孙茂盛 张兴波 付小勇 孙 鹏 杨丽娜 张银娜

(1西南林业大学昆明 650224；2普洱亚洲竹藤博览园云南普洱 665000)

基于GIS的云南省竹种资源信息管理系统的建立

孙茂盛1张兴波2付小勇1孙 鹏2杨丽娜1张银娜2

(1西南林业大学昆明 650224；2普洱亚洲竹藤博览园云南普洱 665000)

应用地理信息系统 (GIS)技术建立了首份云南省原生和引种竹种 (含41属389种、变种、变型)的物种信息管理系统。该系统通过 “竹种名称”或 “竹种名称＋产地”等多种条件查询后，可输出竹种的种属、形态特征、分布地 (含具体的地理位置、海拔、生境条件)、竹种分布图及竹种实景图片等相关信息，从而实现了竹种分布和生境信息的可视化查询。查询结果可生成可打印的、布局合理、信息丰富的竹种分布图。该系统的建成可大大降低云南竹种资源调查的成本，提高竹类资源信息的利用率，并实现资源共享，具有广泛的应用价值。

GIS；竹种资源；信息管理系统；数据库；云南省

云南是世界竹类植物种类最多、类型最齐全、地理成分最复杂、多样性最丰富的地区，同时也是珍稀古老和特有竹种分布最集中、天然竹林分布最广的地区，还是世界竹类植物的起源地和现代分布中心之一，被称为 “世界竹类的故乡”[1－2]。云南省竹种 (含引种栽培)有41属389种，且多样性十分突出，从热带的大型丛生竹、亚热带散生竹到高山寒温性混生的小型竹均有分布[3－4]。

一个地区植物的种类组成、地理分布及现状的实物资料，是进行植物空间分布及多样性研究最重要的原始数据源[5－6]。由于云南竹类植物分类研究的特殊性，加之云南地处边疆，交通不便，信息不发达，导致云南竹类植物研究领域的地理信息系统研究与应用较少。云南竹类植物野外调查难度大、耗费也大，大量竹类资源信息不清。目前，云南省除少数几个州、市、县进行过竹类资源调查外，多数地方对竹种分布及数量、面积均不清楚，导致很多好的竹种资源没有得到应有的开发利用。本研究基于30多年来对云南竹类资源的调查研究工作，收集整理出了最全面的云南省竹种资源分布信息，与专业的地理信息系统专家合作建立了云南省竹种资源分布信息数据库，用户可以快速、便捷地对云南省竹种资源进行查询，不但可以提高竹类资源利用率、实现资料共享，还可为各项科学研究提供准确数据。

1 信息系统建立的意义

植物管理数字化是植物研究领域信息化的一种体现。竹类植物信息的数字化管理是把掌握的所有竹类植物信息转变成数字化的信息资源进行存储，为用户查询提供便捷服务。以电子数据形式存储竹类植物资料及图片，可以方便快捷地对竹类植物信息进行处理和利用，配上相应的查询系统，使竹类植物信息得到充分有效利用。通过Internet技术可使世界各地的用户通过网络直接查询数据库，实现真正意义上的资源共享，为科研和植物资源的开发带来积极地推动作用。

云南省竹种资源丰富，分布广泛，调查数据量非常大，翻阅和查询耗时耗力，迫切需要建立竹类植物物种资源分布的信息管理系统。Web GIS具有交互式、分布式、动态性特征，通过WWW功能扩展GIS，可将云南省竹类植物的GPS点、海拔、生境、分布等信息标注并显示在相应地图上。通过该系统，用户除了能查询到云南每个竹种的分布、一般属性和在地图上直观地看到竹种的空间地理分布等信息外，还能了解该竹种所生长的海拔及气象环境，竹种的各类信息一目了然。通过互联网，Internet用户可以在任何地方查询云南省竹类植物资源信息，实现信息资源共享。总之，该系统的建立可为植物学家研究云南竹类植物多样性提供详尽、有效的信息，为研究竹类植物生境划分和物种分布提供一种新的研究方法，具有一定的科学研究价值和应用价值。

2 数据库建立过程

云南省竹类植物信息系统是以数据库为底层支撑，结合桌面GIS(ArcGIS Desktop)地图制作与服务端GIS(ArcGIS Server)地图发布，集成企业级的应用开发框架.NET，进行系统的集成二次开发。

具体的建立过程包括以下几步:1)收集竹种实地分布点数据；2)准备竹种分布区域环境数据；3)根据竹种采集点提取相关的环境数据；4)调用ArcGIS制图分析并预测预估分布；5)对结果进行分析和展示。

步骤1)中整理获得的数据多为Excel格式的文件。使用Excel文件来管理和维护竹种分布点的数据有如下缺点:可能导致数据被意外修改；不方便通过网络来维护管理数据。因此，需要把竹种分布点的数据存储在网络数据库中。

步骤2)的数据从WorldClim(全球气候数据库)下载，是ASC格式的栅格数据。这些数据以文件的形式存储，每个文件表示一个环境变量，并附有对应的说明。为这些栅格数据建立金字塔可以提高步骤3)处理的速度。

步骤3)需要根据步骤1)中每个竹种分布点的经度和纬度数据，从步骤2)的栅格数据中找到对应经度和纬度位置的各个环境变量的值。完成步骤3)可以使用ArcGIS Map的多值提取到点的功能，这个功能在ArcGIS Engine中有对应的开发接口“Extract MultiValue to Point” 可以调用。

步骤4)根据多个文献的研究显示，并非参与建模的环境变量越多越好。可以使用主成分分析来对步骤3)提取到的环境变量数据进行降维处理。主成分分析有多个开发包提供开发接口，可以进行调用。

步骤5)中ArcMap桌面GIS软件，对结果进行展示和进一步的分析处理，这些功能可以借助ArcGIS Map和ArcGIS Engine来完成。

通过使用Excel文件、GIS文件、GIS软件和计算工具之间互相转换数据，在ArcGIS基础上开发出一个辅助软件来对竹种数据库进行管理 (图1)，并可以制图表达和预测预估。

辅助软件是一个可以在局域网或者互联网中使用的软件，可以通过部署SQL数据库在网络中的位置来实现。辅助软件采用典型的两层客户机/服务器的模式进行开发。辅助软件的开发语言为C＃语言，SQL数据库使用SQL Server 2008，集成开发环境是Visual Studio 2010，ArcGIS Engine的版本是10.1。

图1 竹种数据库管理及GIS分析图

3 信息系统可以实现的功能

通过把云南省分布的41属389种竹种进行数字化信息存储管理，建立了一个具有较强实用性的云南竹类植物物种资源信息管理系统；通过GIS平台，实现了云南省竹类植物种的县域分布地图，竹种在全省范围的地理分布地图；实现了竹种在县域内分布分级显示，可视化查询的放大缩小、左右移动、全省范围内查询竹种，竹种坐标定位等功能。

利用该系统，用户可以根据竹种名称查询，也可以根据竹种名称和竹种产地等多条件查询，系统即可输出该竹种的种属信息、基本信息、形态特征信息、分布地、坐标、海拔、生境条件、竹种分布图及竹种图片等相关信息 (表1)。

将竹种信息数据库融入地理信息系统，实现了对竹种的生境信息、周围环境信息的可视化查询。竹种空间分布的可视化查询，对地图的操作主要是在 (放大、缩小、拖拽、移动、全范围等)竹种分布地之间的距离测算，坐标查询。由于竹种以点的形式分布密集，增加放大镜功能，同时增加了竹种点的生境信息与竹种信息查询操作，生成布局合理、信息丰富、符合规范的竹类植物分布图，如果系统直接连接打印机，则可实现打印出图 (图2)。

4 信息系统建设面临的问题

竹种分布信息系统的建立降低了调查竹种资源所花费的巨大人力、物力、财力、时间与精力，实现了云南省竹类植物竹种数据的数字规范化管理，能够用于植物多样性分布研究、教师授课、学生学习及为植物资源查询提供支持，为植物生境生态因子的显著性影响评价提供新的方法。当前，该系统建设还存在以下几方面的问题与不足:

1)存储信息不全面。信息系统还缺少地理空间方面的相关信息，比如竹种在生态系统中的分布方式和分布格局，竹种在生态系统中的相互作用、相互影响等。

2)图片信息不足。竹种地理信息系统大多数是文字说明，图片信息缺乏，而竹种生境图片是让浏览者对竹种及生境更有直观印象的载体，需进一步完善。

表1 系统输出的竹种部分相关信息

图2 系统输出的云南省竹种分布图

3)系统的使用范围较窄。目前该系统仅限于本单位的科研人员，面向对象不够广泛，使得系统的价值得不到充分体现。

4)数据更新慢。目前，系统中的具体数据没有做到及时更新，在一定程度上限制了数据的及时性和前沿性。

5)专业人员匮乏。植物分类学的研究由于缺少技术和资金的支持，大量专业技术人才流失，该领域的研究人员十分稀少，老一辈的科研工作者陆续离开，出现了极为严重的断层现象，植物分类学的发展经受着从未有过的生存考验。

基于上述问题及系统的进一步发展，下一步的工作重点是:进一步完善系统的整体性能，同时在竹种形态描述、生境分布、竹种照片、生境照片等方面进行补充、丰富；信息系统地理分布地图的应用及操作上还要进一步完善；在该系统中完成每个竹种分布面积及蓄积量的展示。通过该系统的进一步完善，最终建成综合功能强大的云南省竹类植物信息系统。

[1] 西南林学院，云南省林业厅.云南树木图志(下)[M].昆明:云南科技出版社，1991.

[2] 西南林学院，云南省科学技术委员会，云南省林业厅，等.云南竹类资源及其开发利用[M].昆明:云南科技出版社，1995.

[3] 马乃训，张文燕.中国珍稀竹类[M].杭州:浙江科学技术出版社，2007.

[4] 易同培，史军义，马丽莎，等.中国竹类图志[M].北京:科学出版社，2008.

[5] 中国科学院中国植物志编辑委员会.中国植物志第九卷第一分册[M].北京:科学出版社，1996.

[6] 中国科学院昆明植物研究所.云南植物志第九卷(种子植物)[M].北京:科学出版社，2003.

GIS Technology Based Information Management System for Bamboo Species Resources in Yunnan Province

Sun Maosheng1Zhang Xingbo2Fu Xiaoyong1Sun Peng2Yang Lina1Zhang Yinna2
(1.Southwest Forestry University， Kunming 650224， China；2.Asia Bamboo＆ Rattan Exposition Park，Puer 665000，Yunnan，China)

The first information management system for bamboo species resources was established in Yunnan Province of China based on GIS technology， including 389 species， variety and forma from 41 genera.With the formats of“scientific name” or“scientific name＋ distribution area”，the system could give relevant information，including genus and species， morphological characteristics， distribution area(including longitude， latitude， altitude and habitat conditions)， distribution map and habitat pictures.Therefore， this system could provide the visual information on species distribution and habitat.The inquiry results could generate printable，reasonable laid out and informative bamboo species distribution map.The establishment of this system will greatly reduce the cost of bamboo resources investigation in Yunnan， improve the utilization of bamboo resources information and realize resources sharing， so it is of widespread application value.

KeywordsGIS，bamboo species resource，information management system， database， Yunnan

10.13640/j.cnki.wbr.2017.06.004

普洱亚洲竹藤博览园项目。

孙茂盛 (1963－)，西南林业大学竹藤研究所，在云南从事竹类植物研究30多年。E－mail:1513762048＠qq.com。