基于移動GIS的鎮(zhèn)江市生態(tài)保護紅線監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

夏宇翔，劉柳

(1.鎮(zhèn)江市勘察測繪研究院，江蘇 鎮(zhèn)江 212046； 2.鎮(zhèn)江市自然資源和規(guī)劃局丹徒分局，江蘇 鎮(zhèn)江 212028)

1 引 言

生態(tài)保護紅線是保障國家生態(tài)安全的底線和生命線，構(gòu)建生態(tài)保護紅線監(jiān)管系統(tǒng)對嚴格監(jiān)管生態(tài)保護紅線、維護國家和區(qū)域生態(tài)安全、推動經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。2018年年底，全國多省份已完成生態(tài)保護紅線的基本劃定，建立健全的生態(tài)保護紅線制度，有效監(jiān)管生態(tài)保護紅線區(qū)域成為新的工作焦點。傳統(tǒng)方式下，生態(tài)保護紅線的監(jiān)管主要有室內(nèi)遙感督察與戶外現(xiàn)場督察兩種模式，其中，遙感督察由專業(yè)人員基于生態(tài)保護紅線的空間位置判讀遙感影像得出結(jié)論，對監(jiān)管人員的專業(yè)要求高，督察結(jié)果時空差異性較大；現(xiàn)場督察由監(jiān)管人員攜帶圖紙、相機、定位設(shè)備等工具現(xiàn)場勘察給定結(jié)果，依賴人工、操作復雜、費時費力。

目前，全國多地基于GIS成功構(gòu)建了多種生態(tài)保護紅線監(jiān)管平臺，其中，貴州省搭建了生態(tài)保護紅線云GIS監(jiān)管平臺，實現(xiàn)了生態(tài)保護紅線數(shù)據(jù)的存儲、管理、發(fā)布及應用[1]；重慶市研發(fā)了生態(tài)保護紅線空間管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了生態(tài)保護紅線的數(shù)據(jù)管理、屬性查詢與監(jiān)察環(huán)評[2]；常州市構(gòu)建了多層架構(gòu)體系的生態(tài)紅線綜合管理系統(tǒng)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)查詢、污染源分析、區(qū)域管控等功能[3]。上述平臺側(cè)重于數(shù)據(jù)的存儲、管理與分析，缺少移動終端的融合應用，在生態(tài)保護紅線移動化監(jiān)管方面存在著不足。移動GIS是在移動設(shè)備上運行的具有空間分析和運算能力的地理信息系統(tǒng)[4]，具有快速、便捷、實時的特點，在測量、農(nóng)業(yè)、物流等領(lǐng)域得到了廣泛應用[5～8]。本文旨在以鎮(zhèn)江市的生態(tài)保護紅線監(jiān)管工作為切口，結(jié)合同類型平臺與移動GIS的技術(shù)優(yōu)勢，設(shè)計一種貼近生態(tài)保護紅線監(jiān)管工作實際，既功能全面又操作簡便的移動端生態(tài)保護紅線監(jiān)管系統(tǒng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)基于移動GIS技術(shù)，以智能平板設(shè)備(iPad)為載體，將鎮(zhèn)江市域范圍內(nèi)的生態(tài)保護紅線專題信息、基礎(chǔ)地理信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)文件向用戶集成展示，并在此基礎(chǔ)上定制開發(fā)一些特色應用功能，滿足不同場景下生態(tài)保護紅線監(jiān)管的工作需求。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示：

系統(tǒng)底層為物理層，提供平臺系統(tǒng)所需的軟硬件與網(wǎng)絡環(huán)境；往上是數(shù)據(jù)層，系統(tǒng)采用SQlite數(shù)據(jù)庫，存儲并管理生態(tài)保護紅線有關(guān)的數(shù)據(jù)資料；中間層是服務層，主要運用ArcGIS Runtime for iOS開發(fā)系統(tǒng)功能模塊，基于該SDK開發(fā)的系統(tǒng)服務為生態(tài)保護紅線監(jiān)管工作提供了高效便捷的解決方案，有效提升了監(jiān)管工作的效率；中間層往上是應用層，主要通過具體的功能平臺與運維系統(tǒng)，提供滿足生態(tài)保護紅線監(jiān)管的各項工作需求；系統(tǒng)最頂層為用戶層，包括生態(tài)保護紅線監(jiān)管的工作人員、相關(guān)領(lǐng)導以及相關(guān)個體。系統(tǒng)的主要用戶為監(jiān)管人員，同時為領(lǐng)導提供了解監(jiān)管工作情況的平臺。此外，在進行督查時，監(jiān)管系統(tǒng)也將向涉及違規(guī)的相關(guān)個體展示相關(guān)法規(guī)依據(jù)。

圖1 生態(tài)保護紅線監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu)圖

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

系統(tǒng)的功能模塊主要包括瀏覽、查詢、定位、分析和更新五大模塊。瀏覽模塊實現(xiàn)了生態(tài)保護紅線的顯示、電子地圖與影像圖漫游以及附件資料的調(diào)閱；查詢模塊滿足生態(tài)保護紅線屬性參數(shù)與空間地理坐標的查詢；定位模塊實現(xiàn)工作場景的全圖顯示，GPS定位、點坐標輸入定位以及坐標文件讀取定位；分析模塊提供了圖層疊加分析與統(tǒng)計分析，其中疊加分析包括圖層的開關(guān)控制與透明度調(diào)整，統(tǒng)計分析包括測距、測面積、添加標注；更新模塊能夠?qū)⒎掌鞫说淖钚掠跋竦貓D、紅線數(shù)據(jù)、附件資料等在線傳輸給智能設(shè)備終端，實現(xiàn)在線更新。系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

3 數(shù)據(jù)庫開發(fā)

構(gòu)建生態(tài)保護紅線專題數(shù)據(jù)庫和城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫。生態(tài)保護紅線專題數(shù)據(jù)庫存儲生態(tài)保護紅線的屬性、位置和附件資料，以SQLite數(shù)據(jù)庫形式部署在移動設(shè)備本地，支撐生態(tài)保護紅線的瀏覽、定位、查詢等功能；城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫存儲城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)與遙感影像數(shù)據(jù)，以ArcGIS Geodatabase數(shù)據(jù)庫形式部署于系統(tǒng)服務器，用以發(fā)布地圖服務。數(shù)據(jù)庫遵照國家和行業(yè)相關(guān)規(guī)范標準進行開發(fā)，經(jīng)歷設(shè)計、建庫、集成、測試與驗收、運行與維護五個階段建設(shè)完成，具體流程如圖3所示。

圖2 生態(tài)保護紅線監(jiān)管系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

圖3 生態(tài)保護紅線監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫開發(fā)流程圖

3.1 生態(tài)保護紅線專題數(shù)據(jù)庫

生態(tài)保護紅線專題數(shù)據(jù)庫存儲和管理了鎮(zhèn)江市范圍內(nèi)國家級與省級生態(tài)紅線區(qū)域的屬性信息、空間位置信息和相關(guān)附件資料。其中，屬性信息主要包括生態(tài)紅線的編號、名稱、管控級別、所屬行政區(qū)劃、主導生態(tài)功能、管控范圍、管控措施、面積等；空間位置信息描述生態(tài)紅線的幾何形態(tài)及地理空間位置；附件資料通過編號與具體生態(tài)保護紅線進行有序掛接，方便前端查閱。生態(tài)保護紅線數(shù)據(jù)組織格式如表1所示。

生態(tài)保護紅線數(shù)據(jù)組織格式 表1

3.2 城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫

城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫存放了鎮(zhèn)江市域范圍的城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)。城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)是指與城市行政區(qū)劃、道路、水系、綠地、居民地和地名地址相關(guān)的點、線、面數(shù)據(jù)。其中，行政區(qū)劃數(shù)據(jù)包括市級、區(qū)縣級、鎮(zhèn)村級、街道/社區(qū)級的行政區(qū)域駐地和界線數(shù)據(jù)；道路數(shù)據(jù)包括高速公路、鐵路、國道、省道、主干路、次干路、支路等；水系數(shù)據(jù)包括長江、運河、水庫、湖泊、河流等；綠地數(shù)據(jù)指城市的山體、公園、廣場等；居民地數(shù)據(jù)反映居民小區(qū)和村落的形態(tài)與地域分布情況；地名地址包括政府機關(guān)、企事業(yè)單位、紀念地、山體、水系及交通設(shè)施等。城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)組織格式如表2所示。

城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)組織格式 表2

遙感影像數(shù)據(jù)指衛(wèi)星或無人機拍攝得到的最新城市高分辨率正射影像。采集到的影像經(jīng)過幾何糾正、圖像增強、影像鑲嵌、勻色勻光、影像融合、質(zhì)量檢查等操作后存儲于服務器的城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫中。

4 核心功能

系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為iOS 9.0+Xcode8.0，測試環(huán)境分別為：iPadmini，7.9英寸屏，A12芯片，總?cè)萘?256 GB；iPad Air 2，9.7英寸屏，A8X芯片，總?cè)萘?128 GB；iPad Pro，12.9英寸屏，A9X芯片，總?cè)萘?256 GB。

4.1 圖層透明度調(diào)整

生態(tài)保護紅線的監(jiān)管需要疊加多重要素圖層進行分析，圖層透明度調(diào)整是核心，系統(tǒng)通過在xib視圖文件中添加Slider控件，獲取用戶設(shè)置的透明度參數(shù)，寫入Alpha數(shù)組，臨時存儲于系統(tǒng)plist文件，之后通過程序加載，修改圖層Opacity屬性，實時渲染圖層透明度。Oacity值為浮點型，支持小數(shù)格式，當opacity值為1.0時，圖層不透明；當opacity值為0.0時，圖層全透明。系統(tǒng)分別對ArcGisTilepackage格式的切片圖層與EsriJSON格式的矢量圖層設(shè)置了透明度調(diào)整功能。功能界面如圖4所示。

圖4 圖層透明度調(diào)整

4.2 生態(tài)紅線屬性及附件查詢

該系統(tǒng)不僅能瀏覽生態(tài)保護紅線，同時可以查詢生態(tài)保護紅線的屬性信息及附件資料。在場景中單機選擇要查詢的紅線，獲取到點擊紅線的PID和其對應的圖層名，使用SQL查詢語句，打開對應的數(shù)據(jù)集，查詢指定PID的數(shù)據(jù)記錄，獲取此記錄對應的屬性值及附件資料，以ViewerController視圖的形式在系統(tǒng)中顯示。功能界面如圖5所示。

圖5 生態(tài)紅線屬性及附件查詢

4.3 督查點定位

系統(tǒng)提供GPS定位、坐標輸入定位、文件讀取定位3種定位方式。其中，GPS定位可接收GNSS信號或網(wǎng)絡信號定位，若有網(wǎng)絡使用網(wǎng)絡定位，沒有網(wǎng)絡接收GNSS信號定位。為保障定位精度，GPS定位采用KCLLocationAccuracyBest模式，即獲取設(shè)備使用電池時的最高定位精度。定位完成后系統(tǒng)自動將電子地圖縮放至 1∶2 000比例尺大小，并將GPS定位點在屏幕內(nèi)居中顯示。功能界面如圖6所示，核心代碼如下：

GPS.desiredAccuracy=kCLLocationAccuracyBest；

GPSpoint=[X：GPSLOTY：GPSLATspatialReference：CGCS2000]]；

MapViewzoomToScale：2000withCenterPoint：GPSpoint；

圖6 GPS定位

坐標輸入定位與文件讀取定位方式類似，系統(tǒng)通過獲取坐標數(shù)據(jù)，解析空間位置使用AGSGraphic函數(shù)，將場景中心移動到相應位置，實現(xiàn)定位功能，區(qū)別在于，前者需手動輸入十進制或度分秒格式坐標，適合少量督察點快速定位，后者為坐標文件導入，適合較多督察點的批量定位。定位完成后系統(tǒng)自動將坐標文件在屏幕內(nèi)居中顯示，并可根據(jù)圖形的大小調(diào)整電子地圖的縮放比例。系統(tǒng)依據(jù)輸入坐標的數(shù)量決定圖形種類，輸入1組坐標時，圖形為單點；輸入2組坐標時，圖形為線段；輸入3組及以上坐標時，圖形為多邊形面。系統(tǒng)功能界面如圖7、圖8、圖9所示，核心代碼如下：

if(n==1)

{

Point=[X：inputLOTY：inputLAT spatialReference：CGCS2000]]；

Graphic=[AGSGraphicgraphicWithGeometry：Point]

}

else if(n==2)

{

Point=[X：inputLOTY：inputLAT spatialReference：CGCS2000]]；

Polyline addPointToPath：Point；

Graphic=[AGSGraphicgraphicWithGeometry：Polyline]

}

else if(n>=3)

{

Point=[X：inputLOTY：inputLAT spatialReference：CGCS2000]]；

Polygon addPointToRing：Point；

Graphic=[AGSGraphicgraphicWithGeometry：Polygon]

}

GraphicsLayeraddGraphic：Graphic；

MapViewaddMapLayer：GraphicsLayer；

MapViewzoomToEnvelope：envelope；

圖7 坐標輸入定位(十進制)

圖8 坐標輸入定位(度分秒)

圖9 文件讀取定位

5 結(jié) 語

本文從系統(tǒng)的架構(gòu)、功能、數(shù)據(jù)庫設(shè)計、數(shù)據(jù)加工入庫及核心功能等方面進行設(shè)計，研發(fā)出了基于移動GIS的鎮(zhèn)江市生態(tài)保護紅線監(jiān)管系統(tǒng)，滿足了鎮(zhèn)江市生態(tài)保護紅線監(jiān)管的實際工作需求。系統(tǒng)主要突出3方面作用：①生態(tài)保護紅線的空間定位、屬性查詢及附件瀏覽，清晰、直觀、全方位展示了生態(tài)保護紅線的位置與資料信息，提高了監(jiān)管工作的效率；②督察點的導航定位與空間分析，方便、快捷、準確地判別了某個督查目標是否在紅線范圍內(nèi)，對于監(jiān)察、環(huán)評審批等實際工作具有重要作用；③相關(guān)法規(guī)政策的閱讀瀏覽，為相關(guān)人員的督查執(zhí)法及環(huán)保知識的宣傳提供依據(jù)，有效輔助相關(guān)工作開展。

該系統(tǒng)屬于初次研究，功能還不夠完善，后期將繼續(xù)與鎮(zhèn)江市各部門/區(qū)縣對接，結(jié)合用戶反饋不斷改進。系統(tǒng)促進了鎮(zhèn)江市生態(tài)保護紅線監(jiān)管移動化辦公水平的提升，為移動GIS在生態(tài)保護紅線監(jiān)管中的廣泛使用積累了經(jīng)驗。