湿地生态恢复与重建信息系统建设构想

第 31卷 第 2期 2008年 4月 测绘与空间地理信息 GEOMA TICS & SPA TIAL IN FORMA TION TECHNOLOGY Vol. 31, No. 2 Ap r. , 2008 收稿日期 : 2007 - 05 - 20 作者简介 :唐军利 (1982 - ) ,女 ,河南新郑人 ,农业遥感与土地利用专业在读硕士研究生 ,研究方向为遥感技术及其应用。 湿地生态恢复与重建信息系统建设构想 唐军利 , 庄 　剑 , 侯淑涛 (东北农业大学 资源与环境学院 ,黑龙江 哈尔滨 150030) 摘 要 :从湿地生态恢复与重建的特点、研究现状及研究方向进行分析 ,指出湿地恢复与重建信息化的必要性和 已有信息系统的不足。针对湿地生态恢复与重建信息系统的结构和主要功能进行探讨 ,提出建立集评价、分析、 预测和监测于一体的湿地生态恢复与重建信息系统。通过系统开发 ,不仅可为湿地生态恢复与重建的决策服 务 ,而且可实现对湿地水质、生物资源特征等多项指标信息进行动态管理。 关键词 :“3S”技术 ;湿地 ;信息系统 ;生态恢复与重建 中图分类号 : TP302. 1　　　文献标识码 : A　　　文章编号 : 1672 - 5867 (2008) 02 - 0074 - 03 The Design Idea of W etland Ecologica l Restoration and Reconstruction Information System TANG Jun - li, ZHUANG Jian, HOU Shu - tao ( College of Resources and Env ironm en t, Northea st Agr icultura l Un iversity, Harb in 150030, Ch ina) Abstract: According to the analysis of the characters, research status and research directions of the wetland ecological restoration and reconstruction, this paper brought forward the necessity of the informationization of wetland restoration and reconstruction and the short2 age of existed information system. Based on the discussion on the system structure and main functions of the wetland ecological restora2 tion and reconstruction information system, it put forward to construct the wetland ecological restoration and reconstruction information system which integrates the functions of evaluation, analysis, p rediction, and monitoring. W ith the development of the system, it could not only p rovide services for the decision - making of wetland ecological restoration and reconstruction, but also realize the dynam ic management of wetland’s water quality, biology resource character, and other index information. Key words:“3S”technology; wetland; information system; ecological restoration and reconstruction 0　引 　言 湿地具有巨大的环境功能和效益 ,被称为“地球之 肾”。随着经济的发展 ,人为因素使湿地呈现萎缩、退化 现象 ,进而对全球的生态平衡以及人类健康产生了威胁。 1996年 9月在澳大利亚西海岸的佩斯召开第五届国际湿 地会议 ,主要议是讨论如何增强湿地效益 ,防止和解决 湿地丧失、功能衰退、生物多样性减少等问题及保护与重 建湿地的策略和措施。湿地的恢复与重建开始受到世界 各国的普遍关注 [ 1 ] 。经过二十多年的发展 ,国际上在退 化湿地恢复与重建的理论与应用研究方面取得了显著成 就 ,形成了湿地生态复研究的两大中心 :一是欧洲 ,主要 以贫营养沼泽 (Bog)的恢复为主 ;二是北美 ,主要以富营 养沼泽 ( Fen)为主 [ 2 ] 。目前湿地退化机制、湿地生态恢复 与重建的研究 ,已成为国际湿地学前沿领域研究的热点 问题 [ 3 - 4 ] 。一直以来关于湿地生态恢复与重建的研究重 点主要是在湿地恢复与重建设计、工艺、流程与效益研究 方面 [ 5 - 6 ] ,如退化湿地生态恢复与重建侧重湿地生境恢复 技术、湿地水文状况恢复和湿地土壤恢复。但湿地生态 恢复与重建是针对退化的湿地生态系统而进行 ,取决于 湿地生态特征的变化 ,需要把实测数据、统计数据、遥感 数据等不同源数据进行复合处理。此外 ,还需借助于 GIS 的时空数据模型处理方法 ,与历史数据、后续监测数据进 行比较分析。因而研究数据具有多测点、多时相、长距离、 大范围和动态变化的特点 ,是一个系统、连续、动态的过 程。因此湿地生态恢复与重建的研究必须从定性走向信 息化、定量化、动态化。 1　系统建设目标、原则与研究内容 “3S”技术是湿地信息化的基础和关键。美国早在 20 © 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 世纪 90年代就建立了决策型信息系统———路易斯安那湿 地恢复空间决策支持系统 ( SDSS) [ 7 ] ,用于湿地恢复中的 淡水转换、沼泽管理、海岸线固定等各类项目的评价工 作 ,具有较强的实用价值。随着 3S技术的发展 ,各类湿地 信息系统不断出现 :加拿大 A lain Pietroniro等 [ 8 ]利用多时 相、多平台遥感数据监测三角洲湿地水文环境的时空变 化 ,以预测湿地生态系统将来的变化结果和可能遭受的 危险。我国建立了基于 GIS组件技术的洪湖湿地保护与 生态恢复监测信息系统 [ 9 ] 。一个完整的湿地生态恢复与 重建不仅涉及湿地的退化机制、恢复技术研究 ,而且 需要针对湿地的退化过程、恢复后的生态功能进行监测 模拟、预报与健康评价。已有的信息系统缺乏系统的、连 续的、动态的定量研究 ,不能很好地揭示系统退化的本质 规律 ,甚至影响系统恢复的程度和速度的确定。因此结 合湿地生态恢复与重建的特点 ,建立系统、连续、动态的 湿地生态恢复与重建信息系统 ,具有重要的理论和实际 意义。 111　系统建设的目标 湿地生态恢复与重建信息系统是以计算机软、硬件 为基础 ,湿地生态恢复与重建的相关数据为对象 ,集分 析、评价、预测预报为一体的系统。它的目标在于针对退 化湿地生态系统的特点 ,采集湿地分散积累的大量有关 资料数据 ,经筛选、预处理建库 ,使之成为共享的信息源。 并可迅速、及时、系统地收集、整理和分析湿地生态恢复 与重建的相关信息 ,运用现代化的信息管理技术、处理手 段和应用数学模型 ,定性、定位、定量、定向地掌握湿地资 源与生态环境状况、变化趋势及生态系统的健康情况 ,反 馈生态工程实施效果 ,解决湿地生态恢复与重建中的有 关实际工程问题 ,服务于湿地可持续利用。 112　系统设计的原则 1)规范化 :系统的设计、建立和验收 ,均应执行国际、 国家、行业和有关 ; 2)实用性 :系统的建立应基于湿地资源管理现状 ,用 户的实际需求 ,对湿地生态恢复与重建的实施效果、健康 度作出合理的判断 ,实现对湿地的专题研究和综合分析 ; 3)通用性 :在分析用户需求和湿地现状的基础上 ,确 保数据和功能的通用性软件包的开发与扩展要便于数据 转换 ,尽量避免由于软件的改变而引起数据结构的改变 , 致使大量数据要重新采集 ; 4)安全性 :设置多级体系和数据备份 /恢复 机制。 113　系统研究的主要内容 1)湿地生态的生物、非生物环境、生态系统功能、社 会经济等空间信息及非空间信息的归化处理 ,实现数据 的标准化与规范化 ; 2)湿地恢复与重建中基础要素的分类系统、编码格 式、坐标系的研究 ,以及信息数据库的建立 ; 3)湿地生态恢复与重建系统功能结构中各评估模 型、多元信息综合分析模式的研究 ; 4)湿地生态恢复与重建相关信息的动态监测指标体 系的构建和各专题报表的设计。 2　系统数据库的构建 数据库是信息系统研制的关键之一。湿地生态恢复 与重建信息系统除了湿地的生物、非生物环境等基本要 素外 ,还涉及湿地生态功能信息、社会经济数据及遥感信 息数据 ,主要牵扯空间数据、属性数据和多媒体数据三种 类型的数据。 211　数据库模型 本文采用 ESR I公司的 Geo - Database数据模型。它是 一种采用标准关系据库技术来表现地理信息的数据模型 ,可 以省去空间数据库和属性数据库之间繁琐的连接 ,使空间数 据存取速度较快 ,同时有利于保证空间数据与属性数据间的 完整性。多媒体数据可以以文件形式进行存储。 212　数据库 根据数据库模型的分类 ,可按空间数据、属性数据、 多媒体数据分别对数据进行获取和组织。基础空间数 据、专题空间数据的获取主要来源于各专题图件 ,如 :地 形地貌图、动物资源保护图、土地利用图和遥感影像数据 等。属性数据的获取主要通过收集湿地水文、气候、生态 等各方面信息 ,如气候信息、生物多样性和保护信息、土 壤状态信息、水体信息、灾害、社会经济要素调查信息、社 会统计信息和经济统计信息及专题报表等进行存贮。多 媒体数据主要是现场监测录像等。 3　系统的功能结构设计 该系统共有四大功能模块组成 :基本功能模块、决策 分析模块、生态评价模块、生态恢复工程监测与预测模 块。湿地生态恢复与重建信息系统结构框架见图 1。 311　基本功能模块 实现以下基本功能 :湿地现场监测录像 ;环境监测数 据、地图以及图像等数据的输入、浏览、显示 ;要素编辑、图 形、数据等信息输出以及各种格式数据的相互转换。对 于图形输出 ,用户可以结合湿地属性数据和空间数据生 成湿地景观、地下水位分布变化等专题图层 ,制作专题地 图输出到文件或打印设备。对于系统维护功能 ,包括对 系统按照时间序列追加最新监测数据 ,以更新基础数据 库的数据库更新功能 ;为了保证数据的完整性和安全性 的数据备份与修复功能 ;利用数据更新口令及验证 ,不能 随便让人对数据进行修改的用户管理功能。 312　决策分析模块 该模块基于湿地信息数据库 ,将湿地多年的定位监 测和抽样调查数据及相关图件数据 ,利用系统分析、数理 统计等方法进行迅速、系统地整理 ,综合分析湿地非生物 环境 ,生物环境的现状与趋势。结合模型库的湿地景观 格局分析、调蓄水能力分析 ,能生成湿地景观变化动态 度、湿地变化去向与来源分析、湿地空间格局动态变化分 析、生物群落、生物量、水质信息等相关报表和专题图件。 多种数据查询检索方式 ,有助于用户进行快速准确的信 息查询检索 ,并以统计图表的方式直观地表现出来。为 决策部门及时了解湿地的生态环境现状和退化驱动机制 提供可靠信息 ,有助于决策部门制定生态恢复工程规划。 57第 2期 唐军利等 :湿地生态恢复与重建信息系统建设构想 © 1994-2011 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net 图 1　湿地生态恢复与重建信息系统结构框架图 F ig. 1　The structura l fram ework of wetland ecolog ica l restora tion and recon struction informa tion system 313　生态评价模块 该模块旨在利用湿地健康评价的可操作性指标体 系 ,通过综合评价模型进行湿地水质、环境质量、生态系 统功能的健康评价 ,生成生态合理性、社会合理性及经济 合理性的相关报表、统计图表 ,从而使湿地管理部门了解 一定时间点湿地生态系统的健康状况 ,并及时反映工程 实施效果 ,以便制定和及时调整生态恢复工程策略。 314　生态恢复工程动态监测与预测模块 该模块主要内容通过具体的监测指标对湿地生态恢 复与重建实施过程中的湿地水质、气象、地下水、生物资 源特征、社会经济状况等监测内容进行动态监测 ,运用基 于数学统计方法的功能模块进行趋势分析 ,并生成相关 报表、统计图表和专题地图 ,以便在湿地生态恢复工程实 施过程中对湿地生态环境各项指标按时间序列进行前后 对比 ,预测湿地生态系统将来的变化结果和可能遭受的 危险。不仅可使决策部门了解湿地退化的演替规律 ,而 且可提供生态恢复与重建工程实施效益的反馈信息。 4　结束语 湿地生态恢复与重建信息系统的构建可实现退化湿 地生态恢复与重建的分析、预测、评价和动态监测 ,满足 湿地生态恢复与重建系统性、连续性、动态性的定量研究 ,可为湿地生态恢复工程的制定与执行提供有效的 准确信息 ,这不仅有助于实现湿地生态恢复与重建工程 社会、经济、生态效益的统一 ,而且对实现湿地可持续发 展的研究具有重要的借鉴意义。 参考文献 : [ 1 ]　刘月杰 . 博斯腾湖芦苇湿地生态恢复研究 [D ]. 北京 :北 京化工大学 , 2004. [ 2 ]　崔保山 ,刘兴土. 湿地生态恢复研究综述 [ J ]. 地球科学 进展 , 1999, 14 (4) : 358 - 364. [ 3 ]　白降丽 ,彭道黎 ,庚晓红. 退化生态系统恢复与重建的研 究进展 [ J ]. 浙江林学院学报 , 2005, 22 (4) : 464 - 468. 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