基于ArcGIS Engine的新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)開發(fā)

楊秋麗，魏建新，

(1.新疆大學資源與環(huán)境科學學院，新疆 烏魯木齊 830046；2.新疆激光雷達應用工程技術研究中心，新疆 烏魯木齊 830002；3.新疆國土資源信息中心，新疆 烏魯木齊 830002)

從1980年新疆批準建立了哈納斯、天池等第一批自然保護區(qū)以來，全疆已建成森林、野生動植物、濕地、草原、荒漠等各種生態(tài)系統(tǒng)類型的自然保護區(qū)共計52個，總面積23.1萬km2，約占新疆國土總面積的13.92%。目前，已建自然保護區(qū)的面積僅次于西藏自治區(qū),位居中國第二位。由于自然保護區(qū)管理體制的原因，保護區(qū)的詳細信息孤立分散、信息化水平低，沒有形成系統(tǒng)的數(shù)字化資料[1]。

礦產(chǎn)資源是人類社會賴以生存的物質基礎，在一定程度上促進了社會的進步，提高了人民的生活水平。但是隨著礦產(chǎn)資源的開發(fā)利用，它對生態(tài)環(huán)境的破壞不容小覷。我國能源與礦產(chǎn)資源富集區(qū)往往就是自然保護區(qū)分布的區(qū)域，在生態(tài)文明建設的政策背景下，我國已經(jīng)采取相關的措施，禁止在保護區(qū)內勘查開采礦產(chǎn)資源。但是，由于自然保護區(qū)和礦產(chǎn)資源分屬于不同部門進行管理，部門間信息流通不暢、不能及時更新，使得管理難度加大，且容易出現(xiàn)問題。如何打破自然保護區(qū)、礦產(chǎn)資源信息孤島，做到自然保護區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與礦產(chǎn)資源開發(fā)利用協(xié)調發(fā)展，是目前亟待解決的問題。

王莉等[2]基于Super Map設計開發(fā)了礦產(chǎn)資源管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了阿拉善礦產(chǎn)資源的查詢與管理功能，以及對開采區(qū)的影響進行預測。系統(tǒng)的開發(fā)簡化了工作人員的操作流程，使礦政管理工作更加綜合化、科學化。農(nóng)肖肖[3]基于ArcGIS Engine設計實現(xiàn)了新疆伊寧縣礦產(chǎn)資源管理系統(tǒng)，將伊寧縣的基礎地理數(shù)據(jù)與礦產(chǎn)資源業(yè)務數(shù)據(jù)有機結合，很好地實現(xiàn)了礦產(chǎn)資源的顯示瀏覽、查詢檢索與空間分析，為伊寧縣展開礦產(chǎn)資源管理工作提供決策支持。宋軒等[4]設計開發(fā)的河南省自然保護區(qū)信息查詢系統(tǒng)，使得自然保護區(qū)生物的多樣性得到了保護，同時對資源進行了有效地管理，而且也提高了河南省自然保護區(qū)的科學化、信息化水平。馮嫻[5]基于ArcGIS Engine設計了壺瓶山國家級自然保護區(qū)管理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)了對保護區(qū)自然情況、物種資源、科研監(jiān)測和基礎監(jiān)測等方面的查詢管理，方便了保護區(qū)管理者對保護區(qū)的生物資源、生物多樣性和巡護監(jiān)測等信息進行統(tǒng)計分析與管理。董延濤等[6]提出了自然保護區(qū)等禁采區(qū)內礦業(yè)權處置存在的一些問題，并針對這些問題給出了相應的解決措施。可以看出，前人多是對自然保護區(qū)或礦產(chǎn)資源進行單獨研究，而基于ArcGIS Engine結合當前的政策背景，將自然保護區(qū)和相應空間的礦產(chǎn)資源綜合起來進行研究的卻為數(shù)不多。

本文針對新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源的現(xiàn)狀，將自然保護區(qū)與礦產(chǎn)資源的信息進行整合，設計并研發(fā)了基于ArcGIS Engine的新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)，為保護區(qū)與礦產(chǎn)資源的管理者提供信息服務和決策依據(jù)，具有十分重要的意義。

1 自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)建設的思路

新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)設計的實質是通過對新疆自然保護區(qū)和礦產(chǎn)資源信息進行收集整合，建立系統(tǒng)的數(shù)字化資料，方便日后進行管理。另外，該系統(tǒng)將自然保護區(qū)管理與礦產(chǎn)資源管理進行結合，打破部門間信息孤島，方便信息流通，實現(xiàn)信息共享。以自然保護區(qū)和礦產(chǎn)資源為紐帶，將環(huán)境保護部門、國土資源部門、礦山企業(yè)等密切結合，方便了管理，也避免了由于信息流通不暢，所造成的將礦業(yè)權設在自然保護區(qū)內。

為了正確處理自然保護區(qū)與礦產(chǎn)資源之間的關系，依照行政要求在對編制礦產(chǎn)資源規(guī)劃時，將坐落在自然保護區(qū)范圍內以及具有一定生態(tài)環(huán)境保護功能的區(qū)域設為禁止開采區(qū)，實現(xiàn)對礦山企業(yè)越界開采和資源破壞的提前預警，推進資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展。

2 系統(tǒng)功能與特點

2.1 系統(tǒng)技術特點

隨著GIS的快速發(fā)展，對空間數(shù)據(jù)的需求也日益增大，組件式GIS(ComGIS)憑借其開發(fā)周期短、可擴展性強、跨語言無縫集成等優(yōu)勢，成為GIS研究領域的一個重要趨勢。目前，ComGIS主流的二次開發(fā)平臺有ArcGIS Engine、SuperMap Objects和MapX等[7]。本文采用ArcGIS Engine作為系統(tǒng)的二次開發(fā)平臺，ArcGIS Engine是Esri公司推出的二次開發(fā)產(chǎn)品，是面向對象技術和組件式軟件在GIS開發(fā)中的應用[8]，可以在不同開發(fā)語言環(huán)境(COM、.NET、Java、C++)下開發(fā)，它提供了一系列可以在ArcGIS Desktop框架之外使用的GIS組件和可視化控件，開發(fā)人員可以將定制的GIS功能嵌入到已有的應用軟件中或創(chuàng)建自定義應用軟件[9]，使得GIS扁平化成為一種可能。

2.2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)特點

我國自然保護區(qū)存在個別范圍不合理、拐點坐標不明確等問題，且與礦產(chǎn)資源管理部門之間也存在信息不對稱不共享的情況，導致自然保護區(qū)中礦業(yè)權分布。按國家規(guī)定明確禁止在自然保護區(qū)內進行砍伐、放牧、狩獵、捕撈、采藥、開墾、燒荒、開礦、采石、挖沙等活動。自然保護區(qū)信息數(shù)據(jù)，一般包括保護區(qū)基本信息、保護區(qū)動植物資源、保護區(qū)自然遺跡、保護區(qū)旅游資源、保護區(qū)礦產(chǎn)資源等。礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)有能源礦產(chǎn)、非金屬礦產(chǎn)、金屬礦產(chǎn)等。這些數(shù)據(jù)包括圖形、圖像、文字或數(shù)字、表格和視頻資料等，在設計自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)時，必須保證這些數(shù)據(jù)符合系統(tǒng)的格式與規(guī)范標準，才能讓系統(tǒng)更好的運行。總的來說，新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)具有覆蓋面廣、數(shù)據(jù)類型繁雜、數(shù)據(jù)沒有系統(tǒng)性等特點。

2.3 系統(tǒng)體系結構設計

新疆自然保護區(qū)和礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)的設計由3個層次組成，分別為系統(tǒng)界面層、業(yè)務邏輯層和數(shù)據(jù)存儲層，如圖1所示。

2.4 系統(tǒng)功能分析

根據(jù)系統(tǒng)目標新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)的功能設計部分,如圖2所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架設計

圖2 系統(tǒng)功能設計

2.4.1 地圖顯示與圖層控制功能

地圖顯示，實現(xiàn)GIS通用的地圖操作功能，新建、打開、添加數(shù)據(jù)、保存、另存為路徑配置以及退出。地圖控制通過ArcGIS Engine的TOCControl控件實現(xiàn)對圖層顯示控制，如放大、縮小、漫游、全圖顯示、自定義比例尺、鷹眼顯示等滿足用戶最基本的地圖管理與地圖操作的功能。

2.4.2 查詢檢索功能

系統(tǒng)根據(jù)自然保護區(qū)和礦產(chǎn)資源的數(shù)據(jù)特點以及查詢需要，設計了不同的查詢方式，進行圖形到屬性和屬性到圖形的雙向查詢[10]，以滿足實際工作需要。通過以下幾種查詢方式來實現(xiàn)：①點擊查詢，用戶可以通過鼠標在地圖上任意位置點擊，系統(tǒng)返回點擊位置一定范圍內的空間屬性信息，如保護區(qū)的位置、類型、級別等信息;②框選查詢，通過在地圖上拉框選擇進行查詢;③名稱查詢，用戶指定某一名稱，系統(tǒng)返回符合該名稱的記錄;④分類查詢，將系統(tǒng)數(shù)據(jù)分為不同類別，設定不同的關鍵字，用戶可以根據(jù)關鍵字，對自己感興趣的類別進行查詢等。本系統(tǒng)的查詢檢索功能主要包括自然保護區(qū)基本信息查詢、礦產(chǎn)資源查詢、礦產(chǎn)資源禁止開采區(qū)查詢、探礦權采礦權查詢等。方便、快捷的查詢方式，使管理人員對保護區(qū)礦產(chǎn)資源的管理更加容易。

2.4.3 空間分析功能

GIS與各種管理信息系統(tǒng)的區(qū)別在于它不僅存儲了地理對象的屬性信息，更重要的是它具有地理對象的空間分布信息。通過對數(shù)據(jù)的輸入與編輯，將保護區(qū)資源的空間位置信息和相關屬性信息保存到相關的數(shù)據(jù)庫，再以地理圖形的方式展示出各種植物、動物和礦產(chǎn)資源的空間分布模式，進而可以對基礎數(shù)據(jù)圖層進行緩沖區(qū)、疊加等空間分析，按照依法行政要求劃分出可開采區(qū)、禁止開采區(qū)。按照GIS原理和方法，對礦產(chǎn)資源開采規(guī)劃區(qū)做相應的處理，這樣得到的數(shù)據(jù)在精確度和可信度上都能夠符合標準，可以用來幫助劃定礦產(chǎn)資源開采規(guī)劃區(qū)的邊界，為管理者對礦產(chǎn)資源管理提供幫助。

2.4.4 預警預測功能

通過對自然保護區(qū)和礦產(chǎn)資源開發(fā)空間矛盾問題的現(xiàn)狀及原因進行分析，發(fā)現(xiàn)我國雖在資源開發(fā)與環(huán)境保護協(xié)調方面做出了卓越的成就，但由于各部門之間信息共享不夠，自然保護區(qū)功能區(qū)劃不明確，管理手段、體制機制不完善監(jiān)管不到位，使得個別保護區(qū)內還存在礦產(chǎn)資源開發(fā)等現(xiàn)象。為了解決自然保護區(qū)生態(tài)環(huán)境保護與礦產(chǎn)資源開發(fā)之間的矛盾，在編制礦產(chǎn)資源規(guī)劃時，將坐落在自然保護區(qū)范圍內以及具有一定生態(tài)環(huán)境保護功能的區(qū)域設為禁止開采區(qū)，實現(xiàn)對礦山企業(yè)越界開采和資源破壞的提前預警，推進資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展。

2.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設計

自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)以自然保護區(qū)為數(shù)據(jù)管理單元，依據(jù)數(shù)據(jù)庫設計原則和基本步驟[13]，根據(jù)新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源的特點和需求分析的基礎上，綜合考慮系統(tǒng)的實用性，分別設計實現(xiàn)了空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。

2.5.1 屬性數(shù)據(jù)庫

新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)的屬性數(shù)據(jù)采用SQL Server 2008進行管理，將自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源的屬性數(shù)據(jù)分類加以收集、整理，并在數(shù)據(jù)庫中以表格的形式保存，通過特定的關系與空間數(shù)據(jù)建立關聯(lián)[14]。系統(tǒng)中的屬性數(shù)據(jù)表包括自然保護區(qū)基本屬性信息表、保護區(qū)動植物資源信息表、礦產(chǎn)資源信息表、探礦權信息表和采礦權信息表等統(tǒng)計資料。建立保護區(qū)屬性數(shù)據(jù)庫之后，可以利用GIS軟件實現(xiàn)數(shù)據(jù)的更新與維護。自然保護區(qū)基本屬性信息見表1。

2.5.2 空間數(shù)據(jù)庫

新疆自然保護區(qū)矢量圖層是由新疆國土資源基礎信息中心提供。保護區(qū)探礦權、采礦權位置圖由新疆維吾爾自治區(qū)地質資料館提供。新疆礦產(chǎn)資源矢量圖層是利用新疆維吾爾自治區(qū)第二測繪院編制的1∶100萬新疆礦產(chǎn)圖，在ArcMap中進行配準校正，然后數(shù)字化得到。按新疆自然保護區(qū)信息的類型，將保護區(qū)空間數(shù)據(jù)劃分為4個圖層，包括行政區(qū)劃圖、保護區(qū)空間分布圖、礦產(chǎn)資源分布圖、探礦權和采礦權位置圖。系統(tǒng)通過ArcGIS建立空間數(shù)據(jù)庫，并利用ArcCatalog實現(xiàn)對Geodatabase空間數(shù)據(jù)庫的管理。最后，使用ADO數(shù)據(jù)對象將屬性數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)庫進行連接[15]，實現(xiàn)了對保護區(qū)礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)的錄入、修改、刪除與瀏覽等操作。

表1 自然保護區(qū)基本屬性信息表

3 系統(tǒng)開發(fā)與實現(xiàn)

本系統(tǒng)采用先進的組件式技術ArcGIS Engine，利用C/S體系結構，多源數(shù)據(jù)都存儲在服務器端的關系型數(shù)據(jù)庫SQL Server 2008中，包括空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)、圖像、圖表、文字等數(shù)據(jù)。客戶端采用.NET (C#)開發(fā)的可視化軟件，通過ArcGIS Engine訪問服務器端的數(shù)據(jù)。ArcGIS Engine的主要功能有：基礎服務、數(shù)據(jù)訪問、地圖表現(xiàn)、開發(fā)組件和運行選項，且地圖表現(xiàn)能力豐富，使用簡單，易于開發(fā)。它可以在Windows、UNIX和Linux桌面上運行，支持一系列的應用開發(fā)平臺，其中包括文中所用到的.NET。這樣既節(jié)省了開發(fā)成本，又節(jié)約了系統(tǒng)運行時所消耗的計算機系統(tǒng)資源。

系統(tǒng)界面以新疆自然保護區(qū)和礦產(chǎn)資源信息為主線進行組織。圖3是基于ArcGIS Engine的新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)的主界面，主界面設計的有如下幾個部分：圖層的分類分級目錄樹在左邊窗口上部，左邊窗口下部是地圖導航鷹眼顯示窗口，空間圖層顯示瀏覽在中間窗口上部，中間窗口下部是屬性信息查詢顯示窗口[16]。

對系統(tǒng)進行運行測試，系統(tǒng)提供了新疆自然保護區(qū)基本屬性信息、動植物資源信息、各類礦產(chǎn)資源信息以及現(xiàn)有探礦權采礦權等信息的查詢與檢索，并按政策要求和管理者的需求對新疆的礦產(chǎn)資源進行劃分與規(guī)劃，實現(xiàn)礦產(chǎn)資源禁采區(qū)查詢，對礦山業(yè)越界開采和資源破壞的提前預警，方便了管理者對自然保護區(qū)和礦產(chǎn)資源的查詢管理，推進資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護協(xié)調發(fā)展。

圖4為新疆各類礦產(chǎn)資源分布圖，可以通過查詢檢索功能，對某類礦產(chǎn)資源的空間及屬性信息進行查詢。圖5為查詢檢索的礦產(chǎn)資源詳細信息。通過對系統(tǒng)進行測試，結果表明系統(tǒng)操作簡潔直觀并且運行穩(wěn)定可靠。

圖3 新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)用戶界面

圖4 礦產(chǎn)資源查詢

圖5 礦產(chǎn)資源屬性

4 結 語

系統(tǒng)基于組件式GIS開發(fā)技術，采用C/S架構，利用ArcGIS Engine控件運用C#語言，完成新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)開發(fā)，經(jīng)測試及應用，系統(tǒng)界面友好，各項功能運行流暢，達到了決策管理者對保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息查詢的需求。系統(tǒng)的設計與開發(fā)有以下特色：①使用組件式技術進行開發(fā)，系統(tǒng)的靈活性、重用性和開放性得以增強，便于維護；②將分散在多個部門的保護區(qū)信息以及礦產(chǎn)資源信息進行收集整理，實現(xiàn)了保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息的數(shù)字化建設；③針對目前國家禁止在保護區(qū)設有采礦權、探礦權政策，設計了保護區(qū)礦產(chǎn)資源查詢與預警預測模塊，有助于保護區(qū)礦產(chǎn)資源的配置與管理。新疆自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)的開發(fā)建設是一個長期的動態(tài)的過程，一方面需要在軟件更新和性能提高等方面對系統(tǒng)不斷地進行維護；另一方面自然保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息的收集工作也是一個連續(xù)的過程。本研究中所收集的數(shù)據(jù)還不夠全面，保護區(qū)礦產(chǎn)資源信息系統(tǒng)的建設必須與新的保護區(qū)建設信息結合起來，將其成果及時地集成到信息系統(tǒng)中。今后，系統(tǒng)將不斷完善與實時更新保護區(qū)礦產(chǎn)資源的屬性信息，從而為新疆自然保護區(qū)與礦產(chǎn)資源決策管理者提供資源配置與決策管理的依據(jù)。

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