王海霞 韓奮 吳玲敏

摘要：利用了3S技術(shù)、計(jì)算機(jī)編程技術(shù)、數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和三維建模技術(shù)，對(duì)TerraExplorer軟件進(jìn)行了二次開(kāi)發(fā)，建立了哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)信息管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)的三維場(chǎng)景瀏覽，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、修改、更新和刪除等操作，有效地提高了保護(hù)區(qū)的管理水平和工作效率。

關(guān)鍵詞：哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū);3S;數(shù)據(jù)庫(kù)

中圖分類號(hào)：X83

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1674-9944（2018）6-0184-03

1研究區(qū)域概況

哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)始建于1995年，2005年7月，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)建立哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)。哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)屬荒漠生態(tài)類型自然保護(hù)區(qū)，境內(nèi)地形地貌構(gòu)造有山地、平原、河流、沙漠四類。主要保護(hù)對(duì)象是荒漠植被生態(tài)系統(tǒng)和珍稀瀕危野生動(dòng)植物及其生存環(huán)境。

哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)地處巴彥淖爾市磴口縣哈騰套海蘇木和沙金套海蘇木境內(nèi)，東北接烏蘭布和沙漠，北部與杭錦后旗接壤，西北部鄰接烏拉特后旗，南部接阿拉善左旗及納林套海農(nóng)場(chǎng)。地理位置東經(jīng)106°09'-106°50'，北緯40°30'～40°57'之間，南北寬42km，東西長(zhǎng)53km，哈騰套海自然保護(hù)區(qū)位于總面積達(dá)123600h㎡，其中核心區(qū)面積為51610h㎡，緩沖區(qū)面積為32180h㎡，實(shí)驗(yàn)區(qū)面積為39810h㎡。

保護(hù)區(qū)內(nèi)野生動(dòng)物、植物資源豐富，已經(jīng)查明的種子植物53科1 60屬302種，國(guó)家二級(jí)瀕危保護(hù)植物綿刺、沙冬青、肉蓯蓉，三級(jí)保護(hù)植物蒙古扁桃、梭梭、胡楊 。動(dòng)物資源有野生脊椎動(dòng)物96種，獸類有6目11科27種，鳥(niǎo)類1 4目28科62種，兩柄爬行類22種，其中國(guó)家一級(jí)保護(hù)動(dòng)物黑鸛、大鴇、波斑鴇、北山羊、金雕、白鸛6種，二級(jí)保護(hù)動(dòng)物大天鵝、黃羊、羚羊、青羊、盤羊、蓑羽鶴等1 6種。

2開(kāi)發(fā)工具及地理數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)軟件的選擇

2.1開(kāi)發(fā)平臺(tái)的選擇

隨著“3S”（RS、GPS、GIS）技術(shù)在理論上和實(shí)際上的應(yīng)用日益成熟，二維GIS在功能上和視覺(jué)表達(dá)上已經(jīng)不能滿足人們身臨其境的用戶體驗(yàn)。因此，三維GIS有了極大地發(fā)展空間。在眾多的三維GIS軟件中，Skyline是一款基于網(wǎng)絡(luò)的三維地理信息系統(tǒng)軟件平臺(tái)，其擁有國(guó)際領(lǐng)先水平的三維數(shù)字化顯示技術(shù)及非常優(yōu)秀的用戶體驗(yàn)。Skyline軟件產(chǎn)品家族有以下3類。

2.1.1TerraBuilder

可以疊加不同分辨率、不同數(shù)據(jù)格式、不同投影變換的海量衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型（DEM）和矢量數(shù)據(jù)，來(lái)創(chuàng)建具有精確空間地理坐標(biāo)和復(fù)雜地形的地形數(shù)據(jù)集。

2.1.2TerraExplorer

TerraExplorer是一個(gè)桌面版瀏覽編輯工具，通過(guò)使用該軟件，用戶可對(duì)三維場(chǎng)景進(jìn)行瀏覽、空間分析、編輯三維場(chǎng)景、創(chuàng)建參觀路徑、沒(méi)置動(dòng)畫(huà)等操作。

2.1.3TerraGate

可利用Web網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)布三維地形數(shù)據(jù)，用戶可實(shí)現(xiàn)基于網(wǎng)絡(luò)迅速、便捷、實(shí)時(shí)地三維地形數(shù)據(jù)的傳輸與更新。

哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)信息管理系統(tǒng)采用Skyline軟件的TerraExplorer作為桌面開(kāi)發(fā)平臺(tái)，地形數(shù)據(jù)通過(guò)TerraBuilder軟件進(jìn)行編輯。

2.2開(kāi)發(fā)語(yǔ)言的選擇

哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如圖1，采用的操作系統(tǒng)是Win7，采用Visual Studio2015作為開(kāi)發(fā)環(huán)境，使用C#作為開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，它是一種簡(jiǎn)易、先進(jìn)、面向?qū)ο蟆⑦\(yùn)行于.NET Framework之上的高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它擁有可視化設(shè)計(jì)，提供了便捷的面向組件的編程，大大提高了程序開(kāi)發(fā)的效率。

3地理數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

3.1空間數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

3.1.1柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)

將收集到的覆蓋該保護(hù)區(qū)的l：50000地形圖和1：50000行政區(qū)劃圖進(jìn)行地圖掃描、幾何糾正、圖像處理等。，利用ENVI5.4軟件對(duì)2012～2017年的高分一號(hào)和資源三號(hào)衛(wèi)星遙感影像進(jìn)行圖像去霾、增強(qiáng)、幾何糾正、正射校正、數(shù)據(jù)融合及圖像鑲嵌等處理，將處理好的地形圖、行政區(qū)劃圖和衛(wèi)星影像圖通過(guò)編譯后，保存到柵格地圖數(shù)據(jù)庫(kù)中，供用戶隨時(shí)調(diào)用。

3.1.2矢量地圖數(shù)據(jù)庫(kù)

矢量地圖數(shù)據(jù)根據(jù)地理要素屬性類型分為點(diǎn)、線、面矢量。區(qū)劃為3個(gè)功能區(qū)塊，點(diǎn)屬性包含：地名、救護(hù)點(diǎn)、檢查站、管護(hù)點(diǎn)、管理站、氣象站、深水井、淺水井、界樁、界碑等;線屬性包含：國(guó)界線、省界線、保護(hù)區(qū)界線、網(wǎng)圍欄、道路等;面屬性包含：保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃面，如核心區(qū)、緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)，實(shí)驗(yàn)區(qū)中包含經(jīng)營(yíng)區(qū)、植被恢復(fù)區(qū)、科研區(qū)、教學(xué)區(qū)和封禁區(qū)等。并對(duì)點(diǎn)、線、面矢量數(shù)據(jù)的名稱、類型、長(zhǎng)度、缺省值及是否必填等進(jìn)行定義。

3.1.3地圖符號(hào)庫(kù)

地圖符號(hào)庫(kù)的設(shè)計(jì)本著可視性能好、簡(jiǎn)便易用的原則，主要進(jìn)行了點(diǎn)狀符號(hào)的設(shè)計(jì)制作，其大小和位置不隨瀏覽位置的變化而改變，具有確定的定位點(diǎn)和方向性。包含簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)、箭頭標(biāo)記符號(hào)、地圖標(biāo)記符號(hào)、圖片標(biāo)記符號(hào)、3D標(biāo)記符號(hào)、3D簡(jiǎn)單標(biāo)記符號(hào)及3D字符標(biāo)記符號(hào)。例如圖片標(biāo)記符號(hào)主要以gif或png格式存儲(chǔ)，并進(jìn)行統(tǒng)一編碼，并入庫(kù)。

3.1.4三維建筑物模型庫(kù)

保護(hù)區(qū)內(nèi)的建筑物根據(jù)其所在的地理位置的重要性，主要存儲(chǔ)兩類建筑物模型：不是重點(diǎn)區(qū)域的建筑物使用建筑物矢量數(shù)據(jù)SHP格式文件，通過(guò)編輯建筑物高度屬性、建筑物體塊所附材質(zhì)的路徑.進(jìn)行調(diào)用和存儲(chǔ);重要的標(biāo)志性建筑使用3ds Max進(jìn)行單獨(dú)建模，使用MakeXpl插件將一個(gè).X文件的模型轉(zhuǎn)成.XPL文件的模型，這樣做的目的是使模型的顯示細(xì)節(jié)能根據(jù)視野的距離進(jìn)行調(diào)節(jié)。將所以的模型打組導(dǎo)出成SHP格式矢量，并編輯建筑物名稱等信息儲(chǔ)存到三維建筑物模型庫(kù)中，以備隨時(shí)調(diào)用。

3.1.5地形地貌庫(kù)

使用TerraBuilder軟件通過(guò)疊加衛(wèi)星影像圖和數(shù)字高程模型建立MPT文件，得到真實(shí)質(zhì)感的三維場(chǎng)景的地形地貌，并將其存入地形地貌庫(kù)中，可通過(guò)程序根據(jù)需要任意調(diào)用地形數(shù)據(jù)。

3.2屬性數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

3.2.1動(dòng)植物資源庫(kù)

哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)主要保護(hù)對(duì)象為荒漠植被生態(tài)系統(tǒng)和珍稀瀕危野生動(dòng)、植物。因此建立動(dòng)植物資源庫(kù)是本信息系統(tǒng)研究與開(kāi)發(fā)的重點(diǎn)部分。本部分主要采用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件SQL Server 2015來(lái)設(shè)計(jì)完成。

（1）實(shí)體—聯(lián)系模型（E-R模型）的設(shè)計(jì)。

實(shí)體—聯(lián)系模型（簡(jiǎn)稱E-R模型）它提供了不受任何DBMS約束的面向用戶的表達(dá)方法，在數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)中被廣泛用作數(shù)據(jù)建模，它由實(shí)體集、屬性和聯(lián)系集三部分構(gòu)成。根據(jù)E-R模型的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)將保護(hù)區(qū)自然資源分類為植物資源和動(dòng)物資源，在此基礎(chǔ)上動(dòng)物資源又分類為獸類和鳥(niǎo)類，對(duì)于每個(gè)實(shí)體（動(dòng)、植物）有設(shè)計(jì)了序號(hào)、中文名、保護(hù)級(jí)別、拉丁學(xué)名、目名、蒙古名、科、別、主要分布、鑒別特征等屬性，動(dòng)植物庫(kù)E-R圖如圖2。

（2）建立數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯關(guān)系結(jié)構(gòu)表。本部分主要采用數(shù)據(jù)庫(kù)軟件SQL Server 2015將已設(shè)計(jì)好的E-R圖轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的邏輯結(jié)構(gòu)表。設(shè)計(jì)了DWK_ID、DWK_NAME、DWK_LDM、DWK_BHJB、DWK KEMING、DWK_MUMING、DWK_MENGGUMING、DWK_JIEBIETZ、DWK_TUPIAN等列名，并定義每列的數(shù)據(jù)類型和是否為空。

（3）數(shù)據(jù)和圖片的存儲(chǔ)。采用SQL語(yǔ)句存儲(chǔ)數(shù)據(jù)和圖片到邏輯關(guān)系表中，SQL語(yǔ)句如下：

INSERT

Table_DWB（ DWK_ID， DWK_NAME， DWK_LDM，DWK_LEIBIE，DWK_BHJB，DWK_MUMING，DWK_KEMING， DWK_MENGGUMING， DWK_BIEMING，DWK_JIANBIETZ，DWK_TUPIAN）

SEL ECT 12，'灰鶴'，'Grus grus'，'鳥(niǎo)類'，'Ⅱ'，'鶴形目'，'鶴科'，'呼和一套格如'，'灰嗥'，'大型鳥(niǎo)類，腿長(zhǎng)，頭頂具紅色裸皮。體羽灰色，前頸黑色，頸側(cè)白色'，img FROM（）PENROWSET（BULK 'C：＼program files＼ DWK＼灰鶴.jpg'，SINGLE_BLOB） AS T（img）

3.2.2工程數(shù)據(jù)庫(kù)

保護(hù)區(qū)內(nèi)部有很多文檔及相關(guān)的工程資料，如保護(hù)區(qū)概況介紹、自然資源、生態(tài)檢測(cè)、植被恢復(fù)工程、建立野生動(dòng)物救護(hù)點(diǎn)和野生動(dòng)物繁育基地、濕地保護(hù)工程、科研檢測(cè)工程、生態(tài)旅游、荒漠植物綠色食品開(kāi)發(fā)、中草藥開(kāi)發(fā)、國(guó)際合作項(xiàng)目等。

本系統(tǒng)根據(jù)保護(hù)區(qū)對(duì)工程文檔的存儲(chǔ)要求，選用Easy CHM軟件，通過(guò)目錄編輯器生成了CHM的目錄列表及目錄項(xiàng)，自動(dòng)添加多級(jí)編號(hào)，支持任意類型的進(jìn)行導(dǎo)入，支持批量查找替換多級(jí)目錄各項(xiàng)的標(biāo)題文字內(nèi)容實(shí)現(xiàn)其關(guān)鍵字查詢功能。

3.2.3圖片數(shù)據(jù)庫(kù)

保護(hù)區(qū)經(jīng)過(guò)多年的經(jīng)營(yíng)和管理，積累了大量的圖片資料，這些圖片記錄了自然保護(hù)區(qū)發(fā)展，通過(guò)建立圖片數(shù)據(jù)庫(kù)可實(shí)現(xiàn)圖片資源的快速調(diào)用，有效地提高管理水平，防止重要圖片資料的丟失。通過(guò)把圖片轉(zhuǎn)成二進(jìn)制流，存人數(shù)據(jù)庫(kù)，方便隨時(shí)調(diào)用。

3.2.4音頻、視頻庫(kù)

本研究采用了功能強(qiáng)大、方便靈活、可擴(kuò)展性強(qiáng)的超文本標(biāo)記語(yǔ)言（HTML ），通過(guò)編寫(xiě)HTML代碼，利用網(wǎng)頁(yè)，調(diào)用并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳到客戶端的瀏覽器顯示所要播放的音頻、視頻。

3.2.5氣象數(shù)據(jù)庫(kù)

哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)建有氣象觀測(cè)站，本研究采用SQLServer2015建了一個(gè)氣象數(shù)據(jù)庫(kù)表，表中字段包含時(shí)間、溫度、壓強(qiáng)等。然后用C#進(jìn)行連接訪問(wèn)該數(shù)據(jù)庫(kù)，用查詢語(yǔ)句檢索相應(yīng)的數(shù)據(jù)，最后顯示查詢結(jié)果。

4結(jié)論

綜合運(yùn)用了“3S”技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和計(jì)算機(jī)編程技術(shù)運(yùn)用開(kāi)發(fā)了哈騰套海國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)地理信息系統(tǒng)，將保護(hù)區(qū)內(nèi)相關(guān)資料按照分為空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)兩大類進(jìn)行存儲(chǔ)，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、修改、更新和刪除等操作，有效地提高了保護(hù)區(qū)的管理水平和工作效率。