基于移动GIS的镇江市生态保护红线监管系统设计与实现

夏宇翔，刘柳

(1.镇江市勘察测绘研究院，江苏 镇江 212046； 2.镇江市自然资源和规划局丹徒分局，江苏 镇江 212028)

1 引 言

生态保护红线是保障国家生态安全的底线和生命线，构建生态保护红线监管系统对严格监管生态保护红线、维护国家和区域生态安全、推动经济社会可持续发展具有重要战略意义。2018年年底，全国多省份已完成生态保护红线的基本划定，建立健全的生态保护红线制度，有效监管生态保护红线区域成为新的工作焦点。传统方式下，生态保护红线的监管主要有室内遥感督察与户外现场督察两种模式，其中，遥感督察由专业人员基于生态保护红线的空间位置判读遥感影像得出结论，对监管人员的专业要求高，督察结果时空差异性较大；现场督察由监管人员携带图纸、相机、定位设备等工具现场勘察给定结果，依赖人工、操作复杂、费时费力。

目前，全国多地基于GIS成功构建了多种生态保护红线监管平台，其中，贵州省搭建了生态保护红线云GIS监管平台，实现了生态保护红线数据的存储、管理、发布及应用[1]；重庆市研发了生态保护红线空间管理系统，实现了生态保护红线的数据管理、属性查询与监察环评[2]；常州市构建了多层架构体系的生态红线综合管理系统，实现了数据查询、污染源分析、区域管控等功能[3]。上述平台侧重于数据的存储、管理与分析，缺少移动终端的融合应用，在生态保护红线移动化监管方面存在着不足。移动GIS是在移动设备上运行的具有空间分析和运算能力的地理信息系统[4]，具有快速、便捷、实时的特点，在测量、农业、物流等领域得到了广泛应用[5～8]。本文旨在以镇江市的生态保护红线监管工作为切口，结合同类型平台与移动GIS的技术优势，设计一种贴近生态保护红线监管工作实际，既功能全面又操作简便的移动端生态保护红线监管系统。

2 系统设计

2.1 系统架构

系统基于移动GIS技术，以智能平板设备(iPad)为载体，将镇江市域范围内的生态保护红线专题信息、基础地理信息以及相关数据文件向用户集成展示，并在此基础上定制开发一些特色应用功能，满足不同场景下生态保护红线监管的工作需求。系统架构图如图1所示：

系统底层为物理层，提供平台系统所需的软硬件与网络环境；往上是数据层，系统采用SQlite数据库，存储并管理生态保护红线有关的数据资料；中间层是服务层，主要运用ArcGIS Runtime for iOS开发系统功能模块，基于该SDK开发的系统服务为生态保护红线监管工作提供了高效便捷的解决方案，有效提升了监管工作的效率；中间层往上是应用层，主要通过具体的功能平台与运维系统，提供满足生态保护红线监管的各项工作需求；系统最顶层为用户层，包括生态保护红线监管的工作人员、相关领导以及相关个体。系统的主要用户为监管人员，同时为领导提供了解监管工作情况的平台。此外，在进行督查时，监管系统也将向涉及违规的相关个体展示相关法规依据。

图1 生态保护红线监管系统架构图

2.2 系统功能设计

系统的功能模块主要包括浏览、查询、定位、分析和更新五大模块。浏览模块实现了生态保护红线的显示、电子地图与影像图漫游以及附件资料的调阅；查询模块满足生态保护红线属性参数与空间地理坐标的查询；定位模块实现工作场景的全图显示，GPS定位、点坐标输入定位以及坐标文件读取定位；分析模块提供了图层叠加分析与统计分析，其中叠加分析包括图层的开关控制与透明度调整，统计分析包括测距、测面积、添加标注；更新模块能够将服务器端的最新影像地图、红线数据、附件资料等在线传输给智能设备终端，实现在线更新。系统功能架构如图2所示。

3 数据库开发

构建生态保护红线专题数据库和城市基础地理信息数据库。生态保护红线专题数据库存储生态保护红线的属性、位置和附件资料，以SQLite数据库形式部署在移动设备本地，支撑生态保护红线的浏览、定位、查询等功能；城市基础地理信息数据库存储城市基础地理信息矢量数据与遥感影像数据，以ArcGIS Geodatabase数据库形式部署于系统服务器，用以发布地图服务。数据库遵照国家和行业相关规范标准进行开发，经历设计、建库、集成、测试与验收、运行与维护五个阶段建设完成，具体流程如图3所示。

图2 生态保护红线监管系统功能结构图

图3 生态保护红线监管系统数据库开发流程图

3.1 生态保护红线专题数据库

生态保护红线专题数据库存储和管理了镇江市范围内国家级与省级生态红线区域的属性信息、空间位置信息和相关附件资料。其中，属性信息主要包括生态红线的编号、名称、管控级别、所属行政区划、主导生态功能、管控范围、管控措施、面积等；空间位置信息描述生态红线的几何形态及地理空间位置；附件资料通过编号与具体生态保护红线进行有序挂接，方便前端查阅。生态保护红线数据组织格式如表1所示。

生态保护红线数据组织格式 表1

3.2 城市基础地理信息数据库

城市基础地理信息数据库存放了镇江市域范围的城市基础地理信息矢量数据和遥感影像数据。城市基础地理信息矢量数据是指与城市行政区划、道路、水系、绿地、居民地和地名地址相关的点、线、面数据。其中，行政区划数据包括市级、区县级、镇村级、街道/社区级的行政区域驻地和界线数据；道路数据包括高速公路、铁路、国道、省道、主干路、次干路、支路等；水系数据包括长江、运河、水库、湖泊、河流等；绿地数据指城市的山体、公园、广场等；居民地数据反映居民小区和村落的形态与地域分布情况；地名地址包括政府机关、企事业单位、纪念地、山体、水系及交通设施等。城市基础地理信息矢量数据组织格式如表2所示。

城市基础地理信息矢量数据组织格式 表2

遥感影像数据指卫星或无人机拍摄得到的最新城市高分辨率正射影像。采集到的影像经过几何纠正、图像增强、影像镶嵌、匀色匀光、影像融合、质量检查等操作后存储于服务器的城市基础地理信息数据库中。

4 核心功能

系统的开发环境为iOS 9.0+Xcode8.0，测试环境分别为：iPadmini，7.9英寸屏，A12芯片，总容量 256 GB；iPad Air 2，9.7英寸屏，A8X芯片，总容量 128 GB；iPad Pro，12.9英寸屏，A9X芯片，总容量 256 GB。

4.1 图层透明度调整

生态保护红线的监管需要叠加多重要素图层进行分析，图层透明度调整是核心，系统通过在xib视图文件中添加Slider控件，获取用户设置的透明度参数，写入Alpha数组，临时存储于系统plist文件，之后通过程序加载，修改图层Opacity属性，实时渲染图层透明度。Oacity值为浮点型，支持小数格式，当opacity值为1.0时，图层不透明；当opacity值为0.0时，图层全透明。系统分别对ArcGisTilepackage格式的切片图层与EsriJSON格式的矢量图层设置了透明度调整功能。功能界面如图4所示。

图4 图层透明度调整

4.2 生态红线属性及附件查询

该系统不仅能浏览生态保护红线，同时可以查询生态保护红线的属性信息及附件资料。在场景中单机选择要查询的红线，获取到点击红线的PID和其对应的图层名，使用SQL查询语句，打开对应的数据集，查询指定PID的数据记录，获取此记录对应的属性值及附件资料，以ViewerController视图的形式在系统中显示。功能界面如图5所示。

图5 生态红线属性及附件查询

4.3 督查点定位

系统提供GPS定位、坐标输入定位、文件读取定位3种定位方式。其中，GPS定位可接收GNSS信号或网络信号定位，若有网络使用网络定位，没有网络接收GNSS信号定位。为保障定位精度，GPS定位采用KCLLocationAccuracyBest模式，即获取设备使用电池时的最高定位精度。定位完成后系统自动将电子地图缩放至 1∶2 000比例尺大小，并将GPS定位点在屏幕内居中显示。功能界面如图6所示，核心代码如下：

GPS.desiredAccuracy=kCLLocationAccuracyBest；

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

MapViewzoomToScale：2000withCenterPoint：GPSpoint；

图6 GPS定位

坐标输入定位与文件读取定位方式类似，系统通过获取坐标数据，解析空间位置使用AGSGraphic函数，将场景中心移动到相应位置，实现定位功能，区别在于，前者需手动输入十进制或度分秒格式坐标，适合少量督察点快速定位，后者为坐标文件导入，适合较多督察点的批量定位。定位完成后系统自动将坐标文件在屏幕内居中显示，并可根据图形的大小调整电子地图的缩放比例。系统依据输入坐标的数量决定图形种类，输入1组坐标时，图形为单点；输入2组坐标时，图形为线段；输入3组及以上坐标时，图形为多边形面。系统功能界面如图7、图8、图9所示，核心代码如下：

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；

图7 坐标输入定位(十进制)

图8 坐标输入定位(度分秒)

图9 文件读取定位

5 结 语

本文从系统的架构、功能、数据库设计、数据加工入库及核心功能等方面进行设计，研发出了基于移动GIS的镇江市生态保护红线监管系统，满足了镇江市生态保护红线监管的实际工作需求。系统主要突出3方面作用：①生态保护红线的空间定位、属性查询及附件浏览，清晰、直观、全方位展示了生态保护红线的位置与资料信息，提高了监管工作的效率；②督察点的导航定位与空间分析，方便、快捷、准确地判别了某个督查目标是否在红线范围内，对于监察、环评审批等实际工作具有重要作用；③相关法规政策的阅读浏览，为相关人员的督查执法及环保知识的宣传提供依据，有效辅助相关工作开展。

该系统属于初次研究，功能还不够完善，后期将继续与镇江市各部门/区县对接，结合用户反馈不断改进。系统促进了镇江市生态保护红线监管移动化办公水平的提升，为移动GIS在生态保护红线监管中的广泛使用积累了经验。