基于ArcGIS Engine二次开发的单体自然保护区生物多样性数字化平台设计与实现

郑姚闽　吴洪斌　刘荣国　牛振国

摘 要：针对宁夏沙坡头自然保护区生物多样性数字化管理的需求，建立1个基于ArcGIS Engine二次开发的生物多样性数字化平台，实现对生物多样性资料中属性、空间数据的查询、浏览和空间分析等功能。通过多源遥感平台输入生物多样性变化信息，为保护区管理提供决策支持。

关键词：生物多样性；数字化平台；ArcGIS Engine；遥感

中图分类号：P208 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）18-0095-05

140年的实践证明，建立自然保护区是生物多样性保护最有效的手段之一。据环保部数据中心统计，截至2013年底，我国已有2 640个自然保护区，其中，407个为国家级保护区。随着空间技术的不断发展，数字地球、智慧地球和大数据时代已经成为大势所趋，在这样的背景下，保护区信息化和生物多样性数字化平台应运而生。

生物多样性数字化平台是一款以单体自然保护区为用户终端的软件，它能够实现对生物多样性信息的采集、编辑、查询、统计分析和展示等功能。平台用户包括生物多样性领域的政府部门决策人员、系统管理员、从事生物多样性研究的科研人员和社会公众。该平台不仅能够客观地展示生物多样性现状，还可以利用多源遥感影像实现对生物多样性的详细监测和评价，不断拓展该平台的空间分析功能，为管理者提供切实有用的决策支持。

1 沙坡头国家级自然保护区简介

宁夏沙坡头国家级自然保护区位于中卫市城区西部腾格里沙漠的东南缘，是我国最早建立的7个荒漠生态类型的自然保护区之一。保护区始建于1984年，1994年晋升为国家级自然保护区，并被联合国环境规划署命名为“全球环境保护500佳”。1999年，该区又被国家科技部、中宣部、中国科协命名为“全国青少年科技教育基地”和“全国科普教育基地”；2006年、2008年被自治区科技厅、区科协评为“全区优秀科普教育基地”；2007年，沙坡头被国家旅游局批准为5A级旅游景区；2010年被环保部、科技部评为“全国环保科普基地”。保护区现已成为科研、教学、科普示范和生态旅游的基地。

该区东起二道沙沟南护林房，西至头道墩，北接腾格里沙漠，沙坡头段向北延伸1 000～2 000 m，沿“三北”防护林二期工程基线向东北延伸至定北墩外围300～500 m，南临黄河，东西长约38 km，南北约为5 km，地理坐标为E 104°49′ 25″ —105°09′ 24″ ，N 37°25′ 58″ —37°37′ 24″ 。宁夏沙坡头国家级自然保护区总面积14 043.09 hm2，其中核心区面积3 956.76 hm2，缓冲区面积5 414.12 hm2，实验区面积4 672.21 hm2，主要保护对象为典型的温带沙漠自然生态系统及其生态演替，特有稀有野生沙地动、植物及其生存繁衍的生态环境和以防护林工程为主体的人工生态系统及其治沙科研成果，以及区内各名胜古迹和历史遗迹。

保护区地势西北高，东南低，由西北向东南倾斜，沙丘纵横，高低起伏，覆盖在第二纪或第三纪红砂岩和高河漫滩阶地以及冲积、洪积平原上，形成了典型的风沙地貌景观。

该区气候属于温带大陆性气候，在全国自然区划中属温带干旱气候区，具有干旱少雨、蒸发强烈、冷热温差大、光照充足、风大沙多、冬寒长、夏热短、春暖迟、秋凉早和气象灾害较多等特点。该区年平均气温9.6 ℃，年平均降水量为186.6 mm，年蒸发量为3 000 mm，年起风沙时数达900 h以上。中国第二大河——黄河流经保护区南缘，成为了保护区绿洲的主要水源。由于受基地构造的控制，形成一些封闭的内陆湖盆，比如碱碱湖、小湖、高墩湖、马场湖、荒草湖等内陆湖泊，总面积721 hm2，是该区多种脊椎动物类群的栖息地。保护区内主要土壤有风沙土、灰钙土、潮土、新积土、灌淤土和盐土等。

铁路固沙防护林体系、北部防风固沙林体系、湿（水）生地体系、农田和沙漠是构成该区荒漠生态系统的主要种类。独特的自然地理条件和类型多样的生态子系统使该区成为了荒漠生态系统丰富的物种“基因库”。

保护区共有种子植物79科234属444种（包括种下等级），占宁夏自治区种子植物的24.53%，裸子植物4科8属14种，被子植物75科227属430种。其中，栽培植物有180种，野生植物有56科157属264种，双子叶植物44科116属192种，单子叶植物12科41属72种。

该区国家重点保护植物有裸果木（Cymnocarpos przewalskii Maxim）、沙冬青（Ammopiptanthus mongolicus （Maxim.） Cheng f.）和胡杨（Populus euphratica Oliver）3种；我国特有属植物百花蒿（Stilpnolepis centiflora（Maxim.）Krasch）、阿拉善地区特有植物阿拉善碱蓬（Suaeda przewalskii Bge）、宽叶水柏枝（Myricaria platyphylla Maxim.）。保护区的珍稀植物有沙鞭（Psammochloa villosa（Trin.）Ber.）和斑子麻黄（Ephedra rhytidosperma Pachom）。

保护区有脊椎动物5纲27目65科223种。其中，鱼类3目5科18种，两栖类1目2科3种，爬行类2目4科5种，鸟类15目43科176种，兽类6目11科21种。鱼类占宁夏自治区鱼类种数的58.06%，两栖类占宁夏自治区两栖类种数的50.00%，爬行类占宁夏自治区爬行类种数的26.32%，鸟类占宁

———————————————————————————

*[基金项目]国家环境保护部生物多样性专项的资助、国家自然科学基金（编号：41201445）的资助

夏自治区鸟类种数的57.76%，兽类占宁夏自治区兽类种数的28.38%.现已查明的昆虫种类16目175科703种。

国家重点保护野生动物26种，其中，Ⅰ级保护5种，分别是黑鹳（Ciconia nigra）、金雕（Aquila chrysaetos）、玉带海雕（Haliaeetus leucoryphus）、白尾海雕（Haliaeetus albicilla）和大鸨（Otis tarda），Ⅱ级保护种类21种，分别为小苇鳽（Ixobrychus minutus）、白琵鹭（Platalea leucorodia）、大天鹅（Cygnus cygnus）、鸢（Milvus migrans）、大鵟（Buteo hemilasius）、毛脚鵟（Buteo lagopus）、白尾鹞（Circus cyaneus）、鹗（Pandion liaetus）、红隼（Falco tinnunculus）、灰背隼（Falco columbarius）、灰鹤（Grus grus）、蓑羽鹤（Anthropoides virgo）、黑浮鸥（Chlidonias niger）、鵰鸮（Bubo bubo）、纵纹腹小鸮（Athene noctua）、长耳鸮（Asio otus）、短耳鸮（Asio flammeus）、荒漠猫（Felis bieti）、猞猁（Lynx lynx）、鹅喉羚（Gazella subgutturosa）和岩羊（Pseudois nayaur）。在这些动物中，属于宁夏回族自治区保护动物的有25种，属于濒危野生动物种国际贸易公约（CITES）所规定的保护物种有22种，属于中日保护候鸟及其栖息环境协定的鸟类有80种，被列入中澳《保护候鸟及其栖息环境协定》名录的鸟类有24种。

保护区具有广泛的区域代表性和地域分界性，在自然地理、农业区划和全球气候变化的研究中占有特殊的地位。这里不仅以“大漠孤烟直，长河落日圆”和“沙坡鸣钟”的独特自然景观驰名中外，而且以其麦草方格为措施的“五带一体”固沙防护林工程的治沙成果享誉中外，它被称为“世界奇迹”。

2 总体功能

2.1 数据展示

在生物多样性专题数据的展示上，需要体现生物多样性领域的特点，区域之间的变化表达要符合具体情况，除了要符合生物多样性领域的专业要求外，地图的表达还需符合地理信息行业的标准规范。

2.2 权限管理

系统设计要充分考虑到数据的安全性和保密性，所以，系统要具备权限管理功能，具体包括用户账户设置、用户权限设置、密码修改、登录系统日志和系统使用指南等功能。

2.3 基本操作

系统基本操作主要包括空间数据的导入导出、空间数据源的显示、数据类型的转换、数据图层的合并、数据图层的投影转换等功能。地图的基本操作包括放大、缩小、移动、全屏显示、自由缩放、漫游、标注、地图刷新、图层控制、信息查询和背景设置等。

2.4 空间分析

将植被分布图、动植物分布图、土地利用图和功能区划图、人类干扰图等进行空间叠加，结合野生动植物调查数据，选择高保护价值的地段和受人类干扰胁迫压力较大的地段进行固定样地选址、生态恢复工程选址，并利用多源遥感数据对该地进行详细的监测和评估。

2.5 输出打印

生物多样性数字化平台应具备地图的输出功能，主要包括地图的投影转换、距离量算、制订专题图并绘制地图、绘制图例、比例尺、指北针、添加图片、地图标题和打印输出等。

2.6 数据更新和维护

数据是GIS的灵魂，生物多样性数字化平台要有效运行，就需要及时地更新和维护数据，使数据能够反映出保护区的动态变化。这就要求系统可以随时增加、删除和修改自然保护区的数据等。

总体功能框架如图1所示。

3 开发环境

3.1 开发技术

ArcGIS是美国ESRI公司推出的一个为不同需求层次用户提供的全面、可伸缩的GIS平台。该平台全面整合了GIS 数据库、软件工程、人工智能、网络智能和其他多方面的技术。发展至今，除了空间数据储存和显示等简单的应用形式外，还包括地理服务、三维分析和空间分析等高级功能，涉及领域非常广。

组件式GIS是面向对象的技术，代表着当今GIS的发展潮流，它极大地简化了GIS的二次开发过程，使二次开发产品具有更强大的生命力。因此，可以用ArcEngine来扩展ArcGIS的功能，定制开发需要的GIS软件。

ArcEngine是一种应用广泛的组件式GIS软件，是一套完备的嵌入式GIS组件库和工具库。它提供了一系列可以在ArcGIS Desktop框架之外使用的GIS组件，使用ArcEngine软件开发的GIS 应用程序可以脱离ArcGIS Desktop而运行。ArcEngine系列包含1个软件开发工具包（Software Developer Kit）和1个用于所有ArcGIS程序的可分发运行时（Runtime）。ArcEngine开发包能够实现跨平台部署，包括3个关键部分，即控件、工具条和工具、对象库。控件是ArcGIS用户界面的组成部分，它可以嵌入应用程序中使用。工具条是GIS工具的集合，包括比如平移、缩放、点击查询和与地图交互的各种选择工具。开发者可以很容易地将选择的工具拖放到定制应用中或创建自己的定制工具来实现与地图信息的交互。对象库是可编程ArcObjects组件的集合，包括几何、显示、Geodatabase和三维分析等一系列库，这样可以让程序员开发出从低级到高级的各种定制应用。

ArcEngine的主要功能有：基础服务、数据访问、地图表现、开发组件和运行选项。ArcEngine开发包括开发者建立解决方案时所需的组件和工具集；ArcEngine Runtime用来运行定制的ArcEngine应用程序所需的基础设施。系统开发者可以通过安装软件开发工具包来获取以上功能，根据需求开发出不同功能的应用软件。

3.2 开发平台

根据技术要求和软件技术的发展现状，系统采用.NET平台开发，开发工具选择Microsoft Visual Studio.NET2008，选择C#为开发语言。

3.3 数据库平台

采用Microsoft Office Access 2010和SQL SERVER 2010作为数据库平台。

3.4 系统运行平台

Windows 2000/NT/XP、Window7、Window 8.

图1 总体功能框架图

4 数据库建设

详细、完备的数据库建设是实现生物多样性数字化平台各项功能的前提和关键。数据库包括空间数据库、属性数据库、影像数据库和元数据库。

4.1 空间数据库

空间数据库主要包括保护区边界图、功能区划图、土地利用图、植被分类图、动植物分布图和各种人类干扰图等。空间数据库的收集主要采用扫描和数字化相结合的方法，将各类基础地图转化为GIS可处理的数据结构，数字化过程是在ArcGIS软件中完成的。为了便于信息的分类查询和空间分析，建库时，要求把数字化得到的空间数据按其特征分层存放。当建立各层数据后，统一将其转化为Shp格式，并建立好拓扑关系，便于ArcGIS控件调用。

数据源主要有：由1∶10 000 地形图数据获取的基础地理数据、高分辨率遥感影像解译信息、野外工作人员调查时使用GPS记录的位置信息数据3种。

4.2 属性数据库

属性数据库主要包括生物多样性数据库、自然环境数据库和人文经济数据库。生物多样性数据库包括植物模块、鸟类模块、兽类模块、鱼类模块、昆虫模块、蜘蛛和蜱螨模块等，其中还包括珍稀濒危和保护物种；自然环境数据库包括地质地貌、气象、土壤、水文等模块；人文经济数据包括土地利用、社区人口、经济发展等模块。

属性特征数据用关系型数据表来存储，数据表格为二维表格，用Excel作为输入模板输入初始数据，然后将其导入到SQL Server数据表中并存入数据库。属性数据与空间数据通过统一的标识符（ID）进行关联。

4.3 影像数据库

影像数据库主要包括景观和珍稀野生动植物图片与视频、新闻报道、法律法规和遥感数据等。这类数据以字段形式存放在数据库表中，并以文件为单位进行分类，实行科学管理。

4.4 高分植被分类图

高分植被分类图是利用高分辨率影像数据的光谱信息和纹理信息，结合野外调查数据提取保护区各种植被的信息，为该平台的空间分析提供数据源。一般要求其覆盖整个保护区。解译时，采用德国Definiens Imaging公司开发的智能化影像分析软件eCognition8.7.该软件突破了传统商业遥感软件单纯基于光谱信息进行影像分类的局限性，提出了革命性的分类技术——面向对象的分类方法，大大提高了高空间分辨率数据的自动识别精度，有效地满足了科研和工程应用的需求。

5 选址分析的主要原则

5.1 植被固定样地的选址

将功能分区图、植被分区图、植被分布图、土地景观分布图等矢量图层进行空间叠加，结合二次科学考察数据，建立植被固定样地的选址方案。植被样地选址分析界面如图2所示。其主要选址原则有以下几点。

5.1.1 保护植被类型要齐全

保护植被类型主要包括落叶灌丛、草甸、草原、草原带沙生植被、温带荒漠、沼泽、水生植被和防风固沙林。

5.1.2 要具有代表性

按照5∶3∶2的比例，选择核心区、缓冲区和实验区的典型植被作为固定样地。

5.1.3 要均匀分布

要保证每个功能亚区都有植被固定样地分布。

5.1.4 要考虑干扰程度的差异性

在土地景观分类制图的基础上，主要分析建设用地的干扰方式和强度，选择干扰强度较轻、一般（中等）、较强的不同地段分别设置固定样地。

如果建设用地与植被固定样地的距离>500 m，则认为其干扰强度较轻；100～500 m，中等；<100 m，较强。一般认为，公共管理和公共服务用地对植被固定样地的影响较轻；住宅用地、水利设施用地、设施农用地对植被固定样地的影响一般；交通运输用地、工矿仓储用地、商服用地、特殊用地对植被固定样地的影响较重。

5.1.5 要具备一定的规模

植被斑块面积一般为4 km2以上（约4 444个TM像元）。植被固定样地包括固定样带法和固定样地法。每个植被斑块配置1～3条植被样带或1～3个固定样地；每条植被样带选择五六个植被样方，每个植被样方面积为20 m×20 m，而固定样地的面积一般比较大，为500 m×500 m。

植被固定样地面积的选择是依据植被建群种的生活型决定的，且必须经过现场调查。在通常情况下，在乔木样方（20 m×20 m）中设置5个灌丛样方（5 m×5 m），在每个灌丛样方中又分别设置1～5个草本样方（1 m×1 m）。

图2 植被样地选址分析的界面

5.2 生态恢复工程的选址

将植被分布图、土地景观分布图和功能分区图等矢量图层进行空间叠加，结合二次科学考察数据，建立生态恢复工程的选址方案。生态恢复工程选址界面如图3所示。其主要的选址原则有以下三点。

5.2.1 具有较高的保护价值

主要选择退化的天然沙生植被、防风固沙植被、湖泊生态系统、珍稀物种及其关键栖息地作为恢复对象。

5.2.2 受自然和人类胁迫压力或潜在压力较大

与沙漠和建设用地的距离越近，生态恢复的必要性越强。将其必要性分为三个等级——较低、中等和较高。当与沙漠的距离<1 000 m或与建设用地的距离<100 m时，则认为其必要性较高；当与沙漠的距离为1 000～5 000 m或与建设用地的距离为100～500 m时，则认为其必要性中等；当与沙漠的距离>5 000 m或与建设用地的距离>500 m时，则认为其必要性较弱。

5.2.3 可操作性要强

与沙坡头水利枢纽工程，特别是河渠和水利设施距离越近，其可操作性越强。与水利枢纽工程、河渠和水利设施的距离<500 m时，其可操作性较强；与水利枢纽工程、河渠和水利设施的距离为500～2 500 m时，其可操作性中等；与水利枢纽工程、河渠和水利设施的距离>2 500 m时，其可操作性较弱。

图3 生态恢复工程选址的界面

6 系统功能的实现

6.1 生物多样性数字化平台软件

该软件的菜单栏主要包括文件和3种视图工具（数据视图工具、版式视图工具和三维视图）。打开“数据视图工具”，工具栏则主要包括地图视图操作工具、地图查询工具、图元编辑工具、基础空间分析工具、转换工具和自然保护区专题分析工具等。地图视图操作工具包括放大、缩小、移动、前进、后退等操作；地图查询工具包括点选、框选查询和多边形查询；基础空间分析包括反距离加权、克里金和缓冲区；转换工具包括矢量转栅格、栅格转矢量；自然保护区专题分析包括植被样地选址、生态恢复选址和景观变化分析。该软件的界面如图4所示。

图4 生物多样性数字化平台软件的主界面

6.2 物种多样性数据库查询网站子系统

该数据库查询的界面主要包括植物名录、动物名录、昆虫名录、蜘蛛和螨虫名录等4大部分，如图5所示。检索词包括种中文名、种拉丁名、科中文名和科拉丁名。

图5 物种查询的界面

查询内容除了上述4种检索词外，还包括其他内容。其中，植物名录还包括分布范围、照片（详细信息）、生活型、自然属性、保护等级和数量等；动物名录还包括纲名（中文名和拉丁名）、目名（中文名和拉丁名）、别名、采集遇见地、分布特征和行为特征、鉴别特征、照片、区系型或分布型、保护等级和种群数量；昆虫名录、蜘蛛和螨虫名录还包括目中文名、目拉丁名、采集遇见地、采集时间、特征和照片。此外，植物名录和动物名录分别提供了分布范围和采集遇见地经纬度信息（kml文件）的下载功能，这些kml文件包括保护区的功能亚区、代码、保护对象、分布植物、植被和动物（鸟类、兽类、鱼类、两栖类和爬行类）等，可以在数字地球软件Google Earth中打开和显示，如图6、图7所示。

在获得了登录权限后，管理者可以对后台Access数据库中的数据、照片进行编辑、更新和维护，如图8所示。

7 总结

生物多样性数字化平台不仅为中国履行《生物多样性公约》的生物多样性信息交换所机制（Cleaning House Mechanism）提供了更具体的方案，也为中国自然保护区科学建设和有效管理提供了更新的思路。

在该平台的基础上，通过加强对空间分析模块的研发，利用生物多样性的详细监测数据分析濒危物种或特有物种的动态分布及其生存环境，不断建立各种数学模型，科学预测生物多样性、物种及其栖息地未来的变化和发展，为中国生物多样性保护和科学管理提供参考依据。

生物多样性数字化平台的研建是跨学科知识的综合集成，它涉及到多方面的知识和专业技术。随着空间技术的不断进步和数据挖掘技术的不断发展，建设“智慧保护区”必将成为今后保护区事业的发展方向。

图6 Google Earth显示植物分布范围

图7 Google Earth显示动物采集遇见地

图8 后台的Access数据库

参考文献

[1]周莹，芦建国，王巍巍.基于ArcEngine的南京蜡梅品种数据库的设计[J].林业科技开发，2013，27（1）：110-114.

[2]H. Guo，X.Fan，C. Wang.A Digital Earth Prototype System：DEPS/CAS[J].International Journal of Digital Earth，2009，2（1）：3-15.

[3]李德仁，龚健雅，邵振峰.从数字地球到智慧地球[J].武汉大学学报（信息科学版），2010，35（2）：127-132.

5.2.3 可操作性要强

与沙坡头水利枢纽工程，特别是河渠和水利设施距离越近，其可操作性越强。与水利枢纽工程、河渠和水利设施的距离<500 m时，其可操作性较强；与水利枢纽工程、河渠和水利设施的距离为500～2 500 m时，其可操作性中等；与水利枢纽工程、河渠和水利设施的距离>2 500 m时，其可操作性较弱。

图3 生态恢复工程选址的界面

6 系统功能的实现

6.1 生物多样性数字化平台软件

该软件的菜单栏主要包括文件和3种视图工具（数据视图工具、版式视图工具和三维视图）。打开“数据视图工具”，工具栏则主要包括地图视图操作工具、地图查询工具、图元编辑工具、基础空间分析工具、转换工具和自然保护区专题分析工具等。地图视图操作工具包括放大、缩小、移动、前进、后退等操作；地图查询工具包括点选、框选查询和多边形查询；基础空间分析包括反距离加权、克里金和缓冲区；转换工具包括矢量转栅格、栅格转矢量；自然保护区专题分析包括植被样地选址、生态恢复选址和景观变化分析。该软件的界面如图4所示。

图4 生物多样性数字化平台软件的主界面

6.2 物种多样性数据库查询网站子系统

该数据库查询的界面主要包括植物名录、动物名录、昆虫名录、蜘蛛和螨虫名录等4大部分，如图5所示。检索词包括种中文名、种拉丁名、科中文名和科拉丁名。

图5 物种查询的界面

查询内容除了上述4种检索词外，还包括其他内容。其中，植物名录还包括分布范围、照片（详细信息）、生活型、自然属性、保护等级和数量等；动物名录还包括纲名（中文名和拉丁名）、目名（中文名和拉丁名）、别名、采集遇见地、分布特征和行为特征、鉴别特征、照片、区系型或分布型、保护等级和种群数量；昆虫名录、蜘蛛和螨虫名录还包括目中文名、目拉丁名、采集遇见地、采集时间、特征和照片。此外，植物名录和动物名录分别提供了分布范围和采集遇见地经纬度信息（kml文件）的下载功能，这些kml文件包括保护区的功能亚区、代码、保护对象、分布植物、植被和动物（鸟类、兽类、鱼类、两栖类和爬行类）等，可以在数字地球软件Google Earth中打开和显示，如图6、图7所示。

在获得了登录权限后，管理者可以对后台Access数据库中的数据、照片进行编辑、更新和维护，如图8所示。

7 总结

生物多样性数字化平台不仅为中国履行《生物多样性公约》的生物多样性信息交换所机制（Cleaning House Mechanism）提供了更具体的方案，也为中国自然保护区科学建设和有效管理提供了更新的思路。

在该平台的基础上，通过加强对空间分析模块的研发，利用生物多样性的详细监测数据分析濒危物种或特有物种的动态分布及其生存环境，不断建立各种数学模型，科学预测生物多样性、物种及其栖息地未来的变化和发展，为中国生物多样性保护和科学管理提供参考依据。

生物多样性数字化平台的研建是跨学科知识的综合集成，它涉及到多方面的知识和专业技术。随着空间技术的不断进步和数据挖掘技术的不断发展，建设“智慧保护区”必将成为今后保护区事业的发展方向。

图6 Google Earth显示植物分布范围

图7 Google Earth显示动物采集遇见地

图8 后台的Access数据库

参考文献

[1]周莹，芦建国，王巍巍.基于ArcEngine的南京蜡梅品种数据库的设计[J].林业科技开发，2013，27（1）：110-114.

[2]H. Guo，X.Fan，C. Wang.A Digital Earth Prototype System：DEPS/CAS[J].International Journal of Digital Earth，2009，2（1）：3-15.

[3]李德仁，龚健雅，邵振峰.从数字地球到智慧地球[J].武汉大学学报（信息科学版），2010，35（2）：127-132.

5.2.3 可操作性要强

与沙坡头水利枢纽工程，特别是河渠和水利设施距离越近，其可操作性越强。与水利枢纽工程、河渠和水利设施的距离<500 m时，其可操作性较强；与水利枢纽工程、河渠和水利设施的距离为500～2 500 m时，其可操作性中等；与水利枢纽工程、河渠和水利设施的距离>2 500 m时，其可操作性较弱。

图3 生态恢复工程选址的界面

6 系统功能的实现

6.1 生物多样性数字化平台软件

该软件的菜单栏主要包括文件和3种视图工具（数据视图工具、版式视图工具和三维视图）。打开“数据视图工具”，工具栏则主要包括地图视图操作工具、地图查询工具、图元编辑工具、基础空间分析工具、转换工具和自然保护区专题分析工具等。地图视图操作工具包括放大、缩小、移动、前进、后退等操作；地图查询工具包括点选、框选查询和多边形查询；基础空间分析包括反距离加权、克里金和缓冲区；转换工具包括矢量转栅格、栅格转矢量；自然保护区专题分析包括植被样地选址、生态恢复选址和景观变化分析。该软件的界面如图4所示。

图4 生物多样性数字化平台软件的主界面

6.2 物种多样性数据库查询网站子系统

该数据库查询的界面主要包括植物名录、动物名录、昆虫名录、蜘蛛和螨虫名录等4大部分，如图5所示。检索词包括种中文名、种拉丁名、科中文名和科拉丁名。

图5 物种查询的界面

查询内容除了上述4种检索词外，还包括其他内容。其中，植物名录还包括分布范围、照片（详细信息）、生活型、自然属性、保护等级和数量等；动物名录还包括纲名（中文名和拉丁名）、目名（中文名和拉丁名）、别名、采集遇见地、分布特征和行为特征、鉴别特征、照片、区系型或分布型、保护等级和种群数量；昆虫名录、蜘蛛和螨虫名录还包括目中文名、目拉丁名、采集遇见地、采集时间、特征和照片。此外，植物名录和动物名录分别提供了分布范围和采集遇见地经纬度信息（kml文件）的下载功能，这些kml文件包括保护区的功能亚区、代码、保护对象、分布植物、植被和动物（鸟类、兽类、鱼类、两栖类和爬行类）等，可以在数字地球软件Google Earth中打开和显示，如图6、图7所示。

在获得了登录权限后，管理者可以对后台Access数据库中的数据、照片进行编辑、更新和维护，如图8所示。

7 总结

生物多样性数字化平台不仅为中国履行《生物多样性公约》的生物多样性信息交换所机制（Cleaning House Mechanism）提供了更具体的方案，也为中国自然保护区科学建设和有效管理提供了更新的思路。

在该平台的基础上，通过加强对空间分析模块的研发，利用生物多样性的详细监测数据分析濒危物种或特有物种的动态分布及其生存环境，不断建立各种数学模型，科学预测生物多样性、物种及其栖息地未来的变化和发展，为中国生物多样性保护和科学管理提供参考依据。

生物多样性数字化平台的研建是跨学科知识的综合集成，它涉及到多方面的知识和专业技术。随着空间技术的不断进步和数据挖掘技术的不断发展，建设“智慧保护区”必将成为今后保护区事业的发展方向。

图6 Google Earth显示植物分布范围

图7 Google Earth显示动物采集遇见地

图8 后台的Access数据库

参考文献

[1]周莹，芦建国，王巍巍.基于ArcEngine的南京蜡梅品种数据库的设计[J].林业科技开发，2013，27（1）：110-114.

[2]H. Guo，X.Fan，C. Wang.A Digital Earth Prototype System：DEPS/CAS[J].International Journal of Digital Earth，2009，2（1）：3-15.

[3]李德仁，龚健雅，邵振峰.从数字地球到智慧地球[J].武汉大学学报（信息科学版），2010，35（2）：127-132.