关键词：自然保护区；地理信息系统；信息化管理；
一、系统建设需求
需求分析是项目进程的最重要的阶段。开发者与客户进行沟通交流，充分挖掘客户需求意愿，了解与项目建设相关的背景、目的、操作要求、功能内容、运行环境等一系列的信息，为后续设计和开发阶段提供指引。
本项目对客户进行了深入的需求调研，成果简要说明如下：
（1）建设目标：系统以保护、管理、宣教、科研为目的，将保护区内资源、动植物分布等相关信息通过专题地图的形式展现，并提供巡检、维护记录、数据管理等维护功能，以保证系统信息时效性。
（2）功能要求：系统采用C/S架构，主要分为自然保护区简介、数据管理、专题地图、巡护路线记录、面积量算、三维呈现和漫游六大模块。
（3）运行环境：系统运行在保护区局域网内，服务器使用windows操作系统。
二、系统开发技术选型
（一）基于面向对象思想的组件技术
地理信息系统设计需考虑问题较多，涉及面较广，系统开发时，大多采用模块化的设计方法。其中模块化的程序设计方法指的是把要共用的功能或相近的功能划分模块，以划分模块的方式整合开发逻辑。此时，整个系统通过若干个互相关联的过程调用不同的模块构成。每一模块拥有自己的数据及实现方法，有利于系统维护和后续开发，同时，各模块可以通过调用当前模块或相关联模块来达到改变系统状态的目的。
然而上述模块化的设计思想也存在一定的问题：在开发过程中，模块内方法可任意修改；被操作数据以及对它们的松耦合管理方式使得程序结构是基于实现方法而不是数据本事；无法实现安全、保密的数据访问等。面向对象的系统设计很好地解决了以上难题。面向对象的程序设计中，进行相关交互的是对象而不是模块，网络中的对象拥有自己的状态，且每个对象对自己的数据、构造、方法等。同时，面向对象的设计方法还有如下的优点：设计和相关代码可以重用，开发速度大幅度增加，代码质量得以提高，系统维护及其可修改性也得到了较客观的改善。综上，利用面向对象的思想，集成了模块化思想的优点，且弥补了模块化的缺陷，其更突出的优秀特性在于其可封装性、可继承性及其多态性，这些优点促进了面向对象思想的推广，使其得以在信息系统设计过程中被广泛应用。
（二）GIS平台
某地自然保护区地理信息系统选择ArcGIS作为开发平台。ArcGIS是ESRI公司推出的一个模块化的GIS平台，主要包括ArcGIS Desktop、ArcGIS Engine、ArcGIS Server、ArcGIS Mobile等产品。该系统主要利用的是ArcGIS Engine进行二次开发，利用ArcGIS Engine，软件开发人员可以构建一个地理信息系统，为用户提供一些常规的GIS分析及处理服务和功能。
（三）开发语言
C#是由C和C++衍生出来、运行于.Net Framework之上的一种面向对象的高级程序设计语言，具有安全性、稳定性、简单性等特点。C#综合了VB简单的可视化操作和C++的高运行效率，以其强大的操作能力，优雅的语法风格、创新的语言特性和便捷的面向组件编程的支持成为.NET开发的首选语言。
三、系统功能模块
某地自然保护区地理信息系统从保护、管理、宣教、科研四个要求出发，形成功能模块设计。
（一）自然保护区简介模块
（1）功能区划分：下属菜单中有核心区、缓冲区、实验区三个选项，通过选择，在对应的图层中可以高亮闪烁显示其所选择区域的边界，呈现出保护区具体的功能区划分。除此之外，标明保护区三个管护站的具体地理位置，方便用户了解保护区具体布局。
（2）四至位置显示：可以调用《自然保护区位置图》，显示出自然保护区具体位置、四周所相邻的区域名称和性质。
（3）保护对象简介：主要有动物、植物、湿地三大类。用户通过选择要了解的对象，在视图窗口呈现给用户相应的介绍，如珍稀濒危野生动物的种类、数量等。
（4）成立保护区的必要性：模块主要通过自然保护区成立的原因、成立后对环境的影响来体现出成立的必要性。
通过自然保护区简介模块，使用户对自然保护区的位置、保护对象、存在意义等方面进行了解，不仅起到宣传教育的作用，更有助于对软件的数据进行操作处理，为保护区进一步的规划管理起到辅助作用。
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（二）数据管理与操作模块
（1）数据的输入输出：主要实现数据图层的导入、导出，方便与其他软件建立关系，联合处理分析保护区相关数据，为保护区的规划管理提供依据。
（2）数据格式转换：数据格式主要有GIS和CAD两种。可以通过数据格式转换功能，将系统数据转换为CAD格式数据导出，或者将符合标准的CAD数据转换为GIS格式并加载到系统当中。
（3）图层数据的放大、缩小、漫游及鹰眼功能：图层数据的放大和缩小功能，主要有两种方式实现。一种是通过选择该选项，输入要放大和缩小的比例尺进行放大和缩小。另外一种是利用放大、缩小的工具，通过在视图窗口单击鼠标，按照一定的比例尺进行放大缩小。图层数据的漫游功能，可以使软件使用者在视图窗口中，通过移动鼠标找到需要浏览的地图的具体位置。鹰眼功能，就是在一个缩略地图上，通过拖动一个矩形框，用户可以方便快捷的选择要浏览的具体区域，在视图中放大显示。鹰眼功能不仅可以选择，而且可以通过改变矩形框大小，来决定视图窗口中的显示内容的具体情况。
（4）数据查询：空间数据查询是空间分析的基础，系统提供图形查属性、属性查图形，空间和属性联合查询。①空间查属性主要包括空间位置查询（选择与选中的要素有东西南北方位关系的几何对象）、拓扑查询（选择与选中要素有邻接、连接、包含等关系的几何对象）、输入图形查询（鼠标输入图形，查询出图形中所包含的几何对象）、缓冲区查询（建立缓冲区，查询出缓冲区中的几何对象）、点线面选择查询（鼠标单击选择需要查询的点线面要素），通过鼠标选择，找到最适合用户使用的查询方法，查询出被选中的几何对象的属性信息。②属性查图形，通过组合SQL逻辑表达式，选择属性满足逻辑表达式条件的几何对象，其空间信息在视图窗口中显示出来。③空间和属性联合查询，利用选择空间条件及SQL逻辑表达式选择同时满足条件的几何对象，在视图窗口中高亮显示，并获取属性信息。
（三）专题地图模块
专题地图是着重表示一种或数种自然要素或社会经济现象的地图。自然保护区地理信息系统的专题地图模块，主要有专题地图制作、专题地图浏览、专题地图统计分析三大选项。
（1）专题地图编制、输入与输出：专题地图编制菜单调用了ArcGIS软件的专题地图制图工具，能制作出保护区的相关专题要素的地图，如植被分布图、地形图、珍稀动植物分布图、地貌图等。目前，自然保护区管理局利用ArcMap制作好的专题地图主要有地势图和植被图两种。利用专题地图的输入功能，可以把地势图和植被图导入到该系统中，避免重复工作。编制好的专题地图可以输出，打印喷绘为纸质地图或者制作成自然保护区专题地图图册。
（2）专题地图浏览显示：制作好的专题地图，通过专题地图浏览显示功能，可以很好的呈现在用户面前。用户可以根据自己的需求，输入专题地图的名称，在视图窗口中进行切换浏览。
（3）专题地图统计分析：制作出的专题地图，不仅可以供用户浏览，还可以进行统计分析。如对制作出的专题图进行叠加比较能够得出专题要素的动态发展变化规律、对制作好的珍稀濒危野生动物分布图进行空间分析可以得到搭建补食台的最佳地点、对保护区地形进行分析可以得到建造望塔的最佳地点、对地势图和动物分布图进行叠加分析，可以得到不同海拔的动物分布。
（四）巡护路线记录模块
自然保护区巡护，目前主要依赖于巡护人员手持GPS进行。由于保护区面积比较大，且每天巡护时间有限，必然存在巡护不周全和巡护人员安全等一系列问题。巡护路线记录模块，不仅能周期性记录巡护路线，在节省人力和财力的基础上，提高工作效率，保证巡护人员按时完成巡护工作，而且可以实时跟踪巡护人员，在电子地图上时刻显示巡护人员所在位置，降低不安全因素，在发生危险时，确保能快速赶到事故现场。
（五）面积量算模块
利用面积量算模块方便用户量算保护区面积、核心区缓冲区以及实验区面积、湿地面积。通过不同年份湿地面积的量算得出的结论，来评价和衡量采取保护措施的正确性和合理性。
（六）三维呈现与漫游模块
三维呈现可以使用户通过电脑看到保护区中的三维模拟场景，感受到地形的起伏变化，不用亲临现场就可以感受到身临其境的感觉。三维场景的呈现帮助用户了解保护区内的详细地形，进一步辅助局机关做出长远规划和管理。通过滑动鼠标的简单操作，漫游模块可以很快实现的从一个地点到另一个地点，就使用户花费更少的时间和精力，达到和现实生活中一样的效果。
结束语
系统实现了人工管理所不能实现的一些工作，为保护区日后开展的规划管理工作提出可行性建议。该系统具有易安装、效率高、方便携带等优点的同时，也存在一些不足。在以后的发展中，需要从以下几个方面进行完善：（1）完善数据处理分析功能：该系统数据处理分析功能比较单一，有待进一步完善。（2）系统面向的用户有限，对保护区宣传力度不够大。有待与Internet技术相结合。（3）需要与保护区的监控相连接，方便快捷的完成保护区的保护监测工作。（4）完善保护区数据库。由于保护区资料有限，数据库资料比较欠缺，这就为之后的规划管理工作带来很大的局限性。
参考文献：
[1]龚健雅.地理信息系统基础软件总体设计思想和关键技术 2016.12
[2]朱庆，李德仁，龚健雅等.数码城市GIS的设计与实现 2017.6
论文作者:梁景东
论文发表刊物:《防护工程》2018年第31期
论文发表时间:2019/1/17
标签：保护区论文; 地图论文; 自然保护区论文; 模块论文; 专题论文; 功能论文; 系统论文; 《防护工程》2018年第31期论文;