（森林经理学专业论文）拉市海湿地信息系统的设计与实现.pdf

摘要：湿地是地球上最具生产力的生态系统之一，是生物多样性的发源地，无数的植 物和动物依赖湿地而生存。湿地的物理、生物和化学组成部分交互作用，使湿地在提 供水资源、均化洪水、调节气候、保护生物多样性等方面发挥着许多至关重要的生态 环境作用。 地理信息系统( g i s ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) 是计算机技术和信息系统 共同发展的产物，是一种以地理信息为主要管理内容的综合性软件系统。将地理信息 系统技术应用于湿地，对湿地进行有效管理和合理规划，为湿地的研究和保护提供技 术支持，这方面的应用研究在我国还处于起步和探索阶段。 本文以云南丽江拉市海湿地为研究对象，针对拉市海湿地管理中存在的主要问 题，充分考虑用户需求，并结合地理信息系统技术对拉市海湿地信息系统进行了整体 架构设计，研究了如何进行数据收集，设计系统的逻辑模型，设计g i s 数据存储模型， 建立湿地信息数据库，进行系统开发等技术。 本文研究了拉市海湿地信息系统的数据库模型的设计。将系统涉及到的数据分为 空间数据、属性数据、图片视频数据和文档数据四类，空间数据又分为动植物、行政、 生态环境、栅格数据和水文数据。根据不同数据的特点及计算机处理速度及方便性来 考虑，将空间数据存储在g e o d a t a b a s e 中，普通属性数据存储在m i c r o s o f t a c c e s s2 0 0 3 中，地图数据和文档、视频、音频及图片数据以文件的方式存储于磁盘上。 本文研究了利用可视化开发工具v i s u a lb a s i c6 0 开发基于a r c e n g i n e9 2 组件的 运行稳定、操作界面统一、简单方便的湿地信息系统。该系统由图面控制、图层控制、 鸟类监测数据管理、统计分析、空间分析、电子沙盘、数据查询、基础信息管理、专 题图查看、辅助信息管理、地图输出、系统信息设置、宣传教育、系统帮助等功能模 块组成。其中空间分析模块包括缓冲区分析和叠加分析：基础信息维护模块包括动物 名录管理、植物名录管理、多媒体信息管理、职称信息管理、职务信息管理等进行管 理；辅助信息管理模块包括补偿信息管理、执法信息管理、科研信息管理等；数据设 置模块包括用户信息管理、数据路径设置及数据备份恢复等功能。 本文通过研究表明将计算机技术及地理信息系统应用于拉市海湿地是可行的，并 且有利于更好的对拉市海湿地环境，动物、植物等资源进行监控、研究、管理和保护。 通过本文的研究，促进了云南省湿地信息管理的信息化与数字化建设的进程，为云南 省湿地信息系统的建立提供了一个可操作的原型。 关键词：拉市海；湿地：地理信息系统；a r c e n g i n e a b s t r a c t ：w e t l a n di so n eo ft h ep r o d u c t i v ee c o s y s t e m si nt h ew o r l d ；i ti st h eb i r t h p l a c eo f b i o l o g i c a ld i v e r s i t ya n d i ti st h eh o m e l a n do fc o u n t l e s ss p e c i e so fp l a n t sa n da n i m a l s t h e i n t e r a c t i o no fp h y s i c a l ，b i o l o g i c a la n dc h e m i c a lc o m p o n e n t sm a k e sw e t l a n dp l a yav e r y i m p o r t a n tr o l ei nt h ee c o l o g i c a le n v i r o n m e n ts u c ha sp r o v i n gw a t e r ，a v e r a g i n gf l o o d ， a d j u s t i n gc l i m a t e ，p r o t e c t i n gb i o l o g i c a ld i v e r s i t y g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ) i st h ep r o d u c to fc o m p u t e rt e c h n o l o g ya n d i n f o r m a t i o ns y s t e m sa n di ti sac o m p r e h e n s i v es o f t w a r es y s t e mw h i c hm a i nc o n t e n ti s g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t i nc h i n a , w es t i l li ni n f a n c ya n de x p l o r a t i o ns t a g eo f a p p l y i n gg i si n t op r o t e c tw e t l a n d ，d oe f f e c t i v em a n a g e m e n ta n dr a t i o n a lp l a n n i n go f w e t l a n d ，g i v et e c h n o l o g ys u p p o r tt or e s e a r c ha n ds t u d yw e t l a n d t h i sp a p e rt a k e sl a s h il a k ew e t l a n di nl i j i a n gc i t yo fy u n n a np r o v i n c ef o re x a m p l e ， a i m i n gt ot h em a j o ru b i q u i t o u sp r o b l e mi nm a n a g i n gw e t l a n da n df u l l yc o n s i d e r i n gt h e u s e rr e q u i r e m e n t sa n db yu s i n gg i st od e s i g nt h ew h o l es t r u c t u r eo fl a s h il a k ew e t l a n d g e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e m t h i se s s a yr e s e a r c h e sh o wt oc o l l e c td a t a , d e s i g nl o g i c a l m o d e lo fs y s t e m ，d e s i g ng i sd a t a s t o r a g em o d e la n db u i l du pw e t l a n di n f o r m a t i o n d a t a b a s e sa sw e l la ss y s t e md e v e l o p m e n t t h i sp a p e rr e s e a r c h e sl a s h il a k ew e t l a n dg e o g r a p h yi n f o r m a t i o ns y s t e md a t a b a s e m o d e ld e s i g ni nd e t a i l s d i v i d e dd a mw h i c ha r ei n v o l v e di ns y s t e mi n t os p a t i a ld a t a , a t t r i b u t e d a t a , p i c t u r ev i s i o n d a t aa n dd o c u m e n td a t a s p a t i a ld a t aa g a i ns p l i ti n t o p r o p a g a t i o n , a d m i n i s t r a t i o n ，e c o l o g i ce n v i r o n m e n t ，r a s t e rd a t aa n dh y d r o g r a p h i cd a t a a c c o r d i n gt ot h ed i f f e r e n td a t a , t h ec o m p u t e rp r o c e s s i n gs p e e da n de x p e d i e n c e ，w es t o r e s p a t i a ld a t ai n t ot h eg e o d a t a b a s e ，c o m m o na t t r i b u t ed a t ai n t om i c r o s o f ta c c e s s2 0 0 3 ，m a p d a t aa n dd o c u m e n t , v i d e o ，a u d i oa sw e l la sp i c t u r ed a t ai n t od i s k sa st h ef o r mo ff i l e s t h i sp a p e ru s ev i s u a l i z a t i o nd e v e l o p m e n tt o o lv i s u a lb a s i c6 0t od e s i g nw e t l a n d i n f o r m a t i o ns y s t e mw h i c hb a s e so na r c e n g i n e9 2 t h ef e a t u r eo ft h i ss y s t e mi sr u n s t a b i l i z a t i o n ，o p e r a t ei n t e r f a c eu n i f ya n ds i m p l e t h i ss y s t e mi sc o m p o s e do fd r a w i n g c o n t r o l ，p i c t u r ec o n t r o l ，b i r d s o b s e r v a t i o n a ld a t am a n a g e m e n t , s t a t i s t i c a la n a l y s i s ，s p a t i a l a n a l y s i s ，e l e c t r o n i c a ls a n dm a p ，d a t aq u e r y ，b a s i ci n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，p e r s o n a l p i c t u r e se x a m i n e ，s i d ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，m a po u t p u t ，s y s t e mi n f o r m a t i o np l a n t , p r o m o t ee d u c a t i o n ，s y s t e mh e l pa n ds oo n a m o n gt h i ss y s t e m ，s p a t i a la n a l y s i si n c l u d e s b u f f e ra r e aa n a l y s i sa n de m p i e t e m e n ta n a l y s i s ，b a s i ci n f o r m a t i o na s s e r tm o d e li n c l u d e s a n i m a l s n a m e sm a n a g e m e n t , p l a n t s n a m e s m a n a g e m e n t ，m u l t i m e d i ai n f o r m a t i o n m a n a g e m e n t ，j o bt i t l ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n dd u t yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n ds o o n s i d ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n tm o d e li n c l u d e sc o m p e n s a t ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ， e x e c u t ei n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，s c i e n t i f i cr e s e a r c hm a n a g e m e n ta n ds oo n d a t as e t u p m o d e li n c l u d e su s e ri n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，d a t ap a t hs e t u pa n dd a t ab a c k u pe t c t h i sp a p e rt h r o u g ht h er e s e a r c hi n d i c a t e s t h a ti ti sf e a s i b l et ou s ec o m p u t e r t e c h n o l o g ya n dg i mt oe s t a b l i s hl a s h il a k ew e t l a n di n f o r m a t i o ns y s t e ma n di tc a nd oa g r e a tj o bi nm o n i t o r i n g ，r e s e a r c h i n g ，m a n a g i n ga n dp r o t e c t i n gl a s h il a k ew e t l a n d s a n i m a l sa n dp l a n t s t h o u g ht h i sr e s e a r c h ，i tp r o m o t e st h ep r o c e s so fi n f o r m a t i o n i z a t i o na n d d i g i t a l i z a t i o no fy u n n a nw e t l a n di n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ta n dp r o v i d e sa no p e r a b l e a n t i t y p eo fy u n n a nw e t l a n di n f o r m a t i o ns y s t e m k e yw o r d s ：l a s h il a k e ；w e t l a n d ；g i s ；a r c e n g i n e i i i 声明户明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南林学院或其它教育机构的学位或证书而使 用过的材料，与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的 说明并表示了谢意。 加寥。6 、t 3 关于论文使用授权的说明 本人同意：西南林学院有权保留论文的复印件，可以采用影印、缩印或其他复制 手段保存论文；提交论文一年后，允许论文被查阅和借阅，学校可以公布论文的全部 或部分内容。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 日期：皇皇! 星笸! 尘 1 引言 1 引言 湿地( w e t l a n d ) 是地球上水陆相互作用形成的独特生态系统，是重要的生存环 境和自然界最富生物多样性的生态景观之一。湿地对人类有多种好处，能消能护岸、 过滤污染物、降低洪灾风险、补充地下水、为迁徙鸟类提供栖息地、维持生物多样性、 提供野生动植物和自然景观的观赏机会、提供科学教育的场所【l 】。湿地被誉为“地球 之肾 、“生命的摇篮 、“文明的发源地和“物种的基因库 。因而在世界自然保护 大纲中，湿地与森林、海洋一起并列为全球三大生态系统【2 - 4 1 。所有季节性或常年积 水地段，包括河流、湖泊、沼泽、洪泛平原、河口三角洲、海岸带、滩涂、珊瑚礁、 红树林、水库、池塘、水稻田等，都可称为湿地【5 i 。湿地是自然界最富生物多样性的 生态景观和人类社会赖以生存和发展的环境之一，是地球上具有多种功能的独特生态 系统。一方面向人类提供水资源，阻止和延缓洪水、蓄水抗旱、控制水土流失；另一 方面，在保持生物多样性和珍稀物种资源、降解环境污染、维持地球表面生态平衡起 着极为重要的作用 6 1 。各类湿地在提供水资源、调节气候、涵养水源，均化洪水、促 淤造陆、降解污染物，在保护生物多样性和为人类提供生产、生活资源方面发挥了重 要作用1 7 1 。 湿地是全球环境变化的敏感区和生物多样性最丰富的基因信息库，也是地球上水 陆相互作用形成的具有多种功能的独特生态系统，界于陆生和水生两种生态系统之间 的特殊性注定了它自身系统的脆弱性【8 1 。中国湿地面积广大，约6 5 9 4 万h r n 2 ( 包括 人工) ，居亚洲第一位，世界第四位。随着工业的发展，大量污水涌入湿地，远远超 过湿地自身的净化能力，结果富营养化问题严重，大量植被和水生生物死亡。伴随湿 地破坏，水生态失去平衡，江河湖泊调、蓄水能力降低，一方面加剧了江河断流和湖 泊干涸，加剧了水资源短缺；另一方面又加重了旱涝灾害 9 1 。五、六十年代，中国平 均每年因洪涝受灾的面积为7 0 0 万公顷，八十年代起超过1 0 0 0 万公顷，九十年代以 来，每年因为干旱受灾面积达2 0 0 0 3 0 0 0 万公顷，受灾和承灾面积都比五十年代成倍 增长。地理信息系统是计算机技术和信息系统共同发展的产物，是一种以地理信息为 主要管理内容的综合性软件系统。将地理信息系统技术应用于湿地，对湿地进行有效 管理和合理规划，为湿地的研究和保护提供技术支持，以加强对湿地的监测、管理和 拉市海湿地信息系统的设计与实现 保护工作。 1 1 研究区概况 云南丽江拉市海高原湿地省级自然保护区于1 9 9 8 年6 月建立，保护对象为高原 湿地野生动物、迁徙水鸟、湿生和水生植物组成的生态系统。地处著名的世界自然遗 产“三江并流区 ，地理坐标为北纬2 6 0 5 1 2 6 0 5 5 ，东经1 0 0 0 0 6 1 0 0 0 1 1 t 。拉市海是 丽江县城的重要水源地。拉市海是在继承性断裂及构造活动引起地壳不断下降，不断 接受冰川、河流、湖泊、沼泽沉积物堆积下，形成的断陷盆地中滋生的冰蚀湖【1 0 1 。拉 市海湿地自然保护区是云南省建立的第一个省级湿地自然保护区，其独特的地理位置 和多样化的生境，为鸟类多样化创造了条件，在2 0 0 0 年被列为国际重要湿地。拉市 海有2 0 0 多种鸟类资源，有青藏高原特有种斑头雁，三种珍稀濒危国家i 级保护鸟类： 黑颈鹤、黑鹳、中华秋沙；5 种国家i i 级保护鸟类：灰鹤、大天鹅、白头鹞、红隼、 普通髯等；植物有1 种国家i i i 级保护植物：海菜花。拉市海既是越冬水鸟的一个重 要的越冬地，也是迁徙水鸟南迁和北返的重要集散地【1 1 l 。拉市海是丽江县水域面积最 大的高山湖泊，水质清澈，水生植物丰富，特别是每年的繁殖季5 7 月和越冬季1 2 月至翌年的2 月间，候鸟大量迁徙至此【l2 1 。近年来，到云南湿地过冬的水禽种类和数 量明显增加，共有1 3 4 种，其中有许多是珍稀濒危鸟类。在拉市海共整理并记录了水 鸟7 0 种，占云南省已记录的水鸟种类1 3 4 种的5 2 ，占中国已记录主要水鸟种类2 7 1 种的2 5 。在拉市海湿地自然保护区记录的鸟类中有国家一、二级保护鸟类近1 0 种， 其越冬种群数目前最高可达3 万多只，拉市海以其优越特殊的地理位置、气候条件( 冬 季湖水不结冰) 、生态环境和有效地保护而成为滇西北迁徙水鸟重要的迁徙通道和理 想的越冬聚集地，因此拉市海在我国湿地生物多样性保护中占有重要的地位。 随着经济的快速增长和人口的急剧增加，拉市海湿地自然保护区在发展的过程中 也存在着很多的问题。如人鸟冲突、农耕活动、捕鱼活动、化肥、农药和开展旅游活 动等对越冬迁徙水鸟的栖息生境，食物来源都有重要的影响。因此，如何更好的保护 和管理拉市海湿地成为一个重要的问题。 2 1 引言 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国外研究现状 湿地是处于水域与陆地过渡地段的特殊生态系统，是人类宝贵的自然资源。然而 随着经济和技术的发展，对湿地开发加剧，湿地破坏已引发了日益严重的环境和资源 问题，现在加强湿地保护已成为国际湿地学界的共识。各国政府都开始重视湿地保护 与管理，应用各种技术对湿地进行了科学的研究【1 3 , 1 4 】。美国和加拿大在上个世纪8 0 年代在完成了本国湿地调查、编目的基础上，将研究重点转向湿地分类、湿地生态系 统及其形成过程的研究，尤其重视湿地环境保护的人工控制【1 5 , 1 6 】。随着g i s 的广泛应 用，建立湿地资源数据库为国家或湿地区域经济开发、社会发展决策提供科学依据已 成为湿地研究的热点【l 刀。作为面向2 l 世纪的支柱产业信息产业的重要组成部分， g i s 技术的发展已成为世界各国激烈竞争的高科技热点之一【措】。 在湿地方面引入3 s 技术，国外已经有了很好的例子，特别是在美国、加拿大等 遥感技术和计算机技术先进、境内湿地资源丰富的发达国家，湿地研究开展得更广泛 而深入，曾利用g i s 技术来监测大范围湿地的水文变化，以及把g i s 和g p s 、r s 相 结合来进行湿地的地形研究等【悖捌l 。1 9 7 9 年佛罗里达大学建立了世界上最早的湿地 信息系统湿地动植物信息检索系统( a p i r s ，a q u a t i c ，w e t l a n da n di n v a s i v ep l a n t i n f o r m a t i o nr e t r i e v a ls y s t e m ) 2 2 1 ，为公众提供有关湿地动植物最全面的信息查询服务： 1 9 9 3 年土耳其利用a r c v i e w 软件建立了土耳其湿地地理信息系统( r u s a p g i s ，) ， 对土耳其1 2 7 个湿地进行分类管理，为研究和决策人员提供湿地相关信息服务；1 9 9 4 年美国德克萨斯州建立了本州的湿地信息网络系统( w e t n e t ) ，提高了当地的湿地保 护能力，为公众提供了准确、及时的湿地信息；1 9 9 5 年佛罗里达大学建立了佛罗里 达湿地信息系统，该系统基于a r c l m s 开发而成，允许用户通过网络发出查询请求， 为用户提供直观的湿地环境质量信息，同时，该系统通过调用a r c g i s 软件对数据进 行系统分析，为用户提供直观的湿地环境质量信息；1 9 9 6 年，印度建立了国家环境 信息系统( e n v i s ，n a t i o n a lw e t l a n de n v i r o n m e n t a li n f o r m a t i o ns y s t e m ) ，其首要任务 是收集、整理、存储和发布与湿地环境有关的信息；1 9 9 7 年美国加利福尼亚资源局 开发t a n 利福尼亚湿地信息系统( c w i s ) ，用于向公众、教育团体、政府机构提供本 3 拉市海湿地信息系统的设计与实现 州最全面的湿地信息；同年，美国蒙大纳州湿地委员会发起并建立的蒙大纳州湿地信 息系统投入使用。该系统基于本州的自然资源信息系统( n r i s ) ，通过信息集成管理， 为公众提供蒙大纳州所有湿地的相关信息。2 0 0 0 年加拿大开始建立国家环境信息系 统( c i s e ，c o m p u t i n gi ns c i e n c ea n de n g i n e e r i n g ) ；2 0 0 1 年q u i n n 等建立了加利福尼 亚州湿地决策支持系统，用于对湿地水体的流量、水质等进行瞬时监控，同时还建立 了湿地水质模型。欧洲6 国( 希腊、德国、瑞典、罗马尼亚、英国、荷兰) 建立了湿 地评估决策支持系统( w e d s s ，w e t l a n de v a l u a t ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m ) ，该系统 的总体目标是在湿地评估过程中支持环境管理和环境立法工作，w e d s s 采用e x c e l 数据表管理数据，借助o d b c 数据库引擎和s q l 标准查询语言对数据进行查询。与 此同时，还开发了湿地评估决策支持系统网络地图服务系统( w e d s s i m s ， w e t l a n de v a l u a t ed e c i s i o ns u p p o r ts y s t e m - - i n t e m e tm a ps e r v i c e ) 。 1 2 2 国内研究现状 我国目前对湿地工作十分重视，已先后加入湿地公约、生物多样性公约等 国际重要环境保护公约，并将湿地保护和利用列入中国2 l 世纪议程优先项目 计划，目前正在积极编制中国湿地保护行动计划，湿地科研工作近来也有很大起 色，但由于研究工作起步晚，加之研究手段落后( 以往的调查手段基本都是外业调查 为主) ，湿地功能、作用和价值没有得到充分认识，特别是在我国人口和发展的巨大 压力下，湿地围垦、污染、引种和过度猎取的问题尤为严重。三江平原1 9 4 9 年湿地 面积为5 3 4 5 万公顷，到1 9 9 5 年减少到1 9 7 7 万公耐2 4 1 。湿地萎缩已经造成了极为严 重的生态恶果，黄河断流长达8 个月，长江、嫩江1 9 9 8 年出现历史特大洪灾等。保 护和监测湿地生态环境成为我国生态环境建设的重点，中国湿地保护行动计划明确提 出将优先启动长江中下游湿地的恢复，重建和可持续发展建设。8 0 年代中期以来， 特别是湿地的概念及其相关理论引入以后，随着人们对湿地功能和价值的认识的逐步 提高，大量的湿地研究在我国展开，以遥感手段对湿地的研究得到了很大的发展，涌 现了许多重大的科研成果 2 5 】。 中国科学院东北地理与农业生态研究所的罗宏宇等在遥感和地理信息系统的支 持下，定量分析和研究了辽河三角洲沼泽湿地景观的动态变化【2 6 】；2 0 0 0 年，由中国 科学院南京地理与湖泊研究所研制完成了中国第一个功能全面、实用性较强的湿地信 4 1 引言 息系统洞庭湖湿地信息系统。随后相继建立了松嫩平原湿地信息系统【2 7 】，该系统 使用湿地g e o d a m b a l s e 数据模型，结合a r c s d e 技术建立湿地g i s 数据库，通过集中 管理属性数据、设计编码等方法消除冗余，改进和优化数据库，并最终实现松嫩平原 湿地信息查询系统；扎龙湿地生态信息系统【2 8 1 ，该系统从搜索和分析湿地信息入手， 综合运用地理信息系统技术、网络技术、数据库技术，利用现有的技术成果和专家经 验，建立了以湿地信息为主体的网络地理信息系统：广东省海岸带湿地资源与环境信 息系统【2 9 】，该系统充分应用g i s 强大的空间信息管理和分析功能，将湿地土地资源 各种适宜性评价因子的分布等级图加权叠加分析得到评价的向量表达式，进而建立湿 地土地资源自然适宜性的评价模型；温州三蝉湿地生态系统【3 0 】等湿地信息系统。中国 科学院长春地理研究所刘振乾等将空间信息技术、遥感技术和地理信息技术融为一 体，研究了黄河三角洲和辽河三角洲的湿地资源状况p 1 1 。中国科学院长春地理研究所 张树清等建立了中国湿地信息系统【3 2 1 。 近几年我国在组件式g i s 方面的研究已取得较大进展，如华北电力大学的程晓荣 等进行了基于组件g i s 的网络管理研究与应用【3 3 1 ，浙江工业大学的陈张健等实现了 基于组件对象模型的校园地理信息系统【3 4 1 ，资源环境与地理信息系统北京市重点实验 室的诸云强等基于组件技术开发了地下水资源空间分析系统【3 5 】，北京航空航天大学的 盖玉收、施法中将组件g i s 技术应用到了航空信息的管理中1 3 6 1 ，武汉大学的王海军 应用组件g i s 技术进行河道信息的管理【3 7 】等。 随着我国对生态环境问题的高度关注，以及各学科对全球变化研究的不断深入， 当前我国湿地研究己越来越受到重视，有关湿地的研究正在不断扩展、深化，研究的 领域与重点也趋向与国际研究趋势相一致。 1 3g i s 在湿地中的应用 2 0 世纪8 0 年代以来，遥感和g i s 的发展为湿地的定量研究创造了条件，为湿地 研究带来新的契机【3 引。利用3 s ( 地理信息系统g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，简称 g i s ，遥感r e m o t es e n s i n g ，简称r s ，全球定位系统g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ，简称 g p s ) 技术进行的湿地资源调查具有客观、准确、经济、高效等特点，大大提高了工 作的效率和数据的精度，促进了湿地的研究【3 9 j ，本文主要研究地理信息系统在湿地中 5 拉市海湿地信息系统的设计与实现 的应用。 地理信息系统( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m 简称g i s ) 是- f 7 描述、存储、分 析和输出空间信息的理论和方法，介于地球科学与信息科学之间的交叉学科，是近年 来迅速发展起来的- - f 新兴技术，g i s 与全球定位系统( g l o b a lp o s i t i o n i n gs y s t e m ， 简称g p s ) 、遥感( r e m o t es e n s i n g ，简称r s ) 一起称为“3 s 4 0 _ 1 1 。一方面，g i s 是一个技术系统，是以地理空间数据库( g e o s p a t i a ld a t a b a s e ) 为基础，采用地理模 型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理研究和地理决策服务的 计算机技术系统；另一方面，它也是一种决策支持系统，它具有信息系统的各种特点。 地理信息系统与其他信息系统的主要区别在于其存储和处理的信息是经过地理编码 的地理位置及与该位置有关的地物属性信息。g i s 以地理空间数据库为基础，在计算 机硬件支持下，对空间信息执行输入、存贮、查询、运算、分析、表达等操作，同时 它还可以用于空间信息的动态描述，通过时空建模，模拟、演示事物的发展变化过程， 从而为咨询、规划和决策提供服务，其最大特点在于可以把社会生活中的各种信息与 反映地理位置的图形信息有机的结合起来，从而使复杂空间问题的科学求解成为可 能。其技术特点体现在以下两点：空间模型。g i s 将现实世界抽象为相互连接的不 同特征的层面组合，这一概念提供了解决各种纷繁复杂难题的捷径。通过叠加分析， 不同地理层面间在空间上以相交、合并、切割等方式进行运算后，可获取和派生一系 列新的空间属性图形，满足生产科研对空间要素属性分析的要求。地理坐标系。空 间数据包括绝对位置信息，如经纬度坐标，以及相对位置信息，包括地址编码、统计 调查值等。g i s 的地理坐标系解决了传统地图只知地名却不能在地图上准确及时定 位，或知道其空间位置却不知其名的严重弊端。因此g i s 具有较强的空间查询与分析 能力【4 2 l 。随着地理信息系统在技术上和应用上的日趋成熟，把g i s 引入传统的数据 库管理系统，发挥其空间分布数据管理功能，将空间信息处理与属性信息处理相结合， 使人们不仅知道存在什么信息，而且知道发生地所在，并能研究其在空间与时间上的 变化。利用g i s 技术进行的湿地资源调查具有客观、准确、经济、高效等特点，大大 提高了工作的效率和数据的精度，促进了湿地研究【4 3 】。目前，计算机技术、对地观测 技术的发展，使湿地信息的管理更加科学化、规范化。地理信息系统的发展，是地学 科学的一次革命。地理信息系统具有强有力的空间分析能力，可为湿地管理和研究提 供新的技术方案和分析方法。地理信息系统的数据输入、存储、管理、分析以及可视 6 l 引言 化表达功能，在湿地管理和研究中已经发挥了巨大的作用，为研究人员解决湿地问题 提供有利的辅助决策功能。因此，结合湿地的特点，建立湿地资源管理信息系统，在 湿地的保护与合理开发利用方面有重大的意义。 1 4 研究的意义和目的 1 4 1 研究意义 在一个很长的历史时期内，人类并未充分认识湿地在人类生存和发展中的重要价 值，以至于在发展过程中多次出现大规模的掠夺式开发利用湿地资源，造成大量的湿 地退化和消亡。直到由于大批湿地消亡引起的全球生态环境恶化威胁到人类生存安全 时，人们才从大自然的报复和教训中认识到湿地对人类和自然的重要性。 我国于1 9 9 2 年加入国际湿地公约，是世界上湿地类型齐全、分布广泛、生物多 样性最丰富的国家之一。随着人口的增长和经济的快速发展，资源长期过度消耗，我 国湿地丧失和功能退化极度严重，其功能和效益不断下降。据国家林业局统计，近 4 0 年来我国己有5 0 的濒海滩涂不复存在，全国湖泊因为围垦而丧失的容积高达3 5 0 亿n 1 3 以上，相当于我国五大淡水湖的总蓄积量，近1 0 0 0 个中小湖泊因围垦而消失闭。 1 9 9 8 年长江流域大洪水，给国人敲响了湿地生态环境恶化的警钟，湿地功能丧失和 退化己成为制约我国经济和社会可持续发展的巨大障碍。为加强湿地的治理与保护， 我国政府提出了“封山育林、退耕还林、退田还湖、平烷行洪、以工代贩、移民建镇， 加固干堤，疏浚河道 一系列的方针和政策，以重建、恢复和保护湿地生态环境。当 前，湿地保护和合理利用已纳入中国2 1 世纪议程和中国生物多样性保护行动 计划的优先发展领域， 中国湿地保护行动计划己经出版。可见，湿地资源的开 发、利用与保护己经成为影响人类生存、繁衍和社会可持续发展的重大问题之一。而 借用信息技术辅助进行管理正好可以满足这一趋势。 1 4 2 研究目的 根据研究得知，虽然国内外已经有一些有关湿地方面的信息系统，但大部分都只 是集中在某一个方面进行建设，没有一个完整的针对湿地进行管理的信息系统。尤其 是云南，目前还没有专门研究湿地信息系统的记录。因此，本文研究的目的就是要建 7 拉市海湿地信息系统的设计与实现 立一个从宣传教育、日常管理及专业地理信息相结合的一个管理信息系统，为拉市海 湿地管理工作提供一个信息化的技术平台，为云南省及全国的湿地保护工作提出并设 计一个综合性的湿地管理平台。基于以上几点，本文确定了以下研究内容： ( 1 ) 如何对拉市海湿地的研究成果进行整合、规范和管理。 作为国际重要湿地、云南省第一个省级自然保护区的拉市海高原湿地自然保护 区，自保护成立十多年来，相关的科学研究人员和保护区管理局的工作人员对拉市海 湿地做了很多的调查研究工作，取得了丰富的调查和研究成果。而这些成果形式多样、 格式不一，数据量大，而且不规范。如何有效地将这些研究成果整合规范的组织起来 供以后的研究工作进行参考成为一个迫切而重要的问题。 ( 2 ) 拉市海湿地鸟类监测数据的管理、维护和分析统计 鸟类是拉市海湿地的主要保护对象，保护区管理局会经常对来此越冬的鸟类进行 监测。以前都是将鸟类监测数据记录在记录本上，采集回来之后就将监测数据放到收 藏室，随着时间的推移，数据积累越来越多，导致很难对监测数据进行查询和分析。 以文字的形式对鸟类监测数据进行记录，管理研究人员对鸟类的空间位置及整体 情况无法进行查看。因此本文研究了利用先进的计算机技术和地理信息系统对鸟类监 测数据进行空间定位显示及统计分析。 ( 3 ) 保护区日常工作辅助管理系统 保护区管理局除了要对鸟类进行监测外，还负责日常的执法和补偿管理工作，因 此本文还研究了将计算机技术和地理信息系统技术应用于拉市海湿地自然保护区的 执法和补偿管理工作。提高拉市海湿地自然保护区的信息化水平，提高工作效率和管 理的规范性。 ( 4 ) 拉市海湿地自然保护区管理局的基础信息管理 本文研究了如何将拉市海湿地自然保护区管理局的职工信息、动物信息、植物信 息等基础信息使用计算机技术进行管理，以提高管理的规范化和信息化，提高管理水 平和效率，为更好地保护拉市海湿地提供信息化支持平台。 1 5 本文主要研究内容 为了能够更好的保护拉市海湿地自然保护区，大自然保护协会( t h en a t u r e 8 l 引言 c o n s e r v a n c y ，以下简称t n c ) 、拉市海湿地自然保护区和西南林学院合作启动了拉市 海湿地信息系统项目。在此前提下，拟通过该项目将计算机技术应用到拉市湿地自然 保护区的日常管理工作及鸟类监测数据的管理工作中，并运用高度集成的地理信息技 术来建立一个集空间数据与属性数据管理为一体的软件平台，支撑拉市海湿地自然保 护区的日常业务，提供一个能够进行湿地保护区管理的信息平台。通过该信息平台能 够高效、集中的对拉市海湿地自然保护区的日常工作进行管理；直观方便地对保护区 的基本信息进行管理和维护；能够快捷地对观测数据进行管理和查询；在拉市海湿地 自然保护区管理信息系统软件应用成熟后向其它湿地自然保护区推广。本文的主要研 究内容有以下几部分： ( 1 ) 拉市海湿地基础数据的收集、组织和处理 ( 2 ) g i s 技术的基础理论 ( 3 ) g i s 在湿地中的应用 ( 4 ) 拉市海湿地信息系统的需求分析 ( 5 ) 拉市海湿地信息系统软件逻辑模型设计 ( 6 ) 拉市海湿地信息系统的数据库设计 ( 7 ) 拉市海湿地信息系统的开发 ( 8 ) 拉市海湿地信息系统的运行评测 1 6 预期研究成果 在可持续发展的系统思想指导下，根据管理需要及项目的实际业务流程，开发一 个集宣传教育、日常管理及地理信息系统于一体的，界面友好、g i s 功能强大、数据 丰富、结构合理、操作简单、实用可靠、易于数据共享、高数据安全性、具有高度可 扩充能力的信息管理系统，为拉市海湿地自然保护区的管理及保护工作提供有力的信 息技术支持。 9 拉市海湿地信息系统的设计与实现 2 拉市海湿地信息系统开发的理论基础 2 1g i s 软件开发模式 g i s 常用的开发模式有三种：独立开发，宿主型二次开发和g i s 组件二次开发。 2 1 1 独立开发 独立开发一般是指数据的采集、编辑、分析、处理和输出的所有算法都是独立设 计的，并借助某种操作系统平台和编程语言来实现系统的开发。这种开发方式的优点 是节省了购买商业软件的成本，缺点是对开发者的研发能力和技术要求高。 2 1 2 宿主型二次开发 宿主型二次开发方式是借用g i s 商业软件平台，并利用平台所提供的脚本语言进 行开发。这种开发方式的优点是开发速度快，简单，缺点是脚本语言功能较弱，过分 依赖于平台，并且脚本的执行方式是解释型的，执行效率较低。 2 1 3g i s 组件二次开发 g i s 组件二次开发方式是使用g i s 软件商提供商业化的组件，并且结合传统软件 开发工具为平台进行二次开发。这种开发方式的优点是充分利用二者的优势，提高开 发效率，这种开发方式已经成为目前地理信息系统开发的主流；缺点是需要较高的商 业成本投入。 2 2 基于c o m 组件开发技术 2 2 1 组件式地理信息系统概述 组件式软件技术已经成为当今软件技术的潮流之一，为了适应这种技术潮流， g i s 软件像其他软件一样，已经或正在发生着革命性的变化，即由过去厂家提供全部 系统或者具有二次开发功能的软件过渡到提供组件由用户自己二次开发的方向上来。 无疑。组件式g i s 技术将给整个g i s 技术体系和应用模式带来巨大影响。 l o 2 湿地信息系统开发的理论基础 g i s 技术的发展，在软件模式上经历了功能模块、包式软件、核心式软件，从而 发展到组件式g i s 和w e b g i s 的过程。传统g i s 虽然在功能上已经比较成熟，但是 由于这些系统多是基于十多年前的软件技术开发的，属于独立封闭的系统，并且使 g i s 软件变得日益庞大，用户难以掌握，费用昂贵，阻碍了g i s 的普及和应用。而组 件式g i s 的出现为传统g i s 面临的多种问题提供了全新的解决思路。 2 2 2 组件式地理信息系统的概念 组件式软件是新一代g i s 的重要基础，组件式g i s 是面向对象技术和组件技术 在g i s 软件开发中的应用。认识组件式g i s ，首先需要了解所依赖的技术基础一组件 式对象模型和a c t i v e x 控件。 c o m 是组件式对象模型( c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ) 的英文缩写，是o l e ( o b j e c t l i n k i n g & e m b e d d i n g ) 和a c t i v e x 共同的基础。c o m 不是一种面向对象的语言，而 是一种二进制标准。c o m 所建立的是一个软件模块与另一个软件模块之间的链接， 当这种链接建立之后，模块之间就可以通过称之为“接口 的机制来进行通信【4 4 1 。 c o m 标准增加了保障系统和组件完整的安全机制，扩展到分布式环境。这种基于分 布式环