乌梁素海湿地生态建设工程信息平台的构建

项目申请书 项目名称：乌梁素海湿地生态建设工程信息平台的构建 Study on Database for Wetland Ecological Project of Lake Wuliangsuhai 内蒙古农业大学 二一年一月 1 一、基本信息 项目名称 乌梁素海湿地生态建设工程信息平台的构建 姓 名 杜建民 性别 男 年龄 50 学 位 博士 职称 教授 职务 联系电话传 真申请人 基本情况 手 机电子邮箱 工作单位 内蒙古农业大学机电工程学院 研究领域 机电工程、环境工程 通讯地址 内蒙古呼和浩特市昭乌达路 306 号 共同获准 奖励 1. 国 家 级 教 学 成 果 二 等 奖 一 项 ； 2. 自 治 区 科 技 进 步 二 、 三 等 奖 各 一 项 ； 3. 厅 局 级 科 技 进 步 一 等 奖 一 项 。 项目研究 起止时间 2010 年 2 月 至 2012 年 9 月 摘要 湿地生态建设工程是一项长期的涉及多种因素的系统工程， 本研究针对乌梁素海生态工程建设与科学管理的需要，在工程数 据、遥感数据、地图资料等基础数据的支持下，利用“3S”技术、 计算机技术、工程数据库技术和环境管理技术，运用 Visual Basic、SuperMap 和 SQL Server 数据库等开发软件，构建乌梁素 海湿地生态建设工程信息平台。信息平台将实现对生态工程采集 的坐标点进行自动格式转换与输入，在遥感图像上显示工程的进 展与成果，同时通过 SuperMap Objects 二次开发技术，实现了对 基础数据及生态工程数据管理、规划设计、生态监测和制图输出 等功能。信息平台能够准确、方便地存储和管理湿地生态建设工 程设计和实施过程中产生的数据以及多媒体资料，方便查询和共 享生态工程资料，提高生态工程数据资料管理以及设计工作的效 率。为乌梁素海湿地生态治理与资源开发提供动态的数据信息， 对生态工程进行（实时）动态管理与动态监测，并为生态工程规 划与实施方案优化设计提供咨询。 2 二、立项依据 （一）项目的研究意义，国内外研究现状及发展趋势分析 1.1 研究的意义 湿地是地球上重要的生存环境和生态系统，具有稳定环境、物种基因保护 和资源利用功能，被誉为自然之肾、生物基因库和人类摇篮 ，在改善气候、1 抵御洪水、净化水质、保持物种基因多样性、维护区域生态平衡等方面有其它 系统所不可替代的作用。但近些年来，人口的急剧增长，城市化进程的不断加 快，工农业的迅速发展，以及湿地资源的不合理开发利用，都导致了湿地的退 化，使湿地的功能处于严重威胁中 。2 乌梁素海是我国西部半荒漠地区具有多功能生态效益的重要湖泊。近年来， 由于大量的氮磷营养物质进入乌梁素海，使享有“塞外明珠”的乌梁素海受到 了严重污染，水质恶化，已演变成为以大型水生植物过度生长为主要特征的富 营养化湖泊。 在内蒙古乌梁素海生态治理项目中，随着对乌梁素海生态治理程度的不断 加快，各生态治理工程的相继实施，管理过程中涉及的资料和信息种类日益繁 多，传统的数据管理模式已难以满足当前工程数据的管理需求；另一方面，乌 梁素海湿地生态治理是一项十分复杂的大型系统工程 ，对乌梁素海制定生态3 规划，需要掌握生态演变及资源开发方面的数据，对乌梁素海的历史演变要有 全面的了解。因此建立基于“3S”技术乌梁素海生态工程设计资料管理所需要 的生态工程数据库的研究和开发显得十分重要，为乌梁素海生态工程的规划、 管理、决策、评价、分析和动态监测提供技术支持，实现对生态工程的动态管 理，对比不同时期乌梁素海环境与生态资料，寻求更加合理的治理模式。 目前，计算机技术已广泛应用，不同规模、不同功能的湿地资源信息管理 系统的投入和应用，已取得了良好的经济、社会、生态效益。随着乌梁素海生 态保护工程对综合配套技术应用的迫切需要，数据库、人工智能、管理信息系 统、决策支持系统、网络技术、 “3S”技术在湿地保护领域的应用趋向成熟。结 合理论模型和定量、定性研究的结果，建立乌梁素海生态工程数据库具有重要 的意义，主要表现在以下几个方面： （1）在乌梁素海的生态治理的过程中，随着原始数据和生态工程数据的不 断增加，同时对数据的整理和分析均靠人工方式完成，从而工作效率低，分析 3 设计的准确性难以得到保证，也影响了项目实施的最终效果。本系统将生态工 程项目的图件、文档资料、统计数据等归类整理，通过数字化存储到系统数据 库中，实现了空间数据与属性数据的统一管理，大大提高了工作效率，这为海 量数据管理提供科学方法。 （2）地理信息系统是一种以空间三维信息结合一维属性信息的计算机处理 系统，能够结合空间信息进行空间分析，完成多种形式的运算和输出，提供空 间数据、分类统计、空间量算等功能，为乌梁素海生态工程项目的分析决策提 供技术支持。 （3）乌梁素海生态工程数据库是利用“3S”技术、计算机技术、数据库技 术和环境管理科学技术建立起来的一个工程数据库。系统是基于乌梁素海基础 地理信息数据，结合整个乌梁素海资源特征、乌梁素海流域土地利用现状、地 形地貌等，同时通过对沉水植物收割工程、芦苇蔓延控制及疏浚工程、湖底挖 深工程、水循环改善工程、湖周水土保持工程、引黄补水工程、水生资源开发 利用工程等工程管理资料，为政府对乌梁素海的管理、规划、开发利用等决策 提供科学的依据。 （4）利用“3S ”技术集成进行乌梁素海调查和研究具有客观、准确、高效 等特点，能够准确获取乌梁素海的各种资源和工程信息，包括湿地环境条件、 生态资源和工程治理程度，为湿地保护和管理提供科学依据，是目前湿地研究 发展的一个趋势。 1.2 国内外研究现状及发展动态 “3S” 技术在国外起步较早，目前已处于比较成熟的阶段，并大量应用于 湿地研究中。美国在 90 年代建立了路易斯安那湿地恢复空间决策支持系统 （SDSS)，用于湿地恢复中的淡水转换、沉积转换、沼泽管理、海岸线固定等 各类项目的评价工作。系统除了具有数据浏览、查询等基本 GIS 管理功能外， 还可利用分析模型做出定量评价、用以分析所有申报项目的环境、生态及经济 等效益，从而选择最佳的湿地恢复招标项目，具有较强的实用价值 4；美国学 者在采用 GIS 技术收集、贮存、分析、合成湿地水文建模所需的海量数据，并 以 GIS 技术检验模型的精度方面进行了探索，为冲积平原水资源管理和盆地地 区规划设计建立了水力模型 5。 在我国， “3S”技术已被广泛应用于湿地研究，其在湿地资源调查、湿地动 态变化监测、湿地景观格局变化研究和湿地多样性调查分析等方面发挥着积极 4 的作用，如刘振乾等 6以 1996 年和 1997 年 TM 影像作为信息源，对黄河三角 洲和辽河三角洲湿地信息进行提取，以 GPS 技术为支持进行湿地野外验证和修 改，最后以 GIS 技术进行数据分析，对黄河三角洲和辽河三角洲湿地资源进行 调查研究；张志锋等 7基于 GIS 和 RS 技术，利用多源遥感影像融合技术和 GIS 叠加分析功能，进行人机交互解译，得出北京市野鸭湖湿地自然保护区及周边 区域在 1998 年、2000 年和 2002 年的湿地资源现状；周华茂 8等以若尔盖高原 的湿地资源为调查研究对象，进行目视判读、遥感图像处理与机助解译分类和 遥感制图等方面的工作，完成了若尔盖高原 1：10 万湿地资源现状调查，并建 立湿地资源信息管理系统；黄桂林等 9对辽河三角洲湿地 1994 年和 1997 年两 景 TM 影像采用目视判读，并辅以 GPS 进行现场判读，勾绘出不同湿地类型， 再以 GIS 技术进行数据处理和分析，对辽河三角洲湿地动态进行监测，并对双 台河口国家级保护区 1994 年和 1997 年两时相的湿地类型与面积进行分析；刘 晓曼 10等以 1986 年和 2000 年遥感影像作为基本数据源，在 RS 和 GIS 技术支 持下，对东北地区湿地资源动进行动态变化监测；黄进良 11利用 RS 和 GIS 技 术对多时相遥感影像进行处理，获取不同年份、不同季节的洞庭湖湿地类型面 积，并结合多种文献资料，研究 1949 年以来洞庭湖湿地面积的季节变化与年际 变化；赵微 12等通过对野鸭湖湿地的 TM 影像和 IRS 影像进行处理，获得两期 土地利用专题图，再运用 GIS 技术进行分析研究，获得野鸭湖湿地土地利用和 覆盖变化的情况；汪爱华 13等以景观生态学理论为基础，采用 RS 和 GIS 相结 合的方法，探讨了三江平原沼泽湿地的动态变化特征并进行景观分析，研究结 果表明，19802000 年间三江平原沼泽湿地的景观格局发生了较大变化；张明 祥 14等以辽宁双台河口自然保护区为研究区域，利用 1994 年和 1997 年两期 TM 数据进行 GIS 数据处理，进行各类湿地景观指数的计算，得到保护区濒海 湿地景观的动态变化特征；蒋卫国 15等以 1986 年和 2000 年遥感影像为基本数 据源，基于空间景观格局的原理，运用 RS 和 GIS 技术，对三江平原湿地景观 空间格局进行动态变化研究，结果显示，19862000 年期间，该地区的湿地景 观格局发生了显著变化，湿地景观趋于破碎化。 “3S”技术在湿地管理方面，主要是以 RS 和 GPS 数据为数据源，利用 GIS 的空间分析功能和属性数据管理功能，建立湿地信息系统，对湿地资源进行管 理。 5 参 考 文 献 1 孙广友 . 中国湿地科学的进展与展望 J. 地球科学进展， 2000，15(6)：666-672. 2 白军红，王庆改. 中国湿地生态威胁及其对策 J. 水土保持研究， 2003，14(4)：247-249. 3 尚士友，吴利斌，郁志宏等. 乌梁素海湿地环境与资源地理信息系统的研究 J. 干旱区 资源与环境.2003，17(5):59-64. 4Lyon J G，Cart by J M.Wetland and Environmental Applications of GIS，Lew is Publishers，NY，1995 5Clarence Robbins. Stephen P， Phipps. GIS / water resource tools for performing flood Plain management modeling analysis. Awra symposium on GIS and water resource，1996. 22 26 . 6刘振乾，徐新良，吕宪国3S技术在三角洲湿地资源研究中的应用J地理学与国土研 究，1999 ，15(4) ：87 91 7张志峰，宫辉力，赵文吉等基于GIS、RS的野鸭湖及周边湿地资源动态变化分形研究 J国土资源遥感，2004，3：4245 8周华茂，曾良修，喻歌农等卫星遥感和地理信息系统在湿地资源调查中的应用J 西 南农业学报，2000，13(2)：7882 9黄桂林，张建军，韩爱慧等3S技术在辽河三角洲湿地监测中的应用辽河三角洲湿地 资源及其生物多样性的遥感监测系列论文之二J林业资源管理，2000，5：5156 10刘晓曼，蒋卫国，王文杰等东北地区湿地资源动态分析J资源科学，2004，26(5)： 105110 11黄进良洞庭湖湿地的面积变化与演替J地理研究，1999，18(3)：297304 12赵微，官辉力，赵文吉基于RS 与GIS的野鸭湖湿地土地利用/覆盖动态变化研究土地 J遥感技术与应用，2004，19(3)：177 181 13汪爱华，张树清，何艳芬RS 和GIS支持下的三江平原沼泽湿地动态变化研究J地理 科学，2002 ，22(5) ：636640 14张明祥，董瑜. 双台河口自然保护区濒海湿地景观变化及其管理对策研究J.地理科学， 2002，22(1):119122 15蒋卫国，王文杰，谢志仁等基于RS 和GIS的三江平原湿地景观变化研究J地理与地 理信息科学，2003，19(2)：2831 （二）、研究方案 2.1 研究内容 本论文应用“3S ”技术、工程数据库技术、环境管理技术，通过将乌梁素 海生态治理工程方面的信息归类整理简历乌梁素海生态工程数据库。 主要研究内容为： 6 （1）系统的总体设计，包括系统结构设计、系统功能设计、开发方式、开 发平台的选择、用户界面设计； （2）数据库设计，完成空间数据库、属性数据库、文档数据库、图形数据 库与视频数据库的结构设计； （3）建立湿地信息数据库，包括数据的收集、数据的录入、地图数字化、 分层等数据处理过程； （4）数据管理、图形管理、查询功能、动态分析、空间分析功能的开发； （5）GPS 与 GIS 集成技术； （6）各个系统模块的具体功能和实现方法，完成系统的集成。 2.2 技术路线 本研究所采用的主要技术路线如图 1 所示。 2.3 乌梁素海湿地生态现状 乌梁素海位于内蒙古自治区巴彦淖尔市乌拉特前旗境内，是黄河流域的最 大湖泊，也是国家重点保护的湿地之一，界于 40464108 N，10840109 00S，湖面高程平均值为 1018.5m，库容量为 2.5310 m ，最大水深 3.9m，80%水域水深为 0.81.0m，湖区面积约为82 293km 。2 乌梁素海是于 1850 年由黄河改道而形成的河迹湖，河套灌区农田排水经乌 加河汇入乌梁素海后由西山嘴的河口排入黄河。乌梁素海属于河套灌区排灌水 系的重要组成部分，对灌区排水和控制盐碱化起着关键作用。 乌梁素海是我国北方候鸟重要的迁徙和繁殖地，共有鸟类 221 种，属国家 一、二级保护的珍稀鸟类 30 种，其中有黑鹳、白尾海鵰、大鸨、白琵鹭和遗鸥 5 种世界濒危鸟类，是国际湿地公约中重要的湿地生物多样性保护区。 乌梁素海大型水生植物共 6 科 6 属 11 种，均属世界广布种，以芦苇和龙须 眼子菜、穗花狐尾藻为优势种。 乌梁素海补给水源主要是黄河河套灌区的农田退水，其次为工业废水和生 活污水。近年来由于河套灌区大量施用化肥，农田退水把大量的有机营养盐带 进乌梁素海，加上部分工业废水和生活污水的排放，给乌梁素海的沼泽化进程 提供了巨大的动力，使乌梁素海富营养化程度加重，沉水植物和芦苇大量蔓延， 加速了沼泽化的进程。 7 2.4 乌梁素海生态建设工程 针对乌梁素海迅速沼泽化的成因和现状，内蒙古农业大学从 1987 年开始 进行了 “以机械化方式控制乌梁素海沼泽化实用技术的研究” 、 “草型湖泊富营 养化适度控制理论的研究” 、 “草型湖泊总磷控制模型的研究”以及“乌梁素海 分析乌梁素海状况 确定研究方案 查阅资料、调研、数据收集 系统分析需求分析 可行性分析 系统总体方案 系统硬件环境 系统软件环境 系统主要功能 数据库设计 属性数据库 空间数据库GIS 主要功能 动态分析 工程管理开发平台选择 开发语言选择 数据库选择 系统集成 系统的运行调试 乌梁素海生态工程数据库 合理 不合理 图 1 乌梁素海生态工程数据库技术路线 8 综合开发治理攻关研究” ，并于 1999 年开始在乌梁素海投入水草收割机船队进 行“乌梁素海湿地生态保护示范工程” 、 “中国瑞典挪威国际合作项目” ，已 在一定范围内见到实效。以机械化方式对草型湖泊富营养化进行适度控制，包 括以机械化方式收割水草、芦苇疏浚工程、芦苇园田化管理及湖底挖深工程， 同时结合湖周水土保持工程及引黄补水工程，能够在一定程度上改善水体环境， 加速湖泊水循环，加大内源性营养盐输出，控制芦苇蔓延速度，减轻整体水环 境的富营养化负荷，从整体上提高湖泊生态系统的净化功能。 2.4.1 沉水植物收割工程 沉水植物是湖泊主要初级生产者之一，是湖泊生态系统物质与能量流的主 要传递者，沉水植物在其生长期间具有从水中和底质中吸收与富集营养盐的能 力，起着“营养泵”和“营养库”的作用。 利用 9GSCC1.4 型水草收割机，在每年 5 月中旬至 10 月末，对乌梁素海 湿地采用机械化方式收获沉水植物即可从湖水中转移出氮、磷营养盐，削弱氮、 磷的积累与储备速率，从而控制日益加重的富营养化状况，并显著减少生物填 平作用，延缓沼泽化进程。 2.4.2 芦苇蔓延控制及疏浚工程 芦苇的蔓延和增产可能导致乌梁素海迅速衰亡演变成为芦苇沼泽地，不仅 会使乌梁素海迅速丧失湖泊大部分生态功能，并且会影响河套灌区水利排水功 能，同时芦苇造纸的经济效益很高，维持现有面积, 阻止芦苇蔓延, 进行园田化 生态管理，既可以保证乌梁素海生态的平衡与良性循环，又可以满足芦苇资源 的持续开发利用。 在乌梁素海湿地实行大面积水下收割十分困难，采用挖掘机连根挖走控制 蔓延因水深不一也难于操作，控制芦苇蔓延及对芦苇区实施疏浚工程的主要技 术措施为：1）使用芦苇收割机进行水下收割，芦苇杆内进水以后生长点死亡， 定点定片清除芦苇，阻止芦苇向外扩展相互连接成为大片；2）使用芦苇收割机 水下收割，打开芦苇区通道，加强芦苇区通水、通风，改善芦苇区内外水的循 环，对芦苇区实现园田化管理；3）在水深允许的区域用湿地挖掘机连根挖走芦 苇控制其蔓延，进行园田化管理与疏浚工程。 对芦苇区实现园田化管理，由于芦苇区通水、通风得到改善，可使芦苇生 长更加茂盛，产量提高 10%；另外，加强芦苇区内外水的循环可使全湖水的循 环速度与更新速度得到提高，从而改善水质。 9 2.4.3 水循环改善工程 乌梁素海全湖水循环状况受主排干给水与河口向黄河输水的时间、数量及 水位控制等因素的影响，在主排干入湖水量集中的时候，湖泊北半部的水位较 南半部的水位稍高，在大泊洞黄河故道处受到的阻力较大，全湖水循环状况形 成短时间的水位差，随进水时间水位逐渐趋与一致，在这期间发生全湖水循环， 其余时间几乎没有湖水循环。现在，每年 34 月初从黄河补充生态水以后，全 湖水循环又是一种状况，但是这期间的补水对北半部水循环影响较小，南半部 水量更新较大，对改善水质有明显作用。 乌梁素海北部和东大滩的水循环状况很差，沙尖子至南昌段东部边缘水域 的水循环很少。芦苇区外侧筑有水坝基本是死水区，水质更差，那里的水鸟因 饮用污水经常发生痢疾而死亡。 改善全湖水循环的主要技术措施为：1）加强生态补水，引黄河潮夕水、春 灌水、间隙水注入乌梁素海，每年应补充生态水 50008000 万立方米；2）加 强北半部水循环强度，争取实现从易和渠（北部）向乌梁素海输水，加快更新 速度，改善北半部水质状况；3）借春季西北风较大时，通过通济渠补水将东大 滩的水质置换出去，设法改善东大滩的水质状况；4）为使生态补水取得成功， 达到理想的置换效果，在补水期间及秋灌以后保持一个较高的水位，维持在海 拔 1019 米的水平上。 2.4.4 湖底挖深工程 乌梁素海生态淤积十分严重，芦苇区每年近 100 万吨（湿重）水下部分芦 苇沉积在湖底，大约 3 年期间腐败分解，大部分物质沉积湖底，其余向水中扩 散，水草区每年则有约 90 万吨水草（湿重）沉积在湖底，参与生物填平作用， 现在乌梁素海底质深度平均约 360 毫米，最大沉积深度 0.9 米。 湖底挖深工程计划挖深面积为 60 平方公里（在水草区挖深） ，以开发利用 率 50%计算，可开发利用的湖泥资源储备量约为 936 万立方米。乌梁素海明水 区底泥中主要成分为：有效磷 165.8ppm，氨氮 110.4ppm，硝酸盐氮 6.86ppm， 总磷(%)2.9，总氮 0.19%，腐殖质 34%，水份 56.9%。 通过湖底挖深工程，可增加库容量 0.36 亿立方米；满足渔业生产越冬和鱼 种保存的需要；增加旅游路线；减轻底质二次污染。 2.4.5 湖周水土保持工程 乌梁素海东南依乌拉山，北靠白云查汉山，两山对峙形成中间的明安川与 10 乌梁素海东岸相接，区域内水土流失严重，主要为条带状分布的大量沙丘群和 乌拉山北麓山洪冲积阶地。项目区内流沙绵延，土壤瘠薄，植被稀疏，山洪沟 道遍布，是乌梁素海泥沙淤积的主要策源地，项目区总面积 1351km2。 针对项目区的自然条件、土地利用现状和水土流失特点，对条件较好的天 然草场、固定半固定沙丘群实行封禁治理；在风蚀严重流沙集中且有河槽流经 的地带，在河槽两岸采用柴草机械沙障和植物措施相结合的方法建设防风固沙 林体系；乌拉山北麓山地丘陵区以小流域为单元综合治理，布设坝系，在山洪 沟道内由沟头到沟口，根据沟道特点布设骨干坝及中小型淤地坝、沟头防护等 工程措施；在沟道两岸坡面上根据实际情况种树种草或封禁治理，做到沟坡兼 治。 2.4.6 引黄补水工程 引黄补水工程，是乌梁素海环境污染综合治理很重要一部分，利用引槽蓄 水和灌溉间隙引水，给乌梁素海补水，改变其水质促进湖内水体循环，使原有 的大自然生物链恢复正常，保持生态平衡，使乌梁素海发挥其最大的生态效益 和环境效益。 3.4.7 水生资源开发利用工程 乌梁素海水生资源开发利用工程主要包括与生态治理工程有关水草资源开 发利用与湖泥资源开发利用。 草资源开发利用与沉水植物收割工程是兼顾的工程技术，水草资源开发利 用的主要工程技术途径是：收割捡拾输送装船水上运输卸草晾晒 干燥除尘清选压捆或粉碎。可使乌梁素海生态治理与水生资源开发利用取 得和谐统一，这是湖泊保护与水生植物资源开发兼顾的一个技术典型，能够使 湖泊保护与区域经济得到持续发展。 湖泥资源开发利用与湖底挖深工程是兼顾的工程技术，湖泥资源开发利用 的主要工程技术途径是：挖泥上岸干燥进厂粉碎灭菌配料制粒 包装出厂。乌梁素海底泥开发利用的价值为：1）制造高效生物活性有机肥 料；2）制造轻质高强度建筑材料陶粒。 （三）、研究目标 乌梁素海生态工程数据库作为乌梁素海地理信息系统的子系统，是乌梁素 海地理信息系统不可分离的一部分。乌梁素海生态工程是一个长期的大型工程， 在工程的实施过程中积累了大量的资料，这些资料数据分散、标准不一，多为 11 纸质文件或表格，查阅起来极不方便。如何有效的利用这些资料为乌梁素海湿 地生态治理更好的服务是一件具有重要实用价值的工作。乌梁素海生态工程数 据既有带有空间信息的空间数据，又有数字资料形式的属性数据及多媒体数据 等，需要寻求一种有效管理这几种数据的方法。 “3S”技术是 GPS、GIS、RS 有机构成的一项综合技术，因此利用“3S” 技术，结合工程数据库技术建立生态工程数据库，充分发挥 RS 强大的信息采 集和获取能力，GPS 精确的空间定位信息，GIS 的空间分析功能和属性管理功 能，有效的对这些数据进行计算机管理，同时通过该工程数据库的建立能够对 乌梁素海生态工程的数据进行实时更新和维护，提供准确有效的存储、检索、 分析修改地理数据的功能及其它数据信息，为乌梁素海的生态治理提供全方位 的数据支持。 3.1 系统设计原则 乌梁素海生态工程数据库是以乌梁素海的生态工程数据、遥感影像、地图 资料为基础，通过计算机软、硬件的支持，对湿地数据进行采集、管理、操作、 查询、分析，集空间数据、属性数据、文档数据、图片数据及多媒体数据为一 体的系统。其设计原则： （1）规范性。包括系统数据库的建立和管理的规范化，数据分类解释与定 义以及数据编码的规范化，数据交换与共享的规范化以及从技术流程到操作流 程，从数据质量到成果的规范化等。 （2）实用性。最大程度满足对乌梁素海生态工程管理的需要，为治理工作 提供最大的辅助决策，是系统建设的根本目标。具体要求：界面友好、易于使 用、便于管理维护、数据更新快捷和系统升级容易，具有优化的系统结构和完 善的数据库系统，具有与其他系统数据共享、协同工作的能力。 （3）可扩充性。系统设计时必须在数据编码和系统结构上，留有可扩充的 余地，实现系统中的分类与代码，数据库结构与内容、系统功能以及子系统模 块的灵活扩充，如果将来要添加新的内容，尽量在不改变原有体系下实现扩充， 即减少用户熟悉新体系的麻烦，也减少数据库的转换和处理软件的改动。 （4）通用性。在分析用户需求和湿地现状的基础上，要确保数据和功能的 通用性。软件包的开发与扩展要便于数据转换，尽量避免由于软件的改变，而 引起数据结构的改变，致使大量数据要重新采集。 （5）安全性和可靠性。包括系统运行的安全性和数据的安全性；尽量使用 12 成熟技术，减少系统开发和运行中的不确定性。 （6）经济性。在满足湿地专业要求的基础上，应考虑以最小的资金建立生 态工程数据库，以取得最大的经济效益，力求做到即满足用户使用，又能节约 人力、物力和财力。 3.2 系统的总体目标 系统的总体目标是充分发挥利用已有的乌梁素海基础数据、地理数据、遥感 影像、生态工程数据以及监测数据等，利用“3S” 技术、工程数据库技术建立 具有实用价值的生态工程数据库。具体体现为： （1）将乌梁素海现有的各种资料，包括生态监测项目，如水质及底质监测、 水文气象监测、水生动植物监测、渔业监测、鸟类监测，富营养化研究的各种 数据及相关的乌梁素海的治理过程中产生的各种文档资料进行入库，建立乌梁 素海基础数据库，生态库，档案库及遥感影像数据库。为系统的查询、统计、 分析功能打下良好的基础，为乌梁素海生态工程数据库的建立提供基础数据。 （2）对乌梁素海生态工程实现计算机管理，主要包括对沉水植物收割工程、 芦苇蔓延控制及疏浚工程、湖底挖深工程、水循环改善工程、湖周水土保持工 程、引黄补水工程和水生资源开发利用工程实施动态管理；能对生态工程数据 进行浏览、编辑、查询、统计、打印等基本操作；能够结合相关的信息制作专 题图，为乌梁素海智能化管理提供理论依据。 （3）在数据库的基础上，实现对乌梁素海的各种生态工程的查询，统计， 分析以及多媒体介绍与展示乌梁素海的治理进展情况。 （4）实现工程日报、周报、月报、年报及各有关动静态乌梁素海生态工程 信息的自动统计、分析和查询，可以利用“3S”技术，以图片、卫片、工程图、 图表、曲线等多种形式，来表示工程的进展。可以反映出不同时期乌梁素海的 生态变化，以及治理工程的进展，通过动态分析可以对比不同时期的生态和环 境资料，找出更加合理的治理方式。 （5）实现与其它子系统之间的数据通信，能把乌梁素海生态工程数据库系 统分析成果应用到其的它子系统中。 3.3 系统总体功能结构设计 系统总体功能结构设计如图 2 所示。 3.4 系统数据库设计 数据库设计是针对一个给定的应用环境，构造最优的数据库模式，建立数据库 13 及其应用系统，使之能够有效地存储数据，满足各种用户的应用需求 。具体 地 图 2 系统总体功能结构示意图 讲，就是对于一个给定的应用环境，提供一个确定最优数据模型与处理模式的 逻辑设计，以及一个确定数据库存储结构与存取方法的物理设计，建立能实现 现实世界信息和数据库信息联系，满足用户要求，能被某个数据管理系统所接 受，同时能实现系统目标并有效管理的数据库。 乌梁素海生态工程数据库设计主要对空间数据库设计、属性数据库设计、 沉水植物收割工程 湖底挖深工程 水循环改善工程 芦苇蔓延控制 及疏浚工程 引黄补水工程 水生资源开发 利用工程水土保持工程 工程数据 地图资料 遥感影像 GPS 数据 文档数据 图片数据 多媒体数据 其它数据 空间数据库 视频数据库文档数据库 图片数据库属性数据库 乌梁素海生态工程数据库 基础数据管理子系统 规划设计子系统 工程管理子系统 动态分析子系统 生态监测子系统 制图输出子系统 信息查询子系统 系统管理子系统 帮助子系统 14 文档数据库设计、图片数据库设计、视频数据库设计。 3.5 数据来源与数据处理 数据资料是数据库建设的基础，其质量的优劣，直接影响着乌梁素海生态 工程数据库的建立。为此，必须投入大量的精力对资料进行收集、整理、分类。 并且要结合标准的图像和数据库建库规范对原有的资料进行处理。仔细分析和 检查每个处理环节，严格保证数据处理的质量。 （1）数据来源 根据乌梁素海生态工程数据库的建立需要，数据资料主要包括： （a）基础数据 收集整理了 19882007 年近 20 年的水质、底质、水文气象、生物量、鱼 类生境、鸟类生境等基础数据资料；乌梁素海 1：5 万地形图； TM1986、1987、1991、1995、1996、1997、1999、2004、2005 遥感影像； ETM2000、2001、2002 遥感影像，ASTER2003、 2004 遥感影像。 （b）生态工程数据 生态工程项目位置图、规划图、施工图等以及 GPS 采样数据。 （c）文档数据 乌梁素海生态工程调查报告、规划文档资料、工程协议资料、工程报表文 档资料、统计数据、野外记录等表格数据及其它文字数据。 （d）图片数据 在生态治理过程中产生的图片资料，如生态现状、生态治理、开发利用、 鸟类保护、渔业监测等。 （e）多媒体数据 在生态治理过程中产生的多媒体数据。 (2)数据处理 数据的处理主要是对研究区内的地形图、遥感影像数据进行导入、几何精 校正、配准和剪裁等处理。为乌梁素海生态工程任务管理及动态分析做准备， 具体步骤做如下阐述。 （a）地形图处理 在 SuperMap DeskPro 中对乌梁素海扫描进来的各地形图分别进行线性配准 （4 个控制点）赋予地形图投影参数如下： 15 坐标投影转换（Coordinate Projection Conversion）：Beijing1954 投影方式（Projection Type）：Gauss Kruger 中央经线（Longitude of central meridian）：111E 确定各分图要配准的已知点的坐标作为源点，输入地形图上标注的经纬度 坐标作为目标点进行配准。计算原图和目标图上相对应点的配准误差计算，在 配准数据显示条上列出了各点的误差，结果显示误差小于 0.03%。在误差允许 范围之内，开始配准，图形配准完成。按照以上方法对其他分图分别进行配准， 把所有配准完后的分图在同一窗口进行拼接，拼接完成后即为乌梁素海地形图。 （b）遥感影像处理 首先利用 ENVI 4.3 专业遥感软件，导入原始数据，然后将导入的单波段影 像数据合成为初始多光谱影像，采用主要命令为 Open External FileLandsatFast选取遥感影像头文件 RGBColor 选取波段Load RGB。对多波谱影像进行几何精校正，保存输出 TIFF 格式。 把精校正后的遥感影像 TIFF 格式导入 SuperMap DeskPro，以配准拼接后 的乌梁素海地形图作为遥感图像的参考配准图层，选用多项式配准方法，在地 形图上找出能与遥感图像相应点的坐标作为配准点，对所有遥感影像进行配准 和信息提取并存入 SQL Server 数据库，后作为程序开发时所调用的空间基础数 据。 （四）、拟解决的关键问题 4.1 对 GPS 采集数据、GIS 空间数据、遥感数据、生态工程监测数据和文档数 据分别建立空间数据库与属性数据库，实现对空间数据库与属性数据库统一管 理，为乌梁素海湿地生态治理与资源开发提供全方位的数据信息和科学的管理 手段。 4.2 能够对生态工程采集坐标点自动进行格式的转换与输入，在遥感图像上显示 工程的进展与成果，对比不同时期生态工程的治理程度，同时该工程数据库还 实现基础数据管理、规划设计、生态监测和制图输出等功能。 4.3 实现对生态工程信息的获取，同时在生态工程的处理和分析过程中能够结合 乌梁素海富营养化数据，对比不同时期的乌梁素海富营养化程度，对生态工程 规划与实施方案进行优化设计。 16 三、研究基础 （一）工作基础 1.1 研究草型湖泊内源性营养物负荷与沼泽化进程的关系需要借助湖泊生态模型 和地理信息系统，我们已经完成总磷模型、总氮模型、湖泊富营养化模糊神经 网络专家评价系统的研究，已经建立了乌梁素海环境与资源地理信息系统，实 现了 GIS、RS、GPS 一体化集成技术，为进行本项目研究建立了良好的工作平 台，奠定了相关的技术基础。 1.2 已经在乌梁素海建立试验研究基地，进行了大量的水文、水质、水生动植物、 渔业和鸟类生境等调查，进行了水草收割对比试验、底质挖掘试验、芦苇园田 化管理试验等项工作，已经收集整理了 19752005 年生态监测数据及卫星遥感 解析数据，已经获得许多草型湖泊生态保护的实践经验，前期准备工作较为充 分。 1.3 正在主持实施我国第一个湿地生态保护示范工程建设项目内蒙古乌梁素海 湿地生态保护示范工程建设，已在乌梁素海湿地生态保护方面实施了芦苇蔓延 控制工程、疏浚工程、湖底挖深实验、沉水植物收割对比试验、生物多样性保 护工程等，给本项目提供了良好的试验环境和研究工作条件，对完成本项目有 很大的促进作用。 1.4 已完成国家自然科学基金项目：“草型湖泊富营养化适度控制技术的研究” ， 形成一项针对草型湖泊富营养化进行适度控制的实用技术，为本项目深入研究 奠定了良好的工作基础。已经完成国家自然科学基金项目：“草型湖泊及其湿 地可持续发展生态学基础研究” ，为本项目的研究工作奠定了生态学基础，上述 两个项目的完成为深入探讨草型湖泊内源性营养物负荷与沼泽化效应提供了比 较充分的理论准备工作。 1.5 已对全国主要草型湖泊作过调研，已掌握这些湖泊生态退化的主要表征及演 化方向，在内蒙古乌梁素海进行本项试验研究的过程中可以借鉴全国主要草型 湖泊的资料，对提高本项目研究成果和扩大应用范围具有重要意义。 17 （二）工作条件 2.1