巴西亚马逊雨林（后文简称亚马逊）覆盖面积达410万平方公里，占全球热带森林的40%，动植物种类丰富，环保服务周全，拥有广阔的自然资源。过去50年里该地区遭遇了严重的毁林和选择性砍伐原木的威胁。如今，大约20%，也就是80万平方公里的原始雨林被改造成了畜牧场，大型机械化农田，小型刀耕火种农田，造林树种等等。不仅如此，选择性砍伐原木和森林火灾减少了雨林的碳贮量，使得雨林逐渐枯竭，造成了当地树种的灭绝，同时人类狩猎行为也造成了动物多样性的减少。描述亚马逊地区的大量空间信息，如人类足迹，生物多样性，基础设施和社会经济及生物物理变量均可以通过不同机构获取。
国家空间研究局每年发布描述巴西亚马逊伐林区的明确空间多边形以及火灾多发带的位置信息。巴西地理统计研究所提供关于商品价格，种群统计，人口增长，国家总收入，以及专题地图的社会经济信息。此外，不同机构的网站地图服务还向用户提供数据图层以及卫星影像数据。以上这些类型的空间和属性信息可以作为制订和分析亚马逊地区环境和社会经济政策的基础，例如修建新公路的影响，评估保护区用于保护生物多样性的有效性，综合乡村属性边界及伐林数据图层控制森林砍伐现象，分带实施可持续林业发展，以及模型化区域内的未来伐林趋势等。地理信息系统具有组织和访问大型数据库，分析和报告空间及属性查询结果的优良特性，在社会经济和环境应用中综合及分析信息方面发挥了至关重要的作用，因此成为了解巴西亚马逊现状以及预测其未来命运的关键技术之一。近年来，面向网络的地理信息系统使得获取电子地图以及空间模型结果成为可能，代表了不同用户获取地理信息实施民主化的巨大跨越。针对巴西亚马逊地区开发的网络地理信息系统迅速风靡互联网，大部分系统将目标锁定在可视化数据库内容及属性查询结果。现有的系统缺乏进行空间分析的工具——例如采用不同的数据源——快速获取包括地图，图表，文字和表格信息的报告。实现这样的网络地理信息系统工具意味着挑战。首先，系统数据库和元数据必须频繁更新以满足利用该系统监测和保护雨林资源的终端用户的需要。
例如，关于火灾和砍伐森林的警报信息需分别按每日、每月提供，所以必须更新数据库。第二，终端用户需获取诸如定义保护区，市政区以及其他地理单元内的砍伐热点的空间分析结果。这项应用需要实时进行空间分析，因此对互联网服务器传递查询结果提出了很高的要求。第三，要了解用户为了支持他们的应用所必须的信息需求。因此开发一个网络地理信息系统需对致力于监测和保护领域的用户的空间信息需求进行详细的调查。最后，网络地理信息系统必须方便通常不具有地理信息系统及空间分析知识背景的终端用户使用。
例如，一些用户仅仅需要通过该系统获取标定事态发生以及访问区域的辅助信息的毁林警报报告。这时系统必须识别并通过发送的接收电子邮件地址完成该任务。空间数据基础设施的发明为克服这些挑战奠定了基础。维基百科，另一个使得信息民主化的强有力工具将空间数据基础设施定义为“一种空间数据、元数据、用户和工具相互集成的框架体系，用户可以灵活、有效地使用各种空间数据。”建设空间数据基础设施的主要目的是为了减少用户访问和使用地理信息所需的努力，时间以及金融资源。本文介绍专为巴西亚马逊地区设计的名为ImazonGeo的网络地理信息系统，该系统的目的在于超越静态数据图层的可视化，侧重用户在监测、环境司法、保护及政府信息日益透明化等方面的应用。为了阐明ImazonGeo的工作原理，我们首先讲述访问空间分析结果信息涉及的ImazonGeo空间数据基础设施体系，数据库，技术和工具。然后，通过两个应用例子说明ImazonGeo的优势：（1）监测毁林和火灾事故；（2）保护区的法律实施。最后，讨论了ImazonGeo的未来发展，以及帮助终端用户能够高效利用该系统所采取的策略。
1ImazonGeo空间数据基础设施
ImazonGeo空间数据基础设施由五个部分组成：1）地理信息；2）技术；3）接口；4）工具；5）用户应用。五个部分相互集合，响应系统的三大具体目标。第一，开发一个稳健的数据库，以促进对巴西亚马逊地区的相关信息及复杂空间分析结果的访问。第二，以公开地理信息数据库和软件技术为基础将系统的设计成本降到用户可接受的范围。第三，通过简单直观的工具提供有关的应用用途，以支持巴西亚马逊雨林的监测和保护。下文我们将详细介绍系统的组成。
2地理信息
ImazonGeo的核心部分是它的地理信息数据库，由主数据库和第三方数据库组成。ImazonGeo的数据层和属性信息来源于不同的机构，经过工作人员仔细的筛选，可以报告人类活动（例如毁林，火灾，社会经济驱动因素和基础设施建设等）对国家，市政，保护区以及农业种植区空间单元或者多边形的影响。第三方数据库包括两种类型。第一类指的是仅仅按照网络地图服务要求访问的数据库，包括背景图层，例如卫星影像，地形图，和基本的地图信息（也就是道路，城市，河流等信息）。第二类提供的地理信息将用于存储和组织以形成ImazonGeo的主数据库。主数据库可以分为六种类型：政治，基础设施，社会经济，人类压力，保护区及生物物理信息，下文将对这六种类型做详细描述。此外，本文还对数据图层和属性数据的来源以及与它们有关的元数据做了相应的介绍。主数据库包含的政治地图指的是国家和市政区边界。每一个国家和市政区都具有唯一的标识符，确定的位置，并且可以生成各种子地图，存储在主数据库中。另外，这些多边形还包含政治标识符，用于连接与它们对应的社会经济信息。保护区类别由联邦及国家保护单位和土著居住地组成。用户可以通过名称，类型，国家及市政区识别任何保护区，访问ImazonGeo通过地理信息系统工具计算得到的有关保护区的属性信息。提供保护区地图的主要来源是社会环境学院，巴西的一个非官方组织，致力于保护巴西土著区信息。我们还补充了保护区地图，特别是国家级地图，根据联邦和国家机构提供的不同数据源编辑了关于保护区形成的所有官方文件。巴西亚马逊地区包括的保护区类别覆盖了整个土地面积的42%。另外，保护区类别还包括了占区域面积不到1.0%的军区信息。
位于保护区边界外部的私有土地属于土地所有制信息类别，由非洲－巴西土地，土地改革区及私有土地组成。我们仅能获取巴西亚马逊地区极少部分的私有属性，因ImazonGeo里并没有包含该类型的地图信息。数据库里可供查询的基础设施信息包括道路，港口和机场。道路地图由巴西国家统计局提供的所谓官方道路以及研究机构提供的手工数字化道路信息。整个非官方道路网络的距离增加了30万公里，超过了官方道路距离的三倍，与砍伐森林及原木行为紧密相关。基础设施地理信息类别里还包括有港口，机场，大坝，电力网及天然气管道分布图。生物物理类别包括河流，植被类型，亚马逊生物群系及地形边界信息。
ImazonGeo侧重表达与现有应用有关的该类型关键信息，并不对此做频繁更新以描述它们的最新动态。ImazonGeo提供的社会经济信息及其地图包括畜牧中心，与森林砍伐行为高度相关。用户也可以访问包括国内生产总值，人口数目及人类发展指标等社会经济属性信息，由市政及国家相关机构提供。最后一个地理信息类别是人类压力，通过来自不同渠道的森林砍伐及火灾活跃带分布图表达。用户可以获取三个不同机构提供的森林砍伐图。针对火灾热发点分布，ImazonGeo数据库搜集并组织了来自不同遥感卫星，且经过其他机构处理得到的十九种数据源。由于火灾分布图按日更新，系统还提供了软件机器人功能，供用户访问、下载及组织已存储的地图信息，形成各自需要的地理数据库。机器人是一个简单的脚本程序，可以通过超文本传输协议访问数据库，下载数据至服务器，并对组织后的信息做预定义空间分析。
3技术
ImazonGeo的逻辑基础设施由各种开源技术组成。地理空间信息的存储和管理通过对象－关系数据库服务器软件实现。数据库存储的地图和影像的网络可视化由地图服务器完成。地图服务器同样属于免费软件，是因特网用于构建空间应用的一种开发环境。就硬件技术而言，ImazonGeo数据库的运行基于四核处理器。为了加快空间查询的访问速度，我们将查询结果存储在缓存里，因此需要很大的磁盘空间存储这些信息。ImazonGeo的网站接口主要通过超文本预处理动态语言编写，前端采用开源Java脚本库实现，用于在网页上显示数据库里存储的空间数据，例如地图和影像。系统还可以完成从其他数据源下载地图至数据库的功能。网页浏览器的因特网访问功能采用Apache实现。Apache是最为成功的免费网站服务器，也是全世界用途最为广泛的服务器之一。另外，ImazonGeo还为用户提供访问下载信息的存储路径的功能，用户可以下载国家及市政府提供的关于巴西亚马逊地区从1990-2007年的社会经济信息。
4接口
ImazonGeo的资源访问通过两种方式完成：网页浏览器，或者地理信息系统软件（网站服务器的连接或者对象－关系数据库）。采用第一种访问模式，网页浏览器，用户可以使用系统提供的所有工具。如果采用第二种访问模式，网站服务器或者数据库连接，用户则可以通过地理信息系统软件在另一个体系里分析或者访问空间数据。
5工具
ImazonGeo用户的交互通过简单的工具实现，可以完成可视化、查询、空间分析及报告结果的功能。工具的访问方式包括菜单，字段，标记，弹出式菜单，按钮，选层及超链接。网站存在四个主要的环境区域。用户可通过右上方的超链接获取有关地图库，下载地图，以及联系数据提供商的信息。超链接下方设置有访问人类压力，空间分析及应用结果的菜单。各种类型的地图都可以在菜单下方的图片区显示。用户可以借助工具对地理元素进行锁定，缩放，并且获取其属性信息。图片区右侧的两块区域提供用户通过菜单访问的相关信息。靠上的区域是表格字段，用户可以通过表格重新定义空间属性查询。靠下的区域提供不同的对象，例如地理标识，显示查询结果的文本对象，以及通过主菜单访问的地图图例等。
6应用
ImazonGeo的宗旨在于应用，也就是说终端用户需通过方便快捷的工具访问包括相关信息的数据库，支持监测、司法及保护等方面的应用。另外，该系统还将通过网络促进信息的广泛传播，从而为政府机构的透明化做出贡献。随着数据库的扩大，崭新空间分析及工具的开发，其他应用也将嵌入系统的设计。本文的重点在于阐述通过ImazonGeo监测巴西亚马逊地区以及支持保护区法律实施两方面的应用。
7.1监测森林砍伐及火灾实例
为了支持该项应用，我们搜集和组织了所有关于巴西亚马逊地区森林砍伐及火灾活跃带的公开信息，选取了能够为终端用户生成关键的地理信息的空间分析方法，并且创建了快速报告以促进对这些空间分析的访问。提供的森林砍伐及火灾分布图来源于不同的机构，例如巴西国家空间研究所发布的年周期、月周期森林砍伐分布及统计图，亚马逊毁林警报系统生成的月砍伐信息，以及不同遥感研究所提供的19种产品。对于监测巴西亚马逊地区森林砍伐状况感兴趣的用户可以获取多种类型的信息。例如三种不同信息源生成的砍伐区域图。通过网络轻松获取这类地图信息代表了对巴西亚马逊地区毁林现象产生的人类压力认识的巨大进步。尽管如此，大多终端用户感兴趣的是结合森林砍伐图及其他类型地图获得的统计信息。基于这个原因，我们开发了三种空间分析工具以满足该类用户的需求。第一种是砍伐排序，可以通过国家，市政府，乡村社区，土著区，国家及联邦保护单位获取。第二种空间分析类型是根据以上机构提供的砍伐森林面积的大小构成的砍伐分类。第三种则是亚马逊地区最大砍伐区的列表。这两种类型的地理信息对于支持区域环境保护法的现场实施十分有用。就火灾活跃点监测而言，用户同样可以生成地图，根据每个国家，市政府，乡村社区，土著区，国家及联邦保护单位提供的火灾数目进行排序和分类。ImazonGeo提供巴西亚马逊地区关于火灾的所有公开信息。和森林砍伐类似，系统还提供关于火灾的统计及报告信息，以支持区域的监测项目。
7.2保护区的森林法实施实例
亚马逊保护区的缓慢建设及环境刑法实施的低效率使得该地区极易受到毁林及掠夺性原木砍伐的侵害。侦查非法砍伐存在时延，且缺乏物证是造成此种类型环境犯罪行为的典型特征。为了克服这些问题，我们和巴西联邦环境局及公诉部分进行了合作，获准实施网络应用，适时监测亚马逊保护区内的非法砍伐及纵火行为。从2007年8月至2008年12月，保护区内389平方公里的面积遭到砍伐破坏。代表区域位于九个土著区，九个可持续性保护单位及三个全面保护单位。大多砍伐行为集中在边界扩张区。公众可通过ImazonGeo访问保护区内正在或者已经审判的非法砍伐案件。到目前为止，可供访问的案件均由联邦环境局审判。公众可以访问按照保护区内诉讼程序排序的地图，保护区的分类，以及诉讼程序开始时的相关信息。此外，用户同样可以通过联邦环境局网站获得关于诉讼程序的细节信息。
8讨论与总结
随着网络2.0版本的发布，我们的社会面临着访问数据及信息的崭新时代，促使了采用网络2.0新技术访问地理信息的发展，网络地理信息系统的建设迅速普及，成为许多国家空间数据基础设施的重要工具。网络地理信息系统及空间数据基础设施的应用十分广泛，涉及保护资源的管理与策划，生物多样性研究，决策支持，公共卫生与教育等方面。本文介绍了一个新的针对巴西亚马逊地区开发的网络地理信息系统，用于支持森林监测，环境法实施，保护等应用，推广政府信息的日益透明化，以及阻止区域内非法毁林及森林退化而指定的政策和行动。ImazonGeo采用巨大的数据库以地图和属性的形式综合、组织了来自不同机构的数据和信息，使得用户可以在相关空间分析的基础上生成应用所需的地图，统计及报告。
现有及潜在用户的初步调查表明ImazonGeo提供的信息是相关的，对他们的工作非常有用。用户来自不同的组织，包括联邦，国家及市政府机构，非政府组织，记者，研究人员，学生及个人。大多用户对砍伐及火灾警报，报告及下载的数据感兴趣。自2007年5月ImazonGeo创立以来，网络地理信息系统的访问次数超过19，000，用户下载的地图和表格数量超过7，000。2008年4月至2009年4月，森林透明公告，基于毁林警报系统和空间分析建立的ImazonGeo订制报告的下载量达到8，394次。该系统的又一个间接影响是促进了基于毁林压力空间分析撰写的学术论文的迅猛发展，出版论文数目达到527篇。此外，通过与公诉部门的合作，ImazonGeo还增大了将保护区非法砍伐警报转变成为官方司法案件的力度，促成了多个成功案例的诞生。
ImazonGeo不仅仅是亚马逊地区地理空间信息的集成。为了增大用户对系统的访问量，我们采取的策略是多方位的。首先，我们创建了地理－维基接口，允许用户输入数据，为系统提供反馈信息。其次，我们提供了简要的指南，辅助用户学习使用系统工具、访问及下载信息的步骤和要点。经验表明，为了让用户能更轻松舒适地使用网络地理信息系统工具，了解其具体内容，能力建设是必需的。除了指南以外，我们还将针对特殊用户开展短期培训和专题研讨会，为他们详细阐述ImazonGeo工具及其应用。第三项策略是扩大ImazonGeo的信息含量，并开拓新的应用领域。例如，我们正在根据砍伐及退林信息研究建立碳含量排放模型，以提供与巴西亚马逊地区砍伐森林相关的二氧化碳排量信息。碳含量排放结果将进入数据库，通过地图、统计或报告等形式供用户快速访问。最后一项策略将集中创建ImazonGeo地理－维基接口，采用混合技术搭建模式实现虚拟社区网络系统。目前，我们已经建立了一个简单的地理－维基系统，允许用户针对巴西亚马逊地区保护区内的非法砍伐事件做出司法反应。我们希望这类地理－维基工具将发动民间团体参与司法行动，加速砍伐案件的审判，推动司法系统的积极影响。此外，我们已经开始研究ImazonGeo与其他网络系统之间的联系，将系统与移动电话应用进行综合。例如，个人可以通过按月付费支持森林资源的保护工作，并且通过手机实时监测资源的利用状况。
总的来说，空间数据基础设施和网络地理信息系统技术已经足够成熟，能够通过监测，保护及司法应用支持雨林的保护工作。此外，融合各项技术的网络系统已经渗入百万民众的生海南职称活。职称论文发表吸引公众通过网络地理信息系统参与雨林保护需要系统提供简单易用的工具，指导培训，以及地理－维基接口，使得用户成为系统的一部分，同时地理信息系统的开发者还需要意识到用户的需求和限制，以便为用户提供所需的可靠信息。
