基于3S技术的广东省湿地科学数据库共享平台设计研究

赵 赏，钟凯文，孙彩歌

(1．中国科学院广州地球化学研究所，广东广州510640;2．中国科学院研究生院，北京100049;3．广州地理研究所，广东广州510070;4．广东省遥感与地理信息应用重点实验室，广东广州510070)

一、引 言

湿地与森林、海洋一起并称为全球三大生态系统类型，不仅提供了人类赖以生存和发展的宝贵资源，还具备维持全球生态系统平衡，调节全球气候和维持生物多样性以及承载人类社会价值的隐性功效。广东省虽然是湿地大省，拥有类型繁多、种类齐全、总面积巨大、分布广阔的湿地资源，但也同时面临着滩涂湿地过度围垦，海洋污染日趋严重，生物资源过度利用，湿地水资源过度采集，湿地污染日益加剧，泥沙淤积日益严重以及快速城市化所带来的威胁等诸多问题[1-2]。传统的湿地调查和监测的手段所存在的低效率、长周期和政策瓶颈，已经越来越不能适应现实的需求，这迫切需要新的技术手段应用和解决问题新思路的突破，以RS、GIS、GPS为核心的“3S”技术，可以在很大程度上解决当前所面临的困境，RS技术可以提供高效、快速、高可靠性和低成本的湿地资源信息，GPS技术可以提供精准的定位信息，而GIS技术，则可以将这些精确的信息以一个公共服务平台的方式展示出来，为大众提供信息服务，为相关部门提供决策支持。

二、数据调查与分类

利用传统的野外采样方法进行湿地资源调查，覆盖范围小，耗费大量的人力、物力和时间，并且对湿地具有破坏性。遥感影像可以在短时间内提供湿地资源的海量数据，经过处理后还可以反映湿地内部的环境状况，进而可以深入研究湿地情况与气候、地形地貌、植被变化、湿地生物多样性以及社会经济发展情况之间的关系。在本次湿地数据调查中，遥感影像作为获取湿地信息最主要的来源，辅以DEM和土地利用数据等。

湿地资源数据分为空间数据和属性数据。空间数据的采集主要通过图形数据经过扫描处理后录入，广东省湿地科学数据库中的空间数据包括广东省行政区划数据及广东省湿地遥感影像数据;属性数据包括广东省湿地种类、面积、分布数据，广东省市区镇行政分级数据，这些数据都对应了相应的编号。根据广东省实际状况和《湿地公约》，广东省湿地分为以下几个类别：

1)近海海岸湿地，代码为Ⅰ，包括浅海水域、潮下水生层、珊瑚礁、岩石性海岸、潮间礁石海岸、潮间淤泥海滩等14个子类，子类的代码为Ⅰ后加数字标识。

2)河流湿地，代码为Ⅱ，包括有永久性河流和泛洪平原湿地，泛洪平原湿地指河水洪水泛滥淹没以后的河流两岸地势平坦地区。

3)湖泊湿地，代码为Ⅲ，湖泊湿地主要指内陆型的湖泊，包括永久性的淡水湖和咸水湖，季节性的淡水湖和咸水湖以及水库等5种。

4)沼泽湿地，代码为Ⅳ，根据调查，广东省的沼泽湿地资源很少，目前只有两处沼泽地，一处是曲江县的罗坑山区草本沼泽，另一处是吴川县东南面的草本沼泽。

5)库塘，代码为Ⅴ，本次收录作为库塘湿地类型主要是在珠江三角洲平原外围的丘陵，台地上散列分布的山塘、坑塘、鱼塘，以及面积少于100 hm2且不与河流相接的小水库[3]。

三、构建数据库

1．总体结构设计

广东省湿地科学数据库共享平台设计的目标是建立一个省级湿地科学数据库信息共享系统，为湿地资源管理提供一个探讨思路和技术尝试，并为广东省湿地科学管理提供决策服务，以实现广东省湿地生态治理与恢复重建数据的信息化管理。

本系统主要用于湿地调查成果的展示、调查成果的查询及分析，对广东省各市区湿地种类、面积、分布规律进行分析，确定不同市区的湿地防治与综合利用的相应策略，为广东省湿地综合治理提供决策支持。系统的总体设计如图1所示。

图1 湿地数据库总体结构

图2 数据库表字段设计

2．数据库设计

数据库是系统的核心组成部分，是湿地共享平台的核心组成部分，也是湿地综合管理与决策的重要支持，它的设计合理与否，直接决定了功能设计与平台运行的效率。在将采集和整理的数据进行分门别类以后，为了将这些数据进行有效的管理，设计了如图2所示的数据库字段，包括用户信息、行政区域信息、经纬度信息、湿地属性信息等，所有的数据都是按照这些数据库字段的格式输入进Oracle数据库中[4-5]。

四、功能设计

1．显示查询功能设计

查询功能是本系统的主要功能之一，用户可通过选择诸如“按名称查询”、“按属性查询”等。本系统可分级显示不同分辨率下的城市交通图和遥感影像图，可以进行鹰眼漫游和分级缩放。查询和显示可以选择多种方式，用户可以按照面积、类别、名称等不同属性进行查询，查询的结果既可以以列表展示，更可以实现在图上定位，并显示定位点的详细信息。除此之外，还有已经整理好的宏观统计信息可以直接进行查询，并可以通过热片技术实现在图片移动光标显示详细属性信息[6]。

2．统计分析设计

本系统可以高效率地实现以往需要消耗大量人力、物力才能完成的计算与统计工作。全部的数据经过了规范的整理之后形成了多张统计表和一张简单明了的统计图。通过统计表，可以得出全部的宏观信息，包括查询对象的名称，所属行政区域，面积大小和分布特点;统计图则可以形象地获得广东省各个城市的总体资料，且可以直观地展现各区域的信息对比。这对于政府部门的决策，单一用户的信息获取具有非常重要的意义，也为平台未来的可扩展性打下了很好的基础。

3．系统维护功能设计

包括用户权限和账号密码维护、数据库维护等。考虑到本系统数据的安全性和保密性，由系统管理员设置3种级别的系统功能使用权限：①管理员权限可以使用所有功能，包括一般地图操作功能、查看航片和进入后台数据库;② 高级用户使用一般地图功能，也可以看航片，但不能进入后台对用户进行管理;③一般人员可以使用地图一般操作功能，包括地图缩放与平移、鹰眼漫游、全图显示、空间查询功能，地图数据的打印输出功能，则不能看航片，也不能进入后台对用户进行管理。不同的角色登录后，会根据用户角色的权限显示用户管理区的功能按钮[7]。

五、关键技术

1．瓦片技术

瓦片地图技术主要分为两种：一种是客户端的瓦片地图技术，也就是将用户的请求进行分割，分为多次请求，然后将多次请求的结果进行拼接，得到想要的整幅地图;另外一种是采用瓦片金字塔方式的服务器端切割，即将已经完全切割好的图片存储在服务器端，用户按照需要进行调用。本系统根据应用的需求，采用了服务端的瓦片地图技术，可以获得非常高的响应速度和较高清晰度的栅格地图。本系统的切图使用的是基于ArcCISEngine二次开发的切图引擎，切图的数据源采用统一地图投影坐标系的ArcMap地图文档(MXD文档)，将切割生成的瓦片地图按照一定的目录结构进行存储，形成该文档相应的瓦片地图库，用户可以通过浏览器连接数据库，按照需要调用某一级别的瓦片地图，显示起来非常方便[8]。

2．Flex技术的应用

Flex地图引擎是以Flex语言开发的地图引擎，实现瓦片栅格地图的拼接、GIS的基本操作、地物叠加等功能。客户端通过浏览器调用Flash引擎，通过Flash去控制管理地图图片，绘制标注，叠加图层地物。在内存控制和显示效果上都有好的表现。在Flex技术中，MXML的作用类似于HTML，主要用于设计用户界面，实现丰富的Flex表现层;ActionScript的基本作用类似于传统网页开发中的JavaScript，也是一种脚本开发语言，有自己的语法、变量和函数，同时ActionScript还要负责Flex程序的逻辑控制和业务建模。据统计，全球安装有浏览器的PC中超过九成的用户安装了Flash Player，这意味着基于Flash引擎的Flex技术具有非常良好的平台兼容性，可以最大限度地满足湿地科学数据库对于应用范围的需求，也为其他实地科学数据库建设提供了可行性参考[9-10]。

3．Ajax技术的应用

Ajax技术的核心是一个名为XMLHTTPRequest的类，用户通过这个类实现与服务器的异步交互，从根本上提高了服务器的相应效率，浏览器页面不需要将页面重新下载与刷新，只需要将部分请求予以更新即可满足用户需求。在考察了同类资源信息系统在响应时间上的不足后，本系统将Ajax技术引入到湿地数据库平台的建设当中，湿地数据通常需要快速显示数据量庞大的遥感影像数据，采用Ajax技术以后，地图的刷新速度明显提高，用户等待时间也大为缩短，图像的清晰度依然得到了有效的保证，这大大提高了用户访问效率，也扩展了广东省湿地数据库的应用前景[11-12]。

4．Web Service技术

考虑到平台以后的扩展性，以及本平台开发完成后面向其他单位和部门提供开发接口，本系统采用了功能强大的Web Service技术做平台的对外接口。Web Service的维护成本比较低，能更加方便快捷地与使用者通信，它是一个独立于操作系统、应用平台、程序开发语言的对外公共接口。在广东省湿地科学数据库平台中应用Web Service技术可以用标准的方法把功能和数据“暴露”出来，供其他应用程序使用，同时还可以对代码和代码背后的数据进行重复利用，这样可以大大降低后续开发的难度，也为类似的湿地数据库开发提供了很好的参考[13]。

六、系统实现

平台实现了基本的GIS操作功能、地图应用功能、查询统计功能和权限管理功能。GIS基本操作主要指平移、放大、缩小、全图、刷新、测距等基本功能;地图应用功能包括加载影像图、动态绘制面标注、画自定义图片等;查询统计功能主要是针对平台中的数据进行搜索和统计;权限管理是针对用户访问的数据和功能进行控制。可以进行“按名称查询”，“按类型查询”，“按面积查询”等3类查询方法，如图3所示。查询的结果显示在屏幕右方，如图4所示，显示了全部符合条件的查询结果，单击其中一个可以显示详情，图5显示的系统统计表，将鼠标移动到指定位置可以查看详情，图6展示的是系统的对外接口，可为类似系统的开发提供指导。

图3

图4

图5

图6

七、结束语

将GIS技术应用到湿地资源的管理，是未来能源资源管理的一个必然方向。本系统运用WebGIS、瓦片栅格地图等相关技术，在这个方向做了一个初步的尝试。本平台共享的数据可以进行快捷及时的更新，整体架构不改变的情况下只需改变数据源便可以生成一套新的共享信息，这对于有关部门及时有效地获取相关信息是非常必要的。将GIS技术引入到湿地资源的管理，有望提高湿地资源管理的信息化水平，为政府部门提供决策支持，为公众提供可视化和易于理解的开放式应用系统，对推动广东省湿地科学化管理有着重要的作用，也为湿地产业发展和经济效益增长提供动力。

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