（农业生物环境与能源工程专业论文）乌梁素海生态保护地理信息系统的研究.pdf

摘要 本研究是以多年来对乌梁素海生态治理所得数据为基础，针对乌梁素海生态保 护工程建设需要，利用“3 s ”技术、计算机技术和环境工程技术，构建乌粱素海生 态保护地理信息系统。 乌梁素海生态保护地理信息系统是在v b n e t 环境下，以乌梁素海生态保护需 求为出发点，研究探讨了系统的总体结构、数据库设计和系统功能设计以及总氮预 测模型的建立对s u p e r m a po b j e c t s5 2 进行二次开发，实现矢量数据和栅格数据 的管理与分析等功能，并与s q l s e r v e r 数据库连接，实现图属互查功能；用v b n e t 中的d a t a g r i d v i e w 控件与a d o n e t 数据访问方法，与s q ls e r v e r 数据库连接，实 现基础数据的存储、修改与查询等功能；通过v b n e t 提供的控件建立总氮模型， 利用v b n e t 中g r a p h i c s 类的d r o w s t r i n g 方法在窗体上显示预测结果以及绘制各 态氮随时间变化的曲线图。结合g p s 在地图上精确定点技术与卫星图片栅格数据的 处理技术，初步实现了“4 s ”系统的集成。 乌梁素海生态保护地理信息系统可以准确、方便地分析和储存在生态管理规划 等过程中产生的各种数据数据，将为乌梁素海生态治理工程建立智能化的信息处理 平台。 关键词：v b n e t 环境；地理信息系统；总氮模型；“4 s 集成技术；生态保护 g isf o re c o l o g i c a lp r o t e c t i o no fw u l i a n g s u h a i a b s t r a c t t h i sr e s e a r c hh a sb e e nt a k ef o rm a n yy e a r st ot h ew u l i a n g s u h a ie c o l o g yg o c e m m e n t o b t a i n e dd a t aa saf o u n d a t i o n t h i sa r t i c l ew a ss t u d i e df o rt h en e e d so fw u l i a n g s u h a i e c o l o g i c a lc o n s t r u c t i o na n ds c i e n t i f i cm a n a g e m e n t ，u s i n g 3s ”t e c h n o l o g y , c o m p u t e r t e c h n o lo g y p r o je c td a t a b a s et e c h n o l o g ya n de n v i r o n m e n t a lp r o je c tt e c h n o l o g y , a n d e s t a b l i s h e dg i sf o re c o l o g i c a lp r o t e c t i o no fw u l i a n g s h u h a i u n d e rt h ee n v i r o n m e n to fv b n e t b a s e do nt h ed e m a n do fe c o l o g i c a lp r o t e c t i o n f o rw u l i a n g s h u h a i t h es y s t e m sw h o l es t r u c t u r e ，d a t a b a s ed e s ig na n ds y s t e m a t i c f u n c t i o n sr e q u i r e m e n th a db e e nr e s e a r c h e ds e r i o u s l y b e s i d e ，t h ee s t a b l i s h m e n to ft o t a l n i t r o g e nf o r e c a s tm o d e la l s oh a db e e np u tc o n s i d e r a b l es t u d y s u p e r m a po b j e c t s5 2w a s r e d e v e l o p e d s u c c e s s f u l l yc a r r y i n go u tm a n a g e m e n ta n da n a l y s i sb e h a v i o rf o rv e c t o r d a t aa n dr a s t e rd a t a ，a c h i e v i n gc o n n e c t i n gw i t hs q l s e v e r ，r e a l i z i n gt h eq u e r yo ff i g u r e i n f o r m a t i o na n da t t r i b u t ei n f o r m m i o nb e t w e e ne a c ho t h e r u t i l i z i n gt h em e t h o do f a d o n e td a t aa c c e s s i n g c o n n e c t i n gt h ec o n t r o lo fd a t a g r i d v i e wi nv b n e ta n d s q l s e v e r ，e s s e n t i a ld a t am e m o r y , r e v i s i o na n di n q u i r yf u n c t i o n sw e r ei m p l e m e n t e d t o t a ln i t r o g e nm o d e lw a se s t a b l i s h e db yt h ec o n t r o l p r o , , ，i d e db yv b n e t t h e t e c h n i q u eo fd r o w s t r i n gw h i c hb e l o n g st ot h eg r a p h i c so fv b n e tt os h o wt h er e s u l t w a su s e da n dt h ed i a g r a mo fc u r v e sw h i c hc a ns h o we a c hc o n d i t i o nn i t r o g e na l o n gw i t h t i m ev a r i a t i o nw a sd r a w e d c o m b i n i n gt h et e c h n o l o g yo fp r e c i s e l yp o i n t i n gf o rg p so n t h em a pa n dt h et e c h n o l o g yo fr a s t e ri m a g ed a t ap r o c e s s i n g p r e l i m i n a r i l ya c h i e v i n g 也e ”4s ”s 3 ，s t e m s i n t e g r a t i o n w h i c hw o u l dl a y s o l i df o u n d a t i o n sf o re s t a b l i s h m e n t i n t e l l i g e n ti n f o r m a t i o np l a t f o r r no nt h ep r o j e c to fw u l i a n g s h u h a i k a yw o r d s ：v b n e te n v i r o n m e n t ；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 ；t o t a ln i t r o g e n m o d e l ；“4 s ”i n t e g r a t e dt e c h n o l o g y ；e c o l o g i c a lp r o t e c t i o n dir e c t e db y ：p r o f s h a n g s h i y o u a p p i ic a n tf o rm a s t e r d e g r e e ：s h a n gr ug a n g( a g r i c u l t u r a lb i o l o g i c a l e n v i r o n m e n t a la n d e n e r g ye n g i n e e r i n g ) ( c o l l e g eo f m e c h a n i c a la n de l e c t r i c a le n g i n e e r i n g , i n n e rm o n g o l i a a g r i c u l t u r a lu n i v e r s i t yh u h h o t0 1 0 0 1 8 ，c h i n a ) 内蒙古农业大学研究生学位论文独创声明 本人申明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包括其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 括为获得我校或其他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 明并表示谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 论文作者签名：廖2 盘：生：j 出 日 期：竺之：笸：! 1 v j 导师指导研究生学位论文的承诺 工作的结果，并严格按照国家及学校有关学术道德规范的规定要求而 获得的研究结果。如果违反，我必须接受按国家及学校有关规定的处 罚处理并承担相应导师连带责任。 指导教师签名： 内蒙古农业大学研究生学位论文版权使用授权书 本人完全了解内蒙古农业大学有关保护知识产权的规定，即：研 究生在攻读学位期间论文工作的知识产权单位属内蒙古农业大学。本 人保证毕业离校后，发表论文或使用论文工作成果时署名单位为内蒙 古农业大学，且导师为通讯作者，通讯作者单位亦署名为内蒙古农业 大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电 子文档，允许论文被查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部 分内容( 保密内容除外) ，采用影印、缩印或 论文作者签名：杰缉 指导教师 日 期：3 壁呈：12 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 1 引言 湿地广泛分布于世界各地，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n 1 ，并且湿 地具有巨大的食物链及其生物的多样性，为众多的野生动植物提供了独特的环境，具 有丰富的遗传物质，因此，湿地也被称为“生物超市”雎1 。在改善气候、抵御洪水、 净化水质、保持物种基因多样性和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1 3 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，伎湿地的功能处于严重威胁 中钔。 乌梁素海是我国西部半荒漠地区最具有多功能生态效益的湖泊之一。乌梁素海水 质变差，主要原因有三方面：一是近二十年来，由于受到工业生产的发展的影响，以 及城镇人口增加和农田化肥的大量使用，湖水水质严重富营养化。大型水生植物生长 异常繁茂，苇、蒲等挺水植物面积己占整个水域的1 2 以上，沉水植物和浮游藻类更 是遍布全湖。这些水生植物吸收了大量营养，湖中鱼类无法生存。二是大量农药从农 舀和水中回流到湖里，鱼类被毒死。三是下游工厂将废水直接排进湖里。据了解，近 些年来，通过退水渠排入乌梁素海的工业及生活污水每年多达3 3 0 0 多万吨。从八十年 代开始，河套地区每年农药用量为1 5 0 0 吨左右，化肥施用量多达4 5 万吨。 在乌梁素海生态保护治理项目中，如果光靠人工进行地面调查，以及在野外进行 实地测量或者在纸质地图上进行规划与分析，不仅浪费人力、物力与财力，而且缺乏 准确性以及将会大大降低工作效率，由此一来，势必会影响整个生态保护工程的进展 与治理效果；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h 1 ， 对乌粱素海制定生态保护规划，需要掌握生态演变及资源开发方面的信息数据，对整 个乌梁素海及其环境的历史演变要有全面的掌握。所以有必要建立乌梁素海生态保护 地理信息系统，为乌梁素海生态保护工程的数据的采集、储存、管理、运算、分析、 显示和动态监测提供科学的技术支持，实现对生态保护工程的动态管理与规划分析， 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方式。 1 1 研究意义 本课题是国家自然科学基金项目：科技部重点科技成果推广计划项目 ( 2 0 0 2 e c 0 0 0 1 2 8 ) 。 自从地理信息系统与2 0 世纪6 0 年代在加拿大诞生以来，g i s 技术经历了近5 0 年的 快速发展，已经在各个领域上得到了充分的利用。近些年计算机硬件的快速发展。也 为g i s 软件的普及应用提供了坚实的基础。在湿地方面，各种规模、功能的湿地地理 信息系统的投入和应用，已取得了很好的生态效益。 地理信息系统( g i s ) 是一个收集、储存、分析和传播地球上关于某一地区信息的 2 乌梁素海生态保护地理信息系统的研究 系统。一个完整自, 3 g i s 必须具备输入、存贮、操作和分析、表达输出四大功能饽。g i s 以其强大的地理信息空间分析功能，在环境及景观规划项目中发挥着越来越重要的作 用，它的发展与某些领域尤其是环境规划设计领域的实践是相互促进的。作为一个强 大、灵活的决策系统，它不仅见于大范围的城市及地区规划，自然资源保护及管理， 而且国外许多与城市景观设计相关的行业也正在接受这技术阳1 。 1 2 地理信息系统在国内外的研究现状 在应用地理信息系统进行湿地研究的方面，国外已经做了许多大量工作，如美 国亚拉巴马农业与机械大学的植物与土壤科学系，应用遥感技术对加纳切国家公园 自然保护区进行管理、美国生物机构将应用于湿地恢复计划的决策m ，佛罗里达州 建立了湿地动植物信息检索系统，德克萨斯州建立了湿地信息网络服务系统，加利 福尼亚资源局开发了加利福尼亚湿地信息系统。 1 2 1 国外地理信息系统的研究现状 地理信息系统技术方面，国际上的基础软件已经形成了从桌面办公j 小型事务 处理到多用户广域大型事务联机处理的系列产品。g i s 与面向对象技术结合，实现 了静态、固定的系统结构到动态、可重组系统结构的转移：g i s 与i n t e r n e t 结合， 完成了以系统为中心向以数据为中心的使用方式的转变。许多国家已经或即将推 出用于国家及大型工程的大型g i s 和w e b g i s 。目前，国外地理信息系统技术研究 主要集中在：开发同时适应存储结构化数据和非结构化数据的数据库管理系统 实现空间、属性两库合一，提高数据的一体化操作能力；研究多维空间数据的组织 和存储技术，实现由平面空间数据处理到立体空间数据处理、单一时刻空间数据 处理到时序空间数据处理的两个转变；研究开放地理信息系统技术，实现空间数据 共享与互操作机制p 3 。 1 2 2 国内地理信息系统的研究现状 我国在地理信息系统技术方面存在重理论研究、轻产品开发的倾向，除个别小 型g i s 软件接近国际同类软件的水平外，尚未形成具有商品化程度高、市场竞争 力强的成熟产品。在地理信息系统应用方面，已经涉及国民经济各个领域，但还缺 少应用模型的开发与实现，能成功地解决问题的例子不多，应用深度与国外还存在 一定的差距引。 我国地理空间信息技术的应用经历了7 0 年代的起步、8 0 年代的发展和9 0 年代 的逐步实用化阶段，进一步发展的能力正在形成。目前，已具有研制与生产全套传 感器与处理设备的能力，某些设备已处于国际领先水平：有多层次遥感数据获取、 数据分析处理、遥感数据综合应用的能力；地理信息系统软件开发与应用进入了新 内蒙古农业大学硕士学位论文 3 的发展阶段，成为一种包括硬件生产、软件研制、数据采集、空间分析和咨询服务 的新兴产业，并开始为政府职能转变、工农业生产与宏观调控提供现代化工具。卫 星定位技术也已告别了启蒙阶段，己不可逆转地融入我国现代化信息建设进程之 中，产业化进程也已列入政府规划，开始起步，同样显示出巨大的潜在市场n 。 中国g i s 基础软件与国外的差距迅速缩小，涌现出若干能参与市场竞争的地理 信息系统软件，如g e o s t a r ，m a p g i s ，o i t y s t a r ，v i e w g i s 等。在遥感方面，在 该项目的支持下，已建立全国基于i k 4 遥感影像土地分类结果的土地动态监测信息 系统。国家这一重大项目的实施，有力地促进了中国遥感和地理信息系统的发展n 2 1 。 2 0 0 0 年我国首个功能全面、实用性较强的湿地信息系统洞庭湖湿地保护信 息系统问世“引。之后我国不断研究出各种湿地地理信息系统，例如广东省海岸带湿 地资源与环境信息系统n4 1 、松嫩平原湿地信息系统们、扎龙湿地生态信息系统“6 等。 扎龙湿地生态信息系统，是建立在a r c i n f o 软件平台之上，依据扎龙湿地的生态 环境特点和现有的生态环境信息数据，进行湿地环境地面调查和扎龙湿地空间地图 制作，对于保护湿地内的各种动植物，保持生物良好的生存空间，有着一定的指导 意义。 1 3 遥感( r s ) 在生态保护保护中的应用 遥感信息提供了全球或大区域精确定位的高频度宏观环境影像。它扩大了人们 的视野，从可见光发展到红外、微波等波谱范围，加深了人们对生态环境的了解。 在遥感与地理信息系统基础上建立的数学模型，实现了空间和时间转移，在空间上 由野外转入室内，在时间上从过去、现在的研究发展到三维空间上定量地预测未来。 高光谱遥感的分辨率现已达到纳米级，尤其在区分生物叶片生化成分、含量及其变 化上已有很大进展，但成本较高n 卜伯1 。 遥感信息技术对环境科学的发展起了重要推动作用。遥感信息科学从理论、技 术和方法上进一步将地球大气圈、水圈、生物圈作为一个完整的、开放的、非线性 的系统，以现代高新技术为手段，全面地、综合地、系统地研究地球生态环境系统 的各个要素及其相互关系，建立全球尺度上的关系和变化规律。针对全球环境问题， 世界各国提出了一系列大型国际环境遥感信息合作计划。这些计划充分显示了遥感 信息科学在环境保护领域中的作用和地位。 利用遥感信息对环境进行监测，获取了生态环境变化的基本数据的图面资料， 提供了沙漠化进程、土地盐渍化和水土流失、生态环境恶化( 如酸雨对植被的污染) 、 工业废水和生活污水对水体的污染、石油对海洋的污染等基本状况和发展程度的数 据和资料，为环境的管理与治理等科学决策提供了依据。 遥感信息技术为环境科学提供了全新的研究手段。它标志着信息获取和分析处 理方法等前沿、交叉学科的兴起，具有重要的意义。遥感信息技术的理论和方法在 ! 一一 皇鲨重童尘查堡丝丝堡堡：垦至竺塑婴窒 _-_一一 一 一 环境监测、评估和环境灾害的调查以及在地理信息系统支持下的分析预测诸方面有 着广泛的应用前景。 1 4 。g p s 在生态保护中的应用 g p s 的作用是空间定位。当前差分定位系统的定位精度已达到亚米级水平，动 态差分技术在野外甚至能够达到厘米级的定位精度n 钔。乌梁素海芦苇面积逐年增 加，为了更好的动态监测芦苇面积的变化情况，在冬季芦苇停止生长的之后，利用 g p s 在生长芦苇的区域进行坐标定点，连续监测数年之后，将水面调查的数据输入 地理信息系统当中对其进行分析，对比多年以来芦苇生长区域的变化情况。由此可 以得出更加合理的治理决策。对乌梁素海芦苇区进行田园化管理的同时，用g p s 在 芦苇各个区域进行定点检测，可以得到更精确的数据。 1 5g i s 在生态保护中的应用 地理信息系统作为传统科学与现代技术相结合的产物，为各门涉及空间数学分 析的科学提供了新的技术方法，而这些学科又都不同程度的提供了一些构成地理信 息系统的技术与方法。( 如图) 地理信息系统在生态环境研究中应用主要有：( 1 ) 生态环境背景调查；( 2 ) 用 遥感信息与地面站点监测信息相结合，对环境( 水、大气及固体废气物等) 进行动 态、连续监测；( 3 ) 利用”3 s ”技术支持自然生态环境监测、预报与评估；( 4 ) 面源 污染的监测、分析与评价；( 5 ) 生态环境影响评价；生态区划与规划；环境规划与 管理。建立生态保护地理信息系统，能方便地获取、处理、存储、传输、查询、统 内蒙古农业大学硕士学位论文 5 计、分析、应用和管理数据，能够提供大量的分析功能，可以对比不同时期乌梁素 海环境与生态资料，找出更加合理的生态治理模式。建立工程技术档案库，对治理 工程实施监控，通过治理工程实验制定乌梁素海生态保护治理总体方案及实施规 划，达到决策规范化和科学化的目标，一方面可实现信息共享，为广大湿地科研工 作者提供湿地数据，另一方面又可进行科普教育，提供全民族的湿地保护意识。 1 6 研究内容 本论文应用v b n e t 程序设计、“3 s ”集成技术、s u p e r m a p 二次开发技术、数据库 技术、环境工程技术等，通过收集乌梁素海生态保护治理工程方面的信息建立数据库； 对s u p e r m a po b j e c t 进行二次开发，实现对空间数据的管理与分析；建立总氮模型， 实现乌梁素海总氮元素变化的预测功能。 主要研究内容为： ( 1 ) 系统的结构设计，包括系统总体功能设计、开发方法、选择开发平台和操作 界面的设计； ( 2 ) 数据库连接，利用v b n e t 编程语言，完成空间数据库与属性数据库的设计， 实现对各种数据的管理； ( 3 ) 建立总氮模型，利用现有模型以及该模型的功能，应用v b n e t 编程技术，实 现总氮预测功能模块。 ( 4 ) 建立乌梁素海生态规划空间数据库，包括空间数据的收集、空间数据的录入、 地图数字化、分层等数据处理过程： ( 5 ) 对s u p e r m a p 的二次开发，实现属性数据与空间数据查询与分析功能的开发。 1 7 技术路线 本研究所采用的主要技术路线如图1 所示。 6 乌梁素海生态保护地理信息系统的研究 图1乌梁素海生态保护地理信息系统技术路线 2 研究区概况 乌梁素海位于巴彦淖尔市乌拉特前旗东北2 3 公里处，总面积约为2 9 3 平方公里， 是内蒙古西部最大的淡水湖；乌梁素海，蒙语意为生长红柳的地方。乌梁素海久有“塞 上明珠”之誉。每年春、夏、秋三季有1 2 0 余种珍禽水鸟到这里生息繁衍。湖里还以盛 产金鳞红尾，味美异常的黄河大鲤鱼而著称。乌梁素海还以它天然而成的优美景色而 闻名远近。乌梁素海在蓄洪防旱、调节小气候、控制土壤侵蚀、降解环境污染、维持 生态平衡、保持生物多样性等方面均起到极其重要的作用乜。遭受破坏后的乌梁素海， 内蒙古农业大学硕士学位论文 7 不但美景不再，更重要它是与现代农业、工业发展以及河套地区人口激增、城市化建 设紧密相关，这是其生态问题的重要价值体现。 乌梁素海是我国北方候乌重要的迁徙和繁殖地，共有鸟类2 2 1 种，属国家一、二 级保护的珍稀鸟类3 0 种，其中有黑鹳、自尾海鹏、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池1 。由于其独特的地理位置和 自然条件，成为世界上十分著名的鸟类迁徙地和繁殖地，每年有6 0 0 余万只在此栖息 繁衍。乌梁素海大型水生植物共6 科6 属1 1 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。 目前乌梁素海生态环境的严重恶化，正面临着严重的生态环境问题| 2 引。2 0 0 8 年5 月份乌梁素海又身陷“黄藻门”，对乌梁素海进行生态保护工程是迫在眉睫。因此，有 必要开发乌梁素海生态保护地理信息系统，实现对乌梁素海的有效管理，从而为乌梁素 海生态的保护提供信息支持和决策依据。 3乌梁素海湿地生态治理现状 乌梁素海现状 ( 一) 基本情况 乌梁素海现管理单位为乌粱素海渔场，是隶属于市农垦局的国有企业。渔场以苇 业、渔业和旅游业为主产业，经济来源主要依靠苇业收入。渔场常住人口9 0 0 0 多人， 户籍人口6 2 7 5 人( 其中国营正式职工2 2 8 7 人，退休职工8 7 8 人，职工家属3 1 1 0 人) 。渔 场目前年产值约5 0 0 0 万元；总资产4 7 9 4 万元，债务2 5 9 3 万元，债权1 4 5 6 万元，资产负 债率5 4 。2 0 0 7 年，渔场实现利润1 6 8 万元。 ( 二) 存在问题 主要是污染问题长期得不到有效解决。乌梁素海是河套灌区排水及山洪的容泄 区，从排干沟年均汇入水量5 5 7 亿立方米，年均排出水量1 4 9 亿立方米。由于大量农 田排水及城镇污水排入，造成乌梁素海水质较差，富营养化严重，生态功能及排水调 节功能消退，进而影响黄河安全，也影响全市对外形象。 ( 三) 乌粱素海现有管理体制不顺，多个部门、单位相互掣肘，缺乏统一效能。 治理水污染、改善水生态与发展产业经营难以有机结合。因此，政府主导，市场化运 作，以治水为中心，对乌粱素海的水生态及产业发展统筹规划，统一运作，是必由之 路。 为充分发挥乌梁素海湿地在涵养水源、净化水质、蓄洪抗旱、调节气候、促淤造 陆及维护生物多样性等方面所具有的功能，乌梁素海湿地保护治理工程已经能够有了 一定的进展与成效，一是实施了“引黄入海”工程，保持蓄水库容，有效改善水质；二 是加强点源、面源污染综合治理，实现水资源的可持续发展；三是机械清理沉水植物； 四是挖深局部湖底，有效缓解湖泊富营养化进程：五是妥善处理水草与食草鱼类的生 8 乌梁索海生态保护地理信息系统的研究 态平衡关系，实现水草资源利用的最大化；六是不断加大管理和保护力度，实现海区 生物的多样性。通过治理，恢复，维持乌梁素海湿地生态系统的良性循环，达到保护 区珍鸟类及保存生物多样性，为人们提供可持续最大生物量为目的，达到保护区与居 民和谐相处，共同发展。 其中，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瞳4 嗡3 。 4 组件式g i8 的特点 所谓组件式g i s ，是指基于组件对象平台，以一组具有某种标准通信接口的、 允许跨语言应用的组件提供的g i s 。这种组件称为g i s 组件，g i s 组件之间以及g i s 组件与其他组件之间可以通过标准的通信接口实现交互，这种交互甚至可以跨计算 机实现强6 1 。组件式g i s 为新一代g i s 应用提供了全新的开发工具。 4 1 系统集成 g i s 软件的几种系统集成方式，包括： ( 1 ) 通过存取中间文件的方式建立g i s 软件与应用分析模型之间的数据交换通 道： ( 2 ) 直接使用g i s 软件提供的二次开发语言编制应用分析模型； ( 3 ) 利用专业程序设计语言开发应用模型，并直接访问g i s 软件的内部数据结 构： ( 4 ) 通过动态数据交换( d d e ) 建立g i s 与应用模型之间的快速通信。但是，不 论采用以上何种模式，传统的g i s 软件都难以实现无缝系统集成。 因此，使用组件式g i s 可以实现高效、无缝的系统集成，如g i s 与办公自动 化的集成，g i s 与g p s 数据远程网络传输和多媒体的集成等等。 4 2 开发语言 传统g i s 一般都提供一套独立的二次开发语言。这既是g i s 基础软件开发者 的负担，也给用户带来学习上的负担；而且使用系统所提供的二次开发语言，开发 能力受到限制，难以处理复杂问题。组件式g i s 不需要专门的g i s 二次开发语言， 只需实现g i s 的基本功能函数，熟悉基于w i n d o w s 平台的通用集成开发环境，以 及组件式g i s 各个控件的属性、方法和事件，就可以完成应用系统的开发和集成。 组件式g i s 控件可以跨语言使用，目前，可供选择的开发环境很多，如v i s u a lc + + ， 内蒙古农业大学硕士学位论文 9 v i s u a l b a s i c ，v i s u a lf o x p r o ，d e l p h i ，c + + b u ii d e r 以及p o w e rb u i l d e r 等。 4 3 可扩展性 在组件式软件技术背后，有一个十分庞大的组件资源库，用户可以从不计其数 的组件中挑选需要的组件与组件式g i s 一起集成应用系统，极大地扩展了g i s 的 功能。全球范围内有许多软件公司在编写各种各样的控件，这些第三方控件差不多 可以解决任何通用软件编程中所遇到的问题，从简单的命令按钮到动态的三维统计 图，从多媒体播放到超文本显示，几乎无所不有。这些控件中有商业软件，也有价 格很低的共享软件甚至免费软件。组件式g i s 是组件大家族中的一员，使用组件式 g i s 集成应用系统，具有无限的扩展性。 4 4 可视化程序设计 可以使用a c t i v e x 控件的开发语言几乎都支持可视化程序设计，因此，使用 组件式g i s 控件集成应用系统，能可视化地设计系统界面，在窗口上布局按钮、列 表框、图片框和g i s 控件，可以立即反馈窗口界面的外观，实现所见即所得的界面 设计。相反，使用传统g i s 软件进行二次开发则需要反复的猜测和实验。 4 5 伸缩性 由于传统g i s 结构的封闭性，使得软件变得越来越庞大，不同系统之间交互 性差，系统的开发难度大。组件式g i s 提供空间数据的采集、存储、管理、分析和 模拟等功能，至于其他非g i s 功能( 如关系数据库管理、统计图表制作等) 则可以 使用专业厂商提供的专门组件，有利于降低g i s 软件开发成本。另一方面，组件式 g i s 本身又可以划分为多个控件，分别完成不同功能，用户可以根据实际需要选择 所需控件，降低了用户的经济负担。 5 系统开发工具及相关技术 5 1 系统开发工具 5 1 1 系统开发平台 当前，国内外市场上已有千余种专用g i s 软件。国外的主要有：a r c g i s 、m a p i n f o 、 g e o m e d i a 和a u t o c a dm a p 等；国内的主要有：武汉大学的g e o s t a r 、中国地质大学的 m a p g i s 、中国科学院的s u p e r m a p 等他刀。 对比当前国内外常见专用g i s 软件的分析与开发功能，并结合乌梁素海生态保护 地理信息系统的结构与功能开发的需要，考虑整个地理信息系统的兼容性，本系统的 设计与开发采用超图公司的s u p e r m a p 作为开发平台。s u p e r m a p 是北京超图地理信息技 术有限公司研发的国产软件，其应用已经非常广泛，已经得到国内外多种行业的认可。 s u p e r m a p 是通用的组件式地理信息系统软件，它集空间图形、关系数据库、统计图形、 1 0 鸟梁素海生态保护地理信息系统的研究 空间分析、网络通信和面向对象的程序设计于一身，并且支持应用程序之间的通讯和 提供与其它应用程序的接口。其充分利用w i n d o w s 界面，支持w i n d o w s 的标准协议，简 单易学，功能强大，二次开发能力强他盯。 5 1 2 系统开发语言 乌梁素海生态保护地理信息系统的设计与开发是在v b n e t 环境下实现的， v b n e t 是微软公司推出的全新集成开发环境v s n e t 的重要成员之一。其功能强大、 高效并且可扩展。v b n e t 支持许多新的面向对象语言的特性，并添加了许多新的数据 类型。v b n e t 继承了v i s u a lb a s i c 语言最初的特点，而且引入了许多新概念、新方法 和新技术，使其真正成为面向对象开发工具。具体地说，v b n e t 的新特新包括以下几 个方面： ( 1 ) 引入了a s p n e t 技术，支持w e b 窗体和x m lw e bs e r v i c e s 等网络功能。 ( 2 ) 引入a d o n e t 技术，增强了数据访问功能。 ( 3 ) 增加了w i n d o w s 应用程序开发方面的新功能，如使用w i n d o w s 窗体和控件来创 建分布式应用程序的表示层。 ( 4 ) 提供了许多应用程序和控件的模板，方便用户的使用。 ( 5 ) 改进了程序调试功能，可以对同一解决方案中用不同计算机语言编写的项目 进行调试，执行远程调试，以及在全部代码中进行跟踪调试等。 ( 6 ) 扩展性方面，v b n e t 提供了一个可编程的对象模型，利用此模型可以访问i d e 的基础组件和事件，实现扩展功能并能自动处理重复性任务瞳们。 ( 7 ) 与v b 6 0 相比，v b n e t 不是单纯的升级，应该说是“进化”。v i s u a lb a s i c n e t 是下一代的v i s u a lb a s i c 。而并不是简单的在v i s u a lb a s i c6 o 上在添加一 些新特性而已。因此，用v b n e t 开发乌梁素海生态保护地里信息系统不仅能 够利用它强大功能的开发环境，而且将来为系统的升级提供更大灵活性的支 持。 5 1 3 数据库平台 对于地理信息系统的研究，首先要选择一个好的数据库开发工具，对开发后台数 据库非常重要。目前有许多数据库产品，如o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o r m i x 、m i c r o s o f ts q l s e r v e r 、m i c r o s o f ta c c e s s 、v i s u a lf o x p r o 等产品各以自己特有的功能m 1 。 s q ls e i v e r 数据库是由m i c r o s o f t 公司开发的一种关系数据库，主要应用于 w i n d o w s 环境。它由一组数量众多的数据库组件组成，这些组件在功能上相互补充， 在使用方式上彼此协调，以满足用户在数据存储管理、大型w e b 站点支持和企业数据 分析处理上的需求。 s o ls e r v e r 主要体现如下几个方面： 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 1 ( 1 ) 与i n t e r n e t 的紧密结合，s q ls e r v e r 的数据库引擎集成了对x m l 的支持，同 时以可扩展、易于使用和安装的特点，成为建设大型w e b 站点最好的数据储存设备之 一o ( 2 ) 可扩展性和可用性，s q ls e r v e r 所支持的联盟数据库特性允许用户在多个数 据库服务器上水平划分数据表，从而使得用户本来一台服务器负责的功能扩展到多台 数据库服务器上去。这些多台数据库服务器彼此合作提供类似于集群服务器所能提供 的强大功能。 ( 3 ) 企业及数据库，s q ls e r v e r 关系数据库引擎具备有完善而强大的数据库处理 功能，它在有效保证数据库一致性的基础上，尽量降低成千上万的数据库用户进行并 发访问时管理和延迟成本。 ( 4 ) 简单、友好的操作方式，s q ls e r v e r 包含一整套的管理和开发工具。这些工 具都具有非常友好的开发界面，在提供强大功能的同时，易于安装、使用和发布。用 户可以把更多的精力放在自己的业务上，可以非常迅速的建立并发布强大而复杂的数 据库应用系统。 ( 5 ) 数据支持，s q ls e r v e r 为了满足现代企业对大规模数据进行有效分析和利用 的要求，包括了一系列提取、分析、总结数据的工具从而使联机分析成为可能口。 w e b s q l 。s e r v e r 以对象一关系型( o b j e c t r e l a t i o n a l ) 设计使管理复杂的数据 ( 多媒体数据、空间数据) 成为可能。s q ls e r v e r 提供了系统管理工具，可将数据有效 灵活地分布，具有从所有可用的计算资源处获得最佳性能所需的可伸缩性。 5 1 4 “3 s 集成技术 传统的湿地调查工作大部分需要手工或人工完成，为了获取一个地区的湿地利 用现状资料，往往需要长时间地进行土地调查，这其中需要各部门的协调工作，需 要消耗大量的人力物力，但得到的结果却不尽人意。因为在实际操作当中往往存在 很大的人为因素，而且由于方法的落后导致精度较低，不能满足实际工作的需要。 基于3 s 技术的湿地工作调查与监测，较之传统方法在获取信息的及时性、准确性 以及现势性方面有了较大的提高口羽。“3 s 集成技术”既是将全球定位系统( g p s ) 、 航空航天遥感( r s ) 技术和地理信息系统( g i s ) 技术根据应用需要，有机的组合成一 体化的、功能更强大的新型系统的技术和方法。 卫星遥感系统与地理信息系统集成：遥感数据是地理信息系统的重要信息来 源，地理信息系统则可作为遥感图像解译的强有力的辅助工具。地理信息系统也有 图像处理的功能，可以对遥感图像进行几何纠正，应用监督与非监督分类方法对影 像图进行解译：遥感数据作为地理信息系统的重要信息来源，可以进行线和其他地 物要素的提取，d e m 数据的生成，以及土地利用变化和地图更新。 地理信息系统与全球定位系统集成：定位、测量、监控导航以及数据的采集等。 12 乌梁素海生态保护地理信息系统的研究 全球定位系统与遥感影像集成；几何校正、训练区选择以及分类验证，提供定 位遥感信息查询： 卫星遥感、地理信息系统和全球定位系统三者的集成利用，构成整体、实时和 动态的对地观测、分析和应用的运行系统，为科学研究、政府管理和社会生产提供 了新一代的观测手段、描述语言和思维工具。 5 2 a d o n e t 技术 a d o n e t 是微软最新引进的数据访问方法，它提供了程序代码访问数据库的方 式。在a d o n e t 对象模型中，d a t a s e t ( 数据集) 是最重要的对象。一般来说，一个d a t a s e t 对象就是一个记录集的集合。a d o n e t 提供了记录集所有数据库功能：排序、分页、 过滤试图、关系、索引和主键。d a t a s e t 对象代表了一个在内存中有丰富功能的数据 缓| 冲区。d a t a s e t 也通过表组织数据，这些表与原始数据源之间不存在连接口引。 a d o n e t 包含的对象有以下四种： ( 1 ) s q l c o n n e c t io n 对象 当与数据库交互的过程是依靠c o m m a n d 对象执行的，使用c o m m a n d 对象来发送s q l 语句给数据库。c o m m a n d 对象使用c o n n e c t i o n 对象来指出与哪个数据库进行连接。能 够单独使用c o m m a n d 对象来直接执行命令，或者将一个c o m m a n d 对象的引用传递给 s q l d a t a a d a p t e r ，它保存了一组能够操作下面描述的一组数据的命令。 ( 2 ) s q l d a t a r e a d e r 对象 许多数据操作要求只是读取一串数据。d a t ar e a d e r 对象允许获得从c o m m a n d 对象 的s e l e c t 语句得到的结果。考虑性能的因素，从d a t ar e a d e r 返回的数据都是快速的 且只是“向前”的数据流。只能按照一定的顺序从数据流中取出数据。 ( 3 ) d a t a s e t 对象 d a t a s e t 对象是数据在内存中的表示形式。它包括多个d a t a t a b l e 对象，而 d a t a t a b l e 包含列和行，就象一个普通的数据库中的表。甚至能够定义表之间的关系 来创建主从关系( p a r e n t - c h i dr e l a t i o n s h i p s ) 。d a t a s e t 是在特定的场景下使用帮 助管理内存中的数据并支持对数据的断开操作的。d a t a s e t 是被所有d a t ap r o v i d e r s 使用的对象，因此它并不像d a t ap r o v i d e r 样需要特别的前缀。 ( 4 ) s q l d a t a a d a p t e r 对象 某些时候使用的数据主要是只读的，并且很少需要将其改变至底层的数据源。同 样一些情况要求在内存中缓存数据，以此来减少并不改变的数据被数据库调用的次 数。d a t aa d a p t e r 通过断开模型来帮助完成对以上情况的处理。当在一单批次的对数 据库的读写操作的持续的改变返回至数据库的时候，d a t aa d a p t e r 填充( f i l l ) d a t a s e t 对象。d a t aa d a p t e r 包含对连接对象以及当对数据库进行读取或者写入的时 候自动的打开或者关闭连接的引用。另外，d a t aa d a p t e r 包含对数据的 内蒙古农业大学硕士学位论文 1 3 s e l e c t 。i n s e r t ，u p d a t e 和d e l e t e 操作的c o m m a n d 对象引用。将为d a t a s e t 中的每一个 t a b l e 都定义d a t aa d a p t e r ，它将照顾所有与数据库的连接。将