廣西海岸帶生物多樣性信息管理系統的構建*

曹慶先，范航清

（1．廣西紅樹林研究中心 北海 536000；2．廣西紅樹林保護與利用重點實驗室 北海 536000）

廣西海岸帶生物多樣性信息管理系統的構建*

曹慶先1，2，范航清1，2

（1．廣西紅樹林研究中心 北海 536000；2．廣西紅樹林保護與利用重點實驗室 北海 536000）

摘 要：根據廣西海岸帶生物多樣性保護和信息管理工作的需要，通過整合歷史調查資料及大量的現狀調查，應用GIS技術和計算機技術等，將廣西海岸帶生物多樣性的空間分布、生長狀況和歷史演變趨勢等信息集成于一體，設計研建本系統，系統功能包括空間數據編輯、空間數據查詢、空間數據分析、數據輸出和專家知識庫等，具有較好的集成性、實用性與應用前景，為廣西海岸帶生物多樣性保護管理提供決策支持。

關 鍵 詞：生物多樣；GIS技術；信息管理

生物多樣性是近海生態安全的重要標志，也是海洋經濟的重要組成部分。我國已將海洋生物多樣性資源的可持續利用作為海洋開發的基本政策之一［1］。長期以來，許多專家從不同學科和角度對廣西近海的生物物種分布、數量進行了研究和報道，但由于信息的完整性和時空的差異性，歷史信息難以在宏觀管理和決策中得到普遍應用，甚至造成重復立項，資源浪費。廣西海洋近海生物多樣性信息管理系統的建立，不僅填補了廣西數字海洋的一個空白，而且對認知生物多樣性變化與脅迫的關系、提出生物多樣性保護與保育對策與方法、凝練重大海洋科學問題、開發管理與決策數字化輔助手段等奠定了基本條件，是一項歷史性的海洋管理科技平臺建設內容。

1 研究方法

本項目結合歷史資料，并應用遙感技術對海岸帶資源進行補充調查，將多源數據資料進行專業的判讀與趨勢判定，將結果標準化，建立廣西海岸帶生物多樣性GIS數據庫，并在此基礎上構建基于GIS技術的廣西近海生物多樣信息管理系統，對廣西海岸帶紅樹林、海草、珊瑚礁、濱海植被、濱海濕地、底棲動物、浮游動植物、魚類、鳥類資源、特有種 （白海豚、珍珠貝等）以及生物多樣性威脅因子的分布數據進行集成、統一的管理，將廣西沿海的生態環境狀況生動直觀地展示，為生物多樣性的研究、保護提供強有力的支撐，具有較強的現實意義和社會意義。

系統的構建主要分為3步，即數據整理與調查、數據庫構建、系統開發。

1.1 廣西海岸帶生物多樣資源及威脅因子的分布調查

① 歷史資料和數據的收集、整理、分析與專業判定；② 物種現狀補充調查，遙感影像判讀結合野外實地調查；③ 社會經濟狀況補充調查。

1.2 數據庫的構建

根據實際應用需要及所得調查數據，設計構建標準GIS數據庫，并將數據導入庫中。

1.3 基于GIS生物多樣性信息管理系統的開發

根據研究需要，遵循系統調查－系統分析－系統設計－系統開發與實施－系統測試與維護的軟件開發流程，選擇ArcEngine作為GIS開發平臺，進行系統的構建。

2 系統工作流程

系統工作流程主要為數據編輯—空間分析—空間查詢—數據輸出—分析決策，具體如圖1所示。

圖1 系統工作流程

3 系統功能設計

系統功能主要分為基礎信息維護、數據編輯、數據分析、數據查詢、數據輸出和專家知識庫6部分，各功能詳細如下。

3.1 基礎信息維護

基礎信息維護是本系統的基礎，是系統高效運行的保證。基礎信息包括基礎底圖以及生物多樣性基礎代碼，各類代碼以國標為準。本模塊通過用戶界面來操作數據庫，實現對數據的添加、修改和刪除等操作。

3.2 數據編輯

數據編輯是本系統的核心部分，其主要是實現對系統靈魂—數據庫的更新操作，包括數據的添加、修改、刪除等。數據編輯包括空間數據編輯和屬性數據編輯。空間數據的編輯即以可視化形式在地圖上對應位置準確勾畫出點線面對象，并錄入對應屬性值。屬性數據編輯即通過錄入界面逐條錄入調查數據，或者按照一定格式將數據填寫入EXCEL中，批量導入數據庫中。

本系統涉及的調查數據主要有紅樹林、海草、珊瑚礁、濱海植被、濱海濕地、底棲動物、魚類、浮游動物、浮游植物、珍珠養殖、鳥類、特有種 （白海豚等）、海域水化數據 （水環境、生物環境和沉積物環境）以及生物多樣性專家知識等。

3.3 數據分析

本模塊包含疊置分析、緩沖區分析和插值分析3種。

疊置分析，是將同一地區、同一比例尺的多圖層進行疊置，生成一個新的數據層，讓新數據層的目標具有各疊置層目標的多重屬性，用戶可根據管理需要，自由選擇多個圖層進行疊置，系統自動給出疊置分析的結果供用戶參閱。

緩沖區分析是根據數據庫的點、線、面實體，自動建立其周圍一定范圍內的緩沖區多邊形，這是GIS重要的和基本的空間分析功能之一。用戶可選定緩沖目標，設定緩沖距離，生成緩沖多邊形以輔助決策分析。

空間插值分析即通過特定算法，由已知得到未知的過程。本系統中，應用空間插值分析方法，可以對地面調查所不能達到區域的信息進行估算。

實際工作中，應多種分析方法綜合運用，以滿足輔助決策之需要。

3.4 數據查詢

空間查詢包含3類：① 通過圖形查屬性，即選擇空間要素得到對應的屬性數據；② 通過屬性查圖形，即選擇屬性查詢其對應空間要素；③ 綜合查詢，即設定查詢條件進行空間及屬性查詢。

查詢結果以多種形式展現：① 屬性列表，查詢結果屬性值列表展示，并可以EXCEL格式輸出；② 選中并高亮度顯示，并可將選中對象導出為新的圖層；③ 專題圖，如動植物調查和海域水化調查，選定年度季節后，調查結果以專題圖的形式展示，可直接導出或者打印；④多媒體數據，查詢結果以圖片或視頻形式展示。

3.5 數據輸出

數據輸出可以多種方式進行：① 導出矢量圖，將選中對象另存為新的shapefile圖層；② 導出圖片，設定圖片格式和分辨率，將視圖界面中顯示的數據以圖片格式導出；③ 導出EXCEL，屬性列表可以EXCEL格式導出；④ 打印輸出，可以在系統界面上直接打印輸出。

3.6 專家知識庫

系統將各類生物知識進行整理歸納，建立生物多樣性專家知識庫，可供用戶學習、檢索、查詢各類生物的生理生態特征，以文字結合圖片、視頻方式展示，進一步滿足了實際工作的需要。

4 數據庫設計

系統數據庫采用ArcGIS自帶的Personal Geodatabase數據庫。對數據庫的操作主要有添加、刪除、修改和查詢等功能。數據分為空間數據和屬性數據，二者通過站位號等關鍵字相鏈接。

系統空間數據庫存儲于Personal Geodatabase數據庫中，WGS84地理坐標系，其中基礎地理底圖有行政區、水系面、居民地、等深線、河流和交通運輸線6個圖層，系統空間數據為廣西海岸帶生物多樣性空間分布及調查站位布設。

屬性數據庫是存儲、分析、統計、查詢和更新等的核心工具，也是整個系統的重要組成部分，它具有屬性數據輸入、檢索、查詢及數據庫結構操作等功能。系統的屬性數據庫主要是生物多樣性信息調查數據。

5 系統實現

系統功能實現可以分為3部分，一是VB開發的可執行程序 （EXE），實現系統的登錄管理；二是基于ArcEngine的二次開發（基于VB語言），實現系統的界面定制、空間編輯、空間分析、空間查詢、空間展示等功能；三是VB的數據庫開發，實現數據庫的信息錄入和信息查詢等功能。

VB的EXE登錄與系統界面的通信是通過在VB程序中應用Shell函數調用外部應用程序實現。ArcEngine的開發與數據庫開發同是基于VB語言，二者同時進行。

ArcGIS Engine，它是一組跨平臺的嵌入式Arc Objects，它是Arc GIS軟件產品的底層組件，用來構建定制的GIS和桌面制圖應用程序，或是向原有的應用程序增加新的功能。使用的主要控件有：Map Control、ToolbarControl、Page LayoutControl、TocControl和LicenseControl等。

本系統經過中國軟件評測中心軟件產品登記測試，測試報告編號：HTPD3RD11121719。

6 總結

生物多樣性保護與維持是環境生態科學研究的根本目標，也是社會經濟可持續發展的戰略需求。對生物多樣性時空變化趨勢和脅迫的演化趨勢的宏觀認識是科學研究立項的基礎，是過程和機理研究的切入點，是提出管理與決策建議的科技支撐。

本系統首次建立廣西海岸帶生物多樣性GIS數據庫，包含多種生物多個時期的分布與生長狀況以及各個時期生物多樣性的威脅因子數據，并在此基礎上構建基于GIS的廣西海岸帶生物多樣信息管理軟件，具有數據編輯、數據查詢、數據輸出、專題圖制作、生物多樣性知識學習和GPS數據處理等功能，可直觀生動地展示生物多樣性的現狀及演變趨勢，展示北部灣重要和代表性物種的分布與歷史變化趨勢，模糊推測生物多樣性變化與周邊人類活動的可能關聯，為廣西近海生物多樣性的保護與管理提供數字化手段。為生物多樣性的研究與保護決策提供支持，具有較強的現實意義和應用前景。

參考文獻

［1］ 馬程琳，鄒記興．我國的海洋生物多樣性及其保護［J］．海洋湖沼通報，2003（2）：41－47．

* 基金項目：廣西科學院基本科研業務費資助項目 （11YJ24HS04）；廣西科技廳 “基于遙感影像的廣西紅樹林蟲害監測技術研究”（桂科攻1140002－2－3）；廣西海洋局“908”專題資助項目（GX908－01－06）．