基于ArcGIS Engine的新疆自然保护区矿产资源信息系统开发

2018-05-22杨秋丽魏建新

中国矿业 2018年5期

杨秋丽，魏建新，

(1.新疆大学资源与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830046；2.新疆激光雷达应用工程技术研究中心，新疆乌鲁木齐 830002；3.新疆国土资源信息中心，新疆乌鲁木齐 830002)

从1980年新疆批准建立了哈纳斯、天池等第一批自然保护区以来，全疆已建成森林、野生动植物、湿地、草原、荒漠等各种生态系统类型的自然保护区共计52个，总面积23.1万km2，约占新疆国土总面积的13.92%。目前，已建自然保护区的面积仅次于西藏自治区,位居中国第二位。由于自然保护区管理体制的原因，保护区的详细信息孤立分散、信息化水平低，没有形成系统的数字化资料[1]。

矿产资源是人类社会赖以生存的物质基础，在一定程度上促进了社会的进步，提高了人民的生活水平。但是随着矿产资源的开发利用，它对生态环境的破坏不容小觑。我国能源与矿产资源富集区往往就是自然保护区分布的区域，在生态文明建设的政策背景下，我国已经采取相关的措施，禁止在保护区内勘查开采矿产资源。但是，由于自然保护区和矿产资源分属于不同部门进行管理，部门间信息流通不畅、不能及时更新，使得管理难度加大，且容易出现问题。如何打破自然保护区、矿产资源信息孤岛，做到自然保护区生态环境保护与矿产资源开发利用协调发展，是目前亟待解决的问题。

王莉等[2]基于Super Map设计开发了矿产资源管理信息系统，实现了阿拉善矿产资源的查询与管理功能，以及对开采区的影响进行预测。系统的开发简化了工作人员的操作流程，使矿政管理工作更加综合化、科学化。农肖肖[3]基于ArcGIS Engine设计实现了新疆伊宁县矿产资源管理系统，将伊宁县的基础地理数据与矿产资源业务数据有机结合，很好地实现了矿产资源的显示浏览、查询检索与空间分析，为伊宁县展开矿产资源管理工作提供决策支持。宋轩等[4]设计开发的河南省自然保护区信息查询系统，使得自然保护区生物的多样性得到了保护，同时对资源进行了有效地管理，而且也提高了河南省自然保护区的科学化、信息化水平。冯娴[5]基于ArcGIS Engine设计了壶瓶山国家级自然保护区管理信息系统，实现了对保护区自然情况、物种资源、科研监测和基础监测等方面的查询管理，方便了保护区管理者对保护区的生物资源、生物多样性和巡护监测等信息进行统计分析与管理。董延涛等[6]提出了自然保护区等禁采区内矿业权处置存在的一些问题，并针对这些问题给出了相应的解决措施。可以看出，前人多是对自然保护区或矿产资源进行单独研究，而基于ArcGIS Engine结合当前的政策背景，将自然保护区和相应空间的矿产资源综合起来进行研究的却为数不多。

本文针对新疆自然保护区矿产资源的现状，将自然保护区与矿产资源的信息进行整合，设计并研发了基于ArcGIS Engine的新疆自然保护区矿产资源信息系统，为保护区与矿产资源的管理者提供信息服务和决策依据，具有十分重要的意义。

1 自然保护区矿产资源信息系统建设的思路

新疆自然保护区矿产资源信息系统设计的实质是通过对新疆自然保护区和矿产资源信息进行收集整合，建立系统的数字化资料，方便日后进行管理。另外，该系统将自然保护区管理与矿产资源管理进行结合，打破部门间信息孤岛，方便信息流通，实现信息共享。以自然保护区和矿产资源为纽带，将环境保护部门、国土资源部门、矿山企业等密切结合，方便了管理，也避免了由于信息流通不畅，所造成的将矿业权设在自然保护区内。

为了正确处理自然保护区与矿产资源之间的关系，依照行政要求在对编制矿产资源规划时，将坐落在自然保护区范围内以及具有一定生态环境保护功能的区域设为禁止开采区，实现对矿山企业越界开采和资源破坏的提前预警，推进资源开发与生态环境保护协调发展。

2 系统功能与特点

2.1 系统技术特点

随着GIS的快速发展，对空间数据的需求也日益增大，组件式GIS(ComGIS)凭借其开发周期短、可扩展性强、跨语言无缝集成等优势，成为GIS研究领域的一个重要趋势。目前，ComGIS主流的二次开发平台有ArcGIS Engine、SuperMap Objects和MapX等[7]。本文采用ArcGIS Engine作为系统的二次开发平台，ArcGIS Engine是Esri公司推出的二次开发产品，是面向对象技术和组件式软件在GIS开发中的应用[8]，可以在不同开发语言环境(COM、.NET、Java、C++)下开发，它提供了一系列可以在ArcGIS Desktop框架之外使用的GIS组件和可视化控件，开发人员可以将定制的GIS功能嵌入到已有的应用软件中或创建自定义应用软件[9]，使得GIS扁平化成为一种可能。

2.2 系统数据特点

我国自然保护区存在个别范围不合理、拐点坐标不明确等问题，且与矿产资源管理部门之间也存在信息不对称不共享的情况，导致自然保护区中矿业权分布。按国家规定明确禁止在自然保护区内进行砍伐、放牧、狩猎、捕捞、采药、开垦、烧荒、开矿、采石、挖沙等活动。自然保护区信息数据，一般包括保护区基本信息、保护区动植物资源、保护区自然遗迹、保护区旅游资源、保护区矿产资源等。矿产资源数据有能源矿产、非金属矿产、金属矿产等。这些数据包括图形、图像、文字或数字、表格和视频资料等，在设计自然保护区矿产资源信息系统时，必须保证这些数据符合系统的格式与规范标准，才能让系统更好的运行。总的来说，新疆自然保护区矿产资源信息系统数据具有覆盖面广、数据类型繁杂、数据没有系统性等特点。

2.3 系统体系结构设计

新疆自然保护区和矿产资源信息系统的设计由3个层次组成，分别为系统界面层、业务逻辑层和数据存储层，如图1所示。

2.4 系统功能分析

根据系统目标新疆自然保护区矿产资源信息系统的功能设计部分,如图2所示。

图1 系统总体框架设计

图2 系统功能设计

2.4.1 地图显示与图层控制功能

地图显示，实现GIS通用的地图操作功能，新建、打开、添加数据、保存、另存为路径配置以及退出。地图控制通过ArcGIS Engine的TOCControl控件实现对图层显示控制，如放大、缩小、漫游、全图显示、自定义比例尺、鹰眼显示等满足用户最基本的地图管理与地图操作的功能。

2.4.2 查询检索功能

系统根据自然保护区和矿产资源的数据特点以及查询需要，设计了不同的查询方式，进行图形到属性和属性到图形的双向查询[10]，以满足实际工作需要。通过以下几种查询方式来实现：①点击查询，用户可以通过鼠标在地图上任意位置点击，系统返回点击位置一定范围内的空间属性信息，如保护区的位置、类型、级别等信息;②框选查询，通过在地图上拉框选择进行查询;③名称查询，用户指定某一名称，系统返回符合该名称的记录;④分类查询，将系统数据分为不同类别，设定不同的关键字，用户可以根据关键字，对自己感兴趣的类别进行查询等。本系统的查询检索功能主要包括自然保护区基本信息查询、矿产资源查询、矿产资源禁止开采区查询、探矿权采矿权查询等。方便、快捷的查询方式，使管理人员对保护区矿产资源的管理更加容易。

2.4.3 空间分析功能

GIS与各种管理信息系统的区别在于它不仅存储了地理对象的属性信息，更重要的是它具有地理对象的空间分布信息。通过对数据的输入与编辑，将保护区资源的空间位置信息和相关属性信息保存到相关的数据库，再以地理图形的方式展示出各种植物、动物和矿产资源的空间分布模式，进而可以对基础数据图层进行缓冲区、叠加等空间分析，按照依法行政要求划分出可开采区、禁止开采区。按照GIS原理和方法，对矿产资源开采规划区做相应的处理，这样得到的数据在精确度和可信度上都能够符合标准，可以用来帮助划定矿产资源开采规划区的边界，为管理者对矿产资源管理提供帮助。

2.4.4 预警预测功能

通过对自然保护区和矿产资源开发空间矛盾问题的现状及原因进行分析，发现我国虽在资源开发与环境保护协调方面做出了卓越的成就，但由于各部门之间信息共享不够，自然保护区功能区划不明确，管理手段、体制机制不完善监管不到位，使得个别保护区内还存在矿产资源开发等现象。为了解决自然保护区生态环境保护与矿产资源开发之间的矛盾，在编制矿产资源规划时，将坐落在自然保护区范围内以及具有一定生态环境保护功能的区域设为禁止开采区，实现对矿山企业越界开采和资源破坏的提前预警，推进资源开发与生态环境保护协调发展。

2.5 系统数据库设计

自然保护区矿产资源信息系统以自然保护区为数据管理单元，依据数据库设计原则和基本步骤[13]，根据新疆自然保护区矿产资源的特点和需求分析的基础上，综合考虑系统的实用性，分别设计实现了空间数据库和属性数据库。

2.5.1 属性数据库

新疆自然保护区矿产资源信息系统的属性数据采用SQL Server 2008进行管理，将自然保护区矿产资源的属性数据分类加以收集、整理，并在数据库中以表格的形式保存，通过特定的关系与空间数据建立关联[14]。系统中的属性数据表包括自然保护区基本属性信息表、保护区动植物资源信息表、矿产资源信息表、探矿权信息表和采矿权信息表等统计资料。建立保护区属性数据库之后，可以利用GIS软件实现数据的更新与维护。自然保护区基本属性信息见表1。

2.5.2 空间数据库

新疆自然保护区矢量图层是由新疆国土资源基础信息中心提供。保护区探矿权、采矿权位置图由新疆维吾尔自治区地质资料馆提供。新疆矿产资源矢量图层是利用新疆维吾尔自治区第二测绘院编制的1∶100万新疆矿产图，在ArcMap中进行配准校正，然后数字化得到。按新疆自然保护区信息的类型，将保护区空间数据划分为4个图层，包括行政区划图、保护区空间分布图、矿产资源分布图、探矿权和采矿权位置图。系统通过ArcGIS建立空间数据库，并利用ArcCatalog实现对Geodatabase空间数据库的管理。最后，使用ADO数据对象将属性数据库和空间数据库进行连接[15]，实现了对保护区矿产资源数据的录入、修改、删除与浏览等操作。

表1 自然保护区基本属性信息表

3 系统开发与实现

本系统采用先进的组件式技术ArcGIS Engine，利用C/S体系结构，多源数据都存储在服务器端的关系型数据库SQL Server 2008中，包括空间数据、属性数据、图像、图表、文字等数据。客户端采用.NET (C#)开发的可视化软件，通过ArcGIS Engine访问服务器端的数据。ArcGIS Engine的主要功能有：基础服务、数据访问、地图表现、开发组件和运行选项，且地图表现能力丰富，使用简单，易于开发。它可以在Windows、UNIX和Linux桌面上运行，支持一系列的应用开发平台，其中包括文中所用到的.NET。这样既节省了开发成本，又节约了系统运行时所消耗的计算机系统资源。

系统界面以新疆自然保护区和矿产资源信息为主线进行组织。图3是基于ArcGIS Engine的新疆自然保护区矿产资源信息系统的主界面，主界面设计的有如下几个部分：图层的分类分级目录树在左边窗口上部，左边窗口下部是地图导航鹰眼显示窗口，空间图层显示浏览在中间窗口上部，中间窗口下部是属性信息查询显示窗口[16]。

对系统进行运行测试，系统提供了新疆自然保护区基本属性信息、动植物资源信息、各类矿产资源信息以及现有探矿权采矿权等信息的查询与检索，并按政策要求和管理者的需求对新疆的矿产资源进行划分与规划，实现矿产资源禁采区查询，对矿山业越界开采和资源破坏的提前预警，方便了管理者对自然保护区和矿产资源的查询管理，推进资源开发与生态环境保护协调发展。

图4为新疆各类矿产资源分布图，可以通过查询检索功能，对某类矿产资源的空间及属性信息进行查询。图5为查询检索的矿产资源详细信息。通过对系统进行测试，结果表明系统操作简洁直观并且运行稳定可靠。

图3 新疆自然保护区矿产资源信息系统用户界面

图4 矿产资源查询

图5 矿产资源属性

4 结语

系统基于组件式GIS开发技术，采用C/S架构，利用ArcGIS Engine控件运用C#语言，完成新疆自然保护区矿产资源信息系统开发，经测试及应用，系统界面友好，各项功能运行流畅，达到了决策管理者对保护区矿产资源信息查询的需求。系统的设计与开发有以下特色：①使用组件式技术进行开发，系统的灵活性、重用性和开放性得以增强，便于维护；②将分散在多个部门的保护区信息以及矿产资源信息进行收集整理，实现了保护区矿产资源信息的数字化建设；③针对目前国家禁止在保护区设有采矿权、探矿权政策，设计了保护区矿产资源查询与预警预测模块，有助于保护区矿产资源的配置与管理。新疆自然保护区矿产资源信息系统的开发建设是一个长期的动态的过程，一方面需要在软件更新和性能提高等方面对系统不断地进行维护；另一方面自然保护区矿产资源信息的收集工作也是一个连续的过程。本研究中所收集的数据还不够全面，保护区矿产资源信息系统的建设必须与新的保护区建设信息结合起来，将其成果及时地集成到信息系统中。今后，系统将不断完善与实时更新保护区矿产资源的属性信息，从而为新疆自然保护区与矿产资源决策管理者提供资源配置与决策管理的依据。

参考文献

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[2] 王莉，武法东，田明中.基于Super Map的阿拉善矿产资源管理系统开发[J].金属矿山，2009(3)：137-139.

[3] 农肖肖.基于GIS的矿产资源管理信息系统研究[J].矿产保护与利用，2014(6)：5-9.

[4] 宋轩，孟翠翠，崔剑.河南省自然保护区信息查询系统设计与实现[J].气象与环境科学，2010，33(4)：71-74.

[5] 冯娴.基于GIS的自然保护区管理信息系统研制[D].北京：中国地质大学(北京)，2012.

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