)以及其他的基礎(chǔ)地理信息，還需進(jìn)一步完善與其他相關(guān)管理系統(tǒng)的銜接，建立三級(jí)聯(lián)動(dòng)更新生態(tài)區(qū)位管理系統(tǒng)。森林生態(tài)區(qū)位與空間位置和特征關(guān)系密切，系統(tǒng)還要進(jìn)一步開發(fā)三維功能，進(jìn)一步完善生態(tài)區(qū)劃功能。

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