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基于组件式GIS的班戈县草地退化动态监测系统分析与设计

时间：2014-08-22 11:11 文章来源：http://www.lunwenbuluo.com 作者：李文凤张静谢潇点击次数：

摘要：采用组件式ＧＩＳ的开发方式构建班戈县草地退化动态监测系统，应用ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ控件和面向对象语言Ｃ＃自主开发功能，以实现宏观上对草地管理和动态监测的目的。根据班戈县草地退化现状为系统设计背景，遵循系统设计原则和系统功能结构开展班戈县草地退化动态监测系统的初步设计和分析，并为系统后期的扩展提供基础，也为实现草地的数字化管理以及保护草地生态环境提供科学依据。

　　关键词：组件式ＧＩＳ；草地退化；动态监测系统；班戈县

　　在２０世纪我国第一次草地资源调查中显示，我国可利用草地面积为３３０９９．５５万ｈｍ２，位居世界第二草地大国。根据行政省区划分，西藏自治区的草地面积位居全国之首，根据草地草群等级评价标准和草群产草量评价标准可知，西藏自治区以Ⅱ等、Ⅲ等、Ⅳ等草地面积为主，占全省草地面积的８０％以上，且低产草地面积最大，其次为中产草地和高产草地面积，草地产草量中等偏下［１］。

　　西藏自治区是我国传统的五大牧区之一，其中那曲地区的草地面积占全区的４０．２５％，是主要发展畜牧业的地区。班戈县位于那曲地区西部北纬３７°２５′１６″—３９°５′４８″，东经９８°５′３５″—１０１°２′６″，是一个纯牧业县，南部位于纳木措湖畔，适宜饲养牦牛；北部多为干寒和半荒漠草场，是藏系羊的天然牧场。该县平均海拔４７００ｍ，属高原亚寒带半干旱季风气候区，气候寒冷且四季不分明。

　　近年来，根据该地区遥感影像信息可知，该县草地退化严重，已产生草地沙化和荒漠化的情况，草畜严重不平衡［２，３］。因此，针对此类问题迫切需要建立特定的信息平台，针对草地退化情况进行动态监测评价，以期减少草地资源的恶化，并为当地草地畜牧业持续发展提供决策性建议和帮助。

　　１草地开发环境

　　１．１组件式ＧＩＳ

　　地理信息系统（ＧＩＳ）是一种决策支持系统，通过把现实世界转换为一系列的地理要素和地理现象进行管理、分析和显示地理信息的系统。ＧＩＳ技术在软件模式上从功能模块、核心式软件等发展到组件式ＧＩＳ和ＷｅｂＧＩＳ。组件式ＧＩＳ即以控件完成ＧＩＳ的功能，可以通过可视化的软件开发工具进行集成，在ＧＩＳ应用软件开发中，使用组件式的开发已成为必然趋势［４］。

　　目前，大型的组件式ＧＩＳ开发平台以ＥＳＲＩ的ＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ和ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ、ＭａｐＩｎｆｏ的ＭａｐＸ、中国科学院地理信息产业中心的ＡｃｔｉｖｅＭａｐ和超图的ＳｕｐｅｒＭａｐＯｂｊｅｃｔｓ为主。这些庞大的组件群可以实现ＧＩＳ的几乎全部功能。班戈县草地退化动态监测系统以面向组件的Ｃ＃为开发语言，这是一款面向对象的可运行于．ＮＥＴＦｒａｍｅｗｏｒｋ的高级程序设计语言，是由Ｃ语言和Ｃ＋＋衍生而来的一种编程语言，可与组件对象模型直接集成。

　　１．２ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ简介

　　ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ（ＡＯ）是ＥＳＲＩ基于ＭｉｃｒｏｓｏｆｔＣＯＭ技术构建的ＧＩＳ组件产品，是ＥＳＲＩ公司ＡｒｃＧＩＳ系列产品的开发平台，可应用于大量开发环境中，是为系统开发提供的二次开发组件。在ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的层次结构中Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ位于结构最高层，拥有文档（Ｄｏｃｕｍｅｎｔ）、显示（Ｄｉｓｐｌａｙ）和扩展功能（Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）３部分，其中文档可同时拥有下一级的Ｍａｐ对象和Ｍａｐ对象下一级的Ｌａｙｅｒ对象（图１）。

　　用户可基于ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的平台开发具有强大功能的应用系统，这种集成的、面向对象的数据模型软件组件库包括ＭａｐCｏｎｔｒｏｌ、ＰａｇｅLａｙｏｕｔCｏｎｔｒｏｌ和ＳｃｅｎｅVｉｅｗｅｒ３个控件，其下属组件包括二维地图显示组件库、空间分析组件库、空间数据管理组件库、制图输出组件库、三维显示组件库和三维分析组件库等相关的组件。通过这些组件可以实现自主开发的ＧＩＳ功能。

　　２班戈县草地检测系统设计与功能模块

　　２．１系统结构概述

　　１９９９—２００９年班戈县草地退化面积占该县草地总面积的７０％，主要以轻度退化转向中度和重度退化为主，其退化趋势有明显的增长。因此，对于班戈县的草地数据管理和分析已尤为重要。班戈县草地退化监测系统的建立是为了实现对班戈县草地资源的科学管理，促进其可持续开发。将ＧＩＳ应用于班戈县草地退化动态监测系统是为了把遥感技术和地理信息技术相结合，对班戈县草地退化的动态演变过程进行系统、规律的分析，研究其草地资源变化特征、草地退化机制和草地生态环境价值评估，并为当地草畜平衡发展提供决策性服务，实现该县的社会、经济和环境的可持续发展。

　　班戈县草地退化动态监测系统是在班戈县遥感影像信息、各类地图数据、基础数据和观测站实测数据等基础上建立的综合性、动态性信息系统，是结合ＧＩＳ和．ＮＥＴＦｒａｍｗｏｒｋ构建的数字化应用型信息平台。系统采用ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ和Ｃ＃．ｎｅｔ相结合的开发方式，其体系结构为３层应用结构，使组件层位于用户客户端和数据库之间，根据实际需要的功能利用ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ控件开发自主独立的功能界面，使其具有ＡｒｃＧＩＳ的服务平台功能，相关收集整理的空间数据存储在Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ中，其他属性数据则在Ｏｒａｃｌｅ中存储，系统结构图如图２所示。

　　该系统的建立是为实现班戈县草地资源监测、草地退化分析预测和相关决策性服务的基础信息平台，可为那曲地区草地资源开发利用和可持续发展研究构建基础平台，并实现对牧区经济、环境和生活的数字化研究。

　　２．２系统功能结构

　　根据班戈县草地退化动态监测系统需求进行分析，可把系统分成数据采集、处理、业务处理和决策分析四部分，该系统可划分为４个子系统：空间分析、基础数据管理、草地动态变化空间模型和数据输出系统。该系统主要以数据视图和版面设计为基础来实现对班戈县草地资源动态监测，管理草地资源的基础数据并应用模型计算草地动态退化数据，根据实测数据进行信息分析，把结果以制图、报表和文字说明等形式显示。系统主要由数据视图、信息输出、版面设计和系统帮助４个功能模块组成，其功能结构如图３所示。

　　３班戈县草地检测系统功能实现

　　３．１系统设计原则

　　为了实现对系统科学的管理并在今后对系统进行扩展，班戈县草地退化动态监测系统应遵循以下设计原则：

　　１）保证系统运行和数据的安全性，按照规范的代码和设计使每个功能根据独立的控件进行开发。所有数据录入应符合ＧＩＳ的基本要求和标准，遵守国家规定的规范。

　　２）系统开发必须满足用户的需求，应保证各项功能简洁，易于操作，并具备一般ＧＩＳ的功能。

　　３）系统采取模块化结构设计，可为系统今后的扩展增加空间。

　　４）保证系统在开发过程中尽可能减少人力、财力和物力的浪费。

　　３．２基本功能

　　应用ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ提供的ＭａｐＣｏｎｔｒｏｌ控件、ＰａｇｅＬａｙｏｕｔＣｏｎｔｒｏｌ控件和核心组件库来实现系统的基本功能。

　　３．２．１基础数据管理实现对不同格式数据的浏览查看，对加载的地理数据进行选择区域的属性信息显示、查询，还可应用ＤａｔａＳｏｕｒｃｅＲａｓｔｅｒ库完成栅格数据的转换。对地理信息数据的浏览查询功能可使用ＩＧｘＤｉａｌｏｇ方法来选择要素类，并将数据加载到ＭａｐＣｏｎｔｒｏｌ中；对数据视图的操作可在ＭａｐＣｏｎｔｒｏｌ控件的ＯｎＭｏｕｓｅＭｏｖｅ、ＯｎＭｏｕｓｅＤｏｗｎ和ＯｎＭｏｕｓｅＵｐ事件下完成；可通过树形目录ＴｒｅｅＶｉｅｗ事件加载图层地理数据，还可对多个图层进行删除、编辑等操作；对属性数据的管理可通过查询、对象选择等功能实现。

　　３．２．２草地动态变化空间模型草地退化变化和产草量大小是草地退化动态研究的重要内容，其空间变化主要考虑草地在监测期间的类型变化、草地退化等级的变化和修复后草地退化等级的变化。因此，可借鉴已有的动态空间模型对该县各级草地动态变化和产草量进行测算。由于班戈县的气候环境使得该县存在土壤层剥蚀和流失的现象，随着时间的推移这种现象会对草地造成很大危害，因此，在数据模型建立中，应考虑土壤侵蚀度的计算和影响因子的分析，可通过对其进行定量评价了解该县土壤侵蚀度分级和相对应的修复方法。

　　３．２．３空间分析通过ＩＭａｐ接口实现多源数据图层操作，可添加ＤＥＭ的草地退化地形图进行分析；通过ＩＴｏｐｏｌｏｇｉｃａｌＯｐｅｒａｔｏｒ接口实现空间拓扑运算，可针对土壤侵蚀等级高的区域进行缓冲区分析并制定相关的修复措施；应用ＣｂｏＯｖｅｒａｌｙｅｒＴｙｐｅ控件对多个时间段的草地退化进行叠置分析；还可进行控价查询分析等功能。

　　３．２．４数据输出系统可在ＰａｇｅＬａｙｏｕｔＣｏｎｔｒｏｌ控件下进行专题图制作，并对地图进行多种修饰；还可通过ＡｒｃＯｂｊｅｃｔｓ的Ｏｕｔｐｕｔ库实现多种数据格式的保存和输出，采用ＩＥｘｐｏｒｔ接口生成当前ＡｃｔｉｖｅＶｉｅｗ中的图像并保存１０种格式。输出的数据内容包括地图、报表、图片和文字说明等。

　　３．３数据库建立

　　班戈县草地退化动态监测系统的数据库分为空间数据库和属性数据库，针对不同的数据类型分别存储在不同的数据模型库中。ＡｒｃＳＤＥ是数据库系统中管理地理数据库的接口［５］，使用Ｇｅｏｄａｔａｂａｓｅ数据模型存储和管理地理信息［６］，本系统采用ＡｒｃＳＤＥ＋Ｏｒａｃｌｅ作为数据库开发平台，考虑到今后可对系统进行扩展所以没有选择Ａｃｃｅｓｓ，但如果前期数据量很少可以使用Ａｃｃｅｓｓ数据库，之后再导入Ｏｒａｃｌｅ中。

　　数据库中属性数据主要包括：不同时间草地类型、生物量等监测数据，草地分布、水文、基质以及土地利用数据，草地资源评价数据，草地病虫害防治数据，相关法规政策和该县的统计资料等数据。空间数据存储的数据主要包括：ＤＥＭ数据、地形专题图、植被分布影像和其他遥感影像资料等数据。

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