地理信息系统开发初探

摘要:利用ArcGIS软件开发平台和C#程序设计语言，开发出敦煌阳关国家级自然保护区地理信息

系统，达到对敦煌阳关国家级自然保护区相关地理空间数据进行管理、显示、统计分析的目的，

便于保护区以后日常保护管理工作的进行和开展。

关键词：敦煌;自然保护区;地理信息系统;信息化管理;图层;漫游

中图分类号：K879文献标识码：A

Abstract：DevelopGeographicInformationSystemofDunhuangYangGuanNationalNature

ReservewithArcGISsoftwaredevelopmentplatformandC#programminglanguage,toreach

thepurposeofmanaging,displayingandstatisticalanalyzingthedataofDunhuangYang

GuanNationalNatureReserve,sothatitisconvenienttothedailyprotectionand

managementoftheNatureReserve.

Keyword：NatureReserve；GeographicInformationSystem；theinformationization

management；layer

一、引言

社会生产力和经济的不断发展必然带来资源的消耗和环境的污染。选择一定面积的、具有代

表性的区域，作为研究对象来评价人类活动对大自然带来的影响已经成为社会发展的必然趋势。

这些“具有代表性的区域”发挥着“实验室”的功能，人们通过该“实验室”发现更多环境中存

在的问题，从而采取一定的措施保护受到威胁的物种，达到维持生态平衡的目的。建立自然保护

区就是让“实验室”置身于大自然，减少人为的影响，尽最大可能维持生态原貌的过程。

由计算机技术与空间数据相结合而产生的地理信息系统（简称GIS）这一高新技术，是指在计

算机软硬件支持下，对地理空间数据进行采集、输入、存储、操作、分析和建模，以提供对资源、

环境及各种区域性研究、规划、管理及决策所需信息的人机系统[1]。其主要特点是能够很好的管

理和处理分析地理空间数据，把属性数据与空间数据紧密连接起来，与现实中的地理位置建立一

一对应的关系，具有很强的空间性，这也是区别于其他信息系统最主要的特点。GIS是现展最

为迅速的计算机应用领域，涉及了各种各样的学科门类，应用领域相当广阔，特别是在自然资源

和环境管理等方面显示了很强的能力和极好的效果，目前已经发展成为经济规划、管理以及环境

评价保护的一种现代化手段[2]。

随着保护区事业的发展，自然保护区必将进入一个管理现代化、决策科学化、科研实用化、

保护发展协调化的四化新阶段[3]。自然保护区的人工管理，不仅需要花费大量的人力、物力、财

力，而且存在管护范围有限、管理精度跟不上、规划考虑不周等一系列问题。把GIS技术应用到自

然保护区的日常管理工作中，不仅能适应自然保护区的四化新阶段，更能解决人工管理过程中遇

到的一系列问题以及人工管理效率与效益之间的矛盾。

二、敦煌阳关国家级自然保护区概况

甘肃敦煌阳关国家级自然保护区原为成立于1994年7月的敦煌南湖湿地及候鸟省级自然保护

区，现总面积达8.8178万公顷。保护区位于甘肃省最西端的敦煌市南湖乡境内，是我国河西走廊

最西端有人群聚居的一块绿洲，属于湿地与荒漠复合生态系统类型，拥有荒漠殊成因的内陆

河流生态系统，具有极高的保护价值和科研价值。保护区中心距离敦煌市区70km，其东侧边界距

离敦煌市区仅46km，区内良好的植被对阻挡风沙东侵、促进水源涵养、调节区域小气候发挥着极

为重要的作用，不仅为下游地区尤其是敦煌市的人民生活、生产和生态安全提供了重要保障，还

对甘肃河西走廊乃至我国西部的生态安全，莫高窟、月牙泉、阳关遗址等著名文化古迹和自然景

观的保护，以及甘、青、新三省区交界处生物多样性保护都有着重大的意义，是敦煌的天然生态

屏障[4]。

三、系统开发的技术支持

敦煌阳关国家级自然保护区地理信息系统选择WindowXP操作系统，ESRI公司的ArcGIS产品

线的9.3版本为开发平台，SQLServer2000为数据库，SDX+为数据引擎，采用C#语言进行开发。

（一）开发平台

敦煌阳关国家级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

出的一个可伸缩的的代表GIS最高技术水平的GIS平台，主要包括桌面GIS、嵌入式GIS、服务器

GIS、移动GIS。该系统主要利用的是嵌入式GIS中的面向GIS的应用，即为软件开发者提供一个

可编程的GIS工具包，利用这个工具包，软件开发人员可以构建一个类似于ArcInfo的软件，为

用户提供一些常规的GIS功能，而ArcGISEngine是实现该功能的基础。

（二）开发语言

C#是由C和C++衍生出来、运行于.NETFramework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[5]。

四、系统功能

敦煌阳关国家级自然保护区地理信息系统从保护、管理、宣教、科研四个功能出发，主要分

为自然保护区简介、数据管理与操作、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。

（一）自然保护区简介模块

(1)功能区划分

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方法。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

四至位置显示可以调用《甘肃敦煌阳关国家级自然保护区位置图》，显示出敦煌阳关国家级自

然保护区在甘肃省敦煌市的具置、东西南北四周所相邻的区域名称和性质，如保护区西隔甘

肃敦煌西湖国家级自然保护区。

(3)保护对象简介

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

成立保护区的必要性模块主要通过敦煌阳关国家级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，使用户对敦煌阳关国家级自然保护区的

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，为保护区作出进一步的规划管理起到辅助作用。

(二)数据管理与操作模块

（1）数据的输入输出

数据的输入输出功能，主要实现新数据图层的导入、数据格式的转换、数据图层的导出，方

便与其他软件建立关系，联合处理分析保护区相关数据，为保护区进一步的规划管理提供依据。

（2）数据格式转换

数据格式主要有矢量和栅格两种。矢量和栅格有其各自的优缺点，用户为了满足不同的需求，

通过数据格式转换功能的选择，可以实现矢量数据和栅格数据的切换。在视图窗口右上方，设置

数据格式转换的快捷按钮，通过该按钮的选择切换，在视图窗口中显示保护区相应图层，类似于

百度地图上的影像和矢量数据切换功能。

（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。矩形框越小，内容越详尽、清晰。

（4）数据查询

空间数据查询是空间分析的基础，主要包括图形查属性、属性查图形，空间和属性联合查询

三类：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）、SQL逻辑表达式查询（查询出满足逻辑

表达式的几何对象）六个选项，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，在属性表中按住shift键进行选择，选中记录所在的几

何对象在视图窗口中呈高亮显示。另外也可以通过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SQL逻辑表达

式选择空间条件和属性条件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。敦煌阳关国家级自然保护

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，使现实中的几何对象在计算机

屏幕上实现可视化成为可能。目前，敦煌阳关国家级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敦煌阳关国

家级自然保护区专题地图图册，充分发挥纸质地图使用方便、便于携带，不需要外设的优点。

（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[6]。

（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，看到保护区中的景象，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，如在三维场景中观看渥洼池管护站的过程中，可以很快的滑动鼠标漫游到西土沟

管护站或二墩管护站继续浏览，因为是三维场景，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。

五、结语

本文将GIS专业工具转为普通用户桌面系统应用[7]。通过自然保护区简介、数据管理与操作、

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，对保护区的基础数据资料进行

信息化管理、分析，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]刘南，刘仁义.地理信息系统[M].北京：高等教育出版社，2002

[2]欧晓昆，彭明春等.西双版纳自然保护区地理信息系统的建立与保护区的管理[J].应用生态学报,1997,(8):95

―98

[3]常禹，徐吉炎等.梅花山自然保护区地理信息系统的开发研制[J].中国生物圈保护区，1998，（1）：31-33

[4]石喜亨.C#在成长[J].科技咨询，2010，（8）：11-12

[5]孙坤.西北师范大学生命科学学院.甘肃敦煌阳关自然保护区科学考察报告[R].2007,7-8.

[6]杨振，王西峰等.GPS在自然保护区管理工作中的应用[J].陕西林业科技，2013，（1）：39-42

[7]张玉龙，尚士友，关瑞华等.基于3S达里诺尔自然保护区地理信息系统设计.资源开发与市

场.2009,25(8):679-768

作者简介：

姓名：吴翠霞，性别：女，职务职称：本科学历

研究方向：遥感与地理信息系统在自然保护区中的应用