基于GIS技术的河南省重点保护植物管理信息系统设计与分析

翁 梅，张文狮，尹红征

(河南农业大学信息与管理科学学院，河南郑州450002)

河南省地域广阔，地理条件和自然环境独特，植物种类资源丰富，其中有百种以上的珍稀濒危保护植物［1］.为保护河南丰富的野生植物资源，河南省政府在广泛征求意见的基础上颁布了豫政［2005］1号文件，公布了《河南省重点保护植物名录》.名录中涉及蕨类植物、裸子植物、被子植物3大类36科98种，均属我省原生分布.

目前，国内相关机构多注重植物资源的可持续利用以及各类代表植物利用价值的研究.要实现植物资源的可持续利用关键在于建立全面的珍稀濒危植物档案，及时掌握珍稀濒危植物资源的数量、质量和空间分布的变化.运用现代信息处理技术建立河南省植物资源管理信息系统［2］，把大量实地调查的资料转化成数据库文件，不仅能丰富科学研究的基础资料，也为进一步研究提供了便利条件.

1 功能分析

系统根据河南省重点保护植物目录及大量的文献资料［3～5］，运用 GIS(Geographic information system)地理信息系统与MIS(Management information system)技术，结合GAP(A Geographic approach to protect biological diversity)分析方法评价现有保护区的合理性［6］，综合考虑植物区域分布、适应生境、相应自然保护区等因素，实现了植物形态信息与其地理分布信息的无缝整合.本系统收录了河南省98种重点保护植物的详细信息(包括科名、属名、种名、中文名称、别名、分布产地、形态特征、生态习性及植物简介)，支持多条件查询植物信息，实现名称查询、地理查询、种属查询等功能.同时应用网络GIS技术实现98种重点保护植物的可视化空间分布，不仅可以使原来MIS中很多抽象的数据与地理位置建立联系，直接显示在地图上，方便用户在地图上直接操作MIS，使信息查询、统计变得更加简单、直观，并通过图层叠加技术找出单个植物的分布规律及其保护的空白区.还可利用地图有关的面积、周长计算出空白区占总体分布的比例，为保护决策提供参考，直观的反映出植物的分布信息，弥补了文字描述分布地域的局限性［7，8］.

图1显示了系统3层结构的总体功能框架.在服务器端，系统对用户进行分组授权，根据数据安全级别和功能复杂程度的不同，把用户分为普通用户和管理员，管理员通过系统安全验证，负责数据的编辑和修改，允许普通用户使用一般地理信息系统的功能.应用层中使用一个中间件在客户机应用程序和后端数据库之间运行，中间件只负责读取原始格式的空间数据，对地理空间信息进行编码，并返回给地理信息服务器.从这种意义上说，中间件实现用户对空间数据库的获取.

图1 系统总体功能框架Fig.1 The overall structure of system functionality

GIS应用除提供地图的一些基本操作功能，如放大、缩小、漫游、全景、图层控制等，另外还提供了属性到图形、图形到属性的双向查询，用户可以方便的选取地图上的图形信息得到该区域的属性表，或通过属性信息反查到该区域所属的地图信息.

2 体系结构

总体目标采用3层B/S结构设计，即数据层、应用服务层和表现层，如图2所示.服务器端运行环境:Windows 2000 Server，Microsoft SQL 2000，Supermap IS.NET，客户端运行环境:Windows NT/2000/XP，系统开发环境:Microsoft Visual Studio.net，Supermap IS.NET.

2.1 数据层

数据服务器端用SQL Server 2000数据库系统软件储存属性数据、空间数据等.

2.2 应用服务层

应用服务层是系统实际业务规则的执行部分.其中，通过Web服务器端组件实现客户端与数据库的连接，生成网络电子地图数据和专题数据等地图服务，Supermap提供了Web Service和Web Controls服务功能，利用这些后台服务为大多数用户提供了强劲的GIS功能需要.提高了设备的利用率，同时也增加了用户的并发访问量;通过IIS和Supermap内置的数据库引擎SDX+技术访问建立的空间数据库［9］;通过Web应用组件对用户进行授权管理以及系统信息的发布与处理.

2.3 表现层

系统通过Web应用组件向用户提供Web服务，用户无需安装任何插件或控件，只需通过电脑上的Web浏览器就可以直接运行和渲染表现HTML/JavaScprit，进而获得系统提供的服务，这样最大程度地方便了用户，做到了服务随时随地都可以被访问到.

图2 系统总体架构Fig.2 The overall system architecture

3 关键技术

3.1 数据查询功能的实现

本系统通过SDX+技术与SQL Server连接，在系统中属性数据库和空间数据库互相独立，在属性数据库中加入已经编码的县市代码数据表，来对应空间数据库中的各个县市，实现属性数据库和空间数据库的匹配与转化［10］.当系统查询某种植物的地理信息时，就可以通过相应的代码位查找到符合条件的县市信息，对符合条件的属性数据进行累加，如图3所示.

图3 查询模块工作流程Fig.3 The work flow of query module

系统通过增加属性数据集的方式，把属性数据与空间数据进行匹配，县市名称由属性数据生成点生成，SQL查询支持对属性数据库的查询.以查询河南猕猴桃为例，系统首先在属性数据库中查询到河南猕猴桃分布的县市编码为(C07，C10，M05，R09，R12)，空间数据库中对应的河南省县市为(嵩县、栾川县、卢氏县、内乡县、西峡县).获得结果集resultset，遍历结果集，为每个对象点在customlayer上显示.即在查询到的空间数据信息地图上，嵩县、栾川县、卢氏县、内乡县、西峡县行政区内高亮显示，部分程序代码如下.

for(int i=0;i ＜ rs.Recordsets.Length;i++)

{

for(int j=0;j ＜ rs.Recordsets［i］.Records.Length;j++)

{

var name=rs.Recordsets［i］.Records［j］.FieldValues［0］;

StringBuilder sb=new StringBuilder();

sb=“＜table＞”;

sb+=“＜tr＞”;

sb+=“＜td＞”+name+“＜/td＞”;

sb+=“＜/tr＞”;

sb+=“＜/table＞”;

this.MapControl1.CustomLayer.Marks.Insert(i.ToString+j.ToString，rs.Recordsets［i］.Records［j］.Center.X，rs.Recordsets［i］.Records［j］.Center.Y，sb);

this.MapControl1.CustomLayer.Visible=true;

}

}

矢量地图还可以在导航窗口里进行拖动、放大和缩小等 GIS的基本操作.本系统建立在 SQL Server数据库之上，运用SuperMap处理地理分布数据，形成单个植物分布图.

3.2 Web站点的创建

本系统运用WebGIS的Active X技术，支持多种语言运行，运行速度快，可以像Java Applet一样嵌入到 HTML 文件中，在 internet上运行［11］.Supermap IS.NET封装了大部分应用功能的GIS功能，具有可视化和支持多种语言的优点，使2次开发变得十分容易.系统选用Microsoft Visual Studio.net搭建框架，集成各个子模块［12］.页面包括4部分:

①Top:重点保护植物管理信息系统.

②Left:采用 IEWebControl组成树状图便于观看.

③Right:GIS应用的主体，包括工具条、图层控制、显示属性信息.

④Bottom:脚注.

4 结语

本系统与传统桌面或面向局域网的GIS对比，可以满足客户通过Internet实时查询GIS数据的需要，用户无需安装任何插件或控件，通过Web浏览器即可进行远程数据共享与查询.业务逻辑主要集中在应用服务器，使得服务维护简单方便，运行成本降低.当系统访问用户增加时，只需增加相应的应用服务器数量即可，具有良好的可扩展性.

本研究以河南省原生重点保护植物为基础，其中包括河南海棠、灵宝杜鹃、河南猕猴桃等具有重要经济、科研、文化价值的濒危、稀有植物，综合了大量的图文信息、地理信息和实地考察资料，利用网络GIS与MIS的无缝集成，建立了基于WebGIS的河南省重点保护植物管理信息系统，实现了资源共享和信息的及时更新与发布.MIS和GIS的结合有效地弥补了MIS在空间信息管理中的不足，实现了地图和属性信息一体化的管理，为河南省重点保护植物分布提供了直观的应用服务，为以后研究其种群动态提供了科学的基础材料.随着新技术在农业信息化中的应用越来越多，特别是全球定位系统GPS(Global position system)和遥感RS(Remote sensing)等技术的完善，这些技术必将成为优化系统、完善系统的重要手段，必将为农业管理信息系统的决策提供更加科学的依据.

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