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        基于移動(dòng)GIS的鎮(zhèn)江市生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

        2021-05-11 08:15:06夏宇翔劉柳
        城市勘測(cè) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:鎮(zhèn)江市紅線圖層

        夏宇翔,劉柳

        (1.鎮(zhèn)江市勘察測(cè)繪研究院,江蘇 鎮(zhèn)江 212046; 2.鎮(zhèn)江市自然資源和規(guī)劃局丹徒分局,江蘇 鎮(zhèn)江 212028)

        1 引 言

        生態(tài)保護(hù)紅線是保障國(guó)家生態(tài)安全的底線和生命線,構(gòu)建生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管系統(tǒng)對(duì)嚴(yán)格監(jiān)管生態(tài)保護(hù)紅線、維護(hù)國(guó)家和區(qū)域生態(tài)安全、推動(dòng)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義。2018年年底,全國(guó)多省份已完成生態(tài)保護(hù)紅線的基本劃定,建立健全的生態(tài)保護(hù)紅線制度,有效監(jiān)管生態(tài)保護(hù)紅線區(qū)域成為新的工作焦點(diǎn)。傳統(tǒng)方式下,生態(tài)保護(hù)紅線的監(jiān)管主要有室內(nèi)遙感督察與戶外現(xiàn)場(chǎng)督察兩種模式,其中,遙感督察由專業(yè)人員基于生態(tài)保護(hù)紅線的空間位置判讀遙感影像得出結(jié)論,對(duì)監(jiān)管人員的專業(yè)要求高,督察結(jié)果時(shí)空差異性較大;現(xiàn)場(chǎng)督察由監(jiān)管人員攜帶圖紙、相機(jī)、定位設(shè)備等工具現(xiàn)場(chǎng)勘察給定結(jié)果,依賴人工、操作復(fù)雜、費(fèi)時(shí)費(fèi)力。

        目前,全國(guó)多地基于GIS成功構(gòu)建了多種生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管平臺(tái),其中,貴州省搭建了生態(tài)保護(hù)紅線云GIS監(jiān)管平臺(tái),實(shí)現(xiàn)了生態(tài)保護(hù)紅線數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理、發(fā)布及應(yīng)用[1];重慶市研發(fā)了生態(tài)保護(hù)紅線空間管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了生態(tài)保護(hù)紅線的數(shù)據(jù)管理、屬性查詢與監(jiān)察環(huán)評(píng)[2];常州市構(gòu)建了多層架構(gòu)體系的生態(tài)紅線綜合管理系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)查詢、污染源分析、區(qū)域管控等功能[3]。上述平臺(tái)側(cè)重于數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理與分析,缺少移動(dòng)終端的融合應(yīng)用,在生態(tài)保護(hù)紅線移動(dòng)化監(jiān)管方面存在著不足。移動(dòng)GIS是在移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行的具有空間分析和運(yùn)算能力的地理信息系統(tǒng)[4],具有快速、便捷、實(shí)時(shí)的特點(diǎn),在測(cè)量、農(nóng)業(yè)、物流等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用[5~8]。本文旨在以鎮(zhèn)江市的生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管工作為切口,結(jié)合同類型平臺(tái)與移動(dòng)GIS的技術(shù)優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)一種貼近生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管工作實(shí)際,既功能全面又操作簡(jiǎn)便的移動(dòng)端生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管系統(tǒng)。

        2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

        系統(tǒng)基于移動(dòng)GIS技術(shù),以智能平板設(shè)備(iPad)為載體,將鎮(zhèn)江市域范圍內(nèi)的生態(tài)保護(hù)紅線專題信息、基礎(chǔ)地理信息以及相關(guān)數(shù)據(jù)文件向用戶集成展示,并在此基礎(chǔ)上定制開發(fā)一些特色應(yīng)用功能,滿足不同場(chǎng)景下生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管的工作需求。系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示:

        系統(tǒng)底層為物理層,提供平臺(tái)系統(tǒng)所需的軟硬件與網(wǎng)絡(luò)環(huán)境;往上是數(shù)據(jù)層,系統(tǒng)采用SQlite數(shù)據(jù)庫(kù),存儲(chǔ)并管理生態(tài)保護(hù)紅線有關(guān)的數(shù)據(jù)資料;中間層是服務(wù)層,主要運(yùn)用ArcGIS Runtime for iOS開發(fā)系統(tǒng)功能模塊,基于該SDK開發(fā)的系統(tǒng)服務(wù)為生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管工作提供了高效便捷的解決方案,有效提升了監(jiān)管工作的效率;中間層往上是應(yīng)用層,主要通過具體的功能平臺(tái)與運(yùn)維系統(tǒng),提供滿足生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管的各項(xiàng)工作需求;系統(tǒng)最頂層為用戶層,包括生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管的工作人員、相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)以及相關(guān)個(gè)體。系統(tǒng)的主要用戶為監(jiān)管人員,同時(shí)為領(lǐng)導(dǎo)提供了解監(jiān)管工作情況的平臺(tái)。此外,在進(jìn)行督查時(shí),監(jiān)管系統(tǒng)也將向涉及違規(guī)的相關(guān)個(gè)體展示相關(guān)法規(guī)依據(jù)。

        圖1 生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管系統(tǒng)架構(gòu)圖

        2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

        系統(tǒng)的功能模塊主要包括瀏覽、查詢、定位、分析和更新五大模塊。瀏覽模塊實(shí)現(xiàn)了生態(tài)保護(hù)紅線的顯示、電子地圖與影像圖漫游以及附件資料的調(diào)閱;查詢模塊滿足生態(tài)保護(hù)紅線屬性參數(shù)與空間地理坐標(biāo)的查詢;定位模塊實(shí)現(xiàn)工作場(chǎng)景的全圖顯示,GPS定位、點(diǎn)坐標(biāo)輸入定位以及坐標(biāo)文件讀取定位;分析模塊提供了圖層疊加分析與統(tǒng)計(jì)分析,其中疊加分析包括圖層的開關(guān)控制與透明度調(diào)整,統(tǒng)計(jì)分析包括測(cè)距、測(cè)面積、添加標(biāo)注;更新模塊能夠?qū)⒎?wù)器端的最新影像地圖、紅線數(shù)據(jù)、附件資料等在線傳輸給智能設(shè)備終端,實(shí)現(xiàn)在線更新。系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖2所示。

        3 數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)

        構(gòu)建生態(tài)保護(hù)紅線專題數(shù)據(jù)庫(kù)和城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。生態(tài)保護(hù)紅線專題數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)生態(tài)保護(hù)紅線的屬性、位置和附件資料,以SQLite數(shù)據(jù)庫(kù)形式部署在移動(dòng)設(shè)備本地,支撐生態(tài)保護(hù)紅線的瀏覽、定位、查詢等功能;城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)與遙感影像數(shù)據(jù),以ArcGIS Geodatabase數(shù)據(jù)庫(kù)形式部署于系統(tǒng)服務(wù)器,用以發(fā)布地圖服務(wù)。數(shù)據(jù)庫(kù)遵照國(guó)家和行業(yè)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行開發(fā),經(jīng)歷設(shè)計(jì)、建庫(kù)、集成、測(cè)試與驗(yàn)收、運(yùn)行與維護(hù)五個(gè)階段建設(shè)完成,具體流程如圖3所示。

        圖2 生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

        圖3 生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)開發(fā)流程圖

        3.1 生態(tài)保護(hù)紅線專題數(shù)據(jù)庫(kù)

        生態(tài)保護(hù)紅線專題數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和管理了鎮(zhèn)江市范圍內(nèi)國(guó)家級(jí)與省級(jí)生態(tài)紅線區(qū)域的屬性信息、空間位置信息和相關(guān)附件資料。其中,屬性信息主要包括生態(tài)紅線的編號(hào)、名稱、管控級(jí)別、所屬行政區(qū)劃、主導(dǎo)生態(tài)功能、管控范圍、管控措施、面積等;空間位置信息描述生態(tài)紅線的幾何形態(tài)及地理空間位置;附件資料通過編號(hào)與具體生態(tài)保護(hù)紅線進(jìn)行有序掛接,方便前端查閱。生態(tài)保護(hù)紅線數(shù)據(jù)組織格式如表1所示。

        生態(tài)保護(hù)紅線數(shù)據(jù)組織格式 表1

        3.2 城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)

        城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)存放了鎮(zhèn)江市域范圍的城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)和遙感影像數(shù)據(jù)。城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)是指與城市行政區(qū)劃、道路、水系、綠地、居民地和地名地址相關(guān)的點(diǎn)、線、面數(shù)據(jù)。其中,行政區(qū)劃數(shù)據(jù)包括市級(jí)、區(qū)縣級(jí)、鎮(zhèn)村級(jí)、街道/社區(qū)級(jí)的行政區(qū)域駐地和界線數(shù)據(jù);道路數(shù)據(jù)包括高速公路、鐵路、國(guó)道、省道、主干路、次干路、支路等;水系數(shù)據(jù)包括長(zhǎng)江、運(yùn)河、水庫(kù)、湖泊、河流等;綠地?cái)?shù)據(jù)指城市的山體、公園、廣場(chǎng)等;居民地?cái)?shù)據(jù)反映居民小區(qū)和村落的形態(tài)與地域分布情況;地名地址包括政府機(jī)關(guān)、企事業(yè)單位、紀(jì)念地、山體、水系及交通設(shè)施等。城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)組織格式如表2所示。

        城市基礎(chǔ)地理信息矢量數(shù)據(jù)組織格式 表2

        遙感影像數(shù)據(jù)指衛(wèi)星或無(wú)人機(jī)拍攝得到的最新城市高分辨率正射影像。采集到的影像經(jīng)過幾何糾正、圖像增強(qiáng)、影像鑲嵌、勻色勻光、影像融合、質(zhì)量檢查等操作后存儲(chǔ)于服務(wù)器的城市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)中。

        4 核心功能

        系統(tǒng)的開發(fā)環(huán)境為iOS 9.0+Xcode8.0,測(cè)試環(huán)境分別為:iPadmini,7.9英寸屏,A12芯片,總?cè)萘?256 GB;iPad Air 2,9.7英寸屏,A8X芯片,總?cè)萘?128 GB;iPad Pro,12.9英寸屏,A9X芯片,總?cè)萘?256 GB。

        4.1 圖層透明度調(diào)整

        生態(tài)保護(hù)紅線的監(jiān)管需要疊加多重要素圖層進(jìn)行分析,圖層透明度調(diào)整是核心,系統(tǒng)通過在xib視圖文件中添加Slider控件,獲取用戶設(shè)置的透明度參數(shù),寫入Alpha數(shù)組,臨時(shí)存儲(chǔ)于系統(tǒng)plist文件,之后通過程序加載,修改圖層Opacity屬性,實(shí)時(shí)渲染圖層透明度。Oacity值為浮點(diǎn)型,支持小數(shù)格式,當(dāng)opacity值為1.0時(shí),圖層不透明;當(dāng)opacity值為0.0時(shí),圖層全透明。系統(tǒng)分別對(duì)ArcGisTilepackage格式的切片圖層與EsriJSON格式的矢量圖層設(shè)置了透明度調(diào)整功能。功能界面如圖4所示。

        圖4 圖層透明度調(diào)整

        4.2 生態(tài)紅線屬性及附件查詢

        該系統(tǒng)不僅能瀏覽生態(tài)保護(hù)紅線,同時(shí)可以查詢生態(tài)保護(hù)紅線的屬性信息及附件資料。在場(chǎng)景中單機(jī)選擇要查詢的紅線,獲取到點(diǎn)擊紅線的PID和其對(duì)應(yīng)的圖層名,使用SQL查詢語(yǔ)句,打開對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)集,查詢指定PID的數(shù)據(jù)記錄,獲取此記錄對(duì)應(yīng)的屬性值及附件資料,以ViewerController視圖的形式在系統(tǒng)中顯示。功能界面如圖5所示。

        圖5 生態(tài)紅線屬性及附件查詢

        4.3 督查點(diǎn)定位

        系統(tǒng)提供GPS定位、坐標(biāo)輸入定位、文件讀取定位3種定位方式。其中,GPS定位可接收GNSS信號(hào)或網(wǎng)絡(luò)信號(hào)定位,若有網(wǎng)絡(luò)使用網(wǎng)絡(luò)定位,沒有網(wǎng)絡(luò)接收GNSS信號(hào)定位。為保障定位精度,GPS定位采用KCLLocationAccuracyBest模式,即獲取設(shè)備使用電池時(shí)的最高定位精度。定位完成后系統(tǒng)自動(dòng)將電子地圖縮放至 1∶2 000比例尺大小,并將GPS定位點(diǎn)在屏幕內(nèi)居中顯示。功能界面如圖6所示,核心代碼如下:

        GPS.desiredAccuracy=kCLLocationAccuracyBest;

        GPSpoint=[X:GPSLOTY:GPSLATspatialReference:CGCS2000]];

        MapViewzoomToScale:2000withCenterPoint:GPSpoint;

        圖6 GPS定位

        坐標(biāo)輸入定位與文件讀取定位方式類似,系統(tǒng)通過獲取坐標(biāo)數(shù)據(jù),解析空間位置使用AGSGraphic函數(shù),將場(chǎng)景中心移動(dòng)到相應(yīng)位置,實(shí)現(xiàn)定位功能,區(qū)別在于,前者需手動(dòng)輸入十進(jìn)制或度分秒格式坐標(biāo),適合少量督察點(diǎn)快速定位,后者為坐標(biāo)文件導(dǎo)入,適合較多督察點(diǎn)的批量定位。定位完成后系統(tǒng)自動(dòng)將坐標(biāo)文件在屏幕內(nèi)居中顯示,并可根據(jù)圖形的大小調(diào)整電子地圖的縮放比例。系統(tǒng)依據(jù)輸入坐標(biāo)的數(shù)量決定圖形種類,輸入1組坐標(biāo)時(shí),圖形為單點(diǎn);輸入2組坐標(biāo)時(shí),圖形為線段;輸入3組及以上坐標(biāo)時(shí),圖形為多邊形面。系統(tǒng)功能界面如圖7、圖8、圖9所示,核心代碼如下:

        if(n==1)

        {

        Point=[X:inputLOTY:inputLAT spatialReference:CGCS2000]];

        Graphic=[AGSGraphicgraphicWithGeometry:Point]

        }

        else if(n==2)

        {

        Point=[X:inputLOTY:inputLAT spatialReference:CGCS2000]];

        Polyline addPointToPath:Point;

        Graphic=[AGSGraphicgraphicWithGeometry:Polyline]

        }

        else if(n>=3)

        {

        Point=[X:inputLOTY:inputLAT spatialReference:CGCS2000]];

        Polygon addPointToRing:Point;

        Graphic=[AGSGraphicgraphicWithGeometry:Polygon]

        }

        GraphicsLayeraddGraphic:Graphic;

        MapViewaddMapLayer:GraphicsLayer;

        MapViewzoomToEnvelope:envelope;

        圖7 坐標(biāo)輸入定位(十進(jìn)制)

        圖8 坐標(biāo)輸入定位(度分秒)

        圖9 文件讀取定位

        5 結(jié) 語(yǔ)

        本文從系統(tǒng)的架構(gòu)、功能、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)加工入庫(kù)及核心功能等方面進(jìn)行設(shè)計(jì),研發(fā)出了基于移動(dòng)GIS的鎮(zhèn)江市生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管系統(tǒng),滿足了鎮(zhèn)江市生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管的實(shí)際工作需求。系統(tǒng)主要突出3方面作用:①生態(tài)保護(hù)紅線的空間定位、屬性查詢及附件瀏覽,清晰、直觀、全方位展示了生態(tài)保護(hù)紅線的位置與資料信息,提高了監(jiān)管工作的效率;②督察點(diǎn)的導(dǎo)航定位與空間分析,方便、快捷、準(zhǔn)確地判別了某個(gè)督查目標(biāo)是否在紅線范圍內(nèi),對(duì)于監(jiān)察、環(huán)評(píng)審批等實(shí)際工作具有重要作用;③相關(guān)法規(guī)政策的閱讀瀏覽,為相關(guān)人員的督查執(zhí)法及環(huán)保知識(shí)的宣傳提供依據(jù),有效輔助相關(guān)工作開展。

        該系統(tǒng)屬于初次研究,功能還不夠完善,后期將繼續(xù)與鎮(zhèn)江市各部門/區(qū)縣對(duì)接,結(jié)合用戶反饋不斷改進(jìn)。系統(tǒng)促進(jìn)了鎮(zhèn)江市生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管移動(dòng)化辦公水平的提升,為移動(dòng)GIS在生態(tài)保護(hù)紅線監(jiān)管中的廣泛使用積累了經(jīng)驗(yàn)。

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