基于谷歌地球的长沙市湿地资源管理地理信息系统的研究与构建

文东新，恭映璧，胡曰利

(1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.长沙市林业局，湖南 长沙 410205)

基于谷歌地球的长沙市湿地资源管理地理信息系统的研究与构建

文东新1，恭映璧2，胡曰利1

(1.中南林业科技大学，湖南 长沙 410004；2.长沙市林业局，湖南 长沙 410205)

在长沙市湿地资源普查的基础上，研究与构建了基于谷歌地球的长沙市湿地资源管理地理信息系统，论述了系统建设的主要内容与方法、建设流程、特点及实际应用效果，指出谷歌地球将在湿地资源管理中具有良好的应用前景。

谷歌地球；湿地资源；地理信息系统；长沙市

湿地是最有价值和生产力最高的生态系统之一,是众多植物、动物繁衍栖息的场所,也是人类生产、生活资料的重要源泉[1]。近年来,由于工业化和城市化建设的快速发展,湿地被大面积过度开垦和破坏,湿地资源的数量和质量急剧下降，使湿地的功能处于严重威胁中[2]。加强对湿地资源的管理、保护与利用是建设两型社会的重要内容。

长沙市位于长江水系湘江流域，土地面积11819 km2，其中市区面积556 km2。干流湘江自南而北贯穿市区，发源于湘浏盆地边缘的浏阳河、捞刀河、靳江河、沩水、龙王港等支流自东、西两岸流入盆地底部的市区与湘江汇合，境内河网密布，湖泊珠联，为长沙市增添得天独厚的湿地资源。近几年来，由于城市化建设的不断深入，湿地资源没有得到有效的保护，水质也不同程度地变坏。因此，全面摸清长沙市湿地资源的家底，建立建全湿地资源档案，加强对湿地资源的监测与动态管理等对湿地保护与建设尤为重要，而这一切都必须通过构建长沙市湿地资源管理地理信息系统来实现。

1 系统建设需求

根据《全国湿地资源调查与技术规程》及《湖南省湿地资源综合调查技术规程》, 借鉴国内外研究成果[3-4]，制定了《长沙市湿地资源普查技术规程》。规程规定了湿地资源的调查与登记范围，主要包括市内5区≥0.2 hm2的湿地，都市区≥0.33 hm2的湿地，其余县区面积在1 hm2以上的湿地；长沙市平均宽度大于5 m，长度5 km以上的主要水系及其支流；其他具有特殊重要意义湿地。充分体现了对市区内湿地资源保护的重要性。调查内容针对一般湿地和重点湿地而有所区别[5]，一般湿地登记因子主要包括湿地类型、面积、照片、环境状况、主要威胁因子等，重点湿地在此基础上增加了野生动植物、保护利用管理情况等专项调查，强调了对重点湿地的专项保护方针。

系统应具备标准化、规范化的湿地资源数据库，与上级管理部门的湿地数据库能进行数据交换，对本级管理部门其它管理系统提供接口，并兼容其数据。

系统应能对湿地资源进行灵活的查询、统计、分析和编辑，动态监测湿地资源变化，记录并掌握其变化过程，操作简便，经济实用。

2 系统建设流程

为了满足系统建设需求，提高系统性能，降低应用成本，系统建设过程中引入了谷歌地球平台，其详细建设流程结构与图1所示。

图1 系统建设流程Fig.1 System construction process

由于市区、都市区与其它县区的调查精度不同，对遥感影像的分辨率要求也不一样。市区主要使用了2007年最近年份的谷歌地球快鸟高分辨率卫星影像，部分谷歌上没有高清影像的地区（占市区面积的8%）通过购买快鸟高清遥感影像填补，极大的降低了应用成本。其它区县为谷歌提供的15 m分辨率的ETM遥感影像，后由谷歌全部更新为2.5 m分辨率SPOT5遥感影像。在外业调查人员任务分配及调查路线设计上，充分根据谷歌地球上的行政区划、道路和湿地分布等情况作了妥善安排。为了详细了解市区湿地资源变化情况，对1996年绘制的1∶1万地形图上的湿地资源进行了矢量化与编号，并在外业调查过程中对被填埋湿地及填埋原因等进行了详细登记。

3 系统数据库设计

考虑到系统数据的容量（8000多条记录）、开发建设成本及使用效率，长沙市湿地资源属性数据库采用了Access数据库系统，Access操作简便，构建成本低，完全能满足应用要求。数据库主要包括了一般湿地登记表、重点湿地登记表、变更湿地登记表、一般湿地威胁因子登记子表、重点湿地登记子表、行政代码表、各类因子代码表等。照片视频等以文件链接的形式保存在数据库中，不占用数据库空间。

在空间数据库设计方面同时应用了两个系统格式，一个是ArcGIS系统格式，一个是谷歌地球格式。ArcGIS格式是为了与上级和同级部门其它系统进行数据交换而设计，也可为专业人员对湿地资源进行各类高级分析提供数据支撑，但其对于管理人员而言操作复杂，更新与维护困难，使用成本高。谷歌地球格式应用成本低，查询、编辑等操作简单，支持三维浏览与照片视频调用，浏览直观方便，可与ArcGIS格式相互转换，非常适合管理者及公众的应用需求[6]。空间图层主要包括了湿地资源图层、被填埋湿地资源图层、行政区划图层、1∶1万地形图层、遥感影像图层、道路交通图层等。基于谷歌地球的图层调用如图2所示：

图2 谷歌地球空间数据格式的调用Fig.2 Google Earth spatial data format invoking

4 主要功能设计

为了满足长沙市对湿地资源动态管理的需要，构建了长沙市湿地资源管理地理信息系统，其主要功能包括：

4.1 属性数据的录入与编辑模块

为了方便属性数据的录入与编辑，预防错误发生，大部分登记因子都采用了标准代码设计，输入时只需要选择菜单项即可，代码可根据需要进行调整而不必修改属性数据库。照片按行政区划分目录存放，通过文件链接的方式存储在数据库中。每块湿地都有唯一编号，并标识了中心经纬度，可通过数据库查询的方式直接单个或批量地在谷歌地球中调用出来并进行空间属性的编辑与更新。

对于变更数据，系统将保留变更前的数据进入历史数据库，更新记录与更新时间相关，因此可掌握具体某块湿地的动态变化过程。

4.2 数据库的查询、统计与分析模块

数据库支持灵活的多条件的查询、统计与分析，支持与Excel表格的导入与导出，能自动生成各类报表。由于有历史数据表的支撑，可以分年度、分月份进行湿地资源数据的查询、统计与分析，详细了解与掌握长沙市湿地资源的总体变化趋势。

4.3 数据库管理模块

提供直观简便的数据库合并、备份、恢复、修复等功能。其中数据库合并功能可以使长沙市各区县对湿地资源更新进行独立操作，然后通过合并对全市湿地资源进行整体更新。

4.4 空间数据库管理模块

系统可通过查询特定属性记录批量调用空间数据从而自动生成各类专题图层，并可对其进行编辑；系统也可通过图层调用的方法灵活调用多个图层。基于谷歌地球的图层管理具有较强的扩展性，能把其它资源数据经过转换后加载到同一个平台上，还可以有选择性地将一些公共湿地资源数据以KMZ文件的形式发布到互联网供公众查询与了解，调动全民了解及监督保护湿地资源的积极性。特别是通过谷歌地球自身遥感数据的更新或将新获取的遥感数据进行叠加，可非常方便地监测和记录长沙市湿地资源的动态变化。系统的主要运行界面如图3所示。

图3 长沙市湿地资源管理地理信息系统运行界面Fig.3 Operation interface diagram of Changsha wetland resources GIS system

5 系统应用

系统2007年建成并投入运用，掌握了长沙市湿地资源的详细情况。全市湿地面积38 226 hm2（未计水田），共8 593个，占全市土地面积的3.2 %，其中永久性河流湿地面积19 618 hm2，淡水湖泊30个，面积1 441 hm2；草本沼泽5个，面积898 hm2；水库、拦河坝、水电坝共130个，面积共计4 835 hm2；淡水养殖池塘7 661个，面积9 967 hm2；农用池塘、小型水池共203个，面积132 hm2；废水处理场所8个，面积5.5 hm2；城市景观水面和娱乐水面43个，面积574 hm2；灌溉用沟、渠89条，面积752 hm2。长沙市市区2007年比1996年减少湿地682个，面积减少522 hm2，湿地景观破碎度不断增大，水污染和水体富营养化日益加剧，湿地生物多样性降低，湿地生态环境受到了较大威胁。系统还存储了湿地照片14 927张，容量达16.5 G。

系统安全高效稳定运行五年来，在遥感数据更新方面，谷歌地球对长沙市遥感影像进行了大面积的更新，包括了从2007至2012年各年度的高清遥感影像，不同时期的遥感影像可以分别浏览，直观反映了湿地资源的变化；管理部门也将后期获取的长沙市2008年和2011年的市区高清航空影像融入到了系统中。在系统扩展方面，2012年又加入了长沙市生态圈规划图层、长沙市城市建设规划图层、长沙市重点生态公益林图层等内容。在动态管理方面，常年有专人不断进行数据更新与维护工作，加强了对重点湿地及市区内湿地资源的监控。这些都为长沙市湿地资源的监测、管理、更新以及加强湿地资源的保护与建设决策提供了非常重要的依据，有效防止了对湿地资源的无序破坏。

6 结 论

基于谷歌地球的长沙市湿地资源管理地理信息系统的建立全面提升了长沙市湿地资源信息化管理、动态监测和决策水平。在系统的数据调查更新维护、软件开发、应用发布管理等方面全面引入了谷歌地球平台，其数据的及时快速更新能力及历史数据的保存与调用能力对湿地的保护利用和管理决策有着十分重要的作用。系统具备经济、实用、高效的特点，充分利用谷歌地球的强大的数据更新和简便的数据发布能力节省了大量监测维护费用，并可以调动公众积极参与湿地资源的保护、利用和监督的积极性，能够充分满足管理者与公众对信息获取的需求，谷歌地球将在湿地资源管理中具有良好的应用前景。

[1] 陈宜瑜. 中国湿地研究[M]. 长春: 吉林科学技术出版社, 1995.

[2] 白军红，王庆改. 中国湿地生态威胁及其对策[J]. 水土保持研究, 2003, 14(4): 247-249.

[3] 周连义，江 南，窦鸿身. 城市化地区湿地变化分析-以南京市为例[J]. 资源科学，2010，32(4)：712-717.

[4] Williams P, Whitf i eld M, Biggs J, et al. Comparative biodiversity of rivers, streams, ditches and ponds in an agricultural landscape in Southern England[J]. Biological Conservation, 2004,115(2):329-341.

[5] 姜 芸, 李锡泉. 湖南省湿地标准与分类以及湿地资源[J].中南林业科技大学学报, 2007, 27(2): 92-95.

[6] 文东新, 余定椿. 基于Google Earth的大围山水土保持信息系统研究[J]. 中南林业科技大学学报, 2010，30(5): 40-43.

Construction of wetland resources management GIS for Changsha based on Google Earth

WEN Dong-xin1, GONG Ying-bi2, HU Yue-li1
(1. Central South University of Forestry and Technology, Changsha 410004, Hunan, China; 2. Forestry Bureau of Changsha City,Changsha 410205, Hunan, China)

On the basis of wetland resources survey, the Wetland Resources Management GIS of Changsha City was studied and constructed，the main contents of the system construction and construction methods, construction process, characteristics and effects of practical application were discussed and it is pointed out that the Google Earth has a good prospect in the wetland resources management.

Google Earth; wetland resources; GIS; Changsha city

S719

A

1673-923X(2012)12-0021-04

2012-06-13

长沙市林业局重点项目

文东新(1966-)，男，湖南东安人，副教授，博士，硕士研究生导师，主要研究方向为资源信息化管理；E-mail:wdx666@sina.com

[本文编校：吴 彬]