GIS技术在濒危野生动物资源管理领域应用1)

刘红军 吴学伟 张延波

(黑龙江省测绘科学研究所，哈尔滨，150081) (东北林业大学) (黑龙江省测绘科学研究所)

野生动物是自然生态系统的重要组成部分，是全人类共有的宝贵财富。保护野生动物资源对人类的生存发展具有重要意义。我国是世界上生物多样性最丰富的国家之一，蕴藏着丰富的野生动物资源。然而，随着人为的猎杀以及经济发展对森林资源的过度开发利用，导致野生动物及其赖以生存的栖息环境受到了严重的威胁和破坏。因此，实施野生动物保护及其自然保护区建设，对维护国家生态安全，促进国民经济可持续发展，增进国际交流与合作，确保中华民族的长远利益具有重大的战略意义。但是，目前我国对野生动物资源的管理水平仍然处在比较落后的阶段。为了更好地促进野生动物保护事业的发展，尤其是适应数字林业建设的要求，本文将现代计算机技术与地理空间技术相结合，建立野生动物资源管理地理信息系统，对野生动物的资源信息进行科学的管理，及时、准确地掌握野生动物资源种群的数量及其空间动态变化规律，为科学地制定野生动物保护和管理措施提供信息服务和决策依据。近几年来，GIS(地理信息系统)技术的兴起，为我国野生动物资源管理水平的迅速提高提供了难得的契机。GIS技术可以把所有描述地球的海量的空间信息数据整合在一起，分类、分层叠加，完整地表达客观地理世界，自动进行空间分析，提出决策方案，并借助网络技术信息共享，以便更好地指导人们的生产、生活方式［1］;可以广泛应用于城市智能交通、城市基础设施管理、风景区管理、森工资源管理等各个方面。濒危野生动物数据(空间分布、所在地周围附属设施等)大多与地理空间位置分布紧密相关，因而，采用GIS技术能够更加直观、有效地对这些资源信息数据进行管理、分析，最终为濒危野生动物管理相关部门提供空间可视化辅助决策技术支撑平台。

1 系统总体设计

濒危野生动物资源管理地理信息服务系统采用C/S模式和B/S模式相结合的复合型体系结构。系统需要实现的功能包括：濒危野生动物资源专题地理空间信息数据的编辑、综合管理、查询统计、专题分析、空间分析、预案规划等。由于C/S模式具有良好的交互性，能够满足对GIS图形数据的大量复杂操作和对系统响应时间的要求。因此，基于系统安全性、行业应用严谨性及速度要求，将濒危野生动物专题数据的录入编辑、专题规划、空间分析等分析功能放到C/S模式下实现。B/S模式主要用于濒危野生动物资源信息数据的上报与发布。

濒危野生动物资源管理地理信息服务系统架构框图如图1所示。

2 系统结构设计

系统数据库主要包含濒危野生动物数据库、林业局数据库、湿地数据库、自然保护区数据库、其它数据库等。

3 系统关键技术应用

3.1 濒危野生动物信息数据和基础地理空间专题数据有效融合技术

将濒危野生动物空间分布采用直观、形象符号化展示，并确定地理坐标，以地理信息点符号样式图层表达，然后与基础地理空间数据进行叠加融合。

3.2 濒危野生动物相关指标数据的空间地图可视化表达与展示技术

利用地理信息系统信息标注功能实现濒危野生动物空间专题数据的地图可视化展示，通过地理信息系统的专题图功能实现数据图表统计分析。

3.3 数据集成管理技术

由于野生动物资源具有自然性、社会性、区域性、多源性等多种特点，不仅包含非空间属性数据(野生动物调查数据等)，还包含大量与地理位置相关的空间数据(遥感影像数据、矢量专题图数据等)，使得野生动物资源管理工作具有工作量大、计算复杂、数据类型多等特点。数据集成管理技术的实现可以解决这一问题。

图1 濒危野生动物资源管理地理信息服务系统架构框图

图2 濒危野生动物资源管理地理信息服务系统数据库设计

解决数据集成管理的有效途径，就是实现在关系数据库中的空间数据与在同一关系数据库中的属性数据进行衔接，实现在数据访问等操作中对属性数据和空间数据进行集成管理。本研究中的数据集成管理技术以混合式空间数据库为基础，结合MapX的数据访问机制，实现空间数据与属性数据的衔接和属性数据与空间数据集成管理。混合式空间数据库，对空间数据和属性数据采用不同的数据模型分别存储和管理。即：对属性数据采用RDBMS管理方式，对空间数据采用文件处理方式。这2种数据管理方式对数据库访问及应用有很大不同。在混合式结构的空间数据库情况下，属性数据是通过数据库管理系统(如RDBMS)来访问属性数据库，应用者无须知道数据被如何存储;对空间数据库访问时，由于采用的是数据文件处理的管理方式，应用程序必须直接访问它们要使用的每个数据文件，所以，必须知道每个数据文件的数据结构(物理存储路径)。

对于空间数据采用文件管理方式，应用程序可以直接访问操作系统的文件存储，能够快速地输入和输出。为了辅助对空间数据的管理，设置一些独立于应用程序的、具有对空间数据管理的功能模块，对于属性数据，通常采用标准的商品化的RDBMS来存储和管理。无论使用哪一种RDBMS来存储和管理属性数据，属性数据与空间数据的连接机制基本是相同的，都是以属性表中的唯一识别符为基础。

3.4 报表统计查询技术

对于野生动物资源管理而言，规划与管理的重要依据就是各类统计报表，而这些报表的数据来源复杂，有空间数据，也有非空间数据，而且报表的类型与数量繁多。因此，灵活便捷的报表统计功能在野生动物资源管理系统设计中显得尤为重要。本研究报表统计运用MVC(model view controller)模型—视图—控制器设计模式构造客户端报表视图与报表数据间的协作模型，给出了具体问题相应的解决办法，用户可根据自己的需要随意绘制表格，又能按照业务要求自主地选择数据来源。一旦框架和数据来源定义完毕，系统可以通过列配置等操作自动生成所需要的报表［2］。

在报表统计中，目标即为业务数据，观察者定义为在用户界面上的显示视图。显示视图是由其相关的业务数据决定，当业务数据发生变化时，视图也将发生变化。同一业务数据会有多种显示视图，相同类型的视图也可以表达不同的业务数据，而且可以根据需要在任意时刻增加和删除显示视图，以提高报表系统的通用性。

当报表统计业务数据变化时，它要通知依赖它的所有视图发生相应变化，这样就需要在业务数据对象里记录依赖它的视图，或是增加一个关联查找机制。这2种方法在数据和视图间依赖关系比较少时，可以高效地解决问题，但当它们之间的关系特别复杂时，就需要一个专门的对象来维护这些关系，这里称之为更改管理器(change manager)，它的目的是尽量减少视图反映数据变化所需的工作量。

在整个系统中，用户通过视图不断与数据库数据进行交互，因而，实现多种数据库间的数据转化、资源共享、数据一致性和完整性成为系统开发和应用中一个尤为突出的问题。构建通用的数据库访问，主要是实现对数据源访问的底层操作的封装，而要给出数据读取对象或数据集对象等业务逻辑层的调用，则应采用适配器(adapter)模式的思想，并根据不同的数据提供者产生相应的数据库链接、数据库命令等数据库对象来实现对底层操作的封装，通过暴露执行数据集对象等上层操作，以供其他逻辑层调用［3］。

4 示范应用系统开发

采用Visual Basic6.0可视化程序设计开发语言，基于SQL SERVER2005数据库平台及MapX5.02地理信息系统开发组件，完成黑龙江省濒危野生动物资源管理地理信息服务试验系统。系统各项指标依据上述设计思想进行设计开发。实践证明，系统中强大的地理信息空间分析功能，够能为森工相关部门进行决策提供直观、有效、科学的地图空间可视化技术支持，提高了工作效率。系统主界面如图3所示。

图3 濒危野生动物资源管理地理信息服务系统——主界面

用户可以使用系统提供的专题信息自动标注功能，将森工专题空间数据信息标注在电子地图上，方便用户在操作时查找。

用户可以使用距离量算、面积量算功能，基于电子地图进行对所关注的地理实体的长度和面积量算。

系统为用户提供地理位置空间定位功能，可以实现对森工林业局、湿地、自然保护区、公路、水系、各级行政中心等专题空间数据和基础地理信息数据进行空间定位显示，为用户快速、准确地查找地理实体提供强有力的技术支撑。

森工濒危野生动物相关管理部门要想了解某种动物在各林业局的分布情况(数量分布等)，可以通过系统专题分析功能，使系统自动绘制专题图(范围专题图、等级符号专题图、点密度专题图、饼形专题图、直方和柱状专题图)。专题图可以直观、科学地显示动物在指定区域的分布情况。图4为中国林蛙在黑龙江省各林业局空间分布范围专题图，图5为中国林蛙在黑龙江省各林业局空间分布等级符号专题图。

图4数据显示为中国林蛙数量分布在1 600 000～2 500 000只的林业局有10个，2 500 000～3 300 000只的林业局有7个，3 300 000～5 400 000只的林业局有6个，5 400 000～9 600 000只的林业局有8个，9 600 000～2 1700 000只的林业局有9个。

图4 中国林蛙在黑龙江省林业局空间分布范围专题图

图5 中国林蛙在黑龙江省林业局空间分布等级符号专题图

5 结束语

基于GIS技术的濒危野生动物资源管理地理信息服务系统，是将地理空间信息技术与濒危野生动物空间分布专题信息有机地结合起来，实现了濒危野生动物信息资源数据管理、空间分析、预案规划、专题分析、信息共享、辅助分析等。系统从实用、简捷、灵活、方便、高效的思想出发，以计算机技术、数据库技术为基础，借助GIS技术空间可视化、图形直观化的特点，提供一个安全可靠、功能强大、界面友好、操作简便的濒危野生动物资源管理GIS工具，为森工系统相关部门领导进行决策提供濒危野生动物空间可视化辅助分析平台。

利用新一代的组件式GIS软件(ArcGIS、MapInfo、Super-Map等)设计开发的濒危野生动物资源管理地理信息服务系统，以图文并茂、直观表达濒危野生动物地理空间分布的方式，使用户操作起来简捷、方便、灵活、实用、高效，而且易与其它信息系统集成，具有很强的扩展性。

［1］吴信才.地理信息系统的设计与实现［M］.北京：电子工业出版社，2002：95-96.

［2］严蔚敏，吴伟民.数据结构［M］.北京：清华大学出版社，1996：121-123.

［3］Jeffrey P.McManus.Visual Baseic6.0数据库访问技术［M］.赵军锁，龚波，李志，等译.北京：机械工业出版社，1999：151-160.