河南省草地資源信息管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

盧清國 丁林可 王榮 王喜 趙慧芬

（1.河南省地圖院，河南 鄭州 450003；2.河南省天地圖測(cè)繪地理信息有限公司，河南 鄭州 450003）

1 引言

草地作為畜牧產(chǎn)業(yè)的物質(zhì)基礎(chǔ)、野生動(dòng)植物的棲息繁殖場(chǎng)所，是我國的重要戰(zhàn)略資源，在我國社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、文化、生態(tài)保護(hù)方面發(fā)揮著重要作用[1]。為了促進(jìn)草地生態(tài)信息科學(xué)的發(fā)展，加快草地資源的數(shù)字化進(jìn)程，河南省開展了草地資源清查工作，綜合應(yīng)用地面調(diào)查和空間信息技術(shù)，全面查清河南省草地資源的面積、區(qū)位、草地類型、草場(chǎng)等級(jí)、生態(tài)狀況、利用現(xiàn)狀等，基于ASP.NET 技術(shù)和ArcGIS Server 技術(shù)構(gòu)建B/S 多層結(jié)構(gòu)WebGIS 系統(tǒng)的思想，設(shè)計(jì)了集移動(dòng)端外業(yè)采集、地圖瀏覽、地理信息查詢、統(tǒng)計(jì)制表、空間分析、空間數(shù)據(jù)管理等功能于一體的草地資源信息管理系統(tǒng)，為河南省加強(qiáng)草地生態(tài)保護(hù)建設(shè)，促進(jìn)草地合理開發(fā)利用、提高草地精細(xì)化管理水平，全面深化生態(tài)文明體制改革提供信息基礎(chǔ)和決策支持[2]。

圖1 框架設(shè)計(jì)圖

2.2 技術(shù)路線

在草地資源清查工作實(shí)際需要和地區(qū)特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，遵循軟件工程的方法，開發(fā)河南省草地資源信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)主要技術(shù)路線如圖2 所示。

2 系統(tǒng)架構(gòu)和技術(shù)路線

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、平臺(tái)應(yīng)用領(lǐng)域和技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)要求，草地資源管理系統(tǒng)整體采用四層B/S（Browser/Server）結(jié)構(gòu)，包括客戶層、業(yè)務(wù)邏輯層、服務(wù)器層和數(shù)據(jù)層[3]，共享平臺(tái)總體框架如圖1 所示。

共享用戶通過Network發(fā)送不同的信息服務(wù)請(qǐng)求，經(jīng)過服務(wù)端的Web 服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層和數(shù)據(jù)層交互操作并返回請(qǐng)求結(jié)果，客戶終端最終獲取服務(wù)內(nèi)容。層與層之間存在交互，但每一層只能與本層所在區(qū)位直接相連的上下兩層通信，不能跨層交互，保證了系統(tǒng)層次的相對(duì)獨(dú)立性，也便于功能的擴(kuò)展和bug 的排查修復(fù)。

圖2 河南省草地資源信息管理系統(tǒng)技術(shù)路線

3 數(shù)據(jù)組織與空間數(shù)據(jù)分層

系統(tǒng)所包含的數(shù)據(jù)種類復(fù)雜多樣，從數(shù)據(jù)來源看，有草地資源范圍及屬性數(shù)據(jù)、外業(yè)調(diào)查記錄數(shù)據(jù)、草地資源圖集圖件成果數(shù)據(jù)、草地專題地圖數(shù)據(jù)、草地清查指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)以及普通的網(wǎng)頁及注冊(cè)用戶數(shù)據(jù)。其中，指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和專題地圖數(shù)據(jù)是系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)所有數(shù)據(jù)組織的重點(diǎn)。

3.1 指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的組織

草地資源管理系統(tǒng)的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來自草地資源清查內(nèi)外業(yè)工作中的匯總、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算，內(nèi)業(yè)以遙感解譯、查閱相關(guān)資料和分析數(shù)據(jù)為主，外業(yè)以實(shí)地踏勘和入戶調(diào)查為主。

草地清查指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)包括草地資源狀況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、生態(tài)狀況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、利用現(xiàn)況統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)三類。草地資源狀況指標(biāo)數(shù)據(jù)主要包括各不同類型、權(quán)屬、產(chǎn)量、質(zhì)量分級(jí)的草地面積，生態(tài)狀況專題指標(biāo)數(shù)據(jù)包括各不同草地植被蓋度、草地退化程度的面積，利用現(xiàn)狀指標(biāo)數(shù)據(jù)包括不同利用方式（如刈割、放牧和未利用）和不同使用情況（如承包和未承包的面積等）。指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)與省、市、縣三級(jí)行政區(qū)域通過行政區(qū)劃代碼關(guān)聯(lián)，保證數(shù)據(jù)的兼容性。各類指標(biāo)數(shù)據(jù)之間通過設(shè)定固定的ID 進(jìn)行串聯(lián)，保證各類統(tǒng)計(jì)功能的實(shí)現(xiàn)和成果的展示。

3.2 專題地圖數(shù)據(jù)的組織與分層

空間數(shù)據(jù)是草地資源管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)主體，針對(duì)不同的用戶需求，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和專題地圖?；A(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)包括河南省縣級(jí)行政區(qū)劃和河南省DOM 影像 ，專題地圖包括草地類型圖、利用狀況專題圖、質(zhì)量分級(jí)圖、植被蓋度圖、草地退化圖、紅線圖、保護(hù)區(qū)專題圖、功能區(qū)專題圖和承包專題圖等。圖層組織順序如圖3 所示。

圖3 草地專題地圖數(shù)據(jù)組織與分層

4 數(shù)據(jù)庫建設(shè)

一個(gè)穩(wěn)定、高性能的數(shù)據(jù)庫是構(gòu)建草地資源管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)和工作重心。按照數(shù)據(jù)分類，河南省草地資源信息管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、草地資源空間數(shù)據(jù)庫、指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫、專題地圖數(shù)據(jù)庫、外業(yè)調(diào)查記錄數(shù)據(jù)庫、信息管理數(shù)據(jù)庫6 個(gè)子庫，具體內(nèi)容如表1 所示。

數(shù)據(jù)子庫名字 數(shù)據(jù)形式 內(nèi)容描述 數(shù)據(jù)來源基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫 矢量數(shù)據(jù) 河南省的行政分區(qū) 河南省省、市、縣級(jí)行政區(qū)域草地資源空間數(shù)據(jù)庫 矢量數(shù)據(jù) 草地圖斑的空間范圍及屬性信息經(jīng)過外業(yè)調(diào)繪、內(nèi)業(yè)編圖的草地圖斑空間數(shù)據(jù)及其屬性數(shù)據(jù)指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫 文本數(shù)據(jù)草地的資源狀況、生態(tài)狀況和利用狀況三個(gè)類別的區(qū)域面積及相關(guān)的指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)草地清查工作的內(nèi)外業(yè)匯總、計(jì)算和統(tǒng)計(jì)草地清查工作整理提供的專題圖件和地圖成果外業(yè)調(diào)查記錄數(shù)據(jù)庫專題地圖數(shù)據(jù)庫 矢柵混合數(shù)據(jù)河南省、各縣（市、區(qū)）系列草地資源圖件、圖集和專題地圖數(shù)據(jù)文本數(shù)據(jù)和多媒體數(shù)據(jù)樣地、樣方調(diào)查數(shù)據(jù)和實(shí)地草地景觀照片河南省草地資源清查外業(yè)調(diào)查成果信息管理數(shù)據(jù)庫多媒體和文本數(shù)據(jù)構(gòu)建網(wǎng)站的Logo 圖標(biāo)、美工圖片、用戶、注冊(cè)信息、用戶權(quán)限以及運(yùn)行信息等網(wǎng)絡(luò)資源及開發(fā)者編制、用戶注冊(cè)及系統(tǒng)運(yùn)行等

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫、草地資源空間數(shù)據(jù)庫、指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫、專題地圖數(shù)據(jù)庫、外業(yè)調(diào)查記錄數(shù)據(jù)庫、信息管理數(shù)據(jù)庫6 個(gè)子庫分別按照下述原則和方式組織建庫。

（1）外業(yè)調(diào)查記錄、指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及信息管理數(shù)據(jù)等文本屬性數(shù)據(jù)，直接以二維關(guān)系表的形式采用SQLServer2008 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)和維護(hù)。

（2）基礎(chǔ)地理信息、草地資源信息以及專題地圖等空間數(shù)據(jù)，采用空間數(shù)據(jù)引擎ArcSDE 將屬性數(shù)據(jù)與空間位置數(shù)據(jù)整合與集成，間接以二維關(guān)系表的形式利用SQLServer2008 數(shù)據(jù)庫進(jìn)行存儲(chǔ)和維護(hù)[4]。

5 系統(tǒng)功能

基于.NET 技術(shù)和ArcGIS Server 技術(shù)構(gòu)建B/S 多層結(jié)構(gòu)WebGIS 系統(tǒng)的思想，設(shè)計(jì)了具備圖件展示、專題地圖應(yīng)用、草地資源信息查詢、指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)展示、外業(yè)調(diào)查記錄管理、系統(tǒng)管理和維護(hù)功能的河南省草地資源信息管理系統(tǒng)，系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖4 所示。

5.1 圖件展示

圖件展示模塊的展示內(nèi)容為草地資源清查工作圖集、圖件的掃描成果以及相關(guān)的文字說明資料，展示方式分為圖件的管理、瀏覽等。

采用專題欄目結(jié)構(gòu)，按照專題—欄目—圖件進(jìn)行組織。內(nèi)容由圖件圖片和文字資料組成，圖件圖片支持獨(dú)立查看、下載、放大。每個(gè)專題和欄目結(jié)合圖件制作的背景、意義和目的做詳細(xì)文字說明。

圖4 河南省草地資源信息管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

5.2 專題地圖應(yīng)用

專題地圖應(yīng)用在地圖界面完成，應(yīng)用數(shù)據(jù)為河南省草地資源系列專題地圖，應(yīng)用方式為草地資源專題地圖的管理、瀏覽、分析和輸出等功能。

利用樹形結(jié)構(gòu)，按照行政區(qū)—專題圖類別—專題圖進(jìn)行組織。不同類型的圖件可以切換顯示并疊加到行政區(qū)劃矢量等地圖上，以系統(tǒng)提供的漫游、放大、縮小、全圖、比例尺、透明、定位等工具進(jìn)行瀏覽。模塊提供了疊置分析和量測(cè)分析兩種方式，來分析不同草地類型的質(zhì)量等級(jí)。

5.3 草地資源信息查詢

草地資源數(shù)據(jù)查詢?cè)诘貓D界面呈現(xiàn)，查詢的數(shù)據(jù)對(duì)象是草地斑塊數(shù)據(jù)，查詢內(nèi)容是其空間范圍及屬性，查詢方式主要是屬性查詢和空間查詢。

（1）屬性查詢 ：可以根據(jù)草地類型、采集人、行政區(qū)劃等多個(gè)條件進(jìn)行查詢，查詢結(jié)果將匯總并在頁面上形成列表，其空間分布范圍在地圖上標(biāo)注。用戶點(diǎn)擊查詢結(jié)果列表，系統(tǒng)會(huì)定位到該草地所在位置，并以懸浮窗口展示該塊草地的詳細(xì)屬性信息。

（2）空間查詢：系統(tǒng)提供圓、線、多邊形、矩形等4 種查詢方式，點(diǎn)選任意一種方式，在地圖顯示區(qū)內(nèi)繪制出查詢范圍后，對(duì)話框內(nèi)就會(huì)顯示出查詢到的圖層要素的基本信息。點(diǎn)擊查詢結(jié)果列表，系統(tǒng)會(huì)定位到該要素所在位置，并以懸浮窗口展示該要素的屬性信息。

草地資源信息查詢模塊利用電子地圖呈現(xiàn)河南省草地資源的空間分布特征，利用統(tǒng)計(jì)圖表呈現(xiàn)河南省草地資源屬性統(tǒng)計(jì)特征，通過二者的有機(jī)結(jié)合、相互補(bǔ)充，用戶可快速掌握河南省草地資源的總體情況。 草地資源信息查詢功能模塊界面如圖5 所示。

圖5 草地資源信息查詢功能模塊界面

5.4 指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)對(duì)象為草地清查指標(biāo)數(shù)據(jù)，展示內(nèi)容包括草地資源狀況、生態(tài)狀況、利用現(xiàn)況等統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)類[5]。

展示方式以柱狀圖和餅狀圖為主。柱狀圖展示，以某一指標(biāo)（例如國有草地面積）為縱坐標(biāo)，以三級(jí)行政區(qū)域（例如省、市、縣）為橫坐標(biāo)，展示指標(biāo)在行政區(qū)域內(nèi)的面積分布。餅狀圖展示，以某一區(qū)域草地總面積為整體（例如鄭州市草地總面積），以某一類不同指標(biāo)的面積為局部（例如國有草地、集體草地），展示不同指標(biāo)在某一區(qū)域的面積占比，草地資源信息

圖6 草地資源信息指標(biāo)統(tǒng)計(jì)功能模塊界面

7指標(biāo)統(tǒng)計(jì)功能模塊界面如圖6 所示。

5.5 外業(yè)調(diào)查記錄管理

外業(yè)調(diào)查記錄管理數(shù)據(jù)對(duì)象為河南省草地資源清查外業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)表（包括河南省草地清查天然草地樣地調(diào)查表、河南省草地清查中小草本及小半灌木樣方調(diào)查表、河南省草地清查灌木及高大草本樣方調(diào)查表、河南省草地清查非草地地類樣地調(diào)查表）及外業(yè)調(diào)查時(shí)選取的樣地、樣方的空間范圍。管理功能主要為樣地、樣方數(shù)據(jù)的查詢、展示、輸出和空間定位。

5.6 系統(tǒng)管理功能模塊

系統(tǒng)管理模塊主要包括用戶注冊(cè)處理、用戶信息管理、登錄處理、權(quán)限管理以及整個(gè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)更新和維護(hù)。

（1）用戶信息管理主要對(duì)注冊(cè)信息進(jìn)行編輯更新、增加或刪除。

（2）權(quán)限管理主要針對(duì)數(shù)據(jù)的保密與公開進(jìn)行權(quán)限分配，以及負(fù)責(zé)不同用戶使用功能的分配。

（3）數(shù)據(jù)更新與維護(hù)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的各類數(shù)據(jù)（包括用戶數(shù)據(jù)、外業(yè)調(diào)查記錄數(shù)據(jù)、指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、專題地圖數(shù)據(jù)、草地圖斑的空間范圍及屬性信息）進(jìn)行管理和及時(shí)更新。

6 結(jié)論

河南省草地資源信息管理系統(tǒng)為河南省草地資源保護(hù)、牧草種植和畜牧業(yè)發(fā)展提供多層次、全方位的分析與研究手段，并對(duì)分析的成果進(jìn)行展示，為河南省飼草飼料站進(jìn)行重大項(xiàng)目的論證和重要問題的決策分析提供有效的技術(shù)支撐，同時(shí)也為自然資源清查成果共享和應(yīng)用提供了一種有效的技術(shù)手段，具有很好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。