基于移動GIS的鎮江市生態保護紅線監管系統設計與實現

夏宇翔，劉柳

(1.鎮江市勘察測繪研究院，江蘇 鎮江 212046； 2.鎮江市自然資源和規劃局丹徒分局，江蘇 鎮江 212028)

1 引 言

生態保護紅線是保障國家生態安全的底線和生命線，構建生態保護紅線監管系統對嚴格監管生態保護紅線、維護國家和區域生態安全、推動經濟社會可持續發展具有重要戰略意義。2018年年底，全國多省份已完成生態保護紅線的基本劃定，建立健全的生態保護紅線制度，有效監管生態保護紅線區域成為新的工作焦點。傳統方式下，生態保護紅線的監管主要有室內遙感督察與戶外現場督察兩種模式，其中，遙感督察由專業人員基于生態保護紅線的空間位置判讀遙感影像得出結論，對監管人員的專業要求高，督察結果時空差異性較大；現場督察由監管人員攜帶圖紙、相機、定位設備等工具現場勘察給定結果，依賴人工、操作復雜、費時費力。

目前，全國多地基于GIS成功構建了多種生態保護紅線監管平臺，其中，貴州省搭建了生態保護紅線云GIS監管平臺，實現了生態保護紅線數據的存儲、管理、發布及應用[1]；重慶市研發了生態保護紅線空間管理系統，實現了生態保護紅線的數據管理、屬性查詢與監察環評[2]；常州市構建了多層架構體系的生態紅線綜合管理系統，實現了數據查詢、污染源分析、區域管控等功能[3]。上述平臺側重于數據的存儲、管理與分析，缺少移動終端的融合應用，在生態保護紅線移動化監管方面存在著不足。移動GIS是在移動設備上運行的具有空間分析和運算能力的地理信息系統[4]，具有快速、便捷、實時的特點，在測量、農業、物流等領域得到了廣泛應用[5～8]。本文旨在以鎮江市的生態保護紅線監管工作為切口，結合同類型平臺與移動GIS的技術優勢，設計一種貼近生態保護紅線監管工作實際，既功能全面又操作簡便的移動端生態保護紅線監管系統。

2 系統設計

2.1 系統架構

系統基于移動GIS技術，以智能平板設備(iPad)為載體，將鎮江市域范圍內的生態保護紅線專題信息、基礎地理信息以及相關數據文件向用戶集成展示，并在此基礎上定制開發一些特色應用功能，滿足不同場景下生態保護紅線監管的工作需求。系統架構圖如圖1所示：

系統底層為物理層，提供平臺系統所需的軟硬件與網絡環境；往上是數據層，系統采用SQlite數據庫，存儲并管理生態保護紅線有關的數據資料；中間層是服務層，主要運用ArcGIS Runtime for iOS開發系統功能模塊，基于該SDK開發的系統服務為生態保護紅線監管工作提供了高效便捷的解決方案，有效提升了監管工作的效率；中間層往上是應用層，主要通過具體的功能平臺與運維系統，提供滿足生態保護紅線監管的各項工作需求；系統最頂層為用戶層，包括生態保護紅線監管的工作人員、相關領導以及相關個體。系統的主要用戶為監管人員，同時為領導提供了解監管工作情況的平臺。此外，在進行督查時，監管系統也將向涉及違規的相關個體展示相關法規依據。

圖1 生態保護紅線監管系統架構圖

2.2 系統功能設計

系統的功能模塊主要包括瀏覽、查詢、定位、分析和更新五大模塊。瀏覽模塊實現了生態保護紅線的顯示、電子地圖與影像圖漫游以及附件資料的調閱；查詢模塊滿足生態保護紅線屬性參數與空間地理坐標的查詢；定位模塊實現工作場景的全圖顯示，GPS定位、點坐標輸入定位以及坐標文件讀取定位；分析模塊提供了圖層疊加分析與統計分析，其中疊加分析包括圖層的開關控制與透明度調整，統計分析包括測距、測面積、添加標注；更新模塊能夠將服務器端的最新影像地圖、紅線數據、附件資料等在線傳輸給智能設備終端，實現在線更新。系統功能架構如圖2所示。

3 數據庫開發

構建生態保護紅線專題數據庫和城市基礎地理信息數據庫。生態保護紅線專題數據庫存儲生態保護紅線的屬性、位置和附件資料，以SQLite數據庫形式部署在移動設備本地，支撐生態保護紅線的瀏覽、定位、查詢等功能；城市基礎地理信息數據庫存儲城市基礎地理信息矢量數據與遙感影像數據，以ArcGIS Geodatabase數據庫形式部署于系統服務器，用以發布地圖服務。數據庫遵照國家和行業相關規范標準進行開發，經歷設計、建庫、集成、測試與驗收、運行與維護五個階段建設完成，具體流程如圖3所示。

圖2 生態保護紅線監管系統功能結構圖

圖3 生態保護紅線監管系統數據庫開發流程圖

3.1 生態保護紅線專題數據庫

生態保護紅線專題數據庫存儲和管理了鎮江市范圍內國家級與省級生態紅線區域的屬性信息、空間位置信息和相關附件資料。其中，屬性信息主要包括生態紅線的編號、名稱、管控級別、所屬行政區劃、主導生態功能、管控范圍、管控措施、面積等；空間位置信息描述生態紅線的幾何形態及地理空間位置；附件資料通過編號與具體生態保護紅線進行有序掛接，方便前端查閱。生態保護紅線數據組織格式如表1所示。

生態保護紅線數據組織格式 表1

3.2 城市基礎地理信息數據庫

城市基礎地理信息數據庫存放了鎮江市域范圍的城市基礎地理信息矢量數據和遙感影像數據。城市基礎地理信息矢量數據是指與城市行政區劃、道路、水系、綠地、居民地和地名地址相關的點、線、面數據。其中，行政區劃數據包括市級、區縣級、鎮村級、街道/社區級的行政區域駐地和界線數據；道路數據包括高速公路、鐵路、國道、省道、主干路、次干路、支路等；水系數據包括長江、運河、水庫、湖泊、河流等；綠地數據指城市的山體、公園、廣場等；居民地數據反映居民小區和村落的形態與地域分布情況；地名地址包括政府機關、企事業單位、紀念地、山體、水系及交通設施等。城市基礎地理信息矢量數據組織格式如表2所示。

城市基礎地理信息矢量數據組織格式 表2

遙感影像數據指衛星或無人機拍攝得到的最新城市高分辨率正射影像。采集到的影像經過幾何糾正、圖像增強、影像鑲嵌、勻色勻光、影像融合、質量檢查等操作后存儲于服務器的城市基礎地理信息數據庫中。

4 核心功能

系統的開發環境為iOS 9.0+Xcode8.0，測試環境分別為：iPadmini，7.9英寸屏，A12芯片，總容量 256 GB；iPad Air 2，9.7英寸屏，A8X芯片，總容量 128 GB；iPad Pro，12.9英寸屏，A9X芯片，總容量 256 GB。

4.1 圖層透明度調整

生態保護紅線的監管需要疊加多重要素圖層進行分析，圖層透明度調整是核心，系統通過在xib視圖文件中添加Slider控件，獲取用戶設置的透明度參數，寫入Alpha數組，臨時存儲于系統plist文件，之后通過程序加載，修改圖層Opacity屬性，實時渲染圖層透明度。Oacity值為浮點型，支持小數格式，當opacity值為1.0時，圖層不透明；當opacity值為0.0時，圖層全透明。系統分別對ArcGisTilepackage格式的切片圖層與EsriJSON格式的矢量圖層設置了透明度調整功能。功能界面如圖4所示。

圖4 圖層透明度調整

4.2 生態紅線屬性及附件查詢

該系統不僅能瀏覽生態保護紅線，同時可以查詢生態保護紅線的屬性信息及附件資料。在場景中單機選擇要查詢的紅線，獲取到點擊紅線的PID和其對應的圖層名，使用SQL查詢語句，打開對應的數據集，查詢指定PID的數據記錄，獲取此記錄對應的屬性值及附件資料，以ViewerController視圖的形式在系統中顯示。功能界面如圖5所示。

圖5 生態紅線屬性及附件查詢

4.3 督查點定位

系統提供GPS定位、坐標輸入定位、文件讀取定位3種定位方式。其中，GPS定位可接收GNSS信號或網絡信號定位，若有網絡使用網絡定位，沒有網絡接收GNSS信號定位。為保障定位精度，GPS定位采用KCLLocationAccuracyBest模式，即獲取設備使用電池時的最高定位精度。定位完成后系統自動將電子地圖縮放至 1∶2 000比例尺大小，并將GPS定位點在屏幕內居中顯示。功能界面如圖6所示，核心代碼如下：

GPS.desiredAccuracy=kCLLocationAccuracyBest；

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

MapViewzoomToScale：2000withCenterPoint：GPSpoint；

圖6 GPS定位

坐標輸入定位與文件讀取定位方式類似，系統通過獲取坐標數據，解析空間位置使用AGSGraphic函數，將場景中心移動到相應位置，實現定位功能，區別在于，前者需手動輸入十進制或度分秒格式坐標，適合少量督察點快速定位，后者為坐標文件導入，適合較多督察點的批量定位。定位完成后系統自動將坐標文件在屏幕內居中顯示，并可根據圖形的大小調整電子地圖的縮放比例。系統依據輸入坐標的數量決定圖形種類，輸入1組坐標時，圖形為單點；輸入2組坐標時，圖形為線段；輸入3組及以上坐標時，圖形為多邊形面。系統功能界面如圖7、圖8、圖9所示，核心代碼如下：

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；

圖7 坐標輸入定位(十進制)

圖8 坐標輸入定位(度分秒)

圖9 文件讀取定位

5 結 語

本文從系統的架構、功能、數據庫設計、數據加工入庫及核心功能等方面進行設計，研發出了基于移動GIS的鎮江市生態保護紅線監管系統，滿足了鎮江市生態保護紅線監管的實際工作需求。系統主要突出3方面作用：①生態保護紅線的空間定位、屬性查詢及附件瀏覽，清晰、直觀、全方位展示了生態保護紅線的位置與資料信息，提高了監管工作的效率；②督察點的導航定位與空間分析，方便、快捷、準確地判別了某個督查目標是否在紅線范圍內，對于監察、環評審批等實際工作具有重要作用；③相關法規政策的閱讀瀏覽，為相關人員的督查執法及環保知識的宣傳提供依據，有效輔助相關工作開展。

該系統屬于初次研究，功能還不夠完善，后期將繼續與鎮江市各部門/區縣對接，結合用戶反饋不斷改進。系統促進了鎮江市生態保護紅線監管移動化辦公水平的提升，為移動GIS在生態保護紅線監管中的廣泛使用積累了經驗。