基于GIS电子地图的三江源国家公园信息化平台设计与实现

2020-11-30王丽娟杜秀娟

软件 2020年9期

王丽娟杜秀娟

摘要：本文聚焦于三江源生态系统保护、智慧国家公园建设、主流地图三江源区域空白等问题，依托青海省地理信息中心、三江源国家公园管理局等单位提供的地理信息数据，基于ArcGis、PostgreSQL、VSCode2015平台设计并开发了三江源国家公园信息化平台。本平台融合了三江源国家公园基础设施、珍稀高寒动植物物种分布及丰富度、园区体系监控等地理数据，面向公园管理人员、游客、动植物学家，实现了地面工作情况远程监管、公园概览、生物物种预测和评估等功能。同时，三江源地区在主流地图（百度地图、高德地图等）上呈现空白区域，自主设计研发的三江源国家公园电子地图缓解了该地区“无图可查”的尴尬之境。

关键词：三江源国家公园;GIS;电子地图

中图分类号： TP302 文献标识码： A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.09.024

本文著录格式：王丽娟，杜秀娟. 基于GIS电子地图的三江源国家公园信息化平台设计与实现[J]. 软件，2020，41（09）：8487

【Abstract】： Focusing on the protection of Sanjiangyuan ecosystem， the construction of smart National Park， and the blank of Sanjiangyuan area as the mainstream map， we created a GIS information platform of Sanjiangyuan National Park based on ArcGIS， PostgreSQL and VSCode2015 by using the geographic information data provided by Qinghai provincial Geographic Information Center， Sanjiangyuan National Park Administration and other units. This established platform fused some geographic data such as the infrastructure in the park， species distribution and richness of rare alpine animals and plants and monitoring of park system， contributing to the remote monitoring of ground work， park overview， biological species prediction and assessment. At the same time， Sanjiangyuan area presents a blank area on the mainstream map （Baidu map， Gaud map， etc.）， and the self-developed electronic map of Sanjiangyuan National Park alleviates the problem of “no map to check”.

【Key words】： Sanjiangyuan national park; GIS; Electronic map

0 引言

地理信息系统（Geographic Information System，GIS）是一种空间信息系统。GIS技术是一门多技术交叉的空间信息科学，主要依托于先进的计算机技术，其基本技术是数据库、地图可视化及空间分析[1-3]。因其具有良好的数据输入、输出、分析、检查、管理、显示和辅助决策等功能而在社会诸多领域得到大量应用[4]。我国较早的GIS软件设计的相关文献出现于20世纪90年代，我国较早的GIS应用系统有谭永刚等人[5]的基于GIS的西南交通大学校园电子地图。近年来，有关电子地图设计与开发的GIS应用系统大量涌现： 2018年黄冠等人实现了一种集成地图、全景与GIS数据的Web全景旅游电子地图系统;2019年薛晨等人[6]开发了基于ArcGIS的某方向海军军事医学地理信息系统;2019年王金吉等人[7]设计了昆山市银行网点布局的地理信息系统。

以上GIS应用系统针对不同的地理对象为实现特定的功能设计开发[8-10]。本平台设计实现了与三江源有关的GIS应用系统——三江源国家公园电子地图的GIS信息化平台。三江源是世界上高海拔地区独一无二的大面积湿地生态系统，独特的地理、生态环境，使得三江源成为我国重要的珍稀物种繁衍地和世界高原种质基因库。党的十八届三中全会明确提出“建立国家公园体制”，三江源国家公园体制试点应运而生。园区覆盖青海省三个县，集冰川雪山、草原草甸、森林灌丛、湖泊湿地、野生动物、世界自然遗产为一体，展现了地球上年轻的地貌，造就了独特的高原高寒山地气候，保存了大面积原真的原始风貌。三江源国家公园包括长江源、黄河源、澜沧江源三个园区。是世界上最大的国家公园。长江源区以俊美的高山冰川著称，黄河源头湖泊星罗棋布，鄂陵湖和扎陵湖如两颗镶嵌在高原草地的明珠，澜沧江源头峡谷两岸不仅风光无限，更是高原生灵的天堂。从保护三江源重要的生态资源出发，同时为了方便国家公园管理局和对三江源珍稀动植物研究的科学家提供可视化的管理、研究平台，本平台实现了三江源国家公园的GIS信息化平台。

1 系统设计

1.1 总体设计

当下，各大主流网络媒体平台对青海旅游资源的宣传着实让大美青海火了一把，近期，外交部举办的青海全球推介活動让青藏高原走入世界的舞台。本平台设计实现了与青海旅游相关的GIS应用系统——基于GIS电子地图的三江源国家公园的信息化平台。通过与青海省地理信息中心、三江源国家公园管理局、中科院西北高原生物研究所等单位合作，初步获取了三江源地区地理信息和珍稀动植物部分数据，借助GIS空间分析和可视化技术，使用ArcMap、QGis绘制三江源国家公园电子地图，实现了三江源国家公园的规划范围、河流湖泊、行政区划、基础设施、景区景点以及动植物物种分布及丰富度等地理信息的展示。旨在打造智慧国家公园平台，为三江源国家公园管理局提供可视化网站管理平台，为三江源地区珍稀动植物物种丰富度以及物种分布的预测提供依据。

1.2 开发平台

国内外研发出很多GIS二次开发平台，应用较广的国外GIS 产品主要有ArcGIS、MapInfo、MicroStation等，国内产品主要有SuperMap、MapGIS 等[11-13]。ArcGIS 平台在空间数据技术、组件开发平台技术、数据采集等多项指标方面领先于其他GIS二次开发平台。本平台结合三江源国家公园GIS功能需求，采用ArcGIS平台作为国家公园空间数据处理的工具。QGis是一款桌面GIS软件，因其操作灵活，功能可满足数据处理的需求，也是本平台开发过程中使用的软件平台。

系统开发使用到的其他技术平台还包括VSCode2015、MapBox Studio和PostgreSQL。VSCode2015用于编写网站的前端和后台代码，实现Vuex状态管理和网络请求的处理等功能。MapBox Studio由地图盒子公司研发，致力于打造全球最漂亮的个性化地图。是一款在线使用的浏览器应用，用于渲染地图中叠加的各个图层。PostgreSQL是本平台使用到的一种数据库软件，用于存储地理数据和网站用户数据，同样地，JSON文件是本平台使用到的另一种轻量型数据存储方式。

1.3 技术选型

（1）数据获取：三江源地处青藏高原腹地，有着地势险、海拔高、动物踪迹难以寻觅等特点，这给三江源地理信息数据的获取带来很大挑战。因此，与青海省旅发委、三江源国家公园管理局、中科院西北高原生物研究所、青海省地理信息中心等單位合作，初步获取了三江源地理信息和珍稀动植物部分数据;

（2）数据存储：将获取的地理数据shapfile文件经Qgis导入PostgreSQL数据库或转换为json文件，实现两种方式的存储：PostgreSQL空间数据库，geojson文件。

（3）地图制作：三江源国家公园电子地图是由10多个图层叠加而成，包括三大源区范围、行政区划、居民点、国道省道乡道等路网、动植物、景点、河流湖泊等图层，效果如图2所示。

再使用MapBox Studio对每个图层进行样式渲染，逐个添加图层后，可以对图层进行样式配置，包括设置图标、调整显示级别、配置颜色、设置标签等。最终形成完整的三江源地区电子地图。其中，对“黄河源区”图层的设置对应的代码如下：

{

"id"： "hhyq case"，

"type"： "line"，

"source"： "composite"，

"source-layer"： "hhyq"，

"layout"： {

"visibility"： "visible"

}，

"paint"： {

"line-color"： [

["linear"]，

["zoom"]，

3，

"#006400"，

}

（4）功能完善：网站实现了地图显示、图层控制、图层要素搜索、要素的文字介绍和图片展示等基本功能，针对公园管理人员，制定了园区客流量监控、预警，园区摄像头远程访问，园区工作人员巡林轨迹显示等功能。

1.4 数据库和模型设计

数据库设计与构建是GIS设计环节非常重要的内容，数据库性能的稳定是GIS稳定性的前提和保证。三江源国家公园GIS数据库设计的目的是在充分了解基础地理数据和国家公园空间数据特征的基础上，设计出安全、准确、稳定且可共享、可扩展的数据库，实现三江源国家公园数据的稳定存储和高效管理。平台采用的数据存储方式有两种：PostgreSQL数据库和geojson文件。PostgreSQL数据库集成PostGIS插件，提供空间数据管理技术，能很好地支持QGis和ArcGis平台。其中，PostgreSQL数据表有29个，涉及的数据条目达800条，其中animals数据表包含90条动物栖息点地理数据，搜集的动植物图片约450张。

1.5 功能设计

平台功能设计图如图3所示。

A. 主界面和总体功能平台主界面包含“首页”、“地图”、“登录”、“注册”四个按钮。首页即为网站欢迎页，是数据源国家公园景色展示。点击“地图”按钮，呈现的即为三江源国家公园电子地图全貌，通过滚动鼠标滚轮，调整地图的缩放级别，实现国道、省道、县道、河流湖泊、政府机构、动植物等图层地理信息依次显示。地图右侧悬浮的功能菜单包括各个图层的显示/隐藏控制、图层地理数据属性信息的检索等;“登录”和“注册”按钮分别为用户提供登录、注册接口。

B. 园区流量监测和预警模块三江源国家公园生态较为脆弱，无论是长江源区，还是黄河源区、澜沧江源区，都需要对进园人数进行控制。该功能模块针对国家公园管理人员设计开发，只有登录者为管理员身份才可使用。当园区内游客人数达到警报阈值，网站会弹出警报框，提示预警级别和人数，并发出警报铃声。其中预警级别分为三种：蓝色预警、黄色预警、红色预警;同时，网站调用短信模块，向管理员的手机发送短信，报告预警信息。

C. 园区摄像头接口模块随着信息时代的发展，如今国内大部分景区都安装有摄像头，为了国家公园的财产设置安全，园区内安装有网络摄像头。该功能为国家公园管理者提供摄像头视频实时查看的接口，可以随时监控园区运行情况，以便突发状况来临时，及时对现场地面工作人员进行远程指挥调度。

D. 园区内人员轨迹检查模块三江源国家公园占地12万平方公里，面积之大对进园者活动范围的监控带来一定困难。该功能同样为公园管理者提供人员轨迹查看的接口，通过点击人员当前位置的“小红点”，即可查看游客进园后的个性化游览路线，以及地面工作人员的日常巡林轨迹。

2 系统实现

本平台实现了三江源国家公园规划全貌、珍稀高寒动植物物种分布和丰富度GIS数据、园区基础设施GIS数据的有机结合显示。从地图上，我们可以看到长江源区为绿色，黄河源区为黄色，澜沧江源区为蓝色。随着用户图面比例尺由小逐渐增大，地图主体内容将依次呈现园区电子概览地图、园区基础设施图层、珍稀高寒动植物物種分布图层，显示效果如图4（a）、（b）、（c）所示。随着地图主体内容的变化，地图所承载与表达的信息量、地图显示方式、地图交互方式也将呈现出多样性。

对于游客来说，平台丰富了旅游系统中旅游信息的表现力与表达形式，较好地辅助了用户对三江源国家公园的概览，增强了用户对景点的直观了解程度;对于公园管理者来说，平台有力地支撑他们对园区设施、人员的管理;对于三江源高寒珍稀动植物的研究人员来说，平台可成为他们科研成果展示的平台，同时为物种分布以及丰富度预测提供了参考。

3 系统应用

按照使用需求和权限级别的不同，平台用户主要分为三种：三江源国家公园管理人员、三江源动植物学家、游客。对于游客，具有景区景点、卫生机构、车站等出行游玩信息的查询;对于动植物研究人员，该平台为其分配了数据库登录、操作部分数据表的权限，可以将调研的动植物数据整理到animals和plants两个数据表中，具体信息包括名称、活动范围（经纬度）等;针对公园管理人员，在以上功能基础上，增加了园区流量监测和预警、园区摄像头视频实时查看、园区内地面人员轨迹检查等功能，支撑其实现对三江源国家公园的全面化管理。

4 结语

利用测绘部门地理信息数据全面精准的资源优势，以旅游出行、生态保护为出发点，使用GIS可视化和空间数据分析技术，实现了三江源国家公园GIS信息化平台，使得用户对三江源国家公园有了更为直观、全面的了解，为用户的旅游出行提供了参考，为三江源动植物学家开展物种预测和评估提供了依据，有良好的现实意义和推广使用价值。

在今后的研究中，还可在电子地图的动植物分布预测的使用上向热力图和叠加分析的方向深入研究，探究GIS多样化可视技术在本平台中的应用，进一步增强用户体验。

参考文献

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