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1、第 30卷第 5期中 南 林 业 科 技 大 学 学 报Vo.l 30 No.52010年 5月Journal of CentralSouth University of Forestry&TechnologyM ay 2010收稿日期:2010-03-26基金项目:大围山国家森林公园综合管理信息系统项目(20108071)作者简介:文东新(1966-),男,湖南东安人,副教授,硕士生导师,研究方向为水土保持与荒漠化防治和资源信息管理基于 Google Earth的大围山水土保持信息系统研究文东新,余定椿(中南林业科技大学 林学院,湖南 长沙?410004)摘?要:为加强大围山国家森林公园水土
2、保持的研究与管理,在水土保持地理信息子系统、监测信息子系统、专家系统中引入了 Google Earth,设计和构建了基于 Google Earth的大围山水土保持信息系统。通过对该系统框架及应用方法和前景的阐述,并比较了该系统与其它相关信息系统的优势和不足,实现对大围山水土流失数据信息的高效存储和管理。研究表明:Google Earth在水土保持信息系统中具有重要的推广应用价值。关键词:林学;Google Earth;水土保持;信息系统;大围山中图分类号:S 714.7文献标志码:A文章编号:1673?923X(2010)05?0040?04Study on infor mation syst
3、em for soil and water conservationin Daweishan based on Google EarthWEN Dong?xin,YU Ding?chun(School ofForestry,CentralSouthUniversity ofForestry and Technology,Changsha 410004,Hunan,China)Abstract:In order to strengthen the Da weishan national forest park soil andwater conservation,this paper intro
4、ducedGoogleEarth in soilandwaterconservationgeographic information subsyste m,monitoring infor mation subsystem,and expertsyste m,de?sign and build infor mation syste m for soilandwater conservation inDa weishanbasedonGoogleEarth.Through the system fra me?work and applicationmethods and prospects fo
5、r elaboration,advantagesand disadvantagesofthe syste m wasco mparedwith otherrelevant infor mation syste ms,to i mple mentsoilerosion ofDa weishan efficientdata storage andmanage men.t The resultssho w thatGoogle Earth has i mportant application value in the soilandwater conservation infor mation sy
6、stem.K ey words:forestry;Google Earth;soil andwater conservation;infor mation syste m;Daweishan?水土保持管理工作研究对象主要是水土资源的发展变化过程,它涉及到气象、地质、水文、动植物及人类活动等因子,这些因子具有明显的空间性及时间性,其相关信息呈现出动态性强、数据量大、类型多样等特点。如何科学、合理地管理和利用这些数据,成为我国水土保持信息系统建设的核心问题。2007年,全国水土保持空间数据发布系统的投入使用成为水土保持空间数据发布的重要基础平台,它和中国水土保持生态建设网、中国水土保持监测网等一起
7、构成了完整的水土保持信息系统。各省市和重点流域也都开发和应用了各类水土保持信息系统 1-3,如流域水土保持信息系统、区域(县域、景区、居民点、采油区等)水土保持信息系统等;在水土保持专家系统建设方面主要有土壤侵蚀专家系统、措施优化配置专家系统、灾害防治专家系统等 4。这些系统的建成对水土保持管理的信息化和科学化都起到了很好的推动作用,并获得了良好的社会、生态和经济效益。本文以湖南省浏阳市大围山国家森林公园为研究对象,首次设计和应用了基于 Google Earth的水土保持信息系统,通过探讨第 5期?文东新,等:基于 Google Earth的大围山水土保持信息系统研究?和比较建设过程中的方法和
8、效果,以寻求更多样化的信息系统解决办法。1?Google Earth平台特点和应用模式Google Earth作为一种新兴的免费的 GIS软件,具备全球完整的三维卫星遥感影像数据,可以节省大部分的基础地理平台构建费用;Google Earth强大的搜索引擎支持更快的网络搜索和图形显示;Google Earth支持三维街景视图,能全方位展示照片、视频和三维模型,带给人身临其境的感觉;其界面友好、操作简便,已拥有超过 2亿的用户和爱好者。目前在水土保持中常用的地理信息系统软件主要有 ARCGIS、MAPI NFO、REGI ONMANAGER、MAP?GIS等,它们都具备功能完备,应用成熟等优点,
9、并在水土保持信息管理中发挥着重要的作用,成为了主流的地理信息系统平台。但与 Google Earth相比,这些系统存在着一些不足,如基础空间数据平台构建成本较高、网络查询显示速度相对较慢、操作使用专业化程度较高等,还有在性价比、更新维护等方面,Google Earth都具有很大的优势和推广利用价值。如今,Google Earth已经在国土、农业、林业、水利、交通、旅游等各行业得到了广泛的应用 5-9。Google Earth的应用主要依靠其快速和完善的图形搜索、展示和处理能力,读取或生成其特有的KMZ/KML格式图层文件,还可以与其它应用软件的图层文件进行相互转换或动态生成,其软件应用模式如图
10、 1所示。图 1?Google Earth软件应用模式Fig.1?Application m odel of Google Earth soft ware2?基于 Google Earth的大围山水土保持信息系统的构建?大围山位于湖南省浏阳市东北部,地理位置为114?02?114?12?E,28?21?28?26?N,属于山地湿润亚热带气候,1992 年被批准为国家森林公园,2007年被评定为国家 4A级旅游景区。公园面积近5 000 hm2,最高峰海拔 1 608m,有 100多处流泉飞瀑和 13个沼泽湖。地貌的形成除第四纪以来流水侵蚀作用及风化剥蚀作用外,重要的是第四纪冰川的剥蚀铲刮及堆积
11、作用形成的独特地貌形态。大围山成土母岩主体是燕山期花岗岩侵入体,这类伟晶质花岗岩特点是节理发育、粒状结构、抗风性弱、极易发生崩解。大围山的水土流失类型主要是水力侵蚀,在道路边坡、陡坡、山地草甸等地带易受暴雨和冰冻影响发生崩塌,而且植被很难自然恢复,因此公园每年都要花费大量人力物力用于道路和景区的水土保持维护。为了能全面掌握大围山水土保持的现状和发生发展过程,为管理和决策提供服务,在进行了大量需求分析和实地考查的基础上,构建了基于 Google Earth的大围山水土保持信息系统,重点研究和构建了其中的 3个功能子系统,其功能结构图如图 2所示。图 2?天围山水土保持信息系统功能结构图Fig.2
12、?Structure of soil and water conservationinformation syste m for Daweishan2.1?水土保持基础地理信息子系统水土保持基础地理信息涉及到了国土、农业、林业、交通、水利等政府各部门的空间数据。为了避免地理信息的重复建设投资及资源利用率低下等问题,系统充分利用了 Google Earth免费提供的 15m分辨率的 2000年左右的三维遥感卫星影像数据作为基础数据平台,再将 1?1万地形图、景区导游图、行政区划图、最新遥感影像、土壤侵蚀图、三区划分图、治理项目分布图、监测点分布图、水系分布图、土地利用现状图、土壤分布图、林相图等
13、统一制作和转换成了 Google Earth支持的 KMZ/KML格式图层文件,方便了交流与共享。利用 Google Earth支持三维模型及多媒体演示功能,建立了三维模型库和多41?中南林业科技大学学报第 30卷媒体地标库,对重点水土保持工程和建筑构建了三维模型,能全方位展示其特点和功能;当点击各类地标时能弹出图文并茂的说明框,并能播放视频,直观了解水土流失的实际情况。图 3为水土保持基础地理信息子系统功能结构图,图 4为大围山水土保持图层管理效果图。图 3?大围山基础地理信息子系统功能结构Fig.3?Function of basic geographic infor m ation su
14、bsyste m for Daweishan图 4?大围山图层管理效果示范Fig.4?Effect picture of layer manage m ent for Daweishan2.2?大围山水土保持动态监测信息子系统水土保持的宏观战略决策与规划的制订、执法部门的监督和执法过程、综合防治措施的总体布局和实施等均需要及时、准确和全面的监测数据作为依据,系统采用了 Google Earth作为地理平台,利用其具有的对海量数据的采集、存储、查询编辑、空间分析、图层显示与信息网络发布等功能,构建了水土保持动态监测信息子系统,其系统构建技术流程如图 5所示:与其它 GIS系统相比,Google
15、Earth在实时动态监测方面具有无可比拟的优势。它本身就自带实时发布全球各地天气预报和发布实时全球云图及气象雷达图的功能,在美国的各大城市还实现了实时交通流量监控显示功能、实时视频发布功能等。一些有实力的机构也在 Google Earth上免费发布实时信息,如美国航空航天局每日发布 2张基于 GoogleEarth的 全球 MODIS 遥 感卫 星影 像,分 辨率 达250m;美国马里兰大学每小时发布 1次基于 GoogleEarth的全球卫星热点信息;Panoram io、W ikipedia等大型互联网公司也在不断更新其基于 Google Earth42第 5期?文东新,等:基于 Goog
16、le Earth的大围山水土保持信息系统研究?图 5?大围山水土保持动态监测信息子系统构建技术流程Fig.5?Technique flow chart of soil and water conservat?ion net work detecting subsystem for Daweishan的照片或视频;这些免费资源对水土保持动态监测具有较重要的科研参考意义。利用 Google Earth的网络链接地标功能,系统可以实时显示大围山各监测点的上传数据、气象数据、影视数据、统计分析结果等,动态生成 KMZ/KML文件并即时发布到现有的大围山旅游信息网上,实现对大围山各景区山体滑坡、泥石流、
17、洪水等灾害分布、活动情况等的及时预警和信息发布,通过连接GPS设备还能即时显示救灾车辆、船只等的行进状态,以最大限度地减少灾害带来的损失。在建设项目或区域水土保持管理工作中,系统能将管理区范围、特点与要求等制作成 KMZ/KML 文件发布互联网上以获取公众的监督,公众可以将意见或建议、现场照片或视频等以地标文件的形式上传到监测网络信息系统平台上,以便即时掌握公众的反馈意见。2.3?大围山水土保持专家系统水土保持专家系统是建立在水土保持监测数据和地理数据的基础上,利用各种评价及治理数学模型技术,为水土保持的规划、评价、预测及防治提供决策服务的系统。水土保持专家知识的来源主要是领域专家的实际知识、
18、经验、模型及研究成果 4,水土保持专家系统则被用来产生水土保持领域的知识库,并用其推理机构进行启发式推理,最终获得决策支持建议。在应用上,虽然 Google Earth提供了一些基本的 API接口,支持二次开发,与其它常用 GIS系统相比,Google Earth接口数量与功能相对较弱,很多功能都要自己去实现或者借助第三方软件去实现 6,但基于 Google Earth二次开发的专家系统具有构建成本低、直观易懂、受众面广等优点,在洪水淹 没模型 6、林火蔓延模型 7、交通智能管理 8、防震减灾决策 9等方面都有成功的应用。目前由于受二次开发功能限制,大围山水土保持专家系统的实现主要由其它应用程
19、序开发和依靠 ARCGIS等地理信息系统强大的空间分析处理能力,而将 Google Earth作为其成果展示平台,方法是通过第三方软件把决策结果或其它 GIS系统分析后产生的结果如水土保持分区图、水土侵蚀预测预报图、水土保持规划建议图等生成 KML/KMZ文件,再通过 Google Earth实现决策结果的快速浏览与网络发布。专家系统结构如图 6所示:图 6?大围山专家系统结构Fig.6?The structure of expert syste m for Daweishan?随着 Google Earth迅速的更新和升级,其图形分析处理能力和接口功能不断得以加强,更多的功能丰富和强大的专业
20、插件不断的被开发和应用,能更好地为水土保持管理提供决策支持。3?小?结基于 Google Earth的大围山水土保持信息系统具有低成本、高性能、功能全面、操作简单、易于发布等特点,能满足森林公园水土保持工作的需要。但?(下转至第 49页)43第 5期?韩志刚,等:气候变化对林火时空动态的影响研究综述?33?刘元春.气候变化对我国森林火灾时空分布格局的影响 D.哈尔滨:东北林业大学,2007.34?王述洋.森林火灾大时间尺度活动成因规律及中长期预测预报理论研究 J.科技导报,1994,(2):47-50.35?高昌海,宋小兵.?五六?大火爆发期气象条件分析 J.森林防火,1998,(4):31-
21、32.36?赵凤君,舒立福,田晓瑞,等.气候变暖背景下内蒙古大兴安岭林区森林可燃物干燥状况的变化 J.生态学报,2009,29(4):1914-1920.37?丁一汇,任国玉,石广玉,等.气候变化国家评估报告(I):中国气候变化的历史和未来趋势 J.气候变化研究进展,2006,2(1):3-8.38?王明玉,舒立福,赵凤君,等.中国南方冰雪灾害对森林可燃物影响的数量化分析?以湖南为例 J.林业科学,2008,44(11):69-73.39?张铁平.广东省雨雪冰冻灾害对引发森林火灾的影响分析与建议 J.林业调查规划,2008,33(5):79-84.40?SkinnerW R,ShabbarA,
22、F lanniganM D,et al.Large forest firesin Canada and the relationship to global sea surface temperatures J.J.Geophys Res.,2006,111(D14106),do:i 10.1029/2005J D006738.41?W illiams A A J,Karoly D J.Extreme fire weather in Australiaand the i mpact of the ElN ino Southern Oscillation J.Austral?ianM eteor
23、ologicalM agazine,1999,48:15-22.42?王述洋.森林火灾重灾时段对太阳活动、厄尔尼诺、南方涛动异常的响应 J.灾害学,1993,(2):27-32.43?赵凤君,舒立福.气候异常对森林火灾发生的影响研究 J.森林防火,2007,(1):21-23.本文编校:谢荣秀?(上接第 43页)作为更大区域的水土保持信息系统应用,整个系统还有待完善、加强与提升,在不同空间数据格式之间的转换、海量数据管理与检索、共享数据标准与安全、动态监测、决策服务等方面还要加强研究与开发。尽管 Google Earth并不是一个专业的地理信息系统,有些高级功能还需要第三方软件和其它 GIS系
24、统的配合和支持,但随着 Google Earth功能的不断完善和应用单位的进一步开发利用,相信其在水土保持信息系统中将具有越来越重要的推广应用价值。参考文献:1?谢碧云,台?伟.长江流域水土保持管理信息系统开发研究 J.人民长江,2009,40(4):49-52.2?周宝书,胡贝贝,乔仕荣.基于 G I S信息技术在水土保持规划系统中的应用 J.水土保持研究,2006,13(1):176-178.3?张青峰,张宽平.县域水土保持监测信息系统设计 J.人民黄河,2010,32(2):89-90.4?饶良懿,余新晓.我国水土保持专家系统的研究现状和发展趋势 J.水土保持学报,2002,16(3):
25、68-71.5?祝?瑜,周绍江.Goog le Earth在流域水资源保护监督管理中的应用 J.人民长江,2009,40(4):77-80.6?李黎黎,陈妙顺.Goog le Earth在洪水淹没中的应用研究 J.技术与市场,2009,16(3):49.7?文东新.Google Earth在森林消防管理中的应用 J.林业实用技术,2006,(7):26-27.8?乐?晨,任?刚.Goog le Earth软件在交通管理中的应用 J.交通信息与安全,2009,27(1):153-156.9?银正彤,郑文锋.Goog le Earth在防震减灾决策中的应用 J.地震研究,2009,32(1):99-102.本文编校:吴?毅 49