基于“3S”的哈騰套海國家級自然保護區 信息系統研究與開發

王海霞 韓奮 吳玲敏

摘要：利用了3S技術、計算機編程技術、數據庫技術和三維建模技術，對TerraExplorer軟件進行了二次開發，建立了哈騰套海國家級自然保護區信息管理系統，實現保護區的三維場景瀏覽，數據的存儲、修改、更新和刪除等操作，有效地提高了保護區的管理水平和工作效率。

關鍵詞：哈騰套海國家級自然保護區;3S;數據庫

中圖分類號：X83

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）6-0184-03

1研究區域概況

哈騰套海國家級自然保護區始建于1995年，2005年7月，經國務院批準建立哈騰套海國家級自然保護區。哈騰套海國家級自然保護區屬荒漠生態類型自然保護區，境內地形地貌構造有山地、平原、河流、沙漠四類。主要保護對象是荒漠植被生態系統和珍稀瀕危野生動植物及其生存環境。

哈騰套海國家級自然保護區地處巴彥淖爾市磴口縣哈騰套海蘇木和沙金套海蘇木境內，東北接烏蘭布和沙漠，北部與杭錦后旗接壤，西北部鄰接烏拉特后旗，南部接阿拉善左旗及納林套海農場。地理位置東經106°09'-106°50'，北緯40°30'～40°57'之間，南北寬42km，東西長53km，哈騰套海自然保護區位于總面積達123600h㎡，其中核心區面積為51610h㎡，緩沖區面積為32180h㎡，實驗區面積為39810h㎡。

保護區內野生動物、植物資源豐富，已經查明的種子植物53科1 60屬302種，國家二級瀕危保護植物綿刺、沙冬青、肉蓯蓉，三級保護植物蒙古扁桃、梭梭、胡楊 。動物資源有野生脊椎動物96種，獸類有6目11科27種，鳥類1 4目28科62種，兩柄爬行類22種，其中國家一級保護動物黑鸛、大鴇、波斑鴇、北山羊、金雕、白鸛6種，二級保護動物大天鵝、黃羊、羚羊、青羊、盤羊、蓑羽鶴等1 6種。

2開發工具及地理數據庫設計軟件的選擇

2.1開發平臺的選擇

隨著“3S”（RS、GPS、GIS）技術在理論上和實際上的應用日益成熟，二維GIS在功能上和視覺表達上已經不能滿足人們身臨其境的用戶體驗。因此，三維GIS有了極大地發展空間。在眾多的三維GIS軟件中，Skyline是一款基于網絡的三維地理信息系統軟件平臺，其擁有國際領先水平的三維數字化顯示技術及非常優秀的用戶體驗。Skyline軟件產品家族有以下3類。

2.1.1TerraBuilder

可以疊加不同分辨率、不同數據格式、不同投影變換的海量衛星遙感影像數據、數字高程模型（DEM）和矢量數據，來創建具有精確空間地理坐標和復雜地形的地形數據集。

2.1.2TerraExplorer

TerraExplorer是一個桌面版瀏覽編輯工具，通過使用該軟件，用戶可對三維場景進行瀏覽、空間分析、編輯三維場景、創建參觀路徑、沒置動畫等操作。

2.1.3TerraGate

可利用Web網絡數據服務器發布三維地形數據，用戶可實現基于網絡迅速、便捷、實時地三維地形數據的傳輸與更新。

哈騰套海國家級自然保護區信息管理系統采用Skyline軟件的TerraExplorer作為桌面開發平臺，地形數據通過TerraBuilder軟件進行編輯。

2.2開發語言的選擇

哈騰套海國家級自然保護區地理信息系統設計框圖如圖1，采用的操作系統是Win7，采用Visual Studio2015作為開發環境，使用C#作為開發語言，它是一種簡易、先進、面向對象、運行于.NET Framework之上的高級程序設計語言，它擁有可視化設計，提供了便捷的面向組件的編程，大大提高了程序開發的效率。

3地理數據庫的設計

3.1空間數據庫的設計

3.1.1柵格地圖數據庫

將收集到的覆蓋該保護區的l：50000地形圖和1：50000行政區劃圖進行地圖掃描、幾何糾正、圖像處理等。，利用ENVI5.4軟件對2012～2017年的高分一號和資源三號衛星遙感影像進行圖像去霾、增強、幾何糾正、正射校正、數據融合及圖像鑲嵌等處理，將處理好的地形圖、行政區劃圖和衛星影像圖通過編譯后，保存到柵格地圖數據庫中，供用戶隨時調用。

3.1.2矢量地圖數據庫

矢量地圖數據根據地理要素屬性類型分為點、線、面矢量。區劃為3個功能區塊，點屬性包含：地名、救護點、檢查站、管護點、管理站、氣象站、深水井、淺水井、界樁、界碑等;線屬性包含：國界線、省界線、保護區界線、網圍欄、道路等;面屬性包含：保護區功能區劃面，如核心區、緩沖區和實驗區，實驗區中包含經營區、植被恢復區、科研區、教學區和封禁區等。并對點、線、面矢量數據的名稱、類型、長度、缺省值及是否必填等進行定義。

3.1.3地圖符號庫

地圖符號庫的設計本著可視性能好、簡便易用的原則，主要進行了點狀符號的設計制作，其大小和位置不隨瀏覽位置的變化而改變，具有確定的定位點和方向性。包含簡單標記符號、箭頭標記符號、地圖標記符號、圖片標記符號、3D標記符號、3D簡單標記符號及3D字符標記符號。例如圖片標記符號主要以gif或png格式存儲，并進行統一編碼，并入庫。

3.1.4三維建筑物模型庫

保護區內的建筑物根據其所在的地理位置的重要性，主要存儲兩類建筑物模型：不是重點區域的建筑物使用建筑物矢量數據SHP格式文件，通過編輯建筑物高度屬性、建筑物體塊所附材質的路徑.進行調用和存儲;重要的標志性建筑使用3ds Max進行單獨建模，使用MakeXpl插件將一個.X文件的模型轉成.XPL文件的模型，這樣做的目的是使模型的顯示細節能根據視野的距離進行調節。將所以的模型打組導出成SHP格式矢量，并編輯建筑物名稱等信息儲存到三維建筑物模型庫中，以備隨時調用。

3.1.5地形地貌庫

使用TerraBuilder軟件通過疊加衛星影像圖和數字高程模型建立MPT文件，得到真實質感的三維場景的地形地貌，并將其存入地形地貌庫中，可通過程序根據需要任意調用地形數據。

3.2屬性數據庫的設計

3.2.1動植物資源庫

哈騰套海國家級自然保護區主要保護對象為荒漠植被生態系統和珍稀瀕危野生動、植物。因此建立動植物資源庫是本信息系統研究與開發的重點部分。本部分主要采用數據庫軟件SQL Server 2015來設計完成。

（1）實體—聯系模型（E-R模型）的設計。

實體—聯系模型（簡稱E-R模型）它提供了不受任何DBMS約束的面向用戶的表達方法，在數據庫設計中被廣泛用作數據建模，它由實體集、屬性和聯系集三部分構成。根據E-R模型的特點，本設計將保護區自然資源分類為植物資源和動物資源，在此基礎上動物資源又分類為獸類和鳥類，對于每個實體（動、植物）有設計了序號、中文名、保護級別、拉丁學名、目名、蒙古名、科、別、主要分布、鑒別特征等屬性，動植物庫E-R圖如圖2。

（2）建立數據庫邏輯關系結構表。本部分主要采用數據庫軟件SQL Server 2015將已設計好的E-R圖轉化為相應的邏輯結構表。設計了DWK_ID、DWK_NAME、DWK_LDM、DWK_BHJB、DWK KEMING、DWK_MUMING、DWK_MENGGUMING、DWK_JIEBIETZ、DWK_TUPIAN等列名，并定義每列的數據類型和是否為空。

（3）數據和圖片的存儲。采用SQL語句存儲數據和圖片到邏輯關系表中，SQL語句如下：

INSERT

Table_DWB（ DWK_ID， DWK_NAME， DWK_LDM，DWK_LEIBIE，DWK_BHJB，DWK_MUMING，DWK_KEMING， DWK_MENGGUMING， DWK_BIEMING，DWK_JIANBIETZ，DWK_TUPIAN）

SEL ECT 12，'灰鶴'，'Grus grus'，'鳥類'，'Ⅱ'，'鶴形目'，'鶴科'，'呼和一套格如'，'灰嗥'，'大型鳥類，腿長，頭頂具紅色裸皮。體羽灰色，前頸黑色，頸側白色'，img FROM（）PENROWSET（BULK 'C：＼program files＼ DWK＼灰鶴.jpg'，SINGLE_BLOB） AS T（img）

3.2.2工程數據庫

保護區內部有很多文檔及相關的工程資料，如保護區概況介紹、自然資源、生態檢測、植被恢復工程、建立野生動物救護點和野生動物繁育基地、濕地保護工程、科研檢測工程、生態旅游、荒漠植物綠色食品開發、中草藥開發、國際合作項目等。

本系統根據保護區對工程文檔的存儲要求，選用Easy CHM軟件，通過目錄編輯器生成了CHM的目錄列表及目錄項，自動添加多級編號，支持任意類型的進行導入，支持批量查找替換多級目錄各項的標題文字內容實現其關鍵字查詢功能。

3.2.3圖片數據庫

保護區經過多年的經營和管理，積累了大量的圖片資料，這些圖片記錄了自然保護區發展，通過建立圖片數據庫可實現圖片資源的快速調用，有效地提高管理水平，防止重要圖片資料的丟失。通過把圖片轉成二進制流，存人數據庫，方便隨時調用。

3.2.4音頻、視頻庫

本研究采用了功能強大、方便靈活、可擴展性強的超文本標記語言（HTML ），通過編寫HTML代碼，利用網頁，調用并通過網絡傳到客戶端的瀏覽器顯示所要播放的音頻、視頻。

3.2.5氣象數據庫

哈騰套海國家級自然保護區內建有氣象觀測站，本研究采用SQLServer2015建了一個氣象數據庫表，表中字段包含時間、溫度、壓強等。然后用C#進行連接訪問該數據庫，用查詢語句檢索相應的數據，最后顯示查詢結果。

4結論

綜合運用了“3S”技術和數據庫技術和計算機編程技術運用開發了哈騰套海國家級自然保護區地理信息系統，將保護區內相關資料按照分為空間數據和屬性數據兩大類進行存儲，實現了保護區數據的存儲、修改、更新和刪除等操作，有效地提高了保護區的管理水平和工作效率。