唐 偉 王德富 劉 翀 李維慶(國(guó)家測(cè)繪地理信息局第三地理信息制圖院，四川 成都 610100)

基于地理國(guó)情普查成果的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究

唐 偉 王德富 劉 翀 李維慶
(國(guó)家測(cè)繪地理信息局第三地理信息制圖院，四川 成都 610100)

走生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展之路，是推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展的基本要求，生態(tài)環(huán)境保護(hù)已居于壓倒性的戰(zhàn)略地位，是我國(guó)當(dāng)前及今后長(zhǎng)期堅(jiān)持的一項(xiàng)基本任務(wù)。隨著3S技術(shù)的發(fā)展，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)技術(shù)逐漸完善。本文結(jié)合《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(HJ 192-2015)》技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，以地理國(guó)情普查及監(jiān)測(cè)成果為基礎(chǔ)，結(jié)合環(huán)境、氣象等專業(yè)數(shù)據(jù)，研發(fā)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，開(kāi)展區(qū)域生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)，推動(dòng)測(cè)繪地理信息成果的應(yīng)用。項(xiàng)目成果在綠色宜賓生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)工作中得到良好推廣。

ArcObjects；生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)；地理國(guó)情監(jiān)測(cè)

1 引言

人口、資源和環(huán)境是當(dāng)今人類社會(huì)發(fā)展所必須面臨的嚴(yán)峻問(wèn)題[1]。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展不相協(xié)調(diào)的矛盾日趨突出。推動(dòng)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶發(fā)展必須走“生態(tài)優(yōu)先、綠色發(fā)展”之路，十八屆五中全會(huì)明確提出“創(chuàng)新、協(xié)調(diào)、綠色、開(kāi)放、共享”五大發(fā)展理念[2]，科學(xué)認(rèn)識(shí)生態(tài)環(huán)境狀況，分析生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。而此前已有大量學(xué)者對(duì)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)工作進(jìn)行了相關(guān)研究，且建立了基本的工作流程與評(píng)價(jià)方法。歸納起來(lái)，生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)工作流程大致通常分為以下幾個(gè)步驟：資料收集與數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、分指數(shù)計(jì)算、生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)與分析，其過(guò)程主要涉及ArcGIS空間分析功能的操作，通過(guò)不同的模型工具運(yùn)行以及代表各指標(biāo)的柵格圖層的疊加計(jì)算，最終得出各評(píng)價(jià)單元內(nèi)生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)。然而一般的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)采用的土地利用數(shù)據(jù)都不夠精細(xì)，會(huì)影響評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。且評(píng)價(jià)過(guò)程若是人工操作，則會(huì)出現(xiàn)操作步驟多、過(guò)程繁瑣、效率低下等問(wèn)題，而當(dāng)涉及以較大范圍為評(píng)價(jià)單元和多期生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)時(shí)，其數(shù)據(jù)量大與過(guò)程重復(fù)操作則會(huì)使上述問(wèn)題更加凸顯。顯然，這對(duì)于當(dāng)前的生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)工作造成了極為不利的影響。

基于此，本文探索研發(fā)基于地理國(guó)情普查的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，以全國(guó)第一次地理國(guó)情普查成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合環(huán)境、氣象等專業(yè)數(shù)據(jù)，通過(guò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)數(shù)據(jù)整合、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、指標(biāo)指數(shù)計(jì)算、生態(tài)環(huán)境模型評(píng)價(jià)等功能，提高評(píng)價(jià)工作的規(guī)范性與高效性，為全省生態(tài)文明建設(shè)乃至整個(gè)長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)奠定技術(shù)基礎(chǔ)。

2 地理國(guó)情普查概況

為全面掌握我國(guó)地理國(guó)情現(xiàn)狀，滿足經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)的需要，國(guó)務(wù)院決定于2013年至2015年開(kāi)展第一次全國(guó)地理國(guó)情普查工作。地理國(guó)情普查是一項(xiàng)重大的國(guó)情國(guó)力調(diào)查，是全面獲取地理國(guó)情信息的重要手段，是掌握地表自然、生態(tài)以及人類活動(dòng)基本情況的基礎(chǔ)性工作。地理國(guó)情信息分類對(duì)象主要包括地表形態(tài)、地表覆蓋和重要地理國(guó)情監(jiān)測(cè)要素三個(gè)方面。地表形態(tài)數(shù)據(jù)反映地表的地形及地勢(shì)特征，也間接反映了地貌形態(tài)。地表覆蓋分類信息反映土地表面自然營(yíng)造物和人工營(yíng)造物的自然屬性或狀況。重要地理國(guó)情監(jiān)測(cè)要素信息反映與社會(huì)生活密切相關(guān)、具有較為穩(wěn)定的空間范圍或邊界、具有或可以明確標(biāo)識(shí)、有獨(dú)立監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)分析意義的重要地物及其屬性。地理國(guó)情信息分為12個(gè)一級(jí)類，58個(gè)二級(jí)類，135個(gè)三級(jí)類。開(kāi)展全國(guó)地理國(guó)情普查，系統(tǒng)掌握權(quán)威、客觀、準(zhǔn)確的地理國(guó)情信息，是制定和實(shí)施國(guó)家發(fā)展戰(zhàn)略與規(guī)劃、優(yōu)化國(guó)土空間開(kāi)發(fā)格局和各類資源配置的重要依據(jù)，是推進(jìn)生態(tài)環(huán)境保護(hù)、建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會(huì)的重要支撐，是做好防災(zāi)減災(zāi)工作和應(yīng)急保障服務(wù)的重要保障，也是相關(guān)行業(yè)開(kāi)展調(diào)查統(tǒng)計(jì)工作的重要數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

3 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)利用ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎，操作ArcGIS平臺(tái)下的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)，基于.Net Framework 4.0運(yùn)行環(huán)境，利用ArcOjects 10.1提供的空間數(shù)據(jù)操作和空間數(shù)據(jù)分析功能，構(gòu)建長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)處理和分析等模塊。

軟件平臺(tái)采用四層架構(gòu)模式進(jìn)行建設(shè)，具體主要包括支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層四大塊[3](圖1)。

圖1 系統(tǒng)架構(gòu)

其中，支撐層主要指軟硬件支撐環(huán)境，包括服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)軟件地理應(yīng)用服務(wù)器，以及.Net開(kāi)發(fā)環(huán)境平臺(tái)和ArcObjects組件包等。

數(shù)據(jù)層是由多種數(shù)據(jù)源集成的，包含基礎(chǔ)測(cè)繪地理數(shù)據(jù)、地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)和環(huán)境專題數(shù)據(jù)，主要為服務(wù)層提供數(shù)據(jù)源。

服務(wù)層是軟件的核心功能層，主要包括具體的功能模塊，包括數(shù)據(jù)處理模塊、統(tǒng)計(jì)分析模塊、生態(tài)環(huán)境狀況與評(píng)價(jià)模塊。在各功能模塊中還具體包含二級(jí)處理、分析與評(píng)價(jià)功能。

應(yīng)用層主要是系統(tǒng)功能的載體，為管理員、作業(yè)員、檢查員提供操作界面，負(fù)責(zé)系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)展示，實(shí)現(xiàn)軟件系統(tǒng)在離線和在線狀態(tài)下完成地圖數(shù)據(jù)編輯、查詢、管理等，因此也可將此層稱為表現(xiàn)層。

4 功能設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)前面的系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)并結(jié)合生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)需求，系統(tǒng)主要包括4個(gè)模塊(圖2)。

圖2 系統(tǒng)部分功能界面

4.1 數(shù)據(jù)處理模塊

4.1.1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

以地理國(guó)情普查成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)地理國(guó)情中地表覆蓋分類數(shù)據(jù)與《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(HJ 192-2015)》中的各地類指標(biāo)對(duì)應(yīng)關(guān)系[4]，通過(guò)多對(duì)一的映射關(guān)系處理，將地理國(guó)情數(shù)據(jù)地類CC碼轉(zhuǎn)換為生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)據(jù)代碼，以成功實(shí)現(xiàn)國(guó)情數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)源數(shù)據(jù)。

4.1.2 數(shù)據(jù)整合

將生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)需要的環(huán)境、氣象、統(tǒng)計(jì)年鑒等專業(yè)數(shù)據(jù)，通過(guò)數(shù)據(jù)映射、空間化等方法，整合入庫(kù)，最終形成包括各類監(jiān)測(cè)指標(biāo)數(shù)據(jù)源的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)庫(kù)。為數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理、監(jiān)測(cè)及分析奠定基礎(chǔ)。

4.2 統(tǒng)計(jì)分析模塊

4.2.1 地類面積統(tǒng)計(jì)

《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(HJ 192-2015)》中將地表覆蓋(也稱“土地利用”)類型總體分為一級(jí)指標(biāo)(大類)、二級(jí)指標(biāo)(小類)。一級(jí)指標(biāo)包括耕地、林地、草地、建設(shè)用地、水域與未利用地。而二級(jí)指標(biāo)則是對(duì)一級(jí)指標(biāo)進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)劃分，在此不再贅述。根據(jù)生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)的實(shí)際需求，設(shè)計(jì)各級(jí)指標(biāo)各地類的面積統(tǒng)計(jì)功能，以滿足各類用戶的需求。

4.2.2 地類面積變化統(tǒng)計(jì)

針對(duì)兩期或兩期以上生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)工作，地表覆蓋需要開(kāi)展監(jiān)測(cè)期內(nèi)各地類面積變化的統(tǒng)計(jì)分析工作，即按照監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)單元進(jìn)行地表覆蓋中河流長(zhǎng)度、水域面積、建設(shè)用地面積等內(nèi)容的變化統(tǒng)計(jì)。

4.3 生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)模塊

4.3.1 生境質(zhì)量指數(shù)

生境質(zhì)量指數(shù)是為了表征生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)單元內(nèi)的生物多樣性，是生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)中重要的指標(biāo)之一。根據(jù)綜合指數(shù)計(jì)算模型，對(duì)各地類賦權(quán)重值，并按公式計(jì)算得出各單元內(nèi)的生境質(zhì)量指數(shù)。

4.3.2 植被覆蓋指數(shù)

4.3.3 水網(wǎng)密度指數(shù)

4.3.4 土地脅迫指數(shù)

依據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(HJ 192-2015)》中的土地脅迫指數(shù)計(jì)算模型，涉及輸入、輸出路徑，參數(shù)設(shè)置窗口，實(shí)現(xiàn)模型自動(dòng)計(jì)算土地脅迫指數(shù)結(jié)果。

4.3.5 生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)

根據(jù)以上生境質(zhì)量指數(shù)、植被覆蓋指數(shù)、水網(wǎng)密度指數(shù)、土地脅迫指數(shù)的計(jì)算，將其結(jié)果整合起來(lái)，統(tǒng)一賦值到生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)綜合指數(shù)模型中，計(jì)算得出區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況。

4.4 生態(tài)環(huán)境狀況監(jiān)測(cè)模塊

該模塊主要是基于生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)模塊，將監(jiān)測(cè)期內(nèi)的地表覆蓋數(shù)據(jù)進(jìn)行兩次生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)，并分別保存。最后，按照時(shí)間遞進(jìn)序列進(jìn)行差值計(jì)算，求得生態(tài)環(huán)境狀況指數(shù)(EI)的變化值，用以表征該地區(qū)監(jiān)測(cè)期間生態(tài)環(huán)境變化情況。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文系統(tǒng)詳細(xì)地介紹了基于地理國(guó)情普查成果的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)研究思路、系統(tǒng)架構(gòu)和功能設(shè)計(jì)等流程，該系統(tǒng)已在宜賓市生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)與監(jiān)測(cè)中得到了應(yīng)用實(shí)踐，且取得了顯著成效，提升了評(píng)價(jià)工作效率，為我國(guó)其他地區(qū)基于地理國(guó)情監(jiān)測(cè)成果開(kāi)展生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)工作，提供了軟件實(shí)現(xiàn)的思路，奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。

[1]單波.環(huán)境保護(hù)與污染源管理綜合信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].四川測(cè)繪，2016，39(3)：104-107.

[2]中國(guó)新聞網(wǎng).十八界五中全會(huì)報(bào)告全文[EB/OL].http：//www.chinanews.com/gn/2015/10-29/7596646.shtml.

[3]邱鵬飛，梁磊，胡霓裳.基于移動(dòng)端二或三維規(guī)劃輔助系統(tǒng)研究[J].四川測(cè)繪，2016，39(3)：108-110.

[4]國(guó)家環(huán)境保護(hù)部.生態(tài)環(huán)境狀況評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)范(HJ 192-2015)[S].北京：環(huán)境保護(hù)部，2015.

Research of Ecological Environment Evaluation and Monitoring System Based on Geographical Conditions Survey Data

TANG Wei WANG Defu LIU Chong LI Weiqing
(The Third Geoinformation Mapping Institute Of National Administration Of Surveying，
Mapping and Geoinformation，SichuanChengdu，610100)

Giving ecology priority and taking the environmental path is the basic requirement to promote the development of the Yangtze River economic belt.The protection of ecological environment has been in the strategic positon overwhemly.This is the basic task of our country that we should stick to for now and a long time in the future.With the development of the 3S technology，the technology of the ecology environment monitoring and evaluation is perfected gradually.Referring to the “eco environmental status evaluation (HJ 192-2015)” technology standard，this essay bases on the results of the reseaching of the geographical situation and monitoring，combines with the environmental and meteorological data，do research on the monitoring and evaluation of ecological environment system，carry out monitoring and evaluation of the regional ecological environment ，promote the application of surveying and mapping geographic information results.The results of this project has been in good promotion in the green Yibin ecological environment evaluation and monitoring work.

ArcObjects；ecology environment evaluation；geographical conditions monitoring

項(xiàng)目資助：國(guó)家基礎(chǔ)測(cè)繪科技計(jì)劃課題(2016KJ0302)；四川省測(cè)繪地理信息局科技項(xiàng)目(2016ZC01)

唐偉，碩士研究生，工程師，主要從事測(cè)繪生產(chǎn)技術(shù)與地理信息系統(tǒng)研發(fā)工作

X21

A

1673-288X(2017)01-0041-03

引用文獻(xiàn)格式：唐 偉 等.基于地理國(guó)情普查成果的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究[J].環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展，2017，42(1)：41-43.