基于3S技術的廣東省濕地科學數據庫共享平臺設計研究

趙 賞，鐘凱文，孫彩歌

(1．中國科學院廣州地球化學研究所，廣東廣州510640;2．中國科學院研究生院，北京100049;3．廣州地理研究所，廣東廣州510070;4．廣東省遙感與地理信息應用重點實驗室，廣東廣州510070)

一、引 言

濕地與森林、海洋一起并稱為全球三大生態系統類型，不僅提供了人類賴以生存和發展的寶貴資源，還具備維持全球生態系統平衡，調節全球氣候和維持生物多樣性以及承載人類社會價值的隱性功效。廣東省雖然是濕地大省，擁有類型繁多、種類齊全、總面積巨大、分布廣闊的濕地資源，但也同時面臨著灘涂濕地過度圍墾，海洋污染日趨嚴重，生物資源過度利用，濕地水資源過度采集，濕地污染日益加劇，泥沙淤積日益嚴重以及快速城市化所帶來的威脅等諸多問題[1-2]。傳統的濕地調查和監測的手段所存在的低效率、長周期和政策瓶頸，已經越來越不能適應現實的需求，這迫切需要新的技術手段應用和解決問題新思路的突破，以RS、GIS、GPS為核心的“3S”技術，可以在很大程度上解決當前所面臨的困境，RS技術可以提供高效、快速、高可靠性和低成本的濕地資源信息，GPS技術可以提供精準的定位信息，而GIS技術，則可以將這些精確的信息以一個公共服務平臺的方式展示出來，為大眾提供信息服務，為相關部門提供決策支持。

二、數據調查與分類

利用傳統的野外采樣方法進行濕地資源調查，覆蓋范圍小，耗費大量的人力、物力和時間，并且對濕地具有破壞性。遙感影像可以在短時間內提供濕地資源的海量數據，經過處理后還可以反映濕地內部的環境狀況，進而可以深入研究濕地情況與氣候、地形地貌、植被變化、濕地生物多樣性以及社會經濟發展情況之間的關系。在本次濕地數據調查中，遙感影像作為獲取濕地信息最主要的來源，輔以DEM和土地利用數據等。

濕地資源數據分為空間數據和屬性數據。空間數據的采集主要通過圖形數據經過掃描處理后錄入，廣東省濕地科學數據庫中的空間數據包括廣東省行政區劃數據及廣東省濕地遙感影像數據;屬性數據包括廣東省濕地種類、面積、分布數據，廣東省市區鎮行政分級數據，這些數據都對應了相應的編號。根據廣東省實際狀況和《濕地公約》，廣東省濕地分為以下幾個類別：

1)近海海岸濕地，代碼為Ⅰ，包括淺海水域、潮下水生層、珊瑚礁、巖石性海岸、潮間礁石海岸、潮間淤泥海灘等14個子類，子類的代碼為Ⅰ后加數字標識。

2)河流濕地，代碼為Ⅱ，包括有永久性河流和泛洪平原濕地，泛洪平原濕地指河水洪水泛濫淹沒以后的河流兩岸地勢平坦地區。

3)湖泊濕地，代碼為Ⅲ，湖泊濕地主要指內陸型的湖泊，包括永久性的淡水湖和咸水湖，季節性的淡水湖和咸水湖以及水庫等5種。

4)沼澤濕地，代碼為Ⅳ，根據調查，廣東省的沼澤濕地資源很少，目前只有兩處沼澤地，一處是曲江縣的羅坑山區草本沼澤，另一處是吳川縣東南面的草本沼澤。

5)庫塘，代碼為Ⅴ，本次收錄作為庫塘濕地類型主要是在珠江三角洲平原外圍的丘陵，臺地上散列分布的山塘、坑塘、魚塘，以及面積少于100 hm2且不與河流相接的小水庫[3]。

三、構建數據庫

1．總體結構設計

廣東省濕地科學數據庫共享平臺設計的目標是建立一個省級濕地科學數據庫信息共享系統，為濕地資源管理提供一個探討思路和技術嘗試，并為廣東省濕地科學管理提供決策服務，以實現廣東省濕地生態治理與恢復重建數據的信息化管理。

本系統主要用于濕地調查成果的展示、調查成果的查詢及分析，對廣東省各市區濕地種類、面積、分布規律進行分析，確定不同市區的濕地防治與綜合利用的相應策略，為廣東省濕地綜合治理提供決策支持。系統的總體設計如圖1所示。

圖1 濕地數據庫總體結構

圖2 數據庫表字段設計

2．數據庫設計

數據庫是系統的核心組成部分，是濕地共享平臺的核心組成部分，也是濕地綜合管理與決策的重要支持，它的設計合理與否，直接決定了功能設計與平臺運行的效率。在將采集和整理的數據進行分門別類以后，為了將這些數據進行有效的管理，設計了如圖2所示的數據庫字段，包括用戶信息、行政區域信息、經緯度信息、濕地屬性信息等，所有的數據都是按照這些數據庫字段的格式輸入進Oracle數據庫中[4-5]。

四、功能設計

1．顯示查詢功能設計

查詢功能是本系統的主要功能之一，用戶可通過選擇諸如“按名稱查詢”、“按屬性查詢”等。本系統可分級顯示不同分辨率下的城市交通圖和遙感影像圖，可以進行鷹眼漫游和分級縮放。查詢和顯示可以選擇多種方式，用戶可以按照面積、類別、名稱等不同屬性進行查詢，查詢的結果既可以以列表展示，更可以實現在圖上定位，并顯示定位點的詳細信息。除此之外，還有已經整理好的宏觀統計信息可以直接進行查詢，并可以通過熱片技術實現在圖片移動光標顯示詳細屬性信息[6]。

2．統計分析設計

本系統可以高效率地實現以往需要消耗大量人力、物力才能完成的計算與統計工作。全部的數據經過了規范的整理之后形成了多張統計表和一張簡單明了的統計圖。通過統計表，可以得出全部的宏觀信息，包括查詢對象的名稱，所屬行政區域，面積大小和分布特點;統計圖則可以形象地獲得廣東省各個城市的總體資料，且可以直觀地展現各區域的信息對比。這對于政府部門的決策，單一用戶的信息獲取具有非常重要的意義，也為平臺未來的可擴展性打下了很好的基礎。

3．系統維護功能設計

包括用戶權限和賬號密碼維護、數據庫維護等。考慮到本系統數據的安全性和保密性，由系統管理員設置3種級別的系統功能使用權限：①管理員權限可以使用所有功能，包括一般地圖操作功能、查看航片和進入后臺數據庫;② 高級用戶使用一般地圖功能，也可以看航片，但不能進入后臺對用戶進行管理;③一般人員可以使用地圖一般操作功能，包括地圖縮放與平移、鷹眼漫游、全圖顯示、空間查詢功能，地圖數據的打印輸出功能，則不能看航片，也不能進入后臺對用戶進行管理。不同的角色登錄后，會根據用戶角色的權限顯示用戶管理區的功能按鈕[7]。

五、關鍵技術

1．瓦片技術

瓦片地圖技術主要分為兩種：一種是客戶端的瓦片地圖技術，也就是將用戶的請求進行分割，分為多次請求，然后將多次請求的結果進行拼接，得到想要的整幅地圖;另外一種是采用瓦片金字塔方式的服務器端切割，即將已經完全切割好的圖片存儲在服務器端，用戶按照需要進行調用。本系統根據應用的需求，采用了服務端的瓦片地圖技術，可以獲得非常高的響應速度和較高清晰度的柵格地圖。本系統的切圖使用的是基于ArcCISEngine二次開發的切圖引擎，切圖的數據源采用統一地圖投影坐標系的ArcMap地圖文檔(MXD文檔)，將切割生成的瓦片地圖按照一定的目錄結構進行存儲，形成該文檔相應的瓦片地圖庫，用戶可以通過瀏覽器連接數據庫，按照需要調用某一級別的瓦片地圖，顯示起來非常方便[8]。

2．Flex技術的應用

Flex地圖引擎是以Flex語言開發的地圖引擎，實現瓦片柵格地圖的拼接、GIS的基本操作、地物疊加等功能。客戶端通過瀏覽器調用Flash引擎，通過Flash去控制管理地圖圖片，繪制標注，疊加圖層地物。在內存控制和顯示效果上都有好的表現。在Flex技術中，MXML的作用類似于HTML，主要用于設計用戶界面，實現豐富的Flex表現層;ActionScript的基本作用類似于傳統網頁開發中的JavaScript，也是一種腳本開發語言，有自己的語法、變量和函數，同時ActionScript還要負責Flex程序的邏輯控制和業務建模。據統計，全球安裝有瀏覽器的PC中超過九成的用戶安裝了Flash Player，這意味著基于Flash引擎的Flex技術具有非常良好的平臺兼容性，可以最大限度地滿足濕地科學數據庫對于應用范圍的需求，也為其他實地科學數據庫建設提供了可行性參考[9-10]。

3．Ajax技術的應用

Ajax技術的核心是一個名為XMLHTTPRequest的類，用戶通過這個類實現與服務器的異步交互，從根本上提高了服務器的相應效率，瀏覽器頁面不需要將頁面重新下載與刷新，只需要將部分請求予以更新即可滿足用戶需求。在考察了同類資源信息系統在響應時間上的不足后，本系統將Ajax技術引入到濕地數據庫平臺的建設當中，濕地數據通常需要快速顯示數據量龐大的遙感影像數據，采用Ajax技術以后，地圖的刷新速度明顯提高，用戶等待時間也大為縮短，圖像的清晰度依然得到了有效的保證，這大大提高了用戶訪問效率，也擴展了廣東省濕地數據庫的應用前景[11-12]。

4．Web Service技術

考慮到平臺以后的擴展性，以及本平臺開發完成后面向其他單位和部門提供開發接口，本系統采用了功能強大的Web Service技術做平臺的對外接口。Web Service的維護成本比較低，能更加方便快捷地與使用者通信，它是一個獨立于操作系統、應用平臺、程序開發語言的對外公共接口。在廣東省濕地科學數據庫平臺中應用Web Service技術可以用標準的方法把功能和數據“暴露”出來，供其他應用程序使用，同時還可以對代碼和代碼背后的數據進行重復利用，這樣可以大大降低后續開發的難度，也為類似的濕地數據庫開發提供了很好的參考[13]。

六、系統實現

平臺實現了基本的GIS操作功能、地圖應用功能、查詢統計功能和權限管理功能。GIS基本操作主要指平移、放大、縮小、全圖、刷新、測距等基本功能;地圖應用功能包括加載影像圖、動態繪制面標注、畫自定義圖片等;查詢統計功能主要是針對平臺中的數據進行搜索和統計;權限管理是針對用戶訪問的數據和功能進行控制。可以進行“按名稱查詢”，“按類型查詢”，“按面積查詢”等3類查詢方法，如圖3所示。查詢的結果顯示在屏幕右方，如圖4所示，顯示了全部符合條件的查詢結果，單擊其中一個可以顯示詳情，圖5顯示的系統統計表，將鼠標移動到指定位置可以查看詳情，圖6展示的是系統的對外接口，可為類似系統的開發提供指導。

圖3

圖4

圖5

圖6

七、結束語

將GIS技術應用到濕地資源的管理，是未來能源資源管理的一個必然方向。本系統運用WebGIS、瓦片柵格地圖等相關技術，在這個方向做了一個初步的嘗試。本平臺共享的數據可以進行快捷及時的更新，整體架構不改變的情況下只需改變數據源便可以生成一套新的共享信息，這對于有關部門及時有效地獲取相關信息是非常必要的。將GIS技術引入到濕地資源的管理，有望提高濕地資源管理的信息化水平，為政府部門提供決策支持，為公眾提供可視化和易于理解的開放式應用系統，對推動廣東省濕地科學化管理有著重要的作用，也為濕地產業發展和經濟效益增長提供動力。

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