（生态学专业论文）崇明岛湿地恢复区空间管理决策支持系统的研究与开发.pdf

ad i s s e r t a t i o nf o rm a s t e r sd e g r e e ，2 011 u n i v e r s i t yc o d e ：1 0 2 6 9 r e g i s t r a t i o nn u m b e r ：5 10 8 0 8 0 2 017 e a s tc h i n an o r m a l u n i v e r s i t y r e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to f s p a t i a lm a n a g e m e n td e c i s i o n s u p p o r ts y s t e mf o rw e t l a n d r e s t o r a t i o na r e ai n d e p a r t m e n t ： m a j o r ： c h o n g m i n gi s l a n d e n v l r o n m e n t a l ：i c l e n c e 1 n 一 星堡q ! q 碰 s t u d yd i r e c t i o n ：堕也垫基堡q ! q g i 曼垒! 里! 垒磐i 堕g p r o f e s s o r ： p r o f e s s o rk a i - y u nw a n g s t u d e n t ： m a y , 2 0 1 1 的研 的指 论文 的个 范大 文的 使用 交学 被查 库进 合理 杨晓菲硕士学位论文答辩委员会成员名单 姓名职称单位备注 张利权教授华东师范大学主席 王磊教授同济大学委员 徐建华教授华东师范大学委员 论文摘要 湿地是分布于陆生生态系统和水生生态系统之间具有独特水文、土壤、植被 与生物特征的生态系统，是水陆相互作用形成的特殊自然综合体。湿地不仅具有 保持水源、净化水质、蓄洪防旱和调节气候等巨大的生态功能，同时它也是生物 多样性的富集地区，是世界上最具活力的生态系统，是资源环境领域的研究热点 之一。崇明东滩湿地环境经过长期的自然变迁和人类的社会经济活动对生态系统 的影响形成了目前的自然社会经济复合型生态系统。对围垦滩涂现状利用模式 及其效应的分析表明，湿地生态系统由于外界环境因子、自身条件、管理措施、 水平生态过程等的差异而产生了一系列功能特征与风险的空间分异特征，并且由 于环境因子与生物体本身生长发育的时间序列变化，湿地生态系统总是处于动态 变化的状态，管理策略无法一成不变，这些亟待解决的问题为支持湿地可持续利 用及科学管理决策的空间决策支持系统建设提出了必要性要求。 论文首先阐述了崇明岛滩涂湿地的现状特征和利用模式，重点分析了滩涂湿 地的开发利用及其对湿地系统产生的水土环境、植被演替等的干扰效应；其次， 结合理论基础，剖析空间决策支持系统( s d s s ) 构建的基本结构，根据崇明东滩湿 地公园实际情况，构建数据管理、湿地保护决策支持模型与展示界面的系统框架， 依靠g i s 网格技术构建集定期检测、海量数据存储、数据定量分析、可视化、 可与决策者互动等功能于一体的崇明东滩湿地恢复区空间管理决策支持系统，实 现对湿地公园生态系统水分、养分和碳动力的时空过程模拟。 本研究所开发的崇明东滩围垦区湿地空间管理决策支持系统软件主要具有 四种功能：湿地管理预警，在线测定数据监控，终端展示和湿地数据库维护。系 统决策预警核心是由一组湿地生态系统过程模型完成，包括游客舒适度指标发 布、水质预警等。系统过程模型组主要由汇流动力波模型，产流输沙动力模型， 二维水体污染物扩散模型，碳、水、养分循环模型，景观格局模型以及人流承载 和舒适度评价模型构成。系统动态模拟了水体土壤植被连续体过程，为滨海湿 地保育和持续利用提供科学管理支撑。 关键词：崇明岛；湿地恢复区；空间管理决策支持系统 a b s t r a c t w e t l a n di sak i n do fe c o s y s t e mw h i c hd i s t r i b u t e di nt e r r e s t r i a le c o s y s t e m sa n da q u a t i c e c o s y s t e m s i th a sau n i q u eh y d r o l o g y , s o i l s ，v e g e t a t i o na n db i o l o g i c a lc h a r a c t e r i s t i c sa n di ti s as p e c i a ln a t u r a ll a n da n dw a t e ri n t e r a c t t of o r mc o m p l e x w e t l a n dn o to n l yh a se n o r m o u s e c o l o g i c a lf u n c t i o n ss u c ha sm a i n t a i n i n gt h ew a t e r , p u r i f y i n gw a t e r , f l o o ds t o r a g ea n d d r o u g h t - r e s i s t i n ga n dc l i m a t i n gr e g u l a t i o n , e t e i ti sa l s ob i o d i v e r s i t ye n r i c h m e n tr e g i o n s w h i c ha l et h em o s td y n a m i ce c o s y s t e mi nt h ew o r l d - - - - - o n eo ft h eh o t s p o ti nt h ef i e l do f r e s o u r c e sa n d e n v i r o n m e n t c h o n g m i n gd o n g t a nw e t l a n d h a sf o r m e dt h ec u r r e n t n a t u r e s o c i e t y - e c o n o m i c c o m p l e xe c o s y s t e ma f t e rl o n g - t e r mn a t u r a lc h a n g ea n dt h e i n f l u e n c eo fe c o l o g i c a ls y s t e mb yh u m a ns o c i a le c o n o m i ca c t i v i t i e s a n a l y s i st or e c l a m a t i o n t i d a lc u r r e n tu t i l i z a t i o nm o d ea n di t se f f e c ts h o w st h a tt h ew e t l a n de c o s y s t e mh a sp r o d u c e da s e r i e so ff u n c t i o nc h a r a c t e ra n dr i s ko fs p a c ed i f f e r e n t i a t i o nc h a r a c t e r i s t i c sd u et ot h e d i f f e r e n c e so fe x t e m a le n v i r o n m e n tf a c t o r s ，o n e s e l fc o n d i t i o n , m a n a g e m e n tm e a s u r e sa n d l e v e le c o l o g i c a lp r o c e s s e s ，e r e a n db e c a u s eo ft h ee n v i r o n m e n t a lf a c t o r sa n dt h eo r g a n i s m i t s e l ff r o w t ho ft i m es e q u e n c e , w e t l a n de c o s y s t e mc h a n g e sw i l la l w a y sb ei nas t a t eo f d y n a m i cc h a n g e t h em a n a g e m e n ts t r a t e g yc a n ts t a n ds t i l l t h e s ei s s u e st h a tn e e dt ob e r e s o l v e dr e q u e s tn e c e s s i t yr e q u i r e m e n t st ot h es p a t i a ld e c e s i o ns u p p o rs y s t e m ( s d s s ) w h i c h c a l ls u p p o r ts u s t a i n a b l eu t i l i z a t i o na n ds c i e n t i f i cm a n a g e m e n to fw e t l a n dd e c i s i o n - m a k i n g t h i sp a p e rf i r s t l ye x p o u n d st h ec u r r e n tc h a r a c t e r i s t i c so fc h o n g m i n gi s l a n dt i d a lw e t l a n d sa n d u s i n gp a t t e r n s i ta n a l y z e de x p l o i t a t i o no ft i d a lw e t l a n d sa n dt h ee f f e c t so nw e t l a n ds y s t e mt o p r o d u c ew a t e ra n ds o i le n v i r o n m e n t , t h ei n t e r f e r e n c ee f f e c to fv e g e t a t i o ns u c c e s s i o n , e t e t h e ni ta n a l y s e dt h eb a s i cs t r u c t u r ec o n s t r u c t i o no fs d s sc o m b i n i n gt h e o r e t i c a lb a s i s i t c o n s t r u c t e dt h ed a t am a n a g e m e n t , w e t l a n dp r o t e c t i o nd e c i s i o ns u p p o r tm o d e la n di n t e r f a c e s y s t e mf r a m e w o r ka c c o r d i n gt oc h o n g m i n gd o n g t a nw e t l a n dp a r ka c t u a ls i t u a t i o n t h i s r e a s e r c hc o n s t r u c t e dc h o n g m i n gd o n g t a nw e t l a n dr e s t o r a t i o na r e as d s sr e l y i n go nt h eg i s g r i dt e c h n o l o g yw h i c hs e t sp e r i o d i c a l l y , m a s sd a t as t o r a g e ，d a t aq u a n t i t a t i v ea n a l y s i sa n d v i s u a l i z a t i o n , c a ni n t e r a c tw i t hd e c i s i o nm a k e r sa s t h ef u n c t i o nf o ra l lo r g a n i cw h o l e i t r e a l i z e dt h et e m p o r a la n ds p a t i a lp r o c e s ss i m u l a t i o no ft h em o i s t u r e , n u t r i e n t sa n de c o l o g i c a l s y s t e mo f c a r b o np o w e r t h i sr e a s e r c hd e v e l o p m e n ts o f t w a r ei sm a i nw i t h f o u rf u n c t i o n s ：w e t l a n dm a n a g e m e n t w a r n i n g , m e a s u r i n go n l i n e d a t am o n i t o r i n g , t e r m i n a ld i s p l a ya n d w e t l a n dd a t a b a s e m a i n t e n a n c e t h ec o r eo ft h ed e c i s i o n - m a k i n gw a r n i n gi sc o m p o s e do fas e to fw e t l a n d e c o s y s t e mp r o c e s sm o d e lc o m p l e t e dw h i c hc o n t a i n st o u r i s t sc o m f o r ti n d e xr e l e a s ea n dw a t e r w a r n i n g , e r e t h es y s t e mp r o c e s sm o d e lg r o u pi sc o n s t i t u t e dm a i n l yb yc o n f l u e n c ed y n a m i c w a v em o d e l ，r u n o f fs a n dt r a n s p o r td y n a m i cm o d e l ，d i f f u s i o nm o d e lo ft w o - d i m e n s i o n a lw a t e r p o l l u t a n t s c a r b o n - n u t r i e n tc y c l i n gm o d e l ，l a n d s c a p ep a t t e mm o d e l ，p e o p l ec a r r y i n ga n d c o m f o r te v a l u a t i o nm o d e l t h i ss y s t e ms i m u l a t e st h ew a t e r - s o i l v e g e t a t i o nc o n t i n u u mp r o c e s s ， a n di tc a np r o v i d es c i e n t i f i cm a n a g e m e n ts u p p o rt ot h ec o a s t a lw e t l a n dc o n s e r v a t i o na n d s u s t a i n a b l eu s k e yw o r d s ：c h o n g m i n gi s l a n d ；w e t l a n dr e s t o r a t i o na r e a ；s p a t i a ld e c i s i o ns u p p o rs y s t e m 目录 1 绪论。1 1 1研究背景1 1 1 1崇明生态岛滩涂湿地的现状特征。l 1 1 2 崇明岛滩涂湿地的利用及其主要问题5 1 1 3围垦滩涂的开发利用及其对滩涂湿地的干扰效应9 1 2 研究意义1 3 1 3 研究目标1 4 2 研究内容与研究方法1 5 2 1 研究区域概况1 5 2 2论文研究内容与总体框架1 5 2 3 研究方法与技术路线1 7 2 3 1 2 3 2 2 3 3 信息采集与数据库设计18 建模与验证方法1 9 开发环境与技术平台1 9 3 湿地修复区空间管理决策支持系统的开发2 1 3 1系统框架设计2 l 3 1 1 3 1 2 3 2 3 2 1 3 2 2 系统功能框架设计2 l 决策系统框架设计2 3 系统模型库构建2 6 模拟模型库的构建2 7 评估模型组的构建4 3 3 3决策系统空间数据库的设计4 5 4 湿地恢复区空间管理决策支持系统( w e c o d ) 的实现4 7 4 1编程平台与开发环境4 7 4 1 1 开发模式选择4 7 4 1 2开发环境选择4 7 4 1 3 系统的操作功能目标4 8 4 2系统架构的设计与实现技术4 9 4 3 模型库的实现5 1 4 3 1 4 3 2 4 4 4 4 1 模拟模型组、评估模型组与模型字典5 l 自动时钟的实现5 4 数据库的实现5 5 湿地在线监测数据库的实现技术5 6 4 4 2 湿地空间数据库的实现技术5 8 4 5 人机交互界面的设计5 9 5 湿地空间管理决策支持系统( w e c o d ) 的应用6 4 5 1示范区湿地空间管理决策支持系统的平台结构6 4 5 2湿地修复区空间决策支持系统的应用6 5 5 2 1 系统安装及运行6 5 5 2 2用户登录6 5 5 2 3系统功能选择6 5 5 2 4 管理预警界面操作6 5 5 2 5教育展示界面操作6 8 5 2 6 湿地数据库界面操作6 9 6 讨论与展望7 4 6 1 研究成果7 4 6 2 进一步研究展望7 4 7 附录。7 5 8 参考文献。7 6 1 绪论 1 1 研究背景 1 1 1 崇明生态岛滩涂湿地的现状特征 湿地是作为开放水域与陆地之间过渡性的生态系统，兼有水域和陆地生态系 统的特点，具有其独特的结构和功能( 蔡晓明，2 0 0 0 ) 。 拉姆萨湿地保护公约 1 9 7 1 年将湿地定义为“不问其为天然或人工、常久或暂时之沼泽地、湿原、泥炭 地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体者，包括低潮 时水深不超过六米的水域。”从动力地貌角度来看，湿地是区别于其它地貌系统 ( 如河流地貌系统、海湾、湖泊等水体) 的具有不断起伏水位的、水流缓慢的浅水 地貌系统( wjm i t s c h ，1 9 9 4 ) ；从生态学的角度看，湿地是陆地与水生系统之间的 过渡地带，其地表为浅水所覆盖或者其水位在地表附近变化；从资源学的角度来 看，凡是具有生态价值的水域都可视为湿地，不管它是天然的或是人工的、永久 的还是暂时的：美国工程师协会则把湿地定义为在一定的频率和延续时间内被地 面水或地下水淹没或侵润的地区：从系统论的观点来看，湿地是一个半开放系统， 一方面有其自身的形成发展和演化规律，另一方面又在许多方面依赖于相邻的陆 地与水体景观，及其之间的物质和能量交换( 蔡晓明，2 0 0 0 ) 。 我国目前通行的湿地定义与拉姆萨湿地保护公约一致。根据湿地公约 分类系统，我国湿地将包括滨海湿地( 近海及海岸湿地) 、河流湿地、湖泊湿地、 沼泽湿地、人工湿地五大类，共2 8 个子类。其中，滨海湿地包括浅海水域( 低潮 时水深不超过6 m 的永久水域，植被盖度 养分流 图1 6 湿地s p a c 系统的碳、水、养分过程 ( 一) 围垦利用对滩涂发育的影响 围垦大堤工程在一定程度上都会改变原是海滩剖面相对平衡的状态，于是 促进海滩剖面的重新塑造，因此，因不同类型的促淤围垦工程会短时或较长时期 影响着潮滩的演变。 ( - - ) 围垦利用对滩涂水土环境的干扰 在水分方面，围垦利用对滩涂水分过程的最关键影响之一即为潮汐作用的 消除。围垦所形成次生湿地中，水文过程已不再受潮汐的动力作用影响，水分的 主要影响因素由潮汐转化为降水和灌溉，蒸散发、渗透等垂直分配过程开始对土 壤水环境的产生关键作用。由此，由于季风气候下气温、土温、降水等气象因子 1 2 日变化和季节变化特征，湿地土壤水分( 水饱和率、淹水时间) 的日变化减小而季 节变化的差异增大。目前，在部分围垦湿地的利用中，过低的湿地水位已成为导 致土壤的旱化与盐渍化的加剧，增大群落旱生物种替代原生芦苇群落的风险的重 要因素 ( 三) 围垦利用对湿地植被演替的干扰 滩涂围垦利用对湿地s p a c 植被层结构产生了重要影响。不适当的人工促 淤活动对未围垦滩涂的发育、植被演替过程产生了重要干扰，而在已围垦区，由 于湿地水分与土壤条件的改变，则引起了原生芦苇群落衰退、旱生耐盐物种侵入 等主要问题。 ( 四) 围垦利用对滩涂生态系统健康性的影响 生态系统的健康性是衡量生态系统的可持续性、稳定性的重要标准，从活 力( v i g o r ) 、组织结构( o r g a n i z a t i o n ) 和恢复力( r e s i l i e n c e ) - - - 方面( r a p p o ，1 9 9 8 ) 日- 描述 为生态系统功能、系统组分及其相互作用机制、以及据系统在胁迫出现时维持系 统结构和功能的能力。在围垦区，随着人类干扰活动加强，湿地生态系统健康状 态逐渐下降，湿地生态系统生产能力下降，组织结构混乱，水文调节、水质净化 等功能日益减弱，湿地服务功能己经不能满足维持湿地生态系统的需要，湿地生 态系统已经开始退化。 1 2 研究意义 对围垦滩涂现状利用模式及其效应的分析表明，首先，湿地生态系统作为水 分、养分、植被、土壤、以及微气象等复杂过程相互耦合的的多元化、非线性、 持续动态的复杂系统，人为活动对其干扰后果往往呈现多层次、复合作用以及连 锁效应，土壤板结、盐渍化，湿地旱化、植被发育不良、坡面土壤侵蚀等多种主 要风险，不仅均将对湿地功能修复效果产生重要影响，而且各类风险之间联系紧 密，涉及水位控制、水体环境维护、土壤改良、植物群落筛选构建、游客管理等 多方面管理决策，亟需园区建设与日常维护中协调关系，统筹管理。 其次，由于湿地围垦利用中，管理措施( 设计地形、修复时期、堆土来源、 控制水位、植物群落配置以及管护措施如翻耕、施肥) 、本底条件( 土壤结构、水 盐、坡度等本底因子) 以及水平生态过程( 水分坡面汇流、泥沙输送过程) 的空间差 异，使得湿地功能特征与风险呈现出显著的空间分异特征，从而将影响不同区域 管理策略的选择以及风险评估。 第三，更为重要的是环境因子的时间序列变化以及生物体生长发育和代谢的 连续过程，使得水体土壤植被连续体过程一直处于发展动态之中，其服务功能 与演替过程也表现出持续的变化、演进，如碳固定、水分迁移和土壤侵蚀等。湿 地生态系统的动态性决定了管理策略应根据其即时情况，及时作出反映，并及时 监控策略实施后系统的反馈趋势，从而增加决策及后续策略的合理性、有效性， 这些因素，为支持湿地可持续利用以及科学管理决策的空间决策支持系统建设提 出了必要性要求。 1 3 研究目标 面对滩涂湿地的可持续利用要求，上海东滩国际湿地公园选址于滩东旺沙 b 0 1 号9 8 年围垦湿地，于2 0 0 3 年开始建设。园区以可持续利用为目标、以受 损湿地生态恢复和重建示范为手段，力求在保育和修复湿地生态系统功能及生物 多样性、提供湿地参与体验与教育、保持滨海滩涂特有风貌的基础上，提升湿地 的经济价值。园区集成了湿地围垦区建设利用中的典型开发利用方式与技术手 段，包括水位控制、地形重建、陆生群落构建等；同时也面临土壤盐碱化、水土 流失、植物适应性等多种代表性风险问题。本研究即针对崇明滩涂围垦湿地的恢 复和持续管理需求，针对东滩生态示范区上海国际湿地公园一、二期范围，开 发基于湿地系统水、植被、土壤、大气过程、人类活动干扰及系统承载状况的空 间管理决策支持系统，为滨海湿地保育和持续利用提供科学管理支撑。 1 4 2 研究内容与研究方法 2 1 研究区域概况 崇明由崇明岛、长兴岛和横沙岛三岛组成，位于中国东部黄金海岸和长江黄 金水道交汇处的长江入海口，三面临江，东濒东海。崇明岛是我国现今河口沙洲 中面积最大的一个典型河口沙岛，三岛陆地面积1 5 7 2 k m 2 ，属河口砂嘴、砂岛地 貌类型，由挟带大量泥沙下泄的长江径流与落潮海流会合，偏向长江口南岸淤积 为沙洲，如今仍处于不断动态变化中。崇明湿地主要分布在崇明岛东部和北部， 崇明东滩在平面外形上呈椭圆形，它处在北港与北支之间落潮合流和涨潮分流的 缓流区，是长江口地区唯一最大的、仍是保持原始自然状态的一块滩涂湿地，气 候温和，阳光充足，雨量充沛，植被和底栖动物生长繁茂( 上海市崇明东滩湿地 生态恢复与重建工程中社会经济价值分析) 。滩地上的涨潮流带来的泥沙在岛影 缓流区淤积，促使潮滩迅速淤涨。由于崇明东滩水流泥沙条件具有相对稳定性， 因此潮滩具有比较稳定的自然淤涨趋势，每年以1 0 0 - - , 3 5 0 m 的淤涨速度向海延伸 ( 上海滩涂后备土地资源及其可持续开发途径) 。 本系统以崇明东滩国际湿地公园为主要研究对象，湿地公园位于崇明岛东 端，北纬3 l 。3 l 7 2 5 7 5 ，东经1 2 1 。5 6 3 2 7 2 ”，规划面积为l o k m 2 ，是1 9 9 0 年至1 9 9 8 年围垦后迅速成陆的新生土地，属东滩湿地保护区缓冲区。湿地类型 属于河口滨海湿地类型中的潮间带和沙洲离岛湿地，位于咸淡水交汇区，因此高 盐度和富营养化是其重要特征，土壤属于盐土土类，有机质含量低，植被属于滨 海盐生植被类型，以芦苇群落为主( 崇明东滩国际湿地公园规划设计) 。 2 2 论文研究内容与总体框架 根据上述研究目标，本研究将涉及以下内容： ( 1 ) 建立区域湿地生态系统过程监测系统及数据库 对湿地恢复区植被水土壤大气过程，人类生产、旅游活动，进行在 线和定期监测，建立目标区域生态信息系统。 ( 2 ) 开发湿地生态系统过程模型库 针对恢复区域重要生态问题，如植被健康、空气状况、土壤水状况、 水质、讯情以及游客承载等，开发相关湿地生态系统过程模型，如系统 植被生长模型、水动力模型、污染物输送模型、能流模型、承载模型以 及空间分异模型等，实现对湿地生态系统过程的动态模拟。 ( 3 ) 开发会商策略方案的时空仿真模拟决策支持系统并实现其应用示范 针对特定决策问题模拟过程，开发会商策略方案的时空仿真模拟系 统，并在示范恢复区应用。 本研究的框架如图2 1 所示： 多源数据 统计数据实测数据空间数据 j 二二二二二二工二二二二二二二二二 仿真模拟系统开发生态过程监测 淬问 ! 持生态承载力空间分异 图2 i 研究框架 1 6 2 3 研究方法与技术路线 为了解决由湿地生态系统时间和空间上的差异所引起的湿地可持续利用和 管理决策方面的难题，以及帮助管理者对运营管理中的复杂问题进行科学决策， 崇明岛湿地空间管理决策支持系统需要具备定期检测、海量数据存储、数据定量 分析、可视化、可与决策者互动等功能。 崇明岛湿地空间管理决策支持系统是以湿地监测数据为基础，以湿地保护决 策支持模型为核心的集成化决策支持系统。整个系统由湿地监测设备、湿地数据 库与模拟运行系统、决策支持与展示界面三个子系统组成，各子系统在共享数据 库的基础上保持相对独立，子系统之间通过数据库进行联系，从而使系统易于维 护与扩充。 整个系统分为基础支持、湿地动态监测、数据管理、湿地保护决策支持模型 与展示部分。底层为安放在湿地公园各监测点的监测设备，用于记录当前时间点 ( 段) 的温度、湿度、风速、降雨量等数据，每隔1 5 分钟一次更新。数据库部分 包括湿地在线监测属性数据库与湿地空间数据库，前者用于存放各监测设备所测 得的湿地属性数据，空间数据库则存放各个监测点与湿地公园所有网格的空间属 性信息，包括d e m 和各部分之间的关联情况等基本地形图要素数据和土地利用 类型、植被种类等属性，以及运算过程中模型所需要的数据、运算中临时产生的 过程暂存数据和运算所得的结果。模型库由各个决策问题的空间模拟模型与空间 评估模型构成，模拟模型根据生态过程完成湿地水分、养分的空间迁移过程模拟， 空间评估模型则负责读取多时相情景中的即时记录，并依据决策问题做评估和分 级预警。数据库和模型库两个部分构成系统的后台程序部分，可以完成调用数据 库数据、完成模拟运算、存储计算结果、反馈用户的功能，是系统的核心部分。 后台运行部分，采用自动时钟控制，根据设定的时间定期自动运行。调用监 测数据库中的更新的数据写入到空间属性数据库中进行更新，运算得出相应的空 间数据记录并存储为历史文件。用户在决策辅助界面中选择希望查看的任意历史 时刻的评估状况并选择相应的决策问题，模型库将依据选择的决策问题调用相应 的分层预警模型进行展示。 1 7 2 3 1 信息采集与数据库设计 数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结构化的，无有害的或 不必要的冗余，并为多种应用服务；数据的存储独立于使用它的程序；对数据库 插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行数据库 技术与应用。 属性数据的获取依赖于安放在湿地公园内的各个观测点的记录，每隔半小时 更新一次；利用2 0 0 8 年崇明岛航片截取湿地公园部分作为底图，并根据其范围 划分2 0 m 2 0 m 的网格，以网格为单位进行研究。 对于空间数据，系统采用简单的s h a p e f i l e 格式文件存储，s h a p e f i l e s 文件是 a r c g i s 内部使用的一种空间数据格式，采用非拓扑结构的数据格式存贮地理几 何位置和属性数据的空间数据文件。每个s h a p e 文件由六个文件组成：空间数据 文件( s h p ) ，存贮地理数据的几何特征：坐标、长度、面积等；投影文件( p r j ) ， 用于存储地理数据的投影信息；空间数据索引文件( s h x ) ，存储地理数据几何特 征的索引；属性数据文件( d b f ) ，d b a s e 文件存储地理数据的属性信息( 主题的特 征属性表也是以d b f 文件形式存在的) ；地理数据索引文件( s b n ，s b x ) ，这两个文 件只有在进行主题间空间关系查询、主题的空间连接和对s h a p e 字段进行索引时 才存在的，它们用于存储地物特征的索引。所有网格数据储存在单一的d b f 数 据表中供查询、调用、修改，占用空间小，易存储，还可在a r c g i s 下直接查看。 属性数据存储到湿地在线监测属性数据库，文件格式为m d f ，监测仪器每 隔半小时将数据传输到数据库中，对数据库进行更新。对于自动监测数据库，系 统采用a d o 数据控件，结合结构化查询语言对数据库中的数据进行查询调用。 结构化查询语言语句可以嵌套，通过代码配合a d o 控件完成数据库的连接，程 序将具有极大的灵活性和更多的功能。 a d o ( a c t i v e xd a t ao b j e c t s ，a c t i v e x 数据对象) 是m i c r o s o f t 提出的应用程序 接c i ( a p i ) 用以实现访问关系或非关系数据库中的数据。a d o 是对当前微软所支 持的数据库进行操作的最有效和最简单直接的方法，它是一种功能强大的数据访 问编程模式，从而使得大部分数据源可编程的属性得以直接扩展到用户的a c t i v e s e r v e r 页面上。可以使用a d o 去编写紧凑简明的脚本以便连接到o d b c ( o p c n d a t a b a s ec o n n e c t i v i t y ) 兼容的数据库和o l ed b 兼容的数据源，这样程序员就可 以访问任何与o d b c 兼容的数据库，包括m s 、s q ls e r v e r 、a c c e s s 、o r a c l e 等 等。结构化查询语言( s t r u c t u r e dq u e r yl a n g u a g e ) 简称s q l ，是一种数据库查询和 程序设计语言，用于存取数据以及查询、更新和管理关系数据库系统；同时也是 数据库脚本文件的扩展名。它是高级的非过程化编程语言，允许用户在高层数据 结构上工作。它不要求用户指定对数据的存放方法，也不需要用户了解具体的数 据存放方式，所以具有不同底层结构的不同数据库系统可以使用相同的结构化查 询语言作为数据输入与管理的接口。 2 3 2 建模与验证方法 根据湿地“土壤植被大气连续体”( s o i l p l a n t - a t m o s p h e r ec o n t i n u u m ，s p a c ) 结构，修复区湿地决策问题的主要涉及水分、养分的在s p a c 土壤、水体中的状 态和迁移过程、植被光合作用与碳吸收过程、以及土壤的流失过程的模拟。其中， 在水平方向上，地表径流的产生与汇流过程是土壤侵蚀发生的动力因素；而土壤 侵蚀则导致土壤养分、有机质随径流流失，进入水体并参与扩散过程。在垂直方 向上，水分的可利用性则影响到气孔的开闭，从而影响光合作用的进行。因此， 模型库分别针对湿地生态系统水分、养分和碳过程进行了设计。 2 3 3 开发环境与技术平台 本系统利用m i c r o s o rv i s u a lb a s i c 语言( 以下简称v b ) 结合m a p o b j e c t s 控件 进行编写。v i s u a lb a s i c 是一种可视化的、面向对象和采用事件驱动方式的结构 化高级程序设计语言，可用于开发w i n d o w s 环境下的各类应用程序。基于g i s 的软件工程开发模式通常分为三种：独立开发，宿主型二次开发和基于g i s 组 件的二次开发。其中g i s 工具软件与当今可视化开发语言的集成二次开发方式 以其开发周期短、不受限于g i s 平台提供的编程语言等优势成为给予g i s 的软 件应用开发的主流，本系统正是采用这种开发模式实施系统开发。在v i s u a lb a s i c 环境下，利用事件驱动的编程机制、新颖易用的可视化设计工具，使用w i n d o w s 内部的广泛应用程序接口( a p i ) i 函数，动态链接库( d l l ) 、对象的链接与嵌入 1 9 ( o l e ) 、开放式数据连接( o d b c ) 等技术，可以高效、快速地开发w i n d o w s 环境 下功能强大、图形界面丰富的应用软件系统。 m a p o b j e c t s 简称m o ，是e s r i 公司开发的一组供开发人员使用的制图与 g i s 功能组件( a c t i v e x 控件) 。a e t i v e x 是当今得到最广泛支持的面向目标的软件 集成技术。用户像用砖块盖房子一样利用a c t i v e x 组件开发和集成w i n d o w s 应 用。m o 主要可以实现如下g i s 功能：矢量和栅格图像显示、视图操作、要素选 择查询、数据统计、专题制图、地理编码、地图坐标转换等。 研究技术路线如图2 2 所示 图2 2 研究技术路线 3 湿地修复区空间管理决策支持系统的开 发 3 1 系统框架设计 3 1 1 系统功能框架设计 基于半结构化决策过程特征，根据湿地恢复区空间管理决策支持系统构建目 标，考虑园区湿地管理中主要风险，结合恢复区在生态旅游、湿地教育等方面的 公众信息发布需求，决策支持系统将主要提供决策辅助、教育展示以及湿地生态 系统在线监测等主要功能。 ( 1 ) 湿地生态过程在线监测功能及动态信息库 提供对湿地恢复区植被水土壤大气过程、人类生产、旅游活动提供在线和 定期监测，信息整理和数据库储存，使管理者能够即时了解并积累湿地系统发育 的基本数据资料，并可用于进一步湿地功能、风险分析与公众展示 ( 2 ) 湿地修复中重要风险问题的决策辅助功能 面向湿地示范区管理者，筛选重要决策问题，提供即时状况评估预警与多时 相动态状况累积，供管理者决策参考，并提供管理后本底数据的维护接口。决策 内容包括基于湿地植被水土壤大气过程机制和修复区现状特征的重建中主 要风险问题，如水位动态控制、水土流失预防、水体富营养化等；湿地重要生 态服务功能如碳固定等的状况的即时监控；影响游客活动的主要问题，如游客 舒适度、紫外线强度等。就湿地决策辅助功能，研究筛选了以下主要决策评估问 题： 游客舒适度指标发布 紫外线等级发布 2 1 暴雨洪涝预警 水土流失预警 湿地控制水位预警 水质预警 净碳吸收 游客拥挤度预警 ( 3 ) 公众教育展示功能 基于示范区多媒体展示平台，向游客展示必要信息，普及湿地知识、景观文 化和功能特征、科研工作、服务设施等多方面内容，起到公众教育、游览向导的 目的。主要内容项目包括： 东滩资料概述 公园发展定位 湿地风光集锦 服务设施一览 典型动植物展示 湿地科研工作展示 3 1 2 决策系统框架设计 3 1 2 1 系统结构 。镕 5一 。、。?1j。 ；信息库 i 寥斓 ； 蕤宠瓣溉怒鍪 j 雾鼓念经澎灞 ；缀彪删 罄缴：褂鼍。警：，。 4 节，予挚舻 彬 ? 系统模型库 ；彩溺溺唠 i 荔纂彩髓l 磐荔 ；缓麟壤影霭 。 缓意荣锻霭 i蕤莒f 偌援爱豢 ：融蝴 乒黼嬲嗡移娥瀵拶钞 蕊盛庇蓣管l 吻- 哦尊哮萋b 渺 一 一 ：7 魏爰预嗍移畿掣孽男。铷 ：童燮矽哟移曦黉缈 多搠嬲嘲移啦辫吵 j 麴翘嗍移魄謦吵 j ：舒激麓臻嘲移黪黪渺 ，一 。 i 凌氅曼。囊黝碜钺攒孥雾渺许。鬻缸缸瑚罐盘缸缸“岫蛔崩* 哪h 移”9 ”一 ：动态仿真 ：罗幕揪魔q ：空气质羹l 舒蘧腰l - 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