GIS技術在瀕危野生動物資源管理領域應用1)

劉紅軍 吳學偉 張延波

(黑龍江省測繪科學研究所，哈爾濱，150081) (東北林業大學) (黑龍江省測繪科學研究所)

野生動物是自然生態系統的重要組成部分，是全人類共有的寶貴財富。保護野生動物資源對人類的生存發展具有重要意義。我國是世界上生物多樣性最豐富的國家之一，蘊藏著豐富的野生動物資源。然而，隨著人為的獵殺以及經濟發展對森林資源的過度開發利用，導致野生動物及其賴以生存的棲息環境受到了嚴重的威脅和破壞。因此，實施野生動物保護及其自然保護區建設，對維護國家生態安全，促進國民經濟可持續發展，增進國際交流與合作，確保中華民族的長遠利益具有重大的戰略意義。但是，目前我國對野生動物資源的管理水平仍然處在比較落后的階段。為了更好地促進野生動物保護事業的發展，尤其是適應數字林業建設的要求，本文將現代計算機技術與地理空間技術相結合，建立野生動物資源管理地理信息系統，對野生動物的資源信息進行科學的管理，及時、準確地掌握野生動物資源種群的數量及其空間動態變化規律，為科學地制定野生動物保護和管理措施提供信息服務和決策依據。近幾年來，GIS(地理信息系統)技術的興起，為我國野生動物資源管理水平的迅速提高提供了難得的契機。GIS技術可以把所有描述地球的海量的空間信息數據整合在一起，分類、分層疊加，完整地表達客觀地理世界，自動進行空間分析，提出決策方案，并借助網絡技術信息共享，以便更好地指導人們的生產、生活方式［1］;可以廣泛應用于城市智能交通、城市基礎設施管理、風景區管理、森工資源管理等各個方面。瀕危野生動物數據(空間分布、所在地周圍附屬設施等)大多與地理空間位置分布緊密相關，因而，采用GIS技術能夠更加直觀、有效地對這些資源信息數據進行管理、分析，最終為瀕危野生動物管理相關部門提供空間可視化輔助決策技術支撐平臺。

1 系統總體設計

瀕危野生動物資源管理地理信息服務系統采用C/S模式和B/S模式相結合的復合型體系結構。系統需要實現的功能包括：瀕危野生動物資源專題地理空間信息數據的編輯、綜合管理、查詢統計、專題分析、空間分析、預案規劃等。由于C/S模式具有良好的交互性，能夠滿足對GIS圖形數據的大量復雜操作和對系統響應時間的要求。因此，基于系統安全性、行業應用嚴謹性及速度要求，將瀕危野生動物專題數據的錄入編輯、專題規劃、空間分析等分析功能放到C/S模式下實現。B/S模式主要用于瀕危野生動物資源信息數據的上報與發布。

瀕危野生動物資源管理地理信息服務系統架構框圖如圖1所示。

2 系統結構設計

系統數據庫主要包含瀕危野生動物數據庫、林業局數據庫、濕地數據庫、自然保護區數據庫、其它數據庫等。

3 系統關鍵技術應用

3.1 瀕危野生動物信息數據和基礎地理空間專題數據有效融合技術

將瀕危野生動物空間分布采用直觀、形象符號化展示，并確定地理坐標，以地理信息點符號樣式圖層表達，然后與基礎地理空間數據進行疊加融合。

3.2 瀕危野生動物相關指標數據的空間地圖可視化表達與展示技術

利用地理信息系統信息標注功能實現瀕危野生動物空間專題數據的地圖可視化展示，通過地理信息系統的專題圖功能實現數據圖表統計分析。

3.3 數據集成管理技術

由于野生動物資源具有自然性、社會性、區域性、多源性等多種特點，不僅包含非空間屬性數據(野生動物調查數據等)，還包含大量與地理位置相關的空間數據(遙感影像數據、矢量專題圖數據等)，使得野生動物資源管理工作具有工作量大、計算復雜、數據類型多等特點。數據集成管理技術的實現可以解決這一問題。

圖1 瀕危野生動物資源管理地理信息服務系統架構框圖

圖2 瀕危野生動物資源管理地理信息服務系統數據庫設計

解決數據集成管理的有效途徑，就是實現在關系數據庫中的空間數據與在同一關系數據庫中的屬性數據進行銜接，實現在數據訪問等操作中對屬性數據和空間數據進行集成管理。本研究中的數據集成管理技術以混合式空間數據庫為基礎，結合MapX的數據訪問機制，實現空間數據與屬性數據的銜接和屬性數據與空間數據集成管理。混合式空間數據庫，對空間數據和屬性數據采用不同的數據模型分別存儲和管理。即：對屬性數據采用RDBMS管理方式，對空間數據采用文件處理方式。這2種數據管理方式對數據庫訪問及應用有很大不同。在混合式結構的空間數據庫情況下，屬性數據是通過數據庫管理系統(如RDBMS)來訪問屬性數據庫，應用者無須知道數據被如何存儲;對空間數據庫訪問時，由于采用的是數據文件處理的管理方式，應用程序必須直接訪問它們要使用的每個數據文件，所以，必須知道每個數據文件的數據結構(物理存儲路徑)。

對于空間數據采用文件管理方式，應用程序可以直接訪問操作系統的文件存儲，能夠快速地輸入和輸出。為了輔助對空間數據的管理，設置一些獨立于應用程序的、具有對空間數據管理的功能模塊，對于屬性數據，通常采用標準的商品化的RDBMS來存儲和管理。無論使用哪一種RDBMS來存儲和管理屬性數據，屬性數據與空間數據的連接機制基本是相同的，都是以屬性表中的唯一識別符為基礎。

3.4 報表統計查詢技術

對于野生動物資源管理而言，規劃與管理的重要依據就是各類統計報表，而這些報表的數據來源復雜，有空間數據，也有非空間數據，而且報表的類型與數量繁多。因此，靈活便捷的報表統計功能在野生動物資源管理系統設計中顯得尤為重要。本研究報表統計運用MVC(model view controller)模型—視圖—控制器設計模式構造客戶端報表視圖與報表數據間的協作模型，給出了具體問題相應的解決辦法，用戶可根據自己的需要隨意繪制表格，又能按照業務要求自主地選擇數據來源。一旦框架和數據來源定義完畢，系統可以通過列配置等操作自動生成所需要的報表［2］。

在報表統計中，目標即為業務數據，觀察者定義為在用戶界面上的顯示視圖。顯示視圖是由其相關的業務數據決定，當業務數據發生變化時，視圖也將發生變化。同一業務數據會有多種顯示視圖，相同類型的視圖也可以表達不同的業務數據，而且可以根據需要在任意時刻增加和刪除顯示視圖，以提高報表系統的通用性。

當報表統計業務數據變化時，它要通知依賴它的所有視圖發生相應變化，這樣就需要在業務數據對象里記錄依賴它的視圖，或是增加一個關聯查找機制。這2種方法在數據和視圖間依賴關系比較少時，可以高效地解決問題，但當它們之間的關系特別復雜時，就需要一個專門的對象來維護這些關系，這里稱之為更改管理器(change manager)，它的目的是盡量減少視圖反映數據變化所需的工作量。

在整個系統中，用戶通過視圖不斷與數據庫數據進行交互，因而，實現多種數據庫間的數據轉化、資源共享、數據一致性和完整性成為系統開發和應用中一個尤為突出的問題。構建通用的數據庫訪問，主要是實現對數據源訪問的底層操作的封裝，而要給出數據讀取對象或數據集對象等業務邏輯層的調用，則應采用適配器(adapter)模式的思想，并根據不同的數據提供者產生相應的數據庫鏈接、數據庫命令等數據庫對象來實現對底層操作的封裝，通過暴露執行數據集對象等上層操作，以供其他邏輯層調用［3］。

4 示范應用系統開發

采用Visual Basic6.0可視化程序設計開發語言，基于SQL SERVER2005數據庫平臺及MapX5.02地理信息系統開發組件，完成黑龍江省瀕危野生動物資源管理地理信息服務試驗系統。系統各項指標依據上述設計思想進行設計開發。實踐證明，系統中強大的地理信息空間分析功能，夠能為森工相關部門進行決策提供直觀、有效、科學的地圖空間可視化技術支持，提高了工作效率。系統主界面如圖3所示。

圖3 瀕危野生動物資源管理地理信息服務系統——主界面

用戶可以使用系統提供的專題信息自動標注功能，將森工專題空間數據信息標注在電子地圖上，方便用戶在操作時查找。

用戶可以使用距離量算、面積量算功能，基于電子地圖進行對所關注的地理實體的長度和面積量算。

系統為用戶提供地理位置空間定位功能，可以實現對森工林業局、濕地、自然保護區、公路、水系、各級行政中心等專題空間數據和基礎地理信息數據進行空間定位顯示，為用戶快速、準確地查找地理實體提供強有力的技術支撐。

森工瀕危野生動物相關管理部門要想了解某種動物在各林業局的分布情況(數量分布等)，可以通過系統專題分析功能，使系統自動繪制專題圖(范圍專題圖、等級符號專題圖、點密度專題圖、餅形專題圖、直方和柱狀專題圖)。專題圖可以直觀、科學地顯示動物在指定區域的分布情況。圖4為中國林蛙在黑龍江省各林業局空間分布范圍專題圖，圖5為中國林蛙在黑龍江省各林業局空間分布等級符號專題圖。

圖4數據顯示為中國林蛙數量分布在1 600 000～2 500 000只的林業局有10個，2 500 000～3 300 000只的林業局有7個，3 300 000～5 400 000只的林業局有6個，5 400 000～9 600 000只的林業局有8個，9 600 000～2 1700 000只的林業局有9個。

圖4 中國林蛙在黑龍江省林業局空間分布范圍專題圖

圖5 中國林蛙在黑龍江省林業局空間分布等級符號專題圖

5 結束語

基于GIS技術的瀕危野生動物資源管理地理信息服務系統，是將地理空間信息技術與瀕危野生動物空間分布專題信息有機地結合起來，實現了瀕危野生動物信息資源數據管理、空間分析、預案規劃、專題分析、信息共享、輔助分析等。系統從實用、簡捷、靈活、方便、高效的思想出發，以計算機技術、數據庫技術為基礎，借助GIS技術空間可視化、圖形直觀化的特點，提供一個安全可靠、功能強大、界面友好、操作簡便的瀕危野生動物資源管理GIS工具，為森工系統相關部門領導進行決策提供瀕危野生動物空間可視化輔助分析平臺。

利用新一代的組件式GIS軟件(ArcGIS、MapInfo、Super-Map等)設計開發的瀕危野生動物資源管理地理信息服務系統，以圖文并茂、直觀表達瀕危野生動物地理空間分布的方式，使用戶操作起來簡捷、方便、靈活、實用、高效，而且易與其它信息系統集成，具有很強的擴展性。

［1］吳信才.地理信息系統的設計與實現［M］.北京：電子工業出版社，2002：95-96.

［2］嚴蔚敏，吳偉民.數據結構［M］.北京：清華大學出版社，1996：121-123.

［3］Jeffrey P.McManus.Visual Baseic6.0數據庫訪問技術［M］.趙軍鎖，龔波，李志，等譯.北京：機械工業出版社，1999：151-160.