基于GIS的河北省草地信息管理平台开发与应用

王晓栋，解 玮，宛 涛，毕力格吉夫，张那仁， 杨胜利，常书娟，胡 涛，图力古尔，萨仁格日乐

(1.内蒙古农业大学，呼和浩特 010018；2.内蒙古自治区草原勘察规划院，呼和浩特 010051； 3.内蒙古财经大学，呼和浩特 010070；4.内蒙古兴安盟科右中旗吐列毛杜镇水利站 029423)

草地资源是一种可更新资源，是畜牧业发展的重要物资基础。近年来，由于干旱、风蚀、水蚀、火烧、地震、泥石流等天然因素和草地开垦、过度放牧、滥砍滥挖、污水排放等人为因素的影响,草地受到不同程度的干扰，草地资源分布的空间格局发生了较大变化[1～2]，因此准确、翔实地掌握草地资源状况是当今草地资源研究的首要任务。河北省地处温带欧亚草原与森林过渡地带，草地分布广、面积较大，坝上有广阔的草原，北部燕山山脉、西部太行山山脉及广大山区有草山草坡，渤海湾一带滨海有草滩，平原区有人工草地等[3]，草地植物资源丰富。河北省曾于1979～1984年对全省草地资源进行过全面调查，天然草地共有7个草地类型，总面积4.71×106hm2,占全省总面积的25.12%，其中80.3%的草地分布在北部的承德、张家口和保定三市，是坝上地区、冀北、冀西北山地以及太行山区发展畜牧业的基地[4]。经过30多年时间，河北省草地生长状况发生了一定的变化，为掌握全省草地资源现状，2017～2018年河北省开展了全省草地自然资源的清查工作，期间形成了海量的信息资料。针对繁多的草原资源信息(包括资源实体的空间位置及拓扑关系的图形信息和描述源属性的数字、文字信息)，搭建一套覆盖全省的草原信息管理系统，实现草地资源信息快速输入、存储、处理、查询、提取等功能，有助于及时可靠地为草原保护与建设、灾害预警、生态环境动态监测等提供高精度的草地资源面积、类型及生产力状况的本底数据[5]。

1 草地信息管理平台建设目标

基于GIS技术，建立草地资源资产信息管理平台。运用该平台快速查询河北省草原资源分布、面积及草原质量分级等资源状况；草原“三化”(退化、沙化、盐渍化)分布、面积及草原植被覆盖度等生态状况；草原生产力情况及草原承载力等利用状况。规范草地资源资产数据管理机制，达到简化草地资源动态监测流程、提高处理草地资源动态监测数据工作效率的目的。实现草原资源的动态监测预警，牧区“人、草、畜”信息的统一管理，及时掌握草原本底数据的变动情况，达到草地资源信息快速输入、存储、处理、查询、提取等功能，更准确、更方便、更及时地为相关部门提供草地资源综合分析、动态监测和管理规划等服务。

2 草地信息管理平台设计

草地资源资产信息管理平台是以Visual studio 2010为开发工具，在Microsoft. NET Framework 4.0框架下,使用C#编程语言，基于ArcGIS Desktop 10.1软件,按组件模块化设计和开发的应用程序。具有开放的体系结构，功能和数据具有良好的可扩展性，以文件地理数据库(GDB)方式建立、维护和管理空间属性数据，实现图形数据与属性数据的无缝连接。

3 草地信息管理平台构建

从逻辑结构层面上，草地自然资源信息管理平台可以划分为基础层、技术层、数据层和用户层4个部分，详见图1。

图1 河北省草地资源资产信息管理平台结构

3.1 基础层

基础层是为系统开发提供硬件平台的基础支撑。因为涉及到大数据的运算和图形显示，所以对计算机的CPU、显卡等的要求都比较高。系统的运行环境包括Microsoft. NET Framework 4.0、ArcGIS Desktop 10.1、Microsoft Office办公软件需要能够正常运行。

3.2 技术层

技术层是平台实现的基础，为平台的实施提供技术保障。本项目的架构和开发，采用当前主流的开发技术，主要包括GIS开发技术、数据库技术以及组件开发技术，这些技术成熟稳定，为系统的顺利实施打下良好的技术基础。

3.3 数据层

该层是为系统的运行提供数据支撑。栅格数据、矢量数据、属性数据、地面数据都按年份分别存储在文件地理数据库(GDB)对应的数据集里。

3.4 用户层

该层是为实现用户对系统的操作。用户有管理员、系统用户和普通用户之分，不同的用户拥有不同的使用权限。

4 草地信息管理平台主要关键技术

4.1 数据库技术

数据库技术是现代信息科学与技术的重要组成部分，是计算机数据处理与信息管理系统的核心。数据库技术研究和解决了计算机信息处理过程中大量数据有效地组织和存储的问题，在数据库系统中减少数据存储冗余、实现数据共享、保障数据安全以及高效地检索数据和处理数据。草地资源资产信息管理平台采用的是文件地理数据库(GDB)，该数据库是针对属性图这种结构的独有特点而专门设计的一种数据库,非常适合高度互连数据集的存储和查询。

4.2 “3S”技术

该技术是遥感技术、地理信息系统和全球定位系统的统称，包括空间信息获取、传感器和信息探测、图形图像处理、空间定位、动态监测、信息管理与存储、预测评价与决策分析等功能，可实现对各种空间信息和资源信息的快速、准确、可靠的收集、处理、更新、分析与应用。

4.3 数据间无缝关联

草地资源资产成果数据包括属性数据和空间数据，分别以数据表形式和图层形式集成到地理信息数据库中。通过在空间数据表和属性数据表中建立一个相关联的对象标识识别码，来判断空间数据和属性数据之间的关系。这有利于管理人员根据不同的应用需求，快速、准确地存储、查询和分析草地资源空间特征及其属性。

5 草地信息管理平台主要功能与应用

草地资源资产信息管理平台的工作程序是先采集草地资源信息数据，进行标准化处理后再录入系统数据库中，最后实现专题浏览、属性查询、空间位置查询、专题制图等功能。平台共4个模块，分别是管理模块、地图模块、制图模块和系统模块。信息管理平台登陆界面见图2。

图2 河北省草地资源资产信息管理平台登陆界面

5.1 管理模块

该模块是对工程文件、矢量数据集、栅格数据集以及六项调查表进行管理。管理和录入草地资源调查的历史数据与地面调查数据，包括文本、表格、图片属性与数字化图件等。矢量数据集和栅格数据集支持多种类型的遥感和非遥感的数据源，包含SHP、TIFF、HDF以及JPEG格式等数据。将不同格式的数据输入平台后，再利用空间数据平台技术进行地理化编码，从而形成一系列的数据组合。这次对河北省开展的全省草地自然资源清查，矢量数据集是按年份创建的包含草普数据图层、行政区数据图层、样地数据图层、人工草地数据图层的集合；栅格数据集是按年份创建的包含遥感影像和草原生物量的集合；六项调查表包含野外拍照、采集植物标本记录卡、样地基本特征调查表、草本及小(半)灌木样方调查表、灌木及高大草本样方调查表、植物记名(频度)调查表以及路线观察样地调查表。平台可以快速添加或删除指定年份数据集。信息管理平台管理模块界面见图3。

5.2 地图模块

该模块是浏览查询、编辑矢量数据以及专题图显示的功能总集。地图模块可实现对矢量图放大、缩小、平移,长度或面积测算以及属性和空间位置的查询,也可以对矢量图进行增、删、改及属性的修改等图形编辑；平台依据矢量数据的字段属性预设了专题图模板，用户根据年份、行政区名称和数据类型加载对应的数据，再按照对应专题图模板专题显示如草原类、草原型、草原属性和退化等情况。信息管理平台地图模块界面见图4。

图4 河北省草地资源资产信息管理平台地图模块

5.3 制图模块

该模块是专为专题图制图而设的，主要包括草场地块图、人工种草图、草原类(型)图、草原生物量图和草原退化图。系统也预设了制图模板，但用户可以根据需要对图框、标题、指北针、比例尺、经纬网、图例等进行编辑修改。输出格式可jpg、bmp、tif任选，出图分辨率及图纸大小也可以自行设置。信息管理平台制图模块界面见图5。

图5 河北省草地资源资产信息管理平台制图模块

5.4 系统模块

该模块主要是对系统登录用户进行管理，包括用户列表、添加用户、修改用户、删除用户等功能。信息管理平台系统模块界面见图6。

6 草地信息管理平台优势及不足

该平台是河北省针对草原资源管理开发的首套管理系统，在传统地理信息平台所具备的功能之外，支持多源空间数据和属性数据。多源空间数据包括数字化地图中所包含的各类信息；属性数据包括描述草地属性、类型、面积，草地等级，草地退化、沙化、盐渍化情况，草地生物量等业务数据。这些数据具有很强的时序性和时空多尺度特征，利用空间数据平台技术进行地理化编码，实现了数据、图形的检索、追加、编辑更新以及输入输出，可根据用户的需求按照行政区划划分调取，也可打破行政区划按照功能类型划分使用，能随时随地快速精准的了解到某个地区的综合草地资源信息，更准确、更方便、更及时的为相关部门提供草地资源综合分析、动态监测和管理规划等服务。研发的草地资源信息管理平台，在草地资源监测方面已为河北省草地部门管理和更新草地空间信息等提供了方便快捷的服务。但该系统暂处于单机管理平台，未形成网络共享。针对多部门上下级对草地信息共享及时更新与快速查询等迫切需求，尽快开发出基于ORACLE或SQLSREVER数据库的网络共享平台已成为下一步工作的重点，以便惠及更多的用户，同时为相关领域的科研人员和政府提供一个全新、方便、及时和灵活的草地资源信息共享平台。