盤錦濕地生態(tài)保護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)

1、PAGE 13盤錦濕地生態(tài)保護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)軟件需求說明書中國氣象局沈陽大氣環(huán)境研究所2019年3月1日 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc2779962 1 引言 PAGEREF _Toc2779962 h 2 HYPERLINK l _Toc2779963 1.1 項目名稱 PAGEREF _Toc2779963 h 2 HYPERLINK l _Toc2779964 1.2 項目背景和內(nèi)容概要 PAGEREF _Toc2779964 h 2 HYPERLINK l _Toc2779965 1.3 相關資料、縮略語、定義 PAGEREF _Toc

2、2779965 h 2 HYPERLINK l _Toc2779966 2 任務概述 PAGEREF _Toc2779966 h 3 HYPERLINK l _Toc2779967 2.1 目標 PAGEREF _Toc2779967 h 3 HYPERLINK l _Toc2779968 2.2 范圍 PAGEREF _Toc2779968 h 4 HYPERLINK l _Toc2779969 2.3 假定條件與約束限制 PAGEREF _Toc2779969 h 4 HYPERLINK l _Toc2779970 3 業(yè)務流程 PAGEREF _Toc2779970 h 4 HYPERL

3、INK l _Toc2779971 4 系統(tǒng)平臺架構 PAGEREF _Toc2779971 h 5 HYPERLINK l _Toc2779972 5 數(shù)據(jù)描述 PAGEREF _Toc2779972 h 5 HYPERLINK l _Toc2779973 6 功能需求 PAGEREF _Toc2779973 h 6 HYPERLINK l _Toc2779974 6.1 數(shù)據(jù)讀取處理模塊 PAGEREF _Toc2779974 h 6 HYPERLINK l _Toc2779975 6.2 濕地生物多樣性維護功能評估模塊 PAGEREF _Toc2779975 h 6 HYPERLINK

4、l _Toc2779976 6.3 濕地生態(tài)遙感綜合評價模塊 PAGEREF _Toc2779976 h 7 HYPERLINK l _Toc2779977 6.4 氣象條件貢獻率模塊 PAGEREF _Toc2779977 h 7 HYPERLINK l _Toc2779978 6.5產(chǎn)品真實性檢驗模塊 PAGEREF _Toc2779978 h 7 HYPERLINK l _Toc2779979 6.6產(chǎn)品制作加工輸出模塊 PAGEREF _Toc2779979 h 8 HYPERLINK l _Toc2779980 7 接口要求 PAGEREF _Toc2779980 h 8 HYPER

5、LINK l _Toc2779981 8 性能需求 PAGEREF _Toc2779981 h 9 HYPERLINK l _Toc2779982 9 運行環(huán)境需求 PAGEREF _Toc2779982 h 9 HYPERLINK l _Toc2779983 10 操作系統(tǒng)平臺 PAGEREF _Toc2779983 h 9 HYPERLINK l _Toc2779984 11用戶權限與安全等其它需求 PAGEREF _Toc2779984 h 9 HYPERLINK l _Toc2779985 附錄1 PAGEREF _Toc2779985 h 111 引言1.1 項目名稱 盤錦濕地生態(tài)保

6、護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測系統(tǒng)1.2 項目背景和內(nèi)容概要 2018年7月開始，由國家衛(wèi)星氣象中心牽頭組織編寫國家生態(tài)保護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測氣象保障服務能力建設行動方案，利用衛(wèi)星監(jiān)測、氣象觀測、地面調(diào)查等多源數(shù)據(jù)，研究建立生態(tài)遙感氣象評價指標體系，在內(nèi)蒙古、遼寧、廣西、山東、重慶等5個?。▍^(qū)、市）開展試點應用工作。遼寧作為濕地生態(tài)監(jiān)測評估示范省，主要工作是針對濕地生物多樣性開展監(jiān)測評估，并在此基礎上完成生態(tài)遙感監(jiān)測、生態(tài)遙感評價指標構建、生態(tài)監(jiān)測評估報告編寫、系統(tǒng)功能需求制定、初步技術規(guī)范制定等工作。評估報告結果將為國家政府部門、相關行業(yè)單位提供高水平的生態(tài)保護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測氣象保障服務產(chǎn)品。根據(jù)中國氣

7、象局山洪地質(zhì)災害防治氣象保障工程2019年建設實施方案（氣辦函2018279號）要求，2019年遼寧省氣象局的建設任務是：以濕地為監(jiān)測對象，完成國家生態(tài)保護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測氣象保障服務能力建設的省級應用示范。濕地生態(tài)保護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測氣象保障服務能力建設總體目標為：利用衛(wèi)星監(jiān)測、氣象觀測、地面調(diào)查等多源數(shù)據(jù)，開展盤錦濕地生物多樣性保護重要區(qū)的生態(tài)遙感監(jiān)測與評估工作?；凇皣疑鷳B(tài)保護紅線遙感應用平臺”，實現(xiàn)遼寧本地化適應性改造，通過監(jiān)測濕地生態(tài)要素、氣象要素、災害要素等，評估盤錦濕地生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化，基于濕地生物多樣性維護功能評估指標和全國生態(tài)遙感指標評價體系，實現(xiàn)濕地生物多樣性功能評估和濕

8、地生態(tài)遙感綜合評價，開展生態(tài)保護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測氣象保障服務的應用示范，為生態(tài)環(huán)境保護部門生態(tài)環(huán)境監(jiān)管工作提供第三方客觀評價參考。1.3 相關資料、縮略語、定義生物多樣性（biodiversity）：指動物、植物、微生物及其所組成的生態(tài)系統(tǒng)的多樣性和變異性，包括遺傳多樣性、物種多樣性和生態(tài)系統(tǒng)多樣性三個層次。濕地生物多樣性：指所有濕地生物種類、種內(nèi)遺傳變異和它們的生存環(huán)境的總稱。植被指數(shù)（Vegetation Index）將遙感地物光譜資料經(jīng)數(shù)學方法處理，以反映植被狀況的特征量。地表溫度（簡寫：LST）：是地表與大氣相互作用過程中的一個重要物理學參量，它綜合了地氣之間相互作用過程中物質(zhì)與能量交

9、換的結果，它與土壤溫度、近地氣溫、蒸散發(fā)等有直接的關系，是地表能量平衡的重要參數(shù)。土壤濕度（Soil Moisture）：根據(jù)遙感數(shù)據(jù)反演得到的土壤含水量信息。葉面積指數(shù)（簡寫：LAI）:利用遙感數(shù)據(jù)，通過經(jīng)驗或物理模型反演得到的單位地表面積上綠色葉片總表面積的一半與地表面積之比。真實性檢驗（Validation）：通過和參考數(shù)據(jù)（相對真值）比較，獨立地評價衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)延伸出的遙感產(chǎn)品的精度和不確定性的過程。生物多樣性指數(shù)BI：由物種多度、物種相對豐度和物種稀有性 3 部分組成的評價指標。生境適宜性HS：滿足生物多樣性的棲息地狀況，將土地利用劃分為生境和非生境，1代表生境，0代表非生境，如果有

10、充分的關于物種生境特征的信息，相對的生境適宜性得分數(shù)值范圍0到1。歸一化植被指數(shù)NDVI：由遙感器可見光（主要為紅光）波段和近紅外波段的反射率數(shù)據(jù)經(jīng)非線性組合計算而得到的，用來反映綠色植被相對豐度和活性的度量值。植被覆蓋度FC：指單位面積內(nèi)植被的垂直投影面積所占百分比。自然植被第一性生產(chǎn)力NPP：綠色植物在單位面積、單位時間內(nèi)所累積的有機物數(shù)量，是由光合作用所產(chǎn)生的有機質(zhì)總量中扣除自養(yǎng)呼吸后的剩余部分。土地利用類型LUC： HYPERLINK /item/%E5%9C%9F%E5%9C%B0%E5%88%A9%E7%94%A8%E6%96%B9%E5%BC%8F/1999121 t _blan

11、k 土地利用方式相同的土地資源單元，是根據(jù)土地利用的 HYPERLINK /item/%E5%9C%B0%E5%9F%9F%E5%B7%AE%E5%BC%82/10775552 t _blank 地域差異劃分的，是反映土地用途、性質(zhì)及其分布規(guī)律的基本地域單位。高程DEM：通過有限的地形高程數(shù)據(jù)實現(xiàn)對地面地形的數(shù)字化模擬，它是用一組有序數(shù)值陣列形式表示地面高程的一種實體地面模型。2 任務概述2.1 目標 在“國家生態(tài)保護紅線遙感應用平臺”基礎上，改造開發(fā)“盤錦濕地生態(tài)保護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測氣象保障服務平臺（軟件）”。2.2 范圍 使用本系統(tǒng)用于開展盤錦濕地生態(tài)保護紅線區(qū)的生態(tài)遙感監(jiān)測與評估。 2.

12、3 假定條件與約束限制 項目軟件開發(fā)經(jīng)費：14萬元（預算，招標后確定）；項目軟件開發(fā)周期：7個月。3 業(yè)務流程 基于“國家生態(tài)保護紅線遙感應用平臺”，實現(xiàn)本地化改造（圖1）。包括以下6個模塊：（1）多源數(shù)據(jù)讀取處理模塊。（2）濕地生物多樣性維護功能評估模塊。（3）濕地生態(tài)遙感綜合評價模塊。（4）濕地生態(tài)指標的氣象貢獻分析模塊。（5）真實性檢驗模塊。（6）產(chǎn)品專題圖制作和輸出模塊。圖1 應用平臺研發(fā)和改造示意圖4 系統(tǒng)平臺架構基于生態(tài)保護紅線遙感應用平臺的本地化改造，對濕地生態(tài)保護紅線區(qū)的生態(tài)遙感監(jiān)測與評價進行示范應用。具體應用如下：（1）監(jiān)測濕地生態(tài)要素、氣象要素、災害要素等，評估盤錦濕地生態(tài)

13、的變化情況；（2）評估濕地生物多樣性維護功能變化情況；（3）評估濕地生態(tài)遙感綜合指標變化情況；（4）評估濕地生態(tài)要素變化的氣象條件貢獻率。（5）實現(xiàn)示范區(qū)域衛(wèi)星遙感監(jiān)測要素的真實性檢驗和修正。系統(tǒng)平臺架構如圖2所示。圖2 系統(tǒng)平臺架構示意圖5 數(shù)據(jù)描述本系統(tǒng)基礎數(shù)據(jù)主要包括FY3系列衛(wèi)星、MODIS、NPP、NOAA、TM、國產(chǎn)高分系列衛(wèi)星等多源的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，省市縣行政邊界、土地利用等地理信息矢量數(shù)據(jù)，濕地生態(tài)要素監(jiān)測模型參數(shù)和樣本數(shù)據(jù)。衛(wèi)星數(shù)據(jù)：格式主要包括HDF（HDF4和HDF5）和LDF（LDF、LD2和LD3）和ENVI標準數(shù)據(jù)格式。地理信息數(shù)據(jù)：主要是Shape矢量格式和ArcGIS

14、 GRID柵格格式。濕地生態(tài)要素監(jiān)測模型參數(shù)：包括模型公式、變量、變量意義、參數(shù)數(shù)值。樣本數(shù)據(jù)：包括數(shù)據(jù)點序號、經(jīng)度、緯度、樣本通道數(shù)據(jù)。水文數(shù)據(jù)：河流、徑流量、潮位、地下水位等數(shù)據(jù)。6 功能需求6.1 數(shù)據(jù)讀取處理模塊在“國家級生態(tài)保護紅線遙感應用平臺”上，對數(shù)據(jù)讀取處理模塊進行本地化改造?；跀?shù)據(jù)讀取處理、標準化格式等模塊實現(xiàn)示范區(qū)域的FY、MODIS、高分衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)及其要素監(jiān)測產(chǎn)品、氣象站點觀測資料、野外試驗驗證數(shù)據(jù)等讀取、格式標準化、數(shù)據(jù)重采樣，區(qū)域范圍裁切、顯示等功能。本地化改造功能主要包括：（1）加強國產(chǎn)高分系列衛(wèi)星數(shù)據(jù)預處理等功能的實現(xiàn)；（2）補充省、市、縣、區(qū)域級地理信息的輸

15、入、裁切、顯示以及輸出等功能。（3）增加實時觀測數(shù)據(jù)的質(zhì)量控制及容錯功能6.2 濕地生物多樣性維護功能評估模塊在“國家級生態(tài)保護紅線遙感應用平臺”上，對濕地生物多樣性維護功能評估模塊進行本地化改造?；谏鷳B(tài)要素產(chǎn)品數(shù)據(jù)和生物多樣性維護功能評估算法，實現(xiàn)示范區(qū)域的濕地生物多樣性維護功能指標的計算、統(tǒng)計、分析功能。具體如下：（1）通過歸一化植被指數(shù)NDVI、植被覆蓋度FC、生物多樣性指數(shù)BI、土地利用類型LUC、自然植被第一性生產(chǎn)力NPP、高程DEM等生態(tài)要素的調(diào)入，實現(xiàn)濕地生物多樣性維護功能指標的計算。（2）實現(xiàn)濕地生態(tài)多樣性維護評估功能，包括：評價指標分級、生態(tài)功能變化分析（方法參見附錄1）。

16、（3）實現(xiàn)濕地野外驗證數(shù)據(jù)、災害數(shù)據(jù)的疊加，并實現(xiàn)人機交互的方式進行濕地監(jiān)測評估結果調(diào)整與修改功能。6.3 濕地生態(tài)遙感綜合評價模塊在“國家級生態(tài)保護紅線遙感應用平臺”上，對生態(tài)遙感綜合評價模塊進行本地化改造?；谏鷳B(tài)要素產(chǎn)品數(shù)據(jù)和生物多樣性維護功能評估結果，利用生態(tài)遙感綜合評價方法，實現(xiàn)示范區(qū)域的生態(tài)遙感綜合評價指標的計算、統(tǒng)計、對比分析等功能。具體如下：（1）生態(tài)遙感綜合指標計算功能：基于國家氣象衛(wèi)星中心構建的生態(tài)遙感綜合指標，利用濕地生態(tài)要素評估模塊的輸出產(chǎn)品，實現(xiàn)濕地生態(tài)遙感綜合指標的計算。（2）濕地生態(tài)遙感綜合指標評估功能：對濕地生態(tài)遙感綜合指標的計算結果進行分級統(tǒng)計，分析指標功能的

17、變化情況。6.4 氣象條件貢獻率模塊在“國家級生態(tài)保護紅線遙感應用平臺”上，對氣象貢獻分析模塊進行本地化改造?；跉庀笥^測、生態(tài)要素產(chǎn)品數(shù)據(jù)和氣象貢獻率分析模塊，實現(xiàn)示范區(qū)域的濕地生態(tài)要素變化的氣象條件貢獻率計算分析，包括計算氣象條件對濕地生態(tài)要素指標、濕地生物多樣性維護功能指標、濕地生態(tài)遙感綜合指標的貢獻率百分比。6.5產(chǎn)品真實性檢驗模塊在“國家級生態(tài)保護紅線遙感應用平臺”上，對真實性檢驗模塊進行本地化改造?；跉庀笥^測數(shù)據(jù)、試驗觀測數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，利用真實性交叉檢驗方法，實現(xiàn)示范區(qū)域計算結果的真實性對比檢驗。具體如下：（1）調(diào)入無人機數(shù)據(jù)、地面監(jiān)測數(shù)據(jù)、統(tǒng)計數(shù)據(jù)等多源數(shù)據(jù)，通過尺度轉換、空

18、間插值、格式轉換等數(shù)據(jù)處理，將驗證數(shù)據(jù)轉化為與待驗證產(chǎn)品相同的空間分辨率產(chǎn)品，并進行幾何配準；（2）通過計算統(tǒng)計指標（平均誤差、相關系統(tǒng)）等給出所檢驗產(chǎn)品的總體精度、存在誤差等數(shù)據(jù)。6.6產(chǎn)品制作加工輸出模塊增加濕地生態(tài)保護紅線衛(wèi)星遙感監(jiān)測產(chǎn)品的輸出模塊，建立統(tǒng)一產(chǎn)品模板，實現(xiàn)示范區(qū)域的產(chǎn)品專題圖制作及產(chǎn)品保存輸出功能。產(chǎn)品制作：根據(jù)模板的內(nèi)容和查詢結果，生成各種格式的發(fā)布產(chǎn)品。主要功能是將各種文本、圖像產(chǎn)品集成為WORD文檔，實現(xiàn)括文本、圖像產(chǎn)品、GIS輸出自動集成。產(chǎn)品制作人員可以自動調(diào)用預定義的各類產(chǎn)品模板，進入office Word嵌入式產(chǎn)品制作視圖，在產(chǎn)品制作視圖下可以選擇任意初級產(chǎn)

19、品或初級產(chǎn)品處理后的服務產(chǎn)品素材插入到服務產(chǎn)品文檔中，并提供交互的編輯功能，供業(yè)務員完成服務產(chǎn)品的編輯。專題圖制圖：包括專題圖名、經(jīng)緯網(wǎng)、指北針、比例尺、圖例、標注六個基本要素，具體格式如下：（1）專題圖名：字體為黑體；圖名配置在圖廓外邊正上方居中位置，二級或三級圖名配置在圖廓內(nèi)居中位置，按先左后右，先上后下，并避免壓蓋專業(yè)內(nèi)容的原則來選擇位置。（2）經(jīng)緯網(wǎng)：經(jīng)緯度注記為Times New Roman字體，圖廓左右經(jīng)緯度豎直顯示并設置成不顯示經(jīng)緯線。（3）指北針：指北針標識在圖像的左上方，采用ESRI North 1樣式指北針，顏色為黑色。（4）比例尺：比例尺位于地圖正中間下方，采用Alter

20、nating Scale Bar1宋體，單位為公里。（5）圖例：符號的圖形、大小、顏色等嚴格保持同主圖符號一致，一般放在圖幅的下方。（6）標注：表明數(shù)據(jù)來源及獲取時間，位于圖廓的左下角，水平放置。 產(chǎn)品瀏覽查詢：對已完成的產(chǎn)品以時間，產(chǎn)品類型等信息命名格式報存，以便于按照時間、關鍵字等單獨或組合查詢、瀏覽已生成的產(chǎn)品。7 接口要求7.1 用戶接口用戶界面要求簡潔明了，不同種類數(shù)據(jù)填寫的順序即Tab的順序要符合實際操作的習慣。在某些同樣數(shù)據(jù)重復次數(shù)較多的控件上使用可選或記憶功能，簡化操作。在模型計算對話框中，采用默認值方式。7.2 硬件接口該系統(tǒng)既可以利用鍵盤輸入模型參數(shù)、閾值等數(shù)據(jù)，也可以利用

21、鼠標操作。7.3 軟件接口軟件接口由操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫組成。與外界數(shù)據(jù)庫的連接接口，采用ADO連接方式。7.4 通信接口無特殊要求。8 性能需求8.1數(shù)據(jù)量 系統(tǒng)數(shù)據(jù)以文件形式存儲，處理后的數(shù)據(jù)存儲量在500M左右。8.2時間特性要求 在當前硬件的配置情況下，合理利用系統(tǒng)調(diào)優(yōu)和應用程序優(yōu)化技術，保證系統(tǒng)的最佳性能，以提高工作效率。本系統(tǒng)主要是處理遙感數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)量較大，要求模型計算、分區(qū)面積計算功能的操作響應時間應控制在30s以內(nèi)，HDF文件等數(shù)據(jù)文件調(diào)入應控制在10s以內(nèi)，其他功能應控制在3s以內(nèi)。9 運行環(huán)境需求9.1網(wǎng)絡和硬件設備平臺 通過遼寧省氣象局內(nèi)部網(wǎng)絡進行共享、產(chǎn)品發(fā)布服務。不提供外

22、網(wǎng)服務功能。系統(tǒng)運行機器建議為圖形工作站或移動圖形工作站。9.2系統(tǒng)的軟件環(huán)境基于C/S模式，建立軟件系統(tǒng)。10 操作系統(tǒng)平臺編程工具：Vistual Studio2010或更高版本，C#語言編寫。其它支撐軟件：ArcGIS Engine 運行許可11用戶權限與安全等其它需求 11.1安裝和操作可便捷安裝或卸載，提供操作及維護說明書。11.2安全保密 （1）權限控制根據(jù)不同用戶角色，設置相應權限，用戶的重要操作都做相應的日志記錄以備查看，沒有權限的用戶禁止使用系統(tǒng)。管理員賬戶可進行系統(tǒng)修改，其他賬戶只可查看系統(tǒng)內(nèi)容，不可修改。（2）數(shù)據(jù)保密本系統(tǒng)氣象部門提供的數(shù)據(jù)需進行保密，未經(jīng)許可不得在其他

23、系統(tǒng)和機構中使用，否則追究法律責任。（3）數(shù)據(jù)備份允許用戶進行數(shù)據(jù)的備份和恢復，以彌補數(shù)據(jù)的破壞和丟失。（4）記錄日志本系統(tǒng)應該能夠記錄系統(tǒng)運行時所發(fā)生的所有錯誤，包括本機錯誤和網(wǎng)絡錯誤。這些錯誤記錄便于查找錯誤的原因。日志同時記錄用戶的關鍵性操作信息。11.3維護服務系統(tǒng)可維護性測試重點包括：系統(tǒng)的易分析性、易改變性和穩(wěn)定性。（1）易分析性系統(tǒng)可以正確判斷缺陷或失效原因；對于軟件運行錯誤，應當提示清晰，為用戶和系統(tǒng)管理員自己解決問題提供可能。（2）易改變性對相關配置文件、庫、表的參數(shù)可以提供方便的修改；對于非程序內(nèi)部錯誤，由數(shù)據(jù)元素屬性設置、控制規(guī)則不當而引起的軟件運行錯誤，軟件應為系統(tǒng)管理員提供自行修正的手段；軟件應充分考慮在設計環(huán)境與適用范圍下不同用戶的要求，為用戶進行本地化配置提