張何欣

(大連市自然資源事務服務中心，遼寧 大連 116000)

1 引言

自然保護區(qū)是有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動植物的天然集中分布區(qū)，是山水林田湖草統(tǒng)一治理的關鍵環(huán)節(jié)[1，2]。自然保護區(qū)的各項工作均會產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)既是工作的重要依據(jù)，也是自然資源大數(shù)據(jù)體系的重要組成部分[3～5]?？茖W合理利用工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有利于保護區(qū)的精準有效管理[6，7]，同時也極大的豐富了自然資源“一張圖”的內涵[5]。數(shù)據(jù)空間可視化是數(shù)據(jù)科學利用的基礎，而制作專題地圖是實現(xiàn)空間可視化的重要手段[8，9]。專題地圖能夠準確直觀的表達數(shù)據(jù)的地理空間分布特征以及內在邏輯，是挖掘數(shù)據(jù)客觀規(guī)律的重要工具[10]。專題地圖制圖技術可概擴為兩個方面，一是建立統(tǒng)一的地理空間數(shù)據(jù)庫，二是設計統(tǒng)一的專題地圖符號系統(tǒng)[11～13]。本文將專題地圖制圖技術應用于遼寧蛇島老鐵山國家級自然保護區(qū)，以保護區(qū)管理業(yè)務為導向，構建專題數(shù)據(jù)庫，設計直觀簡潔的地圖符號系統(tǒng)，編制專題地圖，為保護區(qū)數(shù)據(jù)的科學利用打下基礎。

2 數(shù)據(jù)資源及制圖要求

遼寧蛇島老鐵山國家級自然保護區(qū)位于大連市旅順口區(qū)，由蛇島、九頭山、老鐵山和老虎尾四部分組成，主要保護對象是蛇島蝮蛇、候鳥及其生態(tài)環(huán)境[14]。保護區(qū)數(shù)據(jù)資源基本情況如表1所示[15]。

根據(jù)保護區(qū)特點及數(shù)據(jù)基本情況，參考《自然保護區(qū)功能區(qū)劃技術規(guī)程》制定如下制圖要求(表2)[16]。

表1 保護區(qū)數(shù)據(jù)資源基本情況

表2 自然保護區(qū)專題地圖制圖要求

3 關鍵技術

3.1 專題GIS數(shù)據(jù)庫建立

由表1可知，自然保護區(qū)專題數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，且專題圖層的存儲管理方式各異，基于以上數(shù)據(jù)特點，本文將專題GIS數(shù)據(jù)庫建庫分為3個步驟。

(1)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標準。本文采用Data Interoperability數(shù)據(jù)互操作引擎完成*.kml、*.kmz格式向*.shp格式的跨平臺轉換。根據(jù)保護區(qū)經(jīng)度范圍，選取CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_40作為統(tǒng)一的地理參考，應用七參數(shù)模型(模型參數(shù)由測繪地理信息部門提供)實現(xiàn)坐標系轉換。經(jīng)計算重合點點位中誤差，點位的平均精度滿足小于圖上0.1mm的轉換精度要求[17]。

(2)拓撲檢查及問題數(shù)據(jù)修正。如圖1a所示，老鐵山西側、老虎尾東北角保護區(qū)范圍線與行政區(qū)劃海岸線不重疊，存在拓撲錯誤。在GIS平臺中建立內容為“邊界面必須被其他要素的邊界覆蓋”的拓撲規(guī)則，以旅順口區(qū)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)為基準，對保護區(qū)沿海范圍線進行拓撲修正，共修復拓撲問題97處，確保了數(shù)據(jù)準確(圖1b)。

圖1 拓撲檢查及問題數(shù)據(jù)修正

(3)數(shù)據(jù)庫結構設計。按自然保護區(qū)管理的有關要求設計各圖層的數(shù)據(jù)庫結構(表3)。為使各類數(shù)據(jù)得到有效管理，本文在參考其他專題地圖標準[18]的基礎上，設計圖層的命名規(guī)則：保護區(qū)名稱+“_”+[年份]+“_”+[內容](例如遼寧蛇島老鐵山國家級自然保護區(qū)_2009年至2020年_保護區(qū)范圍及功能區(qū)劃圖)。

表3 自然保護區(qū)范圍及功能區(qū)劃數(shù)據(jù)庫結構

3.2 地圖符號設計與測試

直觀準確的地圖符號可增加專題地圖表現(xiàn)力[19]，GIS軟件內置的地圖符號難以表達保護區(qū)獨有的專題特征，應依據(jù)專題數(shù)據(jù)幾何特征以及屬性特征設計地圖符號。主流的專題地圖符號設計方案分為柵格地圖符號和矢量地圖符號。二者在固定比例尺的地圖中無差別，但采用GIS動態(tài)可視化時，柵格地圖符號加載效率低，顯示卡頓現(xiàn)象明顯，為確保自然保護區(qū)后續(xù)專題數(shù)據(jù)高效利用，本文采用矢量地圖符號方案設計。

(1)符號設計。地圖符號按幾何特征可分為點狀符號、線狀符號和面狀符號。按屬性特征，點狀符號可分為重點巡查點、監(jiān)測點、珍稀鳥類3種，共21個符號；線狀符號可分為巡查路線、境界線2種，共3個符號；面狀符號即保護區(qū)范圍及功能區(qū)劃，共4個符號。因采用天地圖作為底圖，水系、交通等普通地理要素(表2)的符號不必單獨設計。點狀符號可基于字體文件制作，編輯好符號樣式后生成字體庫(*.ttf)，安裝即可使用。線狀符號可按標準[15]在現(xiàn)有符號基礎上改造而成。面狀符號采用簡單填充符號設計，配色應符合規(guī)范[16]。地圖符號設計示例如表4所示。

(2)符號測試。為測試地圖符號是否存在無法渲染、渲染速度慢等問題，并測試在不同比例尺地圖中顯示情況，本文參考相關標準規(guī)范[15，16]制定測試項目(表5)，并進行測試。

經(jīng)測試，在上述5種比例尺條件下，所有地圖符號均可渲染，無遺漏現(xiàn)象，但隨著比例尺的增大，點符號的渲染時間在延長，由1∶250000時的5 s增至為1∶1000的10.6 s，在靜態(tài)地圖中無影響，但應用于動態(tài)地圖時要優(yōu)化；在使用天地圖數(shù)字線劃圖作底圖時，所有符號均可清晰辨識，但當使用遙感影像時，因圖面整體偏暗，部分黑色符號辨識較困難，但更換亮度和飽和度較高的顏色會極大提高辨識度。

4 自然保護區(qū)專題地圖制圖及應用

為驗證技術路線的可行性，本文按制圖要求編制自然保護區(qū)專題地圖，并以此為基礎分析保護區(qū)范圍和功能區(qū)劃變化、珍稀鳥類空間集聚程度，為保護區(qū)管理提供參考。

表4 地圖符號示例

表5 地圖符號測試項目

4.1 專題地圖制圖模板設計

專題地圖制圖即是將比例尺、制圖網(wǎng)等數(shù)學要素，圖例、指北針等輔助要素以及專題空間數(shù)據(jù)相疊加，形成內容充實、圖面美觀的地圖產(chǎn)品。由于表達的是相同的地理空間的不同專題內容，圖件的數(shù)學要素和輔助要素可以共享。本文以1∶50000制圖比例尺為例，設計制圖模板(圖2)，內置圖廓、圖例、公里格網(wǎng)、指北針等要素，并預留了圖名。在制作多幅地圖時，只需加載專題數(shù)據(jù)，不必重復設置數(shù)學要素和輔助要素，提高了制圖效率，確保了圖件風格統(tǒng)一。

圖2 專題地圖制圖模板

4.2 自然保護區(qū)范圍及功能區(qū)劃變化專題應用

遼寧蛇島老鐵山國家級自然保護區(qū)自成立以來共經(jīng)歷6次調整，分別是1980～1998年(沒有功能區(qū)劃)、1999～2002年(開始有功能區(qū)劃)、2002～2005年、2005～2009年、2009～2020年、2020年至今。歷次調整的范圍及功能區(qū)劃如圖3所示。

圖3 保護區(qū)歷次調整的范圍及功能區(qū)劃

由圖3可知，保護區(qū)范圍經(jīng)歷了由大到小的變化過程。地圖數(shù)據(jù)分析結果顯示保護區(qū)面積由剛成立時的12389.02 hm2下降至8383.68 hm2，減少了32.33%。自1999年設置三個功能分區(qū)起，核心區(qū)、緩沖區(qū)、實驗區(qū)面積分別減小了41.43%、62.48%和56.41%(截至第五次調整)。第六次調整后實行自然保護地差別化管控，將自然保護地分為核心保護區(qū)和一般控制區(qū)，其中核心保護區(qū)與原核心區(qū)功能相同，一般控制區(qū)由原緩沖區(qū)和實驗區(qū)合并而成，具體情況如表6所示。

表6 保護區(qū)范圍及功能區(qū)劃變化情況 hm2

4.3 自然保護區(qū)珍稀鳥類分布熱度專題應用

遼寧蛇島老鐵山國家級自然保護區(qū)鳥類資源豐富，共有鳥類340種[20]，鳥類分布情況如圖4所示，在旅順鹽場(A區(qū)域)、小東溝(B區(qū)域)、老鐵山岬(C區(qū)域)、老虎尾半島-大潮口濕地(D區(qū)域)以及蛇島東部地區(qū)分布較集中。

圖4 保護區(qū)鳥類資源分布

由圖4可知，鳥類分布集中區(qū)域主要為沿海灘涂、濕地(A、C、D區(qū)域)，以及高山叢林(B區(qū)域)，其中，A、D區(qū)域以及蛇島主要為水鳥棲息地，面積分別約為950 hm2、794 hm2，分布有銀鷗等水鳥約28種，也有紅隼、游隼等少量猛禽分布；B、C區(qū)域為猛禽主要棲息地，總面積約為684 hm2，分布有赤腹鷹等猛禽約10種。將保護區(qū)鳥類觀測數(shù)據(jù)展示在專題地圖上，可直觀反映不同鳥類分布情況，為鳥類科學研究、開展護鳥活動提供了基礎資料。

5 結論

本文在分析自然保護區(qū)數(shù)據(jù)特點，總結專題地圖制圖技術要點的基礎上，提出自然保護區(qū)專題地圖制圖關鍵技術，以保護區(qū)管理業(yè)務為導向，構建了專題GIS數(shù)據(jù)庫，設計了具有自然保護區(qū)特色的地圖符號，創(chuàng)新性的提出了地圖符號測試方法，設計了便于高效制圖的制圖模板，并在遼寧蛇島老鐵山國家級自然保護區(qū)選取保護區(qū)范圍及功能區(qū)劃、珍稀鳥類分布兩個專題進行應用實證。結果表明，本文提出的關鍵技術合理可行，能夠為自然保護區(qū)數(shù)據(jù)空間可視化和科學利用提供支持，并且地圖數(shù)據(jù)分析結果為自然保護區(qū)精細化管理提供了參考。未來應進一步加強空間數(shù)據(jù)的采集，如采用“國土調查云”平臺搜集各類數(shù)據(jù)，構建更加完善的專題數(shù)據(jù)庫，為自然保護區(qū)智慧化管理提供豐富的數(shù)據(jù)資源。