基于GIS電子地圖的三江源國家公園信息化平臺設計與實現

王麗娟 杜秀娟

摘? 要： 本文聚焦于三江源生態系統保護、智慧國家公園建設、主流地圖三江源區域空白等問題，依托青海省地理信息中心、三江源國家公園管理局等單位提供的地理信息數據，基于ArcGis、PostgreSQL、VSCode2015平臺設計并開發了三江源國家公園信息化平臺。本平臺融合了三江源國家公園基礎設施、珍稀高寒動植物物種分布及豐富度、園區體系監控等地理數據，面向公園管理人員、游客、動植物學家，實現了地面工作情況遠程監管、公園概覽、生物物種預測和評估等功能。同時，三江源地區在主流地圖（百度地圖、高德地圖等）上呈現空白區域，自主設計研發的三江源國家公園電子地圖緩解了該地區“無圖可查”的尷尬之境。

關鍵詞： 三江源國家公園;GIS;電子地圖

中圖分類號： TP302? ? 文獻標識碼： A? ? DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2020.09.024

本文著錄格式：王麗娟， 杜秀娟. 基于GIS電子地圖的三江源國家公園信息化平臺設計與實現[J]. 軟件，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

地理信息系統（Geographic Information System，GIS）是一種空間信息系統。GIS技術是一門多技術交叉的空間信息科學，主要依托于先進的計算機技術，其基本技術是數據庫、地圖可視化及空間分析[1-3]。因其具有良好的數據輸入、輸出、分析、檢查、管理、顯示和輔助決策等功能而在社會諸多領域得到大量應用[4]。我國較早的GIS軟件設計的相關文獻出現于20世紀90年代，我國較早的GIS應用系統有譚永剛等人[5]的基于GIS的西南交通大學校園電子地圖。近年來，有關電子地圖設計與開發的GIS應用系統大量涌現： 2018年黃冠等人實現了一種集成地圖、全景與GIS數據的Web全景旅游電子地圖系統;2019年薛晨等人[6]開發了基于ArcGIS的某方向海軍軍事醫學地理信息系統;2019年王金吉等人[7]設計了昆山市銀行網點布局的地理信息系統。

以上GIS應用系統針對不同的地理對象為實現特定的功能設計開發[8-10]。本平臺設計實現了與三江源有關的GIS應用系統——三江源國家公園電子地圖的GIS信息化平臺。三江源是世界上高海拔地區獨一無二的大面積濕地生態系統，獨特的地理、生態環境，使得三江源成為我國重要的珍稀物種繁衍地和世界高原種質基因庫。黨的十八屆三中全會明確提出“建立國家公園體制”，三江源國家公園體制試點應運而生。園區覆蓋青海省三個縣，集冰川雪山、草原草甸、森林灌叢、湖泊濕地、野生動物、世界自然遺產為一體，展現了地球上年輕的地貌，造就了獨特的高原高寒山地氣候，保存了大面積原真的原始風貌。三江源國家公園包括長江源、黃河源、瀾滄江源三個園區。是世界上最大的國家公園。長江源區以俊美的高山冰川著稱，黃河源頭湖泊星羅棋布，鄂陵湖和扎陵湖如兩顆鑲嵌在高原草地的明珠，瀾滄江源頭峽谷兩岸不僅風光無限，更是高原生靈的天堂。從保護三江源重要的生態資源出發，同時為了方便國家公園管理局和對三江源珍稀動植物研究的科學家提供可視化的管理、研究平臺，本平臺實現了三江源國家公園的GIS信息化平臺。

1? 系統設計

1.1? 總體設計

當下，各大主流網絡媒體平臺對青海旅游資源的宣傳著實讓大美青海火了一把，近期，外交部舉辦的青海全球推介活動讓青藏高原走入世界的舞臺。本平臺設計實現了與青海旅游相關的GIS應用系統——基于GIS電子地圖的三江源國家公園的信息化平臺。通過與青海省地理信息中心、三江源國家公園管理局、中科院西北高原生物研究所等單位合作，初步獲取了三江源地區地理信息和珍稀動植物部分數據，借助GIS空間分析和可視化技術，使用ArcMap、QGis繪制三江源國家公園電子地圖，實現了三江源國家公園的規劃范圍、河流湖泊、行政區劃、基礎設施、景區景點以及動植物物種分布及豐富度等地理信息的展示。旨在打造智慧國家公園平臺，為三江源國家公園管理局提供可視化網站管理平臺，為三江源地區珍稀動植物物種豐富度以及物種分布的預測提供依據。

1.2? 開發平臺

國內外研發出很多GIS二次開發平臺，應用較廣的國外GIS 產品主要有ArcGIS、MapInfo、MicroStation等，國內產品主要有SuperMap、MapGIS 等[11-13]。ArcGIS 平臺在空間數據技術、組件開發平臺技術、數據采集等多項指標方面領先于其他GIS二次開發平臺。本平臺結合三江源國家公園GIS功能需求，采用ArcGIS平臺作為國家公園空間數據處理的工具。QGis是一款桌面GIS軟件，因其操作靈活，功能可滿足數據處理的需求，也是本平臺開發過程中使用的軟件平臺。

系統開發使用到的其他技術平臺還包括VSCode2015、MapBox Studio和PostgreSQL。VSCode2015用于編寫網站的前端和后臺代碼，實現Vuex狀態管理和網絡請求的處理等功能。MapBox Studio由地圖盒子公司研發，致力于打造全球最漂亮的個性化地圖。是一款在線使用的瀏覽器應用，用于渲染地圖中疊加的各個圖層。PostgreSQL是本平臺使用到的一種數據庫軟件，用于存儲地理數據和網站用戶數據，同樣地，JSON文件是本平臺使用到的另一種輕量型數據存儲方式。

1.3? 技術選型

（1）數據獲取：三江源地處青藏高原腹地，有著地勢險、海拔高、動物蹤跡難以尋覓等特點，這給三江源地理信息數據的獲取帶來很大挑戰。因此，與青海省旅發委、三江源國家公園管理局、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，初步獲取了三江源地理信息和珍稀動植物部分數據;

（2）數據存儲：將獲取的地理數據shapfile文件經Qgis導入PostgreSQL數據庫或轉換為json文件，實現兩種方式的存儲：PostgreSQL空間數據庫，geojson文件。

（3）地圖制作：三江源國家公園電子地圖是由10多個圖層疊加而成，包括三大源區范圍、行政區劃、居民點、國道省道鄉道等路網、動植物、景點、河流湖泊等圖層，效果如圖2所示。

再使用MapBox Studio對每個圖層進行樣式渲染，逐個添加圖層后，可以對圖層進行樣式配置，包括設置圖標、調整顯示級別、配置顏色、設置標簽等。最終形成完整的三江源地區電子地圖。其中，對“黃河源區”圖層的設置對應的代碼如下：

{

"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：網站實現了地圖顯示、圖層控制、圖層要素搜索、要素的文字介紹和圖片展示等基本功能，針對公園管理人員，制定了園區客流量監控、預警，園區攝像頭遠程訪問，園區工作人員巡林軌跡顯示等功能。

1.4? 數據庫和模型設計

數據庫設計與構建是GIS設計環節非常重要的內容，數據庫性能的穩定是GIS穩定性的前提和保證。三江源國家公園GIS數據庫設計的目的是在充分了解基礎地理數據和國家公園空間數據特征的基礎上，設計出安全、準確、穩定且可共享、可擴展的數據庫，實現三江源國家公園數據的穩定存儲和高效管理。平臺采用的數據存儲方式有兩種：PostgreSQL數據庫和geojson文件。PostgreSQL數據庫集成PostGIS插件，提供空間數據管理技術，能很好地支持QGis和ArcGis平臺。其中，PostgreSQL數據表有29個，涉及的數據條目達800條，其中animals數據表包含90條動物棲息點地理數據，搜集的動植物圖片約450張。

1.5? 功能設計

平臺功能設計圖如圖3所示。

A. 主界面和總體功能 平臺主界面包含“首頁”、“地圖”、“登錄”、“注冊”四個按鈕。首頁即為網站歡迎頁，是數據源國家公園景色展示。點擊“地圖”按鈕，呈現的即為三江源國家公園電子地圖全貌，通過滾動鼠標滾輪，調整地圖的縮放級別，實現國道、省道、縣道、河流湖泊、政府機構、動植物等圖層地理信息依次顯示。地圖右側懸浮的功能菜單包括各個圖層的顯示/隱藏控制、圖層地理數據屬性信息的檢索等;“登錄”和“注冊”按鈕分別為用戶提供登錄、注冊接口。

B. 園區流量監測和預警模塊 三江源國家公園生態較為脆弱，無論是長江源區，還是黃河源區、瀾滄江源區，都需要對進園人數進行控制。該功能模塊針對國家公園管理人員設計開發，只有登錄者為管理員身份才可使用。當園區內游客人數達到警報閾值，網站會彈出警報框，提示預警級別和人數，并發出警報鈴聲。其中預警級別分為三種：藍色預警、黃色預警、紅色預警;同時，網站調用短信模塊，向管理員的手機發送短信，報告預警信息。

C. 園區攝像頭接口模塊 隨著信息時代的發展，如今國內大部分景區都安裝有攝像頭，為了國家公園的財產設置安全，園區內安裝有網絡攝像頭。該功能為國家公園管理者提供攝像頭視頻實時查看的接口，可以隨時監控園區運行情況，以便突發狀況來臨時，及時對現場地面工作人員進行遠程指揮調度。

D. 園區內人員軌跡檢查模塊 三江源國家公園占地12萬平方公里，面積之大對進園者活動范圍的監控帶來一定困難。該功能同樣為公園管理者提供人員軌跡查看的接口，通過點擊人員當前位置的“小紅點”，即可查看游客進園后的個性化游覽路線，以及地面工作人員的日常巡林軌跡。

2? 系統實現

本平臺實現了三江源國家公園規劃全貌、珍稀高寒動植物物種分布和豐富度GIS數據、園區基礎設施GIS數據的有機結合顯示。從地圖上，我們可以看到長江源區為綠色，黃河源區為黃色，瀾滄江源區為藍色。隨著用戶圖面比例尺由小逐漸增大，地圖主體內容將依次呈現園區電子概覽地圖、園區基礎設施圖層、珍稀高寒動植物物種分布圖層，顯示效果如圖4（a）、（b）、（c）所示。隨著地圖主體內容的變化，地圖所承載與表達的信息量、地圖顯示方式、地圖交互方式也將呈現出多樣性。

對于游客來說，平臺豐富了旅游系統中旅游信息的表現力與表達形式，較好地輔助了用戶對三江源國家公園的概覽，增強了用戶對景點的直觀了解程度;對于公園管理者來說，平臺有力地支撐他們對園區設施、人員的管理;對于三江源高寒珍稀動植物的研究人員來說，平臺可成為他們科研成果展示的平臺，同時為物種分布以及豐富度預測提供了參考。

3? 系統應用

按照使用需求和權限級別的不同，平臺用戶主要分為三種：三江源國家公園管理人員、三江源動植物學家、游客。對于游客，具有景區景點、衛生機構、車站等出行游玩信息的查詢;對于動植物研究人員，該平臺為其分配了數據庫登錄、操作部分數據表的權限，可以將調研的動植物數據整理到animals和plants兩個數據表中，具體信息包括名稱、活動范圍（經緯度）等;針對公園管理人員，在以上功能基礎上，增加了園區流量監測和預警、園區攝像頭視頻實時查看、園區內地面人員軌跡檢查等功能，支撐其實現對三江源國家公園的全面化管理。

4? 結語

利用測繪部門地理信息數據全面精準的資源優勢，以旅游出行、生態保護為出發點，使用GIS可視化和空間數據分析技術，實現了三江源國家公園GIS信息化平臺，使得用戶對三江源國家公園有了更為直觀、全面的了解，為用戶的旅游出行提供了參考，為三江源動植物學家開展物種預測和評估提供了依據，有良好的現實意義和推廣使用價值。

在今后的研究中，還可在電子地圖的動植物分布預測的使用上向熱力圖和疊加分析的方向深入研究，探究GIS多樣化可視技術在本平臺中的應用，進一步增強用戶體驗。

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