張何欣

(大連市自然資源事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116000)

1 引言

自然保護(hù)區(qū)是有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動(dòng)植物的天然集中分布區(qū)，是山水林田湖草統(tǒng)一治理的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1，2]。自然保護(hù)區(qū)的各項(xiàng)工作均會(huì)產(chǎn)生數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)既是工作的重要依據(jù)，也是自然資源大數(shù)據(jù)體系的重要組成部分[3～5]。科學(xué)合理利用工作產(chǎn)生的數(shù)據(jù)有利于保護(hù)區(qū)的精準(zhǔn)有效管理[6，7]，同時(shí)也極大的豐富了自然資源“一張圖”的內(nèi)涵[5]。數(shù)據(jù)空間可視化是數(shù)據(jù)科學(xué)利用的基礎(chǔ)，而制作專(zhuān)題地圖是實(shí)現(xiàn)空間可視化的重要手段[8，9]。專(zhuān)題地圖能夠準(zhǔn)確直觀的表達(dá)數(shù)據(jù)的地理空間分布特征以及內(nèi)在邏輯，是挖掘數(shù)據(jù)客觀規(guī)律的重要工具[10]。專(zhuān)題地圖制圖技術(shù)可概擴(kuò)為兩個(gè)方面，一是建立統(tǒng)一的地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)，二是設(shè)計(jì)統(tǒng)一的專(zhuān)題地圖符號(hào)系統(tǒng)[11～13]。本文將專(zhuān)題地圖制圖技術(shù)應(yīng)用于遼寧蛇島老鐵山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)，以保護(hù)區(qū)管理業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，構(gòu)建專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)直觀簡(jiǎn)潔的地圖符號(hào)系統(tǒng)，編制專(zhuān)題地圖，為保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)的科學(xué)利用打下基礎(chǔ)。

2 數(shù)據(jù)資源及制圖要求

遼寧蛇島老鐵山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)位于大連市旅順口區(qū)，由蛇島、九頭山、老鐵山和老虎尾四部分組成，主要保護(hù)對(duì)象是蛇島蝮蛇、候鳥(niǎo)及其生態(tài)環(huán)境[14]。保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)資源基本情況如表1所示[15]。

根據(jù)保護(hù)區(qū)特點(diǎn)及數(shù)據(jù)基本情況，參考《自然保護(hù)區(qū)功能區(qū)劃技術(shù)規(guī)程》制定如下制圖要求(表2)[16]。

表1 保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)資源基本情況

表2 自然保護(hù)區(qū)專(zhuān)題地圖制圖要求

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 專(zhuān)題GIS數(shù)據(jù)庫(kù)建立

由表1可知，自然保護(hù)區(qū)專(zhuān)題數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一，且專(zhuān)題圖層的存儲(chǔ)管理方式各異，基于以上數(shù)據(jù)特點(diǎn)，本文將專(zhuān)題GIS數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)分為3個(gè)步驟。

(1)統(tǒng)一數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)。本文采用Data Interoperability數(shù)據(jù)互操作引擎完成*.kml、*.kmz格式向*.shp格式的跨平臺(tái)轉(zhuǎn)換。根據(jù)保護(hù)區(qū)經(jīng)度范圍，選取CGCS2000_3_Degree_GK_Zone_40作為統(tǒng)一的地理參考，應(yīng)用七參數(shù)模型(模型參數(shù)由測(cè)繪地理信息部門(mén)提供)實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換。經(jīng)計(jì)算重合點(diǎn)點(diǎn)位中誤差，點(diǎn)位的平均精度滿(mǎn)足小于圖上0.1mm的轉(zhuǎn)換精度要求[17]。

(2)拓?fù)錂z查及問(wèn)題數(shù)據(jù)修正。如圖1a所示，老鐵山西側(cè)、老虎尾東北角保護(hù)區(qū)范圍線與行政區(qū)劃海岸線不重疊，存在拓?fù)溴e(cuò)誤。在GIS平臺(tái)中建立內(nèi)容為“邊界面必須被其他要素的邊界覆蓋”的拓?fù)湟?guī)則，以旅順口區(qū)行政區(qū)劃數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)，對(duì)保護(hù)區(qū)沿海范圍線進(jìn)行拓?fù)湫拚?，共修?fù)拓?fù)鋯?wèn)題97處，確保了數(shù)據(jù)準(zhǔn)確(圖1b)。

圖1 拓?fù)錂z查及問(wèn)題數(shù)據(jù)修正

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。按自然保護(hù)區(qū)管理的有關(guān)要求設(shè)計(jì)各圖層的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)(表3)。為使各類(lèi)數(shù)據(jù)得到有效管理，本文在參考其他專(zhuān)題地圖標(biāo)準(zhǔn)[18]的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)圖層的命名規(guī)則：保護(hù)區(qū)名稱(chēng)+“_”+[年份]+“_”+[內(nèi)容](例如遼寧蛇島老鐵山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)_2009年至2020年_保護(hù)區(qū)范圍及功能區(qū)劃圖)。

表3 自然保護(hù)區(qū)范圍及功能區(qū)劃數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)

3.2 地圖符號(hào)設(shè)計(jì)與測(cè)試

直觀準(zhǔn)確的地圖符號(hào)可增加專(zhuān)題地圖表現(xiàn)力[19]，GIS軟件內(nèi)置的地圖符號(hào)難以表達(dá)保護(hù)區(qū)獨(dú)有的專(zhuān)題特征，應(yīng)依據(jù)專(zhuān)題數(shù)據(jù)幾何特征以及屬性特征設(shè)計(jì)地圖符號(hào)。主流的專(zhuān)題地圖符號(hào)設(shè)計(jì)方案分為柵格地圖符號(hào)和矢量地圖符號(hào)。二者在固定比例尺的地圖中無(wú)差別，但采用GIS動(dòng)態(tài)可視化時(shí)，柵格地圖符號(hào)加載效率低，顯示卡頓現(xiàn)象明顯，為確保自然保護(hù)區(qū)后續(xù)專(zhuān)題數(shù)據(jù)高效利用，本文采用矢量地圖符號(hào)方案設(shè)計(jì)。

(1)符號(hào)設(shè)計(jì)。地圖符號(hào)按幾何特征可分為點(diǎn)狀符號(hào)、線狀符號(hào)和面狀符號(hào)。按屬性特征，點(diǎn)狀符號(hào)可分為重點(diǎn)巡查點(diǎn)、監(jiān)測(cè)點(diǎn)、珍稀鳥(niǎo)類(lèi)3種，共21個(gè)符號(hào)；線狀符號(hào)可分為巡查路線、境界線2種，共3個(gè)符號(hào)；面狀符號(hào)即保護(hù)區(qū)范圍及功能區(qū)劃，共4個(gè)符號(hào)。因采用天地圖作為底圖，水系、交通等普通地理要素(表2)的符號(hào)不必單獨(dú)設(shè)計(jì)。點(diǎn)狀符號(hào)可基于字體文件制作，編輯好符號(hào)樣式后生成字體庫(kù)(*.ttf)，安裝即可使用。線狀符號(hào)可按標(biāo)準(zhǔn)[15]在現(xiàn)有符號(hào)基礎(chǔ)上改造而成。面狀符號(hào)采用簡(jiǎn)單填充符號(hào)設(shè)計(jì)，配色應(yīng)符合規(guī)范[16]。地圖符號(hào)設(shè)計(jì)示例如表4所示。

(2)符號(hào)測(cè)試。為測(cè)試地圖符號(hào)是否存在無(wú)法渲染、渲染速度慢等問(wèn)題，并測(cè)試在不同比例尺地圖中顯示情況，本文參考相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[15，16]制定測(cè)試項(xiàng)目(表5)，并進(jìn)行測(cè)試。

經(jīng)測(cè)試，在上述5種比例尺條件下，所有地圖符號(hào)均可渲染，無(wú)遺漏現(xiàn)象，但隨著比例尺的增大，點(diǎn)符號(hào)的渲染時(shí)間在延長(zhǎng)，由1∶250000時(shí)的5 s增至為1∶1000的10.6 s，在靜態(tài)地圖中無(wú)影響，但應(yīng)用于動(dòng)態(tài)地圖時(shí)要優(yōu)化；在使用天地圖數(shù)字線劃圖作底圖時(shí)，所有符號(hào)均可清晰辨識(shí)，但當(dāng)使用遙感影像時(shí)，因圖面整體偏暗，部分黑色符號(hào)辨識(shí)較困難，但更換亮度和飽和度較高的顏色會(huì)極大提高辨識(shí)度。

4 自然保護(hù)區(qū)專(zhuān)題地圖制圖及應(yīng)用

為驗(yàn)證技術(shù)路線的可行性，本文按制圖要求編制自然保護(hù)區(qū)專(zhuān)題地圖，并以此為基礎(chǔ)分析保護(hù)區(qū)范圍和功能區(qū)劃變化、珍稀鳥(niǎo)類(lèi)空間集聚程度，為保護(hù)區(qū)管理提供參考。

表4 地圖符號(hào)示例

表5 地圖符號(hào)測(cè)試項(xiàng)目

4.1 專(zhuān)題地圖制圖模板設(shè)計(jì)

專(zhuān)題地圖制圖即是將比例尺、制圖網(wǎng)等數(shù)學(xué)要素，圖例、指北針等輔助要素以及專(zhuān)題空間數(shù)據(jù)相疊加，形成內(nèi)容充實(shí)、圖面美觀的地圖產(chǎn)品。由于表達(dá)的是相同的地理空間的不同專(zhuān)題內(nèi)容，圖件的數(shù)學(xué)要素和輔助要素可以共享。本文以1∶50000制圖比例尺為例，設(shè)計(jì)制圖模板(圖2)，內(nèi)置圖廓、圖例、公里格網(wǎng)、指北針等要素，并預(yù)留了圖名。在制作多幅地圖時(shí)，只需加載專(zhuān)題數(shù)據(jù)，不必重復(fù)設(shè)置數(shù)學(xué)要素和輔助要素，提高了制圖效率，確保了圖件風(fēng)格統(tǒng)一。

圖2 專(zhuān)題地圖制圖模板

4.2 自然保護(hù)區(qū)范圍及功能區(qū)劃變化專(zhuān)題應(yīng)用

遼寧蛇島老鐵山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)自成立以來(lái)共經(jīng)歷6次調(diào)整，分別是1980～1998年(沒(méi)有功能區(qū)劃)、1999～2002年(開(kāi)始有功能區(qū)劃)、2002～2005年、2005～2009年、2009～2020年、2020年至今。歷次調(diào)整的范圍及功能區(qū)劃如圖3所示。

圖3 保護(hù)區(qū)歷次調(diào)整的范圍及功能區(qū)劃

由圖3可知，保護(hù)區(qū)范圍經(jīng)歷了由大到小的變化過(guò)程。地圖數(shù)據(jù)分析結(jié)果顯示保護(hù)區(qū)面積由剛成立時(shí)的12389.02 hm2下降至8383.68 hm2，減少了32.33%。自1999年設(shè)置三個(gè)功能分區(qū)起，核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)面積分別減小了41.43%、62.48%和56.41%(截至第五次調(diào)整)。第六次調(diào)整后實(shí)行自然保護(hù)地差別化管控，將自然保護(hù)地分為核心保護(hù)區(qū)和一般控制區(qū)，其中核心保護(hù)區(qū)與原核心區(qū)功能相同，一般控制區(qū)由原緩沖區(qū)和實(shí)驗(yàn)區(qū)合并而成，具體情況如表6所示。

表6 保護(hù)區(qū)范圍及功能區(qū)劃變化情況 hm2

4.3 自然保護(hù)區(qū)珍稀鳥(niǎo)類(lèi)分布熱度專(zhuān)題應(yīng)用

遼寧蛇島老鐵山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)鳥(niǎo)類(lèi)資源豐富，共有鳥(niǎo)類(lèi)340種[20]，鳥(niǎo)類(lèi)分布情況如圖4所示，在旅順鹽場(chǎng)(A區(qū)域)、小東溝(B區(qū)域)、老鐵山岬(C區(qū)域)、老虎尾半島-大潮口濕地(D區(qū)域)以及蛇島東部地區(qū)分布較集中。

圖4 保護(hù)區(qū)鳥(niǎo)類(lèi)資源分布

由圖4可知，鳥(niǎo)類(lèi)分布集中區(qū)域主要為沿海灘涂、濕地(A、C、D區(qū)域)，以及高山叢林(B區(qū)域)，其中，A、D區(qū)域以及蛇島主要為水鳥(niǎo)棲息地，面積分別約為950 hm2、794 hm2，分布有銀鷗等水鳥(niǎo)約28種，也有紅隼、游隼等少量猛禽分布；B、C區(qū)域?yàn)槊颓葜饕獥⒌兀偯娣e約為684 hm2，分布有赤腹鷹等猛禽約10種。將保護(hù)區(qū)鳥(niǎo)類(lèi)觀測(cè)數(shù)據(jù)展示在專(zhuān)題地圖上，可直觀反映不同鳥(niǎo)類(lèi)分布情況，為鳥(niǎo)類(lèi)科學(xué)研究、開(kāi)展護(hù)鳥(niǎo)活動(dòng)提供了基礎(chǔ)資料。

5 結(jié)論

本文在分析自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，總結(jié)專(zhuān)題地圖制圖技術(shù)要點(diǎn)的基礎(chǔ)上，提出自然保護(hù)區(qū)專(zhuān)題地圖制圖關(guān)鍵技術(shù)，以保護(hù)區(qū)管理業(yè)務(wù)為導(dǎo)向，構(gòu)建了專(zhuān)題GIS數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)了具有自然保護(hù)區(qū)特色的地圖符號(hào)，創(chuàng)新性的提出了地圖符號(hào)測(cè)試方法，設(shè)計(jì)了便于高效制圖的制圖模板，并在遼寧蛇島老鐵山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)選取保護(hù)區(qū)范圍及功能區(qū)劃、珍稀鳥(niǎo)類(lèi)分布兩個(gè)專(zhuān)題進(jìn)行應(yīng)用實(shí)證。結(jié)果表明，本文提出的關(guān)鍵技術(shù)合理可行，能夠?yàn)樽匀槐Ｗo(hù)區(qū)數(shù)據(jù)空間可視化和科學(xué)利用提供支持，并且地圖數(shù)據(jù)分析結(jié)果為自然保護(hù)區(qū)精細(xì)化管理提供了參考。未來(lái)應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)空間數(shù)據(jù)的采集，如采用“國(guó)土調(diào)查云”平臺(tái)搜集各類(lèi)數(shù)據(jù)，構(gòu)建更加完善的專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)，為自然保護(hù)區(qū)智慧化管理提供豐富的數(shù)據(jù)資源。