基于地理國情普查成果的生態環境監測與評價系統研究

唐 偉 王德富 劉 翀 李維慶(國家測繪地理信息局第三地理信息制圖院，四川 成都 610100)

基于地理國情普查成果的生態環境監測與評價系統研究

唐 偉 王德富 劉 翀 李維慶
(國家測繪地理信息局第三地理信息制圖院，四川 成都 610100)

走生態優先、綠色發展之路，是推動長江經濟帶發展的基本要求，生態環境保護已居于壓倒性的戰略地位，是我國當前及今后長期堅持的一項基本任務。隨著3S技術的發展，生態環境監測與評價技術逐漸完善。本文結合《生態環境狀況評價技術規范(HJ 192-2015)》技術標準，以地理國情普查及監測成果為基礎，結合環境、氣象等專業數據，研發生態環境監測與評價系統，開展區域生態環境監測與評價，推動測繪地理信息成果的應用。項目成果在綠色宜賓生態環境評價與監測工作中得到良好推廣。

ArcObjects；生態環境評價；地理國情監測

1 引言

人口、資源和環境是當今人類社會發展所必須面臨的嚴峻問題[1]。隨著經濟社會的快速發展，生態環境與經濟建設發展不相協調的矛盾日趨突出。推動長江經濟帶發展必須走“生態優先、綠色發展”之路，十八屆五中全會明確提出“創新、協調、綠色、開放、共享”五大發展理念[2]，科學認識生態環境狀況，分析生態環境質量。而此前已有大量學者對生態環境評價工作進行了相關研究，且建立了基本的工作流程與評價方法。歸納起來，生態環境評價工作流程大致通常分為以下幾個步驟：資料收集與數據整合、數據統計分析、分指數計算、生態環境狀況評價與分析，其過程主要涉及ArcGIS空間分析功能的操作，通過不同的模型工具運行以及代表各指標的柵格圖層的疊加計算，最終得出各評價單元內生態環境狀況指數。然而一般的生態環境評價采用的土地利用數據都不夠精細，會影響評價結果的準確性。且評價過程若是人工操作，則會出現操作步驟多、過程繁瑣、效率低下等問題，而當涉及以較大范圍為評價單元和多期生態環境監測評價時，其數據量大與過程重復操作則會使上述問題更加凸顯。顯然，這對于當前的生態環境評價工作造成了極為不利的影響。

基于此，本文探索研發基于地理國情普查的生態環境監測與評價系統，以全國第一次地理國情普查成果數據為基礎，結合環境、氣象等專業數據，通過系統實現自動數據整合、數據轉換、指標指數計算、生態環境模型評價等功能，提高評價工作的規范性與高效性，為全省生態文明建設乃至整個長江經濟帶生態環境監測與評價奠定技術基礎。

2 地理國情普查概況

為全面掌握我國地理國情現狀，滿足經濟社會發展和生態文明建設的需要，國務院決定于2013年至2015年開展第一次全國地理國情普查工作。地理國情普查是一項重大的國情國力調查，是全面獲取地理國情信息的重要手段，是掌握地表自然、生態以及人類活動基本情況的基礎性工作。地理國情信息分類對象主要包括地表形態、地表覆蓋和重要地理國情監測要素三個方面。地表形態數據反映地表的地形及地勢特征，也間接反映了地貌形態。地表覆蓋分類信息反映土地表面自然營造物和人工營造物的自然屬性或狀況。重要地理國情監測要素信息反映與社會生活密切相關、具有較為穩定的空間范圍或邊界、具有或可以明確標識、有獨立監測和統計分析意義的重要地物及其屬性。地理國情信息分為12個一級類，58個二級類，135個三級類。開展全國地理國情普查，系統掌握權威、客觀、準確的地理國情信息，是制定和實施國家發展戰略與規劃、優化國土空間開發格局和各類資源配置的重要依據，是推進生態環境保護、建設資源節約型和環境友好型社會的重要支撐，是做好防災減災工作和應急保障服務的重要保障，也是相關行業開展調查統計工作的重要數據基礎。

3 系統架構設計

系統利用ArcSDE空間數據庫引擎，操作ArcGIS平臺下的生態環境監測與評價數據庫，基于.Net Framework 4.0運行環境，利用ArcOjects 10.1提供的空間數據操作和空間數據分析功能，構建長江經濟帶生態環境監測與評價數據處理和分析等模塊。

軟件平臺采用四層架構模式進行建設，具體主要包括支撐層、數據層、服務層、應用層四大塊[3](圖1)。

圖1 系統架構

其中，支撐層主要指軟硬件支撐環境，包括服務器、數據庫軟件地理應用服務器，以及.Net開發環境平臺和ArcObjects組件包等。

數據層是由多種數據源集成的，包含基礎測繪地理數據、地理國情普查數據和環境專題數據，主要為服務層提供數據源。

服務層是軟件的核心功能層，主要包括具體的功能模塊，包括數據處理模塊、統計分析模塊、生態環境狀況與評價模塊。在各功能模塊中還具體包含二級處理、分析與評價功能。

應用層主要是系統功能的載體，為管理員、作業員、檢查員提供操作界面，負責系統功能和數據展示，實現軟件系統在離線和在線狀態下完成地圖數據編輯、查詢、管理等，因此也可將此層稱為表現層。

4 功能設計與實現

根據前面的系統架構設計并結合生態環境狀況評價需求，系統主要包括4個模塊(圖2)。

圖2 系統部分功能界面

4.1 數據處理模塊

4.1.1 數據轉換

以地理國情普查成果數據為基礎，根據地理國情中地表覆蓋分類數據與《生態環境狀況評價技術規范(HJ 192-2015)》中的各地類指標對應關系[4]，通過多對一的映射關系處理，將地理國情數據地類CC碼轉換為生態環境評價指標的數據代碼，以成功實現國情數據轉換為生態環境評價的基礎源數據。

4.1.2 數據整合

將生態環境監測與評價需要的環境、氣象、統計年鑒等專業數據，通過數據映射、空間化等方法，整合入庫，最終形成包括各類監測指標數據源的生態環境監測與評價數據庫。為數據的統一管理、監測及分析奠定基礎。

4.2 統計分析模塊

4.2.1 地類面積統計

《生態環境狀況評價技術規范(HJ 192-2015)》中將地表覆蓋(也稱“土地利用”)類型總體分為一級指標(大類)、二級指標(小類)。一級指標包括耕地、林地、草地、建設用地、水域與未利用地。而二級指標則是對一級指標進行進一步的詳細劃分，在此不再贅述。根據生態環境評價的實際需求，設計各級指標各地類的面積統計功能，以滿足各類用戶的需求。

4.2.2 地類面積變化統計

針對兩期或兩期以上生態環境監測工作，地表覆蓋需要開展監測期內各地類面積變化的統計分析工作，即按照監測評價單元進行地表覆蓋中河流長度、水域面積、建設用地面積等內容的變化統計。

4.3 生態環境狀況評價模塊

4.3.1 生境質量指數

生境質量指數是為了表征生態環境評價單元內的生物多樣性，是生態環境狀況評價中重要的指標之一。根據綜合指數計算模型，對各地類賦權重值，并按公式計算得出各單元內的生境質量指數。

4.3.2 植被覆蓋指數

4.3.3 水網密度指數

4.3.4 土地脅迫指數

依據《生態環境狀況評價技術規范(HJ 192-2015)》中的土地脅迫指數計算模型，涉及輸入、輸出路徑，參數設置窗口，實現模型自動計算土地脅迫指數結果。

4.3.5 生態環境狀況評價

根據以上生境質量指數、植被覆蓋指數、水網密度指數、土地脅迫指數的計算，將其結果整合起來，統一賦值到生態環境狀況評價綜合指數模型中，計算得出區域內生態環境質量狀況。

4.4 生態環境狀況監測模塊

該模塊主要是基于生態環境狀況評價模塊，將監測期內的地表覆蓋數據進行兩次生態環境狀況評價，并分別保存。最后，按照時間遞進序列進行差值計算，求得生態環境狀況指數(EI)的變化值，用以表征該地區監測期間生態環境變化情況。

5 結束語

本文系統詳細地介紹了基于地理國情普查成果的生態環境監測與評價研究思路、系統架構和功能設計等流程，該系統已在宜賓市生態環境評價與監測中得到了應用實踐，且取得了顯著成效，提升了評價工作效率，為我國其他地區基于地理國情監測成果開展生態環境監測與評價工作，提供了軟件實現的思路，奠定了技術基礎。

[1]單波.環境保護與污染源管理綜合信息系統設計[J].四川測繪，2016，39(3)：104-107.

[2]中國新聞網.十八界五中全會報告全文[EB/OL].http：//www.chinanews.com/gn/2015/10-29/7596646.shtml.

[3]邱鵬飛，梁磊，胡霓裳.基于移動端二或三維規劃輔助系統研究[J].四川測繪，2016，39(3)：108-110.

[4]國家環境保護部.生態環境狀況評價技術規范(HJ 192-2015)[S].北京：環境保護部，2015.

Research of Ecological Environment Evaluation and Monitoring System Based on Geographical Conditions Survey Data

TANG Wei WANG Defu LIU Chong LI Weiqing
(The Third Geoinformation Mapping Institute Of National Administration Of Surveying，
Mapping and Geoinformation，SichuanChengdu，610100)

Giving ecology priority and taking the environmental path is the basic requirement to promote the development of the Yangtze River economic belt.The protection of ecological environment has been in the strategic positon overwhemly.This is the basic task of our country that we should stick to for now and a long time in the future.With the development of the 3S technology，the technology of the ecology environment monitoring and evaluation is perfected gradually.Referring to the “eco environmental status evaluation (HJ 192-2015)” technology standard，this essay bases on the results of the reseaching of the geographical situation and monitoring，combines with the environmental and meteorological data，do research on the monitoring and evaluation of ecological environment system，carry out monitoring and evaluation of the regional ecological environment ，promote the application of surveying and mapping geographic information results.The results of this project has been in good promotion in the green Yibin ecological environment evaluation and monitoring work.

ArcObjects；ecology environment evaluation；geographical conditions monitoring

項目資助：國家基礎測繪科技計劃課題(2016KJ0302)；四川省測繪地理信息局科技項目(2016ZC01)

唐偉，碩士研究生，工程師，主要從事測繪生產技術與地理信息系統研發工作

X21

A

1673-288X(2017)01-0041-03

引用文獻格式：唐 偉 等.基于地理國情普查成果的生態環境監測與評價系統研究[J].環境與可持續發展，2017，42(1)：41-43.