湿地资源与生态环境监管系统的制作方法

专利名称：湿地资源与生态环境监管系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及信息系统技术领域，特别是涉及一种用于湿地资源与生态环境监 管的软硬件综合系统。
背景技术：
国际湿地公约对湿地定义是“湿地是指不论其为天然或人工、常久或暂时性的沼 泽地、湿原、泥炭地或水域地带，带有或静止或流动、或为淡水、半咸水或咸水水体，包括低 潮时水深不超过六米的水域”。同时又规定“可包括邻接湿地的河湖沿岸，沿海区域以及湿 地范围的岛屿或低潮时水深不超过六米的区域”。湿地是自然界最富生物多样性的生态景观和人类社会赖以生存和发展的环境之 一，是地球上具有多种功能的独特生态系统。湿地拥有丰富的动植物资源，相当于一个大的 天然基因库，对生物物种多样性的保护具有十分重要的意义。湿地不仅为人类提供大量的 食物、原料和水资源，而且在维护生态平衡、调节气候、保护生物多样性和珍稀物种资源以 及涵养水资源、蓄洪防旱、降解污染，防止自然灾害等方面具有其它生态系统不可替代的作 用。此外，人类开发湿地的历史悠久，世界许多重要古文明和现代文明都是靠湿地这类特殊 的自然地域综合体孕育的。因此，湿此被人们誉为“物种基因库” “地球之肾”、“生命摇篮”、 “文明发源地”。湿地资源主要包括湿地生物资源、水资源、土地资源、农业资源、林业资源、渔业资 源、牧业资源等；生态环境主要包括生境、水文、地表水环境质量、水体环境质量、环境空气 质量、食用农产品场地环境质量等。由于过去几十年的围湖造田、酷鱼滥捕等人类活动的影响，导致湿地退化，湿地生 物多样性下降，局部区域甚至出现生态环境恶化的现象。随着湿地周边人口急剧增加和区 域经济蓬勃发展，湿地管理缺乏科学性、规范性，使得湿地仍受着面积减少、生态功能减弱、 生物多样性减少、种群结构不合理、水质受到污染和沼泽化加剧等一系列环境压力。为了缓 解湿地资源与生态环境的压力逐步恢复湿地的原有生态面貌，全世界人们都在共同努力实 施湿地保护与生态恢复工程，包括核心区禁渔工程、湿地植被恢复、灌江纳苗、围堰工程、 鸟类栖息地恢复、污染防治和恢复河流水系之间联系。资源及生态环境的有效管理、动态监 测以及实时掌握其变化状况、反馈生态工程实施效果是湿地生态恢复工程建设工作的重要 内容和不可或缺的环节。3S技术是遥感技术(旧)、地理信息系统(GIQ和全球定位系统(GPQ的统称，是 空间技术、传感器技术、卫星定位与导航技术和计算机技术、通讯技术相结合，多学科高度 集成的对空间信息进行采集、处理、管理、分析、表达、传播和应用的现代信息技术，是正在 飞速发展中的最重要技术之一。GIS就是一个专门管理地理信息的计算机软件系统，它具有 空间数据存储与管理、可视化显示、数据查询与检索功能、数据分析功能、数据更新功能等， 目前现已在资源调查、数据库建设与管理、土地利用及其适宜性评价、区域规划、生态规划、 作物估产、灾害监测与预报、精确农业等方面得到广泛应用。GPS由空间星座、地面控制和用户设备等三部分构成的，能快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精确三维坐标以及其 他相关信息，具有全天候、高精度、自动化、高效益等显著特点，广泛应用于军事、民用交通 导航、大地测量、摄影测量、野外考察探险、土地利用调查、精确农业以及日常生活等不同领 域。遥感技术具有数据覆盖面广、现势性强、直观、真实等优势，可用于植被资源调查、气候 气象观测预报、作物产量估测、病虫害预测、环境质量监测、交通线路网络与旅游景点分布 等方面。随着3S技术的不断发展，将遥感、全球卫星定位系统和地理信息系统紧密结合起 来的“3S”一体化技术已显示出更为广阔的应用前景。特别是利用3S技术、计算机技术、空 间信息技术、系统工程及模型化方法和技术对湿地系统生态环境进行管理、监测和预警是 目前国内外研究的热点问题。目前已申请中国专利、涉及同类湿地资源与生态环境的实用新型有2项一项是 朱泽生、孙玲、朱犁实用新型的“一种湿地保护与开发的优化分析方法”，另一项是谭衢霖实 用新型的“一种基于模型的湖泊湿地泛洪遥感监测方法”。它们与本实用新型的区别在于 前者只采用了卫星遥感技术获取湿地不同覆盖的各类和面积，后者是通过对卫星遥感影像 数据(半)自动提取水体和确定水陆边界线，都只涉及了卫星遥感影像的解译技术，这是当 前很常见的卫片解译办法，不涉及实时监控与生态事件预警。而本实用新型提供的是一种 湿地资源与生态环境实时监控的方法及系统，卫片解译模块只是本实用新型四个组成部 分之一的湿地野外调查系统中的一个功能模块，且设有自动、半自动和手动解译三种模式， 比已有实用新型的卫片解译更具实际操作性。
发明内容本实用新型所要解决的技术问题是利用数据采集器、事件管理终端、短信网关等 硬件设备，采用3S技术、无线通讯技术、空间数据库技术、嵌入式技术、网络技术等多种技 术综合集成，提供一种用于湿地资源与生态环境监测与管理的新型综合系统。为湿地资源 与生态环境管理的科学化、定量化和信息化提供新的技术手段，为湿地资源与生态环境空 间数据采集与更新提供新的方法，特别是为公众参与湿地保护提供新的途径，为管理部门 提供良好的应急辅助决策平台，填补目前湿地资源与生态环境管理、数据采集、实时监测、 网络发布一体化集成应用的空白。本实用新型采用的技术方案是这种湿地资源与生态环境监管系统，由便携式计 算机、GPS模块、红外测距仪、图像采集器构成湿地野外调查系统，上述硬件之间连接和数据 传输采用蓝牙无线通讯；便携式计算机通过无线通信模块与湿地空间数据管理系统进行无 线通信连接。本实用新型包括湿地空间数据管理系统、湿地野外调查系统、湿地事件管理系统 和湿地保护网站；利用hternet网络、3G网络、无线通讯网络的通讯方式传输数据，以共同 数据库为信息枢纽将四个部分有机的联系在一起，保证数据同步更新，实现了湿地数据管 理、采集、动态监测和网络发布于一体；其中湿地空间数据管理系统是整个湿地资源与生态 环境监管系统中最核心的一个部分，是系统的数据中心，采用B/S+C/S混合模式开发，实现 海量空间数据与业务数据集成和管理；湿地野外调查系统用于湿地野外调查、数据采集和 更新，基于便携式计算机和GPS模块开发；湿地事件管理系统采用移动GIS技术，利用短信网关、短信中心平台硬件和技术实现湿地生态事件动态监测和预警；湿地保护网站是对外 交流的窗口，采用WebGIS技术进行开发，对外发布湿地空间信息和宣扬湿地文化。上述的湿地空间数据管理系统是基于国产超图(SuperMapGIS)平台，采用构件技 术、面向对象编程语言C#. net和技术开发的地理信息桌面应用系统，管理与湿地相关的多 源、多时态、多种类、多比例的空间数据与非空间数据，以统一的国家坐标系统为基准，实现 了所有数据在同一坐标、同一地图窗口中“一张图”式的叠加显示和参照利用，并且对湿 地野外调查系统远程上报的数据包进行解译和自动更新湿地空间数据库；系统网络框架采 用C/S+B/S混合模式，选用大型关系型数据库SQL Server2005作为数据库管理系统，采用 SDX(Spatial Database extension)空间数据库引擎；系统对数据进行分库管理，实现多 源数据的分布式处理和集中管理并存；系统用一个多层次数据管理器来管理复杂的多源数 据，综合集成与叠加参照来进行空间分析。上述技术方案中，所述的湿地野外调查系统是以数据采集器为平台，由图像采集 器、GPS接收模块、红外测距模块、无线通讯模块组成，采用了蓝牙通讯技术、3G网络、GPS技 术、空间数据库技术，具备导航定位、图形处理、空间数据采集、属性数据录入和图像采集的 综合系统。上述技术方案中，所述的湿地事件管理系统包括事件管理终端和事件管理服务 端，事件管理终端利用事件采集器采集事件、网站填写事件表单和拔打报警电话获取湿地 生态事件信息，事件管理终端获得事件信息后，将事件信息生成标准格式的事件数据包，利 用2. 5G/3G网络、hternet网络和全球通网络将数据包传输到事件管理服务端，事件管理 服务端的事件监测模块对数据包进行过滤和解译，事件发布模块对外发布预警信息。上述技术方案中，事件采集器由中央处理器、GPS模块、图像采集器、信息编辑器和 通讯模块组成，实现地图操作、事件定位、图像采集、事件描述、标准事件数据包制作、无线 传输、事件解译和事件预警。上述技术方案中，所述的湿地保护网站是一个湿地宣传、新闻、论坛、地图发布 和生态预警、面向社会的综合性网站，是人们了解湿地的窗口，也是公众参与湿地保护的 平台；采用了 WebGIS地图服务器做支持，运用GIS数据管理功能与分析功能，实现湿地 地图浏览、查询、统计和分析；湿地事件上报模块，为公众参与湿地保护提供了平台；采用 SuperMapGIS的IS. net平台开发，网站数据与湿地空间数据管理系统和湿地事件管理系统 的数据具有一致性和同步性，网站地图数据和预警信息自动实时更新。上述技术方案中，湿地空间数据管理系统涉及基础地理数据库、空间数据库、事件 业务数据库和属性数据库，基础地理数据库存放湿地多个年代、不同比例的卫星遥感影像 数据，不同介质、不同比例的数字线划图等；空间数据库存放与湿地相关的空间图形数据， 包括湿地行政区划、水系数据、道路网、行政驻点、湿地保护站、植被分布图、鸟类分布图、 鱼类分布图、水文水质监测数据、采集样方数据等；事件业务数据库存放湿地生态事件业务 数据，包括事件源、多媒体数据、监控终端信息等；属性数据库存放系统运行控制数据，数据 字典、鸟类名录、植物名录、鱼类名录、湿地保护法规等。上述技术方案中，湿地空间数据管理系统的主要功能模块包括远程上报数据包解 译和图形处理、视图操作、数据编辑、统计分析等GIS互操作功能模块。上述技术方案中，湿地野外调查系统涉及的硬件设备包括便携式计算机、GPS模块、红外测距仪、图像采集器，硬件之间的连接和数据传输采用蓝牙无线通讯。 本实用新型采用先进的3S技术、无线通讯技术、空间数据库技术、嵌入式技术、网 络技术等多种技术，利用数据采集器、事件管理终端、短信网关等硬件设备，研制成功一种 用于湿地资源和生态环境监测与管理的新型综合系统为湿地资源与生态环境管理的科学 化、定量化和信息化提供了新的技术手段，为湿地资源与生态环境空间数据采集与更新提 供了新方法，特别是为公众参与湿地保护提供了新途径，为管理部门提供了良好的辅助决 策平台，填补了目前湿地资源与生态环境管理、数据采集、实时监测、网络发布一体化集成 应用的空白，是坚持科学发展观，构建人与自然和谐发展的一项新技术。

[0021]图1系统总体结构图[0022]图2空间数据组织结构图[0023]图3湿地数据采集器结构图[0024]图4湿地数据采集流程图[0025]图5几何辅助测量办法图[0026]图6湿地野外调查系统设备连接图[0027]图7生态事件预警流程图[0028]图8事件采集器结构图[0029]图9事件采集器数据传输网络结构图
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。如图1如示，本实用新型由湿地空间数据管理系统、湿地野外调查系统、湿地事件 管理系统和湿地保护网站四个部分组成，实现了湿地数据管理、采集、动态监测和网络发布 于一体。其中湿地空间数据管理系统是整个湿地资源与生态环境监管系统中最核心的一个 部分，是系统的数据中心，采用B/S+C/S混合模式开发，具有高速、安全、稳定等优点，实现 海量空间数据与业务数据集成和管理；湿地野外调查系统主要用于湿地野外调查和湿地数 据采集与更新，基于便携式计算机和GPS模块开发，与传统基于PDA的数据采集器不同；湿 地事件管理系统采用移动GIS技术，利用短信网关、短信中心平台等硬件和技术实现湿地 生态事件动态监测和生态事件预警；湿地保护网站是对外交流的窗口，采用WebGIS技术进 行开发，对外发布湿地空间信息和宣扬湿地文化。以上四个部分通过局域网、hternet网 和无线通讯网络进行数据传输和通讯，数据服务具有同步性和一致性。所述的湿地空间数据管理系统是基于国产超图(SuperMapGIS)平台，采用构件技 术、面向对象编程语言C#. net和技术开发的地理信息桌面应用系统，主要功能是管理与 湿地相关的多源、多时态、多种类、多比例的空间数据与非空间数据，以统一的国家坐标系 统为基准，实现了所有数据在同一坐标、同一地图窗口中“一张图”式的叠加显示和参照利 用，并且对湿地野外调查系统远程上报的数据包进行解译和更新湿地空间数据库。系统 网络框架采用C/S+B/S混合模式，确保了系统安全性和数据响应速度。为实现关系数据 库统一管理系统数据，同时考虑海量数据管理与性能的问题，选用大型关系型数据库SQLkrver2005作为数据库管理系统，采用SDX(Spatial Database extension)空间数据库引 擎，完美地解决了空间数据与非空间数据的管理问题。系统通过对数据进行分库管理，实现 了多源数据的分布式处理和集中管理并存。系统的特色还在于用一个功能强大的多层次数 据管理器来管理复杂的多源数据，通过综合集成与叠加参照来进行空间分析，有利于发现 和挖掘新知识，辅助管理部门科学决策。所述的湿地野外调查系统是以数据采集器为平台，结合图像采集器、GPS接收模 块、红外测距模块、无线通讯模块等硬件设备和自行开发的数据采集软件，采用蓝牙通讯技 术、3G网络、GPS技术、空间数据库技术等进行开发，具备有强大的图形处理、空间数据采 集、属性数据录入和图像采集能力的综合软、硬件系统。本系统可实现无纸化现场作业，避 免了室内内业处理的重复劳动，提高了数据采集的工作效率，非常适合野外现场调查，可用 来调查湿地植被分布、动物资源分布、水质检测、水力设施、更新湿地数据、项目普查等。所述的湿地事件管理系统包括事件管理终端和事件管理服务端。事件管理终端主 要负责获取湿地生态事件信息，本实用新型提供了三种获取生态事件信息的方式，利用事 件采集器采集事件、网站填写事件表单和拔打报警电话。事件管理终端获得事件信息后，将 事件信息生成标准格式的事件数据包，利用2. 5G/3G网络、hternet网络和全球通网络将 数据包传输到事件管理服务端，管理服务端利用事件监测模块对数据包进行过滤和解译， 再通过事件发布模块对外发布预警信息。本系统综合移动GIS技术、短信网关技术、无线通 讯等多种技术，采用Micorsoft Windows Mobile系列操作系统和Evc+eSuperMap平台进行 开发，实现了湿地生态事件的动态监测和预警。通过本系统实践运行，实现了事件早发现、 早报告、早处理，方便了管理部门和社会公众参与湿地保护工作，有利于提高湿地生态恢复 工程建设工作的效率。事件采集器由中央处理器、GPS模块、图像采集器、信息编辑器和通讯模块组成，主 要功能包括地图操作、事件定位、图像采集、事件描述、标准事件数据包制作、无线传输、事 件解译和事件预警等。所述的湿地保护网站是一个集湿地宣传、新闻、论坛、地图发布和生态预警等功 能，面向全社会的综合性网站，是人们了解湿地的窗口，也是公众参与湿地保护的平台。本 网站不同于一般新闻网站，采用了 WebGIS地图服务器做支持，为公众提供湿地资源空间分 布情况和湿地生态环境实时变化状况。运用GIS强大的数据管理功能与分析功能，实现湿 地地图浏览、查询、统计和分析功能。本网站的湿地事件上报模块，为公众参与湿地保护 提供了平台，公众可以通过在线填写事件表单，实现事件上报。为确保数据通用性，采用 SuperMapGIS的IS. net平台进行开发。网站数据与湿地空间数据管理系统和湿地事件管理 系统的数据具有一致性和同步性，管理部门在内部数据更新、捕获事件后，网站地图数据和 预警信息自动实时更新，确保公众了解到的是最新、最及时的信息。下面对本实用新型的四个组成部分作进一步的详细说明1、湿地空间数据管理系统(I)C/与B/S相结合的网络结构。本系统采用的C/S+B/S混合模式是指Client/Server结构与Browser/Server结 构相结合的混合模式。C/S结构的系统，数据的存取可以利用服务器而数据的处理可以依 靠客户端程序，因而对大容量数据进行处理、深层次分析、汇总、批量输入输出、批量更改的工作中有比较高的性能，对于实现图形图像等复杂应用和需要与本地资源(如调用本地磁 盘文件或其他应用程序，如扫描驱动、OCR识别、图形压缩与解压缩和工作站本地密码机的 调用等)进行交互性的操作上比较方便，因而在GIS数据的管理可以依靠C/S结构达到一 个比较满意的效果。但C/S结构的系统对网络底层协议的依赖性大，由于部分程序不是 建立在TCP/IP协议之上的，因此对防火墙、多网段等问题的解决并不方便，对跨平台(如 Unix-Windows)的支持也稍显不足；另外，目前的应用系统建设一般都超出了局域网范畴， 传统C/S结构对实现内网/外网、局域网/广域网间的有机整合也有局限。而相对来说，B/ S结构对用户的技术要求比较低，对前端机的配置要求也较低，而且界面丰富、客户端维护 量小、程序分发简单、更新维护方便。它容易进行跨平台布置，容易在局域网与广域网之间 进行协调，尤其适宜信息发布类应用。本系统地图发布服务将利用B/S结构来完成。(2)数据存储方式。强大的海量数据处理与分库管理，数据分库管理是指系统数据分别存放在不同数 据库中，并且每个数据库还可以放在不同的服务器上，各库通过关键码进行数据联动，从而 实现数据的分布式处理、集中管理和网络共享。分库管理同时配合文件数据库做缓冲处理， 更加快捷高效的解决网络连接的大量数据交换问题，提高了数据响应速度。数据管理系统 系统涉及基础地理数据库、空间数据库、事件业务数据库、属性数据库四个数据库。基础地 理数据库主要存放湿地多个年代、不同比例的卫星遥感影像数据，不同介质、不同比例的数 字线划图等；空间数据库主要存放与湿地相关的空间图形数据，包括湿地行政区划、水系数 据、道路网、行政驻点、湿地保护站、植被分布图、鸟类分布图、鱼类分布图、水文水质监测数 据、采集样方数据等；事件业务数据库主要存放监测事件业务数据，包括事件源、多媒体数 据、监控终端信息等；属性数据库包括系统运行控制数据、数据字典、鸟类名录、植物名录、 鱼类名录、湿地保护法律法规等。通过采用SDX空间数据引擎技术对各库进行统一管理，提 供对海量空间数据、非空间数据进行高效率操作的数据库服务。(3)空间数据组织结构。湿地具有广域性和多样性特点，湿地数据也是多种多样比较复杂，传统的数据管 理软件无法解决多层次空间信息统一管理问题。比如，传统CAD系统只有文件和图层两 个层次，当前国内外最先进的GIS系统最多也只能管理两至三个层次的数据，如ArcGIS和 MapInfo都只有工程和图层两个层次，国产优秀GIS软件SuperMapGIS也只有工作空间、数 据源和图层三个层次。所以本系统开发了多层次的数据组织结构，如图2所示，本系统设有 四个数据层次，第一个层次为数据库，一个数据库可包含多个数据类节点；第二个层次为数 据类，用户根据权限可以添加、修改和删除本层次，一个数据类可包含多个数据集节点；第 三个层次为数据集，用户根据权限可以添加、修改和删除本层次，一个数据集可包含多个数 据层节点；第四层次为数据层，数据层有点、线、面、文本、图片等多种格式，用户根据权限可 以添加、修改和删除本层次。经实践证明，四个层次的数据管理结构完全可以满足具有多样 性和复杂性特点的湿地资源与生态环境数据的有效管理。(4)主要功能模块。本系统设有远程上报数据包解译和图形处理、视图操作、数据编辑、统计分析等 GIS互操作功能模块。远程上报数据包解译模块负责将数据包解译成空间对象、属性信息 和图像信息，并根据数据标识将这些信息添加到对应的数据库，实现数据实时更新。图形处理包括图形转换、调用、渲染和显示，支持多种外部数据格式导入和导出。包括矢量数据、栅 格数据和数据库数据，矢量数据支持ArcGIS的Shp文件、MapInfo的Tab文件、MapGIS的 wat, wal，wap，wan文件、CAD的dwg，dxf等，栅格数据支持Jpg、Tif、Bmp、Ecw等文件，数据 库支持DBF和ACCESS等。为提高图形数据显示速度，本系统采用影像金字塔技术压缩影像， 并建立多个数据版本，根据视图窗口的不同比例自动调用不同版本的数据。视图操作是一 般GIS功能包括放大、缩小、漫游、定位和图层控制，图层控制可以对图层进行过滤显示， 还可以通过设置图层显示范围参数来提高图形显示速度；数据编辑功能包括基本矢量元素 绘制、地理要素绘制和图元的修改，基本矢量元素包括点、线、面、圆、矩形、椭圆等，而地理 要素包括道路、房屋、植被、河流等，图元修改包括图元选择、删除、节点编辑、移动、节点捕 捉、数据复制等；统计分析功能包括查询和统计，查询分为专题查询和空间查询。专题查询 支持模糊查询和精确查询，通过简单的鼠标点击即可进行，不需要书写繁琐的SQL语句。本 系统设有 ArealntersectjArealntersectNoEdgeTouch, Cent-roidlnPolygon, CommonLine, CommonPoint， CommonPointOrLineCross， ContainedBy， Contained ByNoEdgeTouch， Containing， ContainingNoEdgeTouch, Disjoint， EdgeTouc-hOrAreaIntersect, ExtentOverlap, Indentical,LineCross,Overlap,PointInPolygon 等 14 禾中空 1 ]查i旬模式， 并且可以结合SQL语言进行控制。比如查询A县行政范围内芦苇分布情况，则可以利用A 县行政边界为目标进行空间查询，查询模式用Containing(包含在目标范围之内)，查询对 象为植被分布图，SQL语句为“植被类型="芦苇"”，查询后可以对结果进行排序、统计和 输出。专题分析是指使用各种图形风格(例如颜色或填充模式)符号来表达属性信息某方 面特征，专题分析是对地图进行渲染的过程，专题图表示现象的现状和分布规律及其联系， 且能指出这些现象的动态变化和发展规律，有助于预测和决策。(5)软件设计模式与方法。本系统采用UML技术，面向对象的分析、设计、开发方法指导整个开发活动，将软 件各功能以构件形式进行封装利用。UML采用模型来描述系统的结构或静态特征以及行为 或动态特征，它从不同的视角为系统的架构建模，形成系统的不同视图(view)。每一种视 图由一个或多个图(diagram)组成，一个图就是系统在某个侧面的表示，所有图一起组成 系统的完整视图。以用例图体现对需求的理解，描述系统的功能集合；以类图、对象图、活动 图、序列图的形式体现系统的体系结构；以组件图展示系统各个有机组成部分，以展开图表 达出对系统的部署想法。面向对象技术是软件技术的一次革命，在软件开发史上具有里程 碑的意义。系统采用C#. net面向对象程序设计语言进行开发，将现实世界中对象抽象成计 算机世界的逻辑对象，并将对象分类，实现对象的封装、继承、多态性。组件技术是迄今为 止最优秀也是发展最快的一种软件重用技术，解决了软件开发中存在的重用性、适应性差 和周期长等问题。系统的开发过程中，坚持组件化、构件化的开发技术，通过开发不同的组 件、接口和构件，实现软件功能的扩展、模块重用和快速定制，使开发软件就像搭积木一样 各易ο4、湿地野外调查系统(1)数据采集器。目前，其它行业常用的野外数据采集大多使用集成了 GPS功能的掌上电脑(PDA) 产品，这类产品的特点是体积小、重量轻、携带特别方便。湿地数据多样性和复杂性的特点，湿地野外调查需要准备的数据很多，包括不同年代不同分辨率的多种卫星航片数据、不同 介质不同比例的数字线划图、湿地行政区划、水系、道路网、湿地保护站、植被分布图、鸟类 分布图、鱼类分布图、水文水质监测数据、样方采集点等空间数据及录像、相片等多媒体数 据。调查前期先将调查范围内的基础地理数据、湿地相关的空间数据装入系统，用于导航和 定位，调查过程中需要反复的调用和卸载这些数据、即时做叠加分析、参照利用，并且有大 量的数据需要及时录入。一个图形处理速度快、运行稳定、存储空间足够大、操作方便的设 备显得特别必要，这时基于PDA的数据采集器显得无能为力而便携式计算机却刚好具备这 些特点。湿地数据采集器结构如图3所示。(2)众多硬件设备之间的通讯方式。野外数据采集系统涉及硬件设备较多，包括便携式计算机、GPS模块、红外测距仪、 图像采集器等，为解决这些硬件之间便捷的连接和数据传输，采用蓝牙无线通讯无疑是最 好的手段。蓝牙是一种短距离(一般是IOm之内)、最廉价的无线通讯技术，支持点对点及 点对多点通讯方式。通过使用高速跳频(ra，Frequency Hopping)和时分多址(TDMA，Time DivesionMuli-access)技术，透过芯片上的无线接收器，使配有蓝牙模块的硬件设备能呈 网状链接起来，传输速度可以达到每秒钟1兆字节，能有效地解决各设备之间通过数据线 互连错综复杂的局面。一般的便携式计算机都自带有蓝牙模块，也可以花费几十元购买一 个USB接口的蓝牙模块，GPS模块、红外测距仪、图像采集器等硬件也具备蓝牙通讯模块。蓝 牙连接十分简单，便携式计算机开启蓝牙服务后，可以自动搜索服务范围内的有效的蓝牙 设备，找到设备后，给每个设备各分配一个专用COM接口进行连接，连接成功硬件设备就可 以当做普通文件一样进行数据读取操作了。湿地野外调查系统设备连接如图6所示。(3) GPS数据坐标转换及导航。湿地调查范围一般比较大，没有明显地理标识，船在水域中行驶很容易迷失方向。 GPS具有快速、准确定位的优点，并且定位数据每秒刷新一次，通过解译GPS坐标信息，将坐 标信息以一个点对象显示在地图窗口中，结合卫星遥感影像就可以快速定位，为数据采集 提供导航功能。GPS是全球性的定位系统，定位测量时得到的定位结果是全球通用的Wgs84 坐标系统，而我国测绘成果普遍采用国家坐标系统，最常用的是西安80和北京M两种，因 此需要将GPS坐标转换到国家坐标系统中。为避免过多计算影响系统运行，提出较少硬件 资源开支的坐标转换模型，采用最小二乘法进行了坐标转换参数的求取和平差。首先，将目 标坐标系下的大地坐标(B1, L1, H1)根据高斯投影原理转换为目标坐标下的高斯坐标，其次 将控制点WGS84大地坐标(B2，L2，H2)根据高斯投影原理转换成WGS84高斯平面坐标。然后 将控制点WGS84高斯平面坐标与控制点在目标坐标系的高斯坐标一一对应，根据四参数平 面转换模型求取平面转换参数，然后将参数应用到调查范围的其它点坐标转换。转换过程 中还涉及到中央子午线的问题，一般我们可以在调查范围内，近中心位置实测一点，取与该 点经度最近的被3整除的经线为中央子午线。(4)数据采集过程。湿地数据采集时主要交通工具是机动船，利用GPS导航定位时，可以将导航点保 存到专门的导航路径数据层，根据需要可以设置1秒、2秒或者5秒记录一次。每个导航点包 括编号，X坐标、Y坐标、高程、速度等属性，这样就可以清楚的表达已经走过的地方，有利于 合理安排调查路线和方便日后数据整理工作。数据采集软件提供两种空间数据采集办法，一种是直接用GPS绝对定位来进行采集，点对象可以单点实测，对于无(弱)GPS信号区域 单点测量可采用系统的几何辅助测量模块进行数据采集，线和面对象可以围绕目标航行一 圈，通过获取一连串点自动生成线和面对象。另一种方法是通过导航定位得到当前所在位 置，结合高分辨率卫星遥感影像识别、肉眼观察，利用强大的图元绘制功能勾画出地理空间 对象，也可以利用栅格数据扩展模块对卫片进行解译，设有全自动解译、半自动解译和手 工解译三种模式，可大大提高数据采集工作效率。如果对数据精度要求较高，系统支持采用 GPS实时差分处理办法来提高坐标信息的精度。实时差分是指通过建立一个基准站，由基准 站向用户站实时发送差分信号，用户站根据差分信号来消除误差，能提高GPS测量与导航 的精度，系统的GPS差分信号通过3G无线网络从差分服务器传输到便携式计算机。空间数 据采集的同时，利用图像采集器采集图像进行现场取证，数据采集软件为图像生成唯一的 编码，并自动将图像与空间对象建立关联，一个空间对象可以关联一个或者多个图像信息， 采集现场可以删除、修改和重新采集图像信息。数据采集软件充分利用便携式计算机键盘 设有拼音首字母输入、数字代码输入、鼠标选择输入等多种属性数据输入机制，可以方便快 捷地进行属性录入。这些工作完成后，数据采集软件将空间信息、图像信息、属性信息自动 保存到数据库，同时将它们生成标准格式的数据包，准备远程上报到服务器。湿地数据采集 流程如图4所示。(5)几何辅助测量模块工作步骤。单点测量时，有些测量点(如建筑物的墙角、荫蔽树冠下的测量点)的GPS信号非 常弱(捕获卫星颗数小于3顆)或者没有信号，这时可以采用几何辅助测量模块进行测量。 如图5，A，B两点是有GPS信号的两点，P是无GPS的测量点，也就是待求点。首先，我们可 以先利用GPS模块测量出点A和点B的坐标，再用红外测距仪测出点A到目标点P的距离 Li，点B到目标点P的距离L2，然后，利用蓝牙无线通讯技术将A，B，L1，L2自动传输到模块 的数据输入接口，运行几何求解的办法计算出目标点坐标，适用于无(弱)GPS信号测量区 内定点测量任务。几何求解方法以A点为圆心Ll为半径画一个圆Cl，以B点为圆心L2为 半径画另一个圆C2，这时这两个圆有两个交点P1，P2，再根据A，B，P的旋转方向来确定Pl， P2哪个为真正的P。(6)数据远程上传。3G全称3rd-generati0n，中文含义是第三代移动通讯技术，是指支持高速数据传 输的蜂窝移动通讯技术，具有提供高速数据业务特征。3G上网是继GSM、GPRS、EDGE后新的 快速无线上网技术，便携式计算机可以通过扩展3G无线网卡来实现。首先需要购买一个 USB接口即插即用的3G无线网卡模块，然后到营业厅申请一个3G号码，中国移动、中国电 信、中国联通都有3G业务供选择，开通后并可实现较低成本的随时随地无线上网业务。有 了如此高速、便捷的数据传输通道，就可以像在办公室发E-Mail—样将数据包实时远程上 报到服务器，以便提供最新的数据服务。3、湿地事件管理系统(1)湿地生态事件。本实用新型所述的湿地生态事件是指所有与湿地资源和生态环境变化有关的事 物，如鱼类死亡、鸟类迁徙、动物繁殖、外来物种入侵、水质污染、植树造林、违规捕鱼等各 种自然活动和人类活动。事件主要由发生地点、发生时间、内容描述、有关图像资料等几个部分组成。事件由事件管理终端收集，事件管理服务端进行审核、发布及预警。(2)事件管理终端。由于湿地保护区一般范围较大、交通也不便利，管理工作必须充分利用公众力量， 人员涉及湿地保护区管理人员、保护站工作人员、渔民和农民等。针对不同管理层次，系统 提供事件采集器采集事件、网站填写事件申报表单、拔打报警电话三种事件采集办法，三种 办法的工作原理如图7所示。事件采集器采集事件是最方便、最快捷的事件获得途径，见(3)。湿地保护网站提供生态事件网络上报和生态预警功能。用户可以在线填写事件 申报表单，内容包括事件名称、事件类型、事件地点、事件发生时间、事件描述，事件图片资 料、申报人姓名、联系电话等，其中事件地点可以通过地图模块定位到村、组单位，也可以是 具体坐标位置。事件申报表单通过网站直接传送到管理部门的事件业务数据库。网站接收 到事件管理服务端发送的事件新闻或事件业务信息后，将事件存放到一个专门的数据层。 事件在电子地图上的表现形式为一个不停闪烁的事件点，点击事件点可以了解事件的详细 信息，包括事件发生时间、事件发生地点、事件描述信息以及事件相关的图像资料。无法通过前两者采集生态事件的群众可以通过拔打固定报警电话来反映事件情 况，事件管理端有接线员负责将电话内容书写成事件数据，保存到事件业务数据库，同时记 下报警人的联系电话及姓名等信息，事件处理完毕时将以短消息或电话的方式告知事件处 理结果。(3)事件采集器。如图8所示，事件采集器由中央处理器、GPS模块、图像采集器、信息编辑器和通讯 模块构成，采用Micorsoft Windows Mobile系列操作系统和使用Evc+eSuperMap嵌入式 平台开发，运用GIS强大的数据管理功能和通讯模块的双链路双向通讯能力，实现事件采 集、事件上报、指令接收、事件预警和地图操作等功能。首先，利用GPS模块获取事件地点 和时间，一般情况下GPS都可以捕获到3颗以上卫星的信号，通过定位解算方法和对电文 进行解析可以计算出用户所在地理位置的经度、纬度、高度、速度、时间等信息；然后利用图 像采集器采集事件相关的图像信息，根据现场需要可以采多张图像或者摄相；利用信息编 辑器编写事件描述信息；然后中央处理器将获得的这些信息生成一个标准格式的事件数据 包，最后利用通讯模块将事件数据包发送到中国移动的短信中心平台，短信中心平台采用 SMPP (短信点对点协议)将数据包发送到短信网关，短信网关再采用CMPP协议利用DDN专 用网络经过路由器、防火墙将数据包发到管理部门的事件业务服务器。事件采集器数据传 输网络结构如图9所示。事件采集器设有电子地图，可以对地图进行浏览、查询和分析；设有事件短消息 箱，可以存放多条事件信息。当接收到事件管理服务端发送的事件业务信息后，首先将信息 保存在消息箱，信息标识为未查看，然后以警报声提醒用户。持有者查看事件信息后，信息 标识为已查看状态，同时自动打开嵌入的地子地图，事件将以闪烁点的形式表现在地图上， 并且居中显示事件地理位置，点击事件点可以了解事件的详细信息，包括事件发生时间、事 件发生地点、事件描述信息以及事件相关的图像资料。通过最短路径分析，可计算出当前位 置到达事件地点的最短路线，辅助持有者快速赶往事发地点协助处理。(4)事件管理服务端。[0074]如图7所示，湿地生态事件主要经3种途径传送到事件管理服务端，一是通过事件 采集器采集事件，发送事件数据包；二是通过网站填写事件申报表单，在线提交；三是通过 拔打报警电话，由接线员直接填写事件数据。事件管理服务端收到事件数据包后，监测模块 对事件数据包进行自动解析，并将事件数据添加到事件业务数据库中。事件发布模块负责 事件的审核与发布，事件发布模块可以读取事件业务数据库当中未发布的事件业务，通过 管理人员审核后，将事件对外发布。事件对外发布也会以3种形式通知不同的用户，一是 以手机短信和事件业务信息方式发布到湿地空间数据管理系统和湿地事件管理服务端，第 一时间通知管理人员；二是以手机短信方式通知所有事件采集器的持有者，以协助处理事 件；三是以新闻事件和事件业务信息方式发布到基于WebGIS技术的湿地保护网站的电子 地图上，公布于社会，呼吁公众协助处理事件。2、湿地保护网站(1)网站功能。湿地网站由湿地电子地图、湿地新闻、湿地动态、湿地论坛、湿地保护法律法规、湿 地动植物名录、湿地事件上报等多个模块组成。面向全世界湿地保护者开放的的综合性网 站，是人们了解湿地的窗口，也是公众参与湿地保护的平台。网站采用了 WebGIS地图服务 器做支持，为公众提供湿地资源空间分布情况和湿地生态环境实时变化状况。运用GIS强 大的数据管理功能与分析功能，实现湿地地图浏览、查询、统计和分析功能。为确保数据通 用性，采用SuperMapGIS的IS. net平台进行开发。网站数据与湿地空间数据管理系统和湿 地事件管理系统的数据具有一致性和同步性，管理部门在内部数据更新、捕获事件后，网站 地图数据和预警信息都能自动实时更新，确保公众了解到的是最新、最及时的信息。(2)跨平台、跨操作系统运行。湿地被誉为“地球之肾”，全世界人们都很关注湿地动态，用户可能有成千上万，而 且分布在世界各地，由于浏览器不同，操作系统不同常常会导致网站无法访问。本网站应用 WebService服务，使用标准技术让软件应用程序资源在网络上可用，因为WebService是基 于标准接口的，所以即使是以不同的语言编写并且在不同的操作系统上运行，它们也可以 进行通讯。(3)基于AJAX的无刷新地图浏览技术(SuperMapIS. Net平台)。传统的WebGIS技术都是通过GIS地图服务器生成图片后传送到客户端显示，每个 地图的操作都要与地图服务器进行交互，客户都要有个等待的时间，由于在客户端只是图 片，其展现效果受到限制，不够令人满意。本网站采用先进的AJAX无刷新技术，在服务器 端先生成不同比例尺的基础地理图层图片，通过AJAX技术不断地从服务器端获得图片，同 时只更新页面中地图显示部分，页面中其他不需更新的部分则保持不变，使得地图的操作 很顺畅，不用每次地图操作都刷新整个页面，给人很好的视觉效果。专题数据在客户端动态 生成，表现为矢量数据，可以进行很丰富的应用，例如鼠标移动到专题上面可以显示该专 题的信息等等。
权利要求1. 一种湿地资源与生态环境监管系统，包括湿地空间数据管理系统、湿地野外调查系 统、湿地事件管理系统和湿地保护网站，其特征在于湿地野外调查系统由便携式计算机、 GPS模块、红外测距仪、图像采集器构成，硬件之间连接和数据输出采用蓝牙无线通信，便携 式计算机通过无线通信模块与湿地空间数据管理系统进行无线通信连接。
专利摘要一种湿地资源与生态环境监管系统，由便携式计算机、GPS模块、红外测距仪、图像采集器构成湿地野外调查系统，硬件之间连接和数据传输采用蓝牙无线通讯；便携式计算机通过无线通信模块与湿地空间数据管理系统进行无线通信连接，而湿地空间数据管理系统分别与湿地事件管理系统、湿地保护网站、数据库连接并传输数据通信。本实用新型填补了目前湿地资源与生态环境管理、数据采集、实时监测、网络发布一体化集成应用的空白，为湿地资源与生态环境监测、管理提供了科学化、定量化、信息化的技术手段和平台。
文档编号G06Q50/00GK201853252SQ200920299039
公开日2011年6月1日 申请日期2009年12月18日 优先权日2009年12月18日
发明者周立波, 曹永卿, 谭献良, 赵运林, 黄田 申请人:湖南城市学院