基于地理国情普查成果的生态环境监测与评价系统研究

唐 伟 王德富 刘 翀 李维庆(国家测绘地理信息局第三地理信息制图院，四川 成都 610100)

基于地理国情普查成果的生态环境监测与评价系统研究

唐 伟 王德富 刘 翀 李维庆
(国家测绘地理信息局第三地理信息制图院，四川 成都 610100)

走生态优先、绿色发展之路，是推动长江经济带发展的基本要求，生态环境保护已居于压倒性的战略地位，是我国当前及今后长期坚持的一项基本任务。随着3S技术的发展，生态环境监测与评价技术逐渐完善。本文结合《生态环境状况评价技术规范(HJ 192-2015)》技术标准，以地理国情普查及监测成果为基础，结合环境、气象等专业数据，研发生态环境监测与评价系统，开展区域生态环境监测与评价，推动测绘地理信息成果的应用。项目成果在绿色宜宾生态环境评价与监测工作中得到良好推广。

ArcObjects；生态环境评价；地理国情监测

1 引言

人口、资源和环境是当今人类社会发展所必须面临的严峻问题[1]。随着经济社会的快速发展，生态环境与经济建设发展不相协调的矛盾日趋突出。推动长江经济带发展必须走“生态优先、绿色发展”之路，十八届五中全会明确提出“创新、协调、绿色、开放、共享”五大发展理念[2]，科学认识生态环境状况，分析生态环境质量。而此前已有大量学者对生态环境评价工作进行了相关研究，且建立了基本的工作流程与评价方法。归纳起来，生态环境评价工作流程大致通常分为以下几个步骤：资料收集与数据整合、数据统计分析、分指数计算、生态环境状况评价与分析，其过程主要涉及ArcGIS空间分析功能的操作，通过不同的模型工具运行以及代表各指标的栅格图层的叠加计算，最终得出各评价单元内生态环境状况指数。然而一般的生态环境评价采用的土地利用数据都不够精细，会影响评价结果的准确性。且评价过程若是人工操作，则会出现操作步骤多、过程繁琐、效率低下等问题，而当涉及以较大范围为评价单元和多期生态环境监测评价时，其数据量大与过程重复操作则会使上述问题更加凸显。显然，这对于当前的生态环境评价工作造成了极为不利的影响。

基于此，本文探索研发基于地理国情普查的生态环境监测与评价系统，以全国第一次地理国情普查成果数据为基础，结合环境、气象等专业数据，通过系统实现自动数据整合、数据转换、指标指数计算、生态环境模型评价等功能，提高评价工作的规范性与高效性，为全省生态文明建设乃至整个长江经济带生态环境监测与评价奠定技术基础。

2 地理国情普查概况

为全面掌握我国地理国情现状，满足经济社会发展和生态文明建设的需要，国务院决定于2013年至2015年开展第一次全国地理国情普查工作。地理国情普查是一项重大的国情国力调查，是全面获取地理国情信息的重要手段，是掌握地表自然、生态以及人类活动基本情况的基础性工作。地理国情信息分类对象主要包括地表形态、地表覆盖和重要地理国情监测要素三个方面。地表形态数据反映地表的地形及地势特征，也间接反映了地貌形态。地表覆盖分类信息反映土地表面自然营造物和人工营造物的自然属性或状况。重要地理国情监测要素信息反映与社会生活密切相关、具有较为稳定的空间范围或边界、具有或可以明确标识、有独立监测和统计分析意义的重要地物及其属性。地理国情信息分为12个一级类，58个二级类，135个三级类。开展全国地理国情普查，系统掌握权威、客观、准确的地理国情信息，是制定和实施国家发展战略与规划、优化国土空间开发格局和各类资源配置的重要依据，是推进生态环境保护、建设资源节约型和环境友好型社会的重要支撑，是做好防灾减灾工作和应急保障服务的重要保障，也是相关行业开展调查统计工作的重要数据基础。

3 系统架构设计

系统利用ArcSDE空间数据库引擎，操作ArcGIS平台下的生态环境监测与评价数据库，基于.Net Framework 4.0运行环境，利用ArcOjects 10.1提供的空间数据操作和空间数据分析功能，构建长江经济带生态环境监测与评价数据处理和分析等模块。

软件平台采用四层架构模式进行建设，具体主要包括支撑层、数据层、服务层、应用层四大块[3](图1)。

图1 系统架构

其中，支撑层主要指软硬件支撑环境，包括服务器、数据库软件地理应用服务器，以及.Net开发环境平台和ArcObjects组件包等。

数据层是由多种数据源集成的，包含基础测绘地理数据、地理国情普查数据和环境专题数据，主要为服务层提供数据源。

服务层是软件的核心功能层，主要包括具体的功能模块，包括数据处理模块、统计分析模块、生态环境状况与评价模块。在各功能模块中还具体包含二级处理、分析与评价功能。

应用层主要是系统功能的载体，为管理员、作业员、检查员提供操作界面，负责系统功能和数据展示，实现软件系统在离线和在线状态下完成地图数据编辑、查询、管理等，因此也可将此层称为表现层。

4 功能设计与实现

根据前面的系统架构设计并结合生态环境状况评价需求，系统主要包括4个模块(图2)。

图2 系统部分功能界面

4.1 数据处理模块

4.1.1 数据转换

以地理国情普查成果数据为基础，根据地理国情中地表覆盖分类数据与《生态环境状况评价技术规范(HJ 192-2015)》中的各地类指标对应关系[4]，通过多对一的映射关系处理，将地理国情数据地类CC码转换为生态环境评价指标的数据代码，以成功实现国情数据转换为生态环境评价的基础源数据。

4.1.2 数据整合

将生态环境监测与评价需要的环境、气象、统计年鉴等专业数据，通过数据映射、空间化等方法，整合入库，最终形成包括各类监测指标数据源的生态环境监测与评价数据库。为数据的统一管理、监测及分析奠定基础。

4.2 统计分析模块

4.2.1 地类面积统计

《生态环境状况评价技术规范(HJ 192-2015)》中将地表覆盖(也称“土地利用”)类型总体分为一级指标(大类)、二级指标(小类)。一级指标包括耕地、林地、草地、建设用地、水域与未利用地。而二级指标则是对一级指标进行进一步的详细划分，在此不再赘述。根据生态环境评价的实际需求，设计各级指标各地类的面积统计功能，以满足各类用户的需求。

4.2.2 地类面积变化统计

针对两期或两期以上生态环境监测工作，地表覆盖需要开展监测期内各地类面积变化的统计分析工作，即按照监测评价单元进行地表覆盖中河流长度、水域面积、建设用地面积等内容的变化统计。

4.3 生态环境状况评价模块

4.3.1 生境质量指数

生境质量指数是为了表征生态环境评价单元内的生物多样性，是生态环境状况评价中重要的指标之一。根据综合指数计算模型，对各地类赋权重值，并按公式计算得出各单元内的生境质量指数。

4.3.2 植被覆盖指数

4.3.3 水网密度指数

4.3.4 土地胁迫指数

依据《生态环境状况评价技术规范(HJ 192-2015)》中的土地胁迫指数计算模型，涉及输入、输出路径，参数设置窗口，实现模型自动计算土地胁迫指数结果。

4.3.5 生态环境状况评价

根据以上生境质量指数、植被覆盖指数、水网密度指数、土地胁迫指数的计算，将其结果整合起来，统一赋值到生态环境状况评价综合指数模型中，计算得出区域内生态环境质量状况。

4.4 生态环境状况监测模块

该模块主要是基于生态环境状况评价模块，将监测期内的地表覆盖数据进行两次生态环境状况评价，并分别保存。最后，按照时间递进序列进行差值计算，求得生态环境状况指数(EI)的变化值，用以表征该地区监测期间生态环境变化情况。

5 结束语

本文系统详细地介绍了基于地理国情普查成果的生态环境监测与评价研究思路、系统架构和功能设计等流程，该系统已在宜宾市生态环境评价与监测中得到了应用实践，且取得了显著成效，提升了评价工作效率，为我国其他地区基于地理国情监测成果开展生态环境监测与评价工作，提供了软件实现的思路，奠定了技术基础。

[1]单波.环境保护与污染源管理综合信息系统设计[J].四川测绘，2016，39(3)：104-107.

[2]中国新闻网.十八界五中全会报告全文[EB/OL].http：//www.chinanews.com/gn/2015/10-29/7596646.shtml.

[3]邱鹏飞，梁磊，胡霓裳.基于移动端二或三维规划辅助系统研究[J].四川测绘，2016，39(3)：108-110.

[4]国家环境保护部.生态环境状况评价技术规范(HJ 192-2015)[S].北京：环境保护部，2015.

Research of Ecological Environment Evaluation and Monitoring System Based on Geographical Conditions Survey Data

TANG Wei WANG Defu LIU Chong LI Weiqing
(The Third Geoinformation Mapping Institute Of National Administration Of Surveying，
Mapping and Geoinformation，SichuanChengdu，610100)

Giving ecology priority and taking the environmental path is the basic requirement to promote the development of the Yangtze River economic belt.The protection of ecological environment has been in the strategic positon overwhemly.This is the basic task of our country that we should stick to for now and a long time in the future.With the development of the 3S technology，the technology of the ecology environment monitoring and evaluation is perfected gradually.Referring to the “eco environmental status evaluation (HJ 192-2015)” technology standard，this essay bases on the results of the reseaching of the geographical situation and monitoring，combines with the environmental and meteorological data，do research on the monitoring and evaluation of ecological environment system，carry out monitoring and evaluation of the regional ecological environment ，promote the application of surveying and mapping geographic information results.The results of this project has been in good promotion in the green Yibin ecological environment evaluation and monitoring work.

ArcObjects；ecology environment evaluation；geographical conditions monitoring

项目资助：国家基础测绘科技计划课题(2016KJ0302)；四川省测绘地理信息局科技项目(2016ZC01)

唐伟，硕士研究生，工程师，主要从事测绘生产技术与地理信息系统研发工作

X21

A

1673-288X(2017)01-0041-03

引用文献格式：唐 伟 等.基于地理国情普查成果的生态环境监测与评价系统研究[J].环境与可持续发展，2017，42(1)：41-43.