曹慶先，范航清

（1．廣西紅樹林研究中心 北海 536000；2．廣西紅樹林保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北海 536000）

廣西海岸帶生物多樣性信息管理系統(tǒng)的構(gòu)建*

曹慶先1，2，范航清1，2

（1．廣西紅樹林研究中心 北海 536000；2．廣西紅樹林保護(hù)與利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北海 536000）

摘 要：根據(jù)廣西海岸帶生物多樣性保護(hù)和信息管理工作的需要，通過整合歷史調(diào)查資料及大量的現(xiàn)狀調(diào)查，應(yīng)用GIS技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)等，將廣西海岸帶生物多樣性的空間分布、生長(zhǎng)狀況和歷史演變趨勢(shì)等信息集成于一體，設(shè)計(jì)研建本系統(tǒng)，系統(tǒng)功能包括空間數(shù)據(jù)編輯、空間數(shù)據(jù)查詢、空間數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)輸出和專家知識(shí)庫等，具有較好的集成性、實(shí)用性與應(yīng)用前景，為廣西海岸帶生物多樣性保護(hù)管理提供決策支持。

關(guān) 鍵 詞：生物多樣；GIS技術(shù)；信息管理

生物多樣性是近海生態(tài)安全的重要標(biāo)志，也是海洋經(jīng)濟(jì)的重要組成部分。我國(guó)已將海洋生物多樣性資源的可持續(xù)利用作為海洋開發(fā)的基本政策之一［1］。長(zhǎng)期以來，許多專家從不同學(xué)科和角度對(duì)廣西近海的生物物種分布、數(shù)量進(jìn)行了研究和報(bào)道，但由于信息的完整性和時(shí)空的差異性，歷史信息難以在宏觀管理和決策中得到普遍應(yīng)用，甚至造成重復(fù)立項(xiàng)，資源浪費(fèi)。廣西海洋近海生物多樣性信息管理系統(tǒng)的建立，不僅填補(bǔ)了廣西數(shù)字海洋的一個(gè)空白，而且對(duì)認(rèn)知生物多樣性變化與脅迫的關(guān)系、提出生物多樣性保護(hù)與保育對(duì)策與方法、凝練重大海洋科學(xué)問題、開發(fā)管理與決策數(shù)字化輔助手段等奠定了基本條件，是一項(xiàng)歷史性的海洋管理科技平臺(tái)建設(shè)內(nèi)容。

1 研究方法

本項(xiàng)目結(jié)合歷史資料，并應(yīng)用遙感技術(shù)對(duì)海岸帶資源進(jìn)行補(bǔ)充調(diào)查，將多源數(shù)據(jù)資料進(jìn)行專業(yè)的判讀與趨勢(shì)判定，將結(jié)果標(biāo)準(zhǔn)化，建立廣西海岸帶生物多樣性GIS數(shù)據(jù)庫，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建基于GIS技術(shù)的廣西近海生物多樣信息管理系統(tǒng)，對(duì)廣西海岸帶紅樹林、海草、珊瑚礁、濱海植被、濱海濕地、底棲動(dòng)物、浮游動(dòng)植物、魚類、鳥類資源、特有種 （白海豚、珍珠貝等）以及生物多樣性威脅因子的分布數(shù)據(jù)進(jìn)行集成、統(tǒng)一的管理，將廣西沿海的生態(tài)環(huán)境狀況生動(dòng)直觀地展示，為生物多樣性的研究、保護(hù)提供強(qiáng)有力的支撐，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和社會(huì)意義。

系統(tǒng)的構(gòu)建主要分為3步，即數(shù)據(jù)整理與調(diào)查、數(shù)據(jù)庫構(gòu)建、系統(tǒng)開發(fā)。

1.1 廣西海岸帶生物多樣資源及威脅因子的分布調(diào)查

① 歷史資料和數(shù)據(jù)的收集、整理、分析與專業(yè)判定；② 物種現(xiàn)狀補(bǔ)充調(diào)查，遙感影像判讀結(jié)合野外實(shí)地調(diào)查；③ 社會(huì)經(jīng)濟(jì)狀況補(bǔ)充調(diào)查。

1.2 數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建

根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需要及所得調(diào)查數(shù)據(jù)，設(shè)計(jì)構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)GIS數(shù)據(jù)庫，并將數(shù)據(jù)導(dǎo)入庫中。

1.3 基于GIS生物多樣性信息管理系統(tǒng)的開發(fā)

根據(jù)研究需要，遵循系統(tǒng)調(diào)查－系統(tǒng)分析－系統(tǒng)設(shè)計(jì)－系統(tǒng)開發(fā)與實(shí)施－系統(tǒng)測(cè)試與維護(hù)的軟件開發(fā)流程，選擇ArcEngine作為GIS開發(fā)平臺(tái)，進(jìn)行系統(tǒng)的構(gòu)建。

2 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)工作流程主要為數(shù)據(jù)編輯—空間分析—空間查詢—數(shù)據(jù)輸出—分析決策，具體如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)工作流程

3 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)功能主要分為基礎(chǔ)信息維護(hù)、數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)輸出和專家知識(shí)庫6部分，各功能詳細(xì)如下。

3.1 基礎(chǔ)信息維護(hù)

基礎(chǔ)信息維護(hù)是本系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是系統(tǒng)高效運(yùn)行的保證?；A(chǔ)信息包括基礎(chǔ)底圖以及生物多樣性基礎(chǔ)代碼，各類代碼以國(guó)標(biāo)為準(zhǔn)。本模塊通過用戶界面來操作數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的添加、修改和刪除等操作。

3.2 數(shù)據(jù)編輯

數(shù)據(jù)編輯是本系統(tǒng)的核心部分，其主要是實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)靈魂—數(shù)據(jù)庫的更新操作，包括數(shù)據(jù)的添加、修改、刪除等。數(shù)據(jù)編輯包括空間數(shù)據(jù)編輯和屬性數(shù)據(jù)編輯?？臻g數(shù)據(jù)的編輯即以可視化形式在地圖上對(duì)應(yīng)位置準(zhǔn)確勾畫出點(diǎn)線面對(duì)象，并錄入對(duì)應(yīng)屬性值。屬性數(shù)據(jù)編輯即通過錄入界面逐條錄入調(diào)查數(shù)據(jù)，或者按照一定格式將數(shù)據(jù)填寫入EXCEL中，批量導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中。

本系統(tǒng)涉及的調(diào)查數(shù)據(jù)主要有紅樹林、海草、珊瑚礁、濱海植被、濱海濕地、底棲動(dòng)物、魚類、浮游動(dòng)物、浮游植物、珍珠養(yǎng)殖、鳥類、特有種 （白海豚等）、海域水化數(shù)據(jù) （水環(huán)境、生物環(huán)境和沉積物環(huán)境）以及生物多樣性專家知識(shí)等。

3.3 數(shù)據(jù)分析

本模塊包含疊置分析、緩沖區(qū)分析和插值分析3種。

疊置分析，是將同一地區(qū)、同一比例尺的多圖層進(jìn)行疊置，生成一個(gè)新的數(shù)據(jù)層，讓新數(shù)據(jù)層的目標(biāo)具有各疊置層目標(biāo)的多重屬性，用戶可根據(jù)管理需要，自由選擇多個(gè)圖層進(jìn)行疊置，系統(tǒng)自動(dòng)給出疊置分析的結(jié)果供用戶參閱。

緩沖區(qū)分析是根據(jù)數(shù)據(jù)庫的點(diǎn)、線、面實(shí)體，自動(dòng)建立其周圍一定范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形，這是GIS重要的和基本的空間分析功能之一。用戶可選定緩沖目標(biāo)，設(shè)定緩沖距離，生成緩沖多邊形以輔助決策分析。

空間插值分析即通過特定算法，由已知得到未知的過程。本系統(tǒng)中，應(yīng)用空間插值分析方法，可以對(duì)地面調(diào)查所不能達(dá)到區(qū)域的信息進(jìn)行估算。

實(shí)際工作中，應(yīng)多種分析方法綜合運(yùn)用，以滿足輔助決策之需要。

3.4 數(shù)據(jù)查詢

空間查詢包含3類：① 通過圖形查屬性，即選擇空間要素得到對(duì)應(yīng)的屬性數(shù)據(jù)；② 通過屬性查圖形，即選擇屬性查詢其對(duì)應(yīng)空間要素；③ 綜合查詢，即設(shè)定查詢條件進(jìn)行空間及屬性查詢。

查詢結(jié)果以多種形式展現(xiàn)：① 屬性列表，查詢結(jié)果屬性值列表展示，并可以EXCEL格式輸出；② 選中并高亮度顯示，并可將選中對(duì)象導(dǎo)出為新的圖層；③ 專題圖，如動(dòng)植物調(diào)查和海域水化調(diào)查，選定年度季節(jié)后，調(diào)查結(jié)果以專題圖的形式展示，可直接導(dǎo)出或者打印；④多媒體數(shù)據(jù)，查詢結(jié)果以圖片或視頻形式展示。

3.5 數(shù)據(jù)輸出

數(shù)據(jù)輸出可以多種方式進(jìn)行：① 導(dǎo)出矢量圖，將選中對(duì)象另存為新的shapefile圖層；② 導(dǎo)出圖片，設(shè)定圖片格式和分辨率，將視圖界面中顯示的數(shù)據(jù)以圖片格式導(dǎo)出；③ 導(dǎo)出EXCEL，屬性列表可以EXCEL格式導(dǎo)出；④ 打印輸出，可以在系統(tǒng)界面上直接打印輸出。

3.6 專家知識(shí)庫

系統(tǒng)將各類生物知識(shí)進(jìn)行整理歸納，建立生物多樣性專家知識(shí)庫，可供用戶學(xué)習(xí)、檢索、查詢各類生物的生理生態(tài)特征，以文字結(jié)合圖片、視頻方式展示，進(jìn)一步滿足了實(shí)際工作的需要。

4 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫采用ArcGIS自帶的Personal Geodatabase數(shù)據(jù)庫。對(duì)數(shù)據(jù)庫的操作主要有添加、刪除、修改和查詢等功能。數(shù)據(jù)分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，二者通過站位號(hào)等關(guān)鍵字相鏈接。

系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)于Personal Geodatabase數(shù)據(jù)庫中，WGS84地理坐標(biāo)系，其中基礎(chǔ)地理底圖有行政區(qū)、水系面、居民地、等深線、河流和交通運(yùn)輸線6個(gè)圖層，系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)為廣西海岸帶生物多樣性空間分布及調(diào)查站位布設(shè)。

屬性數(shù)據(jù)庫是存儲(chǔ)、分析、統(tǒng)計(jì)、查詢和更新等的核心工具，也是整個(gè)系統(tǒng)的重要組成部分，它具有屬性數(shù)據(jù)輸入、檢索、查詢及數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)操作等功能。系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)庫主要是生物多樣性信息調(diào)查數(shù)據(jù)。

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)可以分為3部分，一是VB開發(fā)的可執(zhí)行程序 （EXE），實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的登錄管理；二是基于ArcEngine的二次開發(fā)（基于VB語言），實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的界面定制、空間編輯、空間分析、空間查詢、空間展示等功能；三是VB的數(shù)據(jù)庫開發(fā)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的信息錄入和信息查詢等功能。

VB的EXE登錄與系統(tǒng)界面的通信是通過在VB程序中應(yīng)用Shell函數(shù)調(diào)用外部應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)。ArcEngine的開發(fā)與數(shù)據(jù)庫開發(fā)同是基于VB語言，二者同時(shí)進(jìn)行。

ArcGIS Engine，它是一組跨平臺(tái)的嵌入式Arc Objects，它是Arc GIS軟件產(chǎn)品的底層組件，用來構(gòu)建定制的GIS和桌面制圖應(yīng)用程序，或是向原有的應(yīng)用程序增加新的功能。使用的主要控件有：Map Control、ToolbarControl、Page LayoutControl、TocControl和LicenseControl等。

本系統(tǒng)經(jīng)過中國(guó)軟件評(píng)測(cè)中心軟件產(chǎn)品登記測(cè)試，測(cè)試報(bào)告編號(hào)：HTPD3RD11121719。

6 總結(jié)

生物多樣性保護(hù)與維持是環(huán)境生態(tài)科學(xué)研究的根本目標(biāo)，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略需求。對(duì)生物多樣性時(shí)空變化趨勢(shì)和脅迫的演化趨勢(shì)的宏觀認(rèn)識(shí)是科學(xué)研究立項(xiàng)的基礎(chǔ)，是過程和機(jī)理研究的切入點(diǎn)，是提出管理與決策建議的科技支撐。

本系統(tǒng)首次建立廣西海岸帶生物多樣性GIS數(shù)據(jù)庫，包含多種生物多個(gè)時(shí)期的分布與生長(zhǎng)狀況以及各個(gè)時(shí)期生物多樣性的威脅因子數(shù)據(jù)，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建基于GIS的廣西海岸帶生物多樣信息管理軟件，具有數(shù)據(jù)編輯、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)輸出、專題圖制作、生物多樣性知識(shí)學(xué)習(xí)和GPS數(shù)據(jù)處理等功能，可直觀生動(dòng)地展示生物多樣性的現(xiàn)狀及演變趨勢(shì)，展示北部灣重要和代表性物種的分布與歷史變化趨勢(shì)，模糊推測(cè)生物多樣性變化與周邊人類活動(dòng)的可能關(guān)聯(lián)，為廣西近海生物多樣性的保護(hù)與管理提供數(shù)字化手段。為生物多樣性的研究與保護(hù)決策提供支持，具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

［1］ 馬程琳，鄒記興．我國(guó)的海洋生物多樣性及其保護(hù)［J］．海洋湖沼通報(bào)，2003（2）：41－47．

* 基金項(xiàng)目：廣西科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)資助項(xiàng)目 （11YJ24HS04）；廣西科技廳 “基于遙感影像的廣西紅樹林蟲害監(jiān)測(cè)技術(shù)研究”（桂科攻1140002－2－3）；廣西海洋局“908”專題資助項(xiàng)目（GX908－01－06）．