基于“3S”的哈腾套海国家级自然保护区 信息系统研究与开发

王海霞 韩奋 吴玲敏

摘要：利用了3S技术、计算机编程技术、数据库技术和三维建模技术，对TerraExplorer软件进行了二次开发，建立了哈腾套海国家级自然保护区信息管理系统，实现保护区的三维场景浏览，数据的存储、修改、更新和删除等操作，有效地提高了保护区的管理水平和工作效率。

关键词：哈腾套海国家级自然保护区;3S;数据库

中图分类号：X83

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）6-0184-03

1研究区域概况

哈腾套海国家级自然保护区始建于1995年，2005年7月，经国务院批准建立哈腾套海国家级自然保护区。哈腾套海国家级自然保护区属荒漠生态类型自然保护区，境内地形地貌构造有山地、平原、河流、沙漠四类。主要保护对象是荒漠植被生态系统和珍稀濒危野生动植物及其生存环境。

哈腾套海国家级自然保护区地处巴彦淖尔市磴口县哈腾套海苏木和沙金套海苏木境内，东北接乌兰布和沙漠，北部与杭锦后旗接壤，西北部邻接乌拉特后旗，南部接阿拉善左旗及纳林套海农场。地理位置东经106°09'-106°50'，北纬40°30'～40°57'之间，南北宽42km，东西长53km，哈腾套海自然保护区位于总面积达123600h㎡，其中核心区面积为51610h㎡，缓冲区面积为32180h㎡，实验区面积为39810h㎡。

保护区内野生动物、植物资源丰富，已经查明的种子植物53科1 60属302种，国家二级濒危保护植物绵刺、沙冬青、肉苁蓉，三级保护植物蒙古扁桃、梭梭、胡杨 。动物资源有野生脊椎动物96种，兽类有6目11科27种，鸟类1 4目28科62种，两柄爬行类22种，其中国家一级保护动物黑鹳、大鸨、波斑鸨、北山羊、金雕、白鹳6种，二级保护动物大天鹅、黄羊、羚羊、青羊、盘羊、蓑羽鹤等1 6种。

2开发工具及地理数据库设计软件的选择

2.1开发平台的选择

随着“3S”（RS、GPS、GIS）技術在理论上和实际上的应用日益成熟，二维GIS在功能上和视觉表达上已经不能满足人们身临其境的用户体验。因此，三维GIS有了极大地发展空间。在众多的三维GIS软件中，Skyline是一款基于网络的三维地理信息系统软件平台，其拥有国际领先水平的三维数字化显示技术及非常优秀的用户体验。Skyline软件产品家族有以下3类。

2.1.1TerraBuilder

可以叠加不同分辨率、不同数据格式、不同投影变换的海量卫星遥感影像数据、数字高程模型（DEM）和矢量数据，来创建具有精确空间地理坐标和复杂地形的地形数据集。

2.1.2TerraExplorer

TerraExplorer是一个桌面版浏览编辑工具，通过使用该软件，用户可对三维场景进行浏览、空间分析、编辑三维场景、创建参观路径、没置动画等操作。

2.1.3TerraGate

可利用Web网络数据服务器发布三维地形数据，用户可实现基于网络迅速、便捷、实时地三维地形数据的传输与更新。

哈腾套海国家级自然保护区信息管理系统采用Skyline软件的TerraExplorer作为桌面开发平台，地形数据通过TerraBuilder软件进行编辑。

2.2开发语言的选择

哈腾套海国家级自然保护区地理信息系统设计框图如图1，采用的操作系统是Win7，采用Visual Studio2015作为开发环境，使用C#作为开发语言，它是一种简易、先进、面向对象、运行于.NET Framework之上的高级程序设计语言，它拥有可视化设计，提供了便捷的面向组件的编程，大大提高了程序开发的效率。

3地理数据库的设计

3.1空间数据库的设计

3.1.1栅格地图数据库

将收集到的覆盖该保护区的l：50000地形图和1：50000行政区划图进行地图扫描、几何纠正、图像处理等。，利用ENVI5.4软件对2012～2017年的高分一号和资源三号卫星遥感影像进行图像去霾、增强、几何纠正、正射校正、数据融合及图像镶嵌等处理，将处理好的地形图、行政区划图和卫星影像图通过编译后，保存到栅格地图数据库中，供用户随时调用。

3.1.2矢量地图数据库

矢量地图数据根据地理要素属性类型分为点、线、面矢量。区划为3个功能区块，点属性包含：地名、救护点、检查站、管护点、管理站、气象站、深水井、浅水井、界桩、界碑等;线属性包含：国界线、省界线、保护区界线、网围栏、道路等;面属性包含：保护区功能区划面，如核心区、缓冲区和实验区，实验区中包含经营区、植被恢复区、科研区、教学区和封禁区等。并对点、线、面矢量数据的名称、类型、长度、缺省值及是否必填等进行定义。

3.1.3地图符号库

地图符号库的设计本着可视性能好、简便易用的原则，主要进行了点状符号的设计制作，其大小和位置不随浏览位置的变化而改变，具有确定的定位点和方向性。包含简单标记符号、箭头标记符号、地图标记符号、图片标记符号、3D标记符号、3D简单标记符号及3D字符标记符号。例如图片标记符号主要以gif或png格式存储，并进行统一编码，并入库。

3.1.4三维建筑物模型库

保护区内的建筑物根据其所在的地理位置的重要性，主要存储两类建筑物模型：不是重点区域的建筑物使用建筑物矢量数据SHP格式文件，通过编辑建筑物高度属性、建筑物体块所附材质的路径.进行调用和存储;重要的标志性建筑使用3ds Max进行单独建模，使用MakeXpl插件将一个.X文件的模型转成.XPL文件的模型，这样做的目的是使模型的显示细节能根据视野的距离进行调节。将所以的模型打组导出成SHP格式矢量，并编辑建筑物名称等信息储存到三维建筑物模型库中，以备随时调用。

3.1.5地形地貌库

使用TerraBuilder软件通过叠加卫星影像图和数字高程模型建立MPT文件，得到真实质感的三维场景的地形地貌，并将其存入地形地貌库中，可通过程序根据需要任意调用地形数据。

3.2属性数据库的设计

3.2.1动植物资源库

哈腾套海国家级自然保护区主要保护对象为荒漠植被生态系统和珍稀濒危野生动、植物。因此建立动植物资源库是本信息系统研究与开发的重点部分。本部分主要采用数据库软件SQL Server 2015来设计完成。

（1）实体—联系模型（E-R模型）的设计。

实体—联系模型（简称E-R模型）它提供了不受任何DBMS约束的面向用户的表达方法，在数据库设计中被广泛用作数据建模，它由实体集、属性和联系集三部分构成。根据E-R模型的特点，本设计将保护区自然资源分类为植物资源和动物资源，在此基础上动物资源又分类为兽类和鸟类，对于每个实体（动、植物）有设计了序号、中文名、保护级别、拉丁学名、目名、蒙古名、科、别、主要分布、鉴别特征等属性，动植物库E-R图如图2。

（2）建立数据库逻辑关系结构表。本部分主要采用数据库软件SQL Server 2015将已设计好的E-R图转化为相应的逻辑结构表。设计了DWK_ID、DWK_NAME、DWK_LDM、DWK_BHJB、DWK KEMING、DWK_MUMING、DWK_MENGGUMING、DWK_JIEBIETZ、DWK_TUPIAN等列名，并定义每列的数据类型和是否为空。

（3）数据和图片的存储。采用SQL语句存储数据和图片到逻辑关系表中，SQL语句如下：

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，'灰鹤'，'Grus grus'，'鸟类'，'Ⅱ'，'鹤形目'，'鶴科'，'呼和一套格如'，'灰嗥'，'大型鸟类，腿长，头顶具红色裸皮。体羽灰色，前颈黑色，颈侧白色'，img FROM（）PENROWSET（BULK 'C：＼program files＼ DWK＼灰鹤.jpg'，SINGLE_BLOB） AS T（img）

3.2.2工程数据库

保护区内部有很多文档及相关的工程资料，如保护区概况介绍、自然资源、生态检测、植被恢复工程、建立野生动物救护点和野生动物繁育基地、湿地保护工程、科研检测工程、生态旅游、荒漠植物绿色食品开发、中草药开发、国际合作项目等。

本系统根据保护区对工程文档的存储要求，选用Easy CHM软件，通过目录编辑器生成了CHM的目录列表及目录项，自动添加多级编号，支持任意类型的进行导入，支持批量查找替换多级目录各项的标题文字内容实现其关键字查询功能。

3.2.3图片数据库

保护区经过多年的经营和管理，积累了大量的图片资料，这些图片记录了自然保护区发展，通过建立图片数据库可实现图片资源的快速调用，有效地提高管理水平，防止重要图片资料的丢失。通过把图片转成二进制流，存人数据库，方便随时调用。

3.2.4音频、视频库

本研究采用了功能强大、方便灵活、可扩展性强的超文本标记语言（HTML ），通过编写HTML代码，利用网页，调用并通过网络传到客户端的浏览器显示所要播放的音频、视频。

3.2.5气象数据库

哈腾套海国家级自然保护区内建有气象观测站，本研究采用SQLServer2015建了一个气象数据库表，表中字段包含时间、温度、压强等。然后用C#进行连接访问该数据库，用查询语句检索相应的数据，最后显示查询结果。

4结论

综合运用了“3S”技术和数据库技术和计算机编程技术运用开发了哈腾套海国家级自然保护区地理信息系统，将保护区内相关资料按照分为空间数据和属性数据两大类进行存储，实现了保护区数据的存储、修改、更新和删除等操作，有效地提高了保护区的管理水平和工作效率。