自然保护地管理平台设计与实践

目前,自然保护地传统管理方法效率较低,保护地的数据以及保护地内的各项资源数据,多数通过ArcGIS软件查看处理;保护地内的各项监测数据和指标参数,只能通过线下采集数据处理后利用图表显示;保护地范围边界调整、项目申报等,需要各地方申报单位提交纸质材料到厅局,厅局将反馈意见下发地方,申报单位修改材料再提交,日常管理工作时效性较低。自然保护地数据不能在线图面化查询并显示,监测数据和资源数据不能动态查询,日常管理工作的进度无法实时掌握。随着数字化、智能化的发展,移动互联网、物联网、云计算等新技术在各个领域的应用不断深入发展,数字化向智慧化转型成为趋势,自然保护地的信息化、智慧化建设成为发展新模式。坚持强化科技赋能、数字赋能,打造一体化管理平台,可以有效提高自然保护地管理水平[3]。自然保护地智能化建设管理是形势所驱,保护地智慧化管理建设,标志着自然保护地管理发展进入新时代。

鉴于此,本文基于云技术、物联网、3S技术等新技术,以数据平台为基础,充分应用各类数据,构建统一标准化的自然保护地管理平台,实现自然保护地数据、资源、监测、管理一体化管理,以达到自然保护地管理工作全过程信息化和可视化管理的目的。

1平台建立背景和意义

推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设,是贯彻生态文明思想的重大举措,是落实党的二十大重大改革任务的重要部署,是深入推进党的二十大精神的具体行动。我国1956年建立第一个自然保护地,经过60多年的发展,已建立了数量众多、类型丰富、功能多样的自然保护地,持续完善了自然保护地的建设和管理[2]。自2019年以来,建设智慧自然保护地多次在国家政策文件和相关规划中提及。随着自然保护地逐步推进发展,自然保护地从“数字林业”向“智慧林业”转变,建立统一调查监测体系,逐渐形成智慧化管理,依托平台和大数据,运用云计算、物联网等信息化手段,加强自然保护地监测数据集成分析和综合应用,全面掌握自然保护地生态系统构成、分布与动态变化,及时评估生态风险[2],建立以内容与数据为核心价值的大数据管理库,构建自然保护地智能化管理平台成为必然趋势。

建设自然保护地平台是摸清自然保护地家底的有力支撑。从2019年《指导意见》中明确指出我国到2025年初步建成以国家公园为主体的自然保护地体系以来,全国开展自然保护地整合优化工作[2],各省级行政单位对本区域内的自然保护地进行了全面的摸底调查和系统梳理,但现有的自然保护地平台不能实现实时查询、在线比对演示、保护地历史沿革寻迹等功能。本文的自然保护地管理平台研建,可实现自然保护地实时图面化查询查看管理、范围边界管理、历史数据查询等功能。

建设自然保护地平台是实现自然保护地资源动态监测的必然发展方向。对各项资源数据,省级单位会根据不同数据要求、部门需求进行年度变更,但是自然保护地内的数据若不能及时同步更新,则无法掌握保护地内各项资源数据的年度变化情况。自然保护地平台可以实现自然保护地内的资源数据年度更新、监测数据及时补充最新、多年度监测数据纵向对比、多类型数据横向比对,实现资源数据、监测数据的动态查看,实时管理。

建设自然保护地平台是自然保护地管理发展的时代趋势。目前,自然保护地的基础管理还停留在传统管理层面,保护地的范围边界功能区数据、资源数据以及建设项目等的管理都是由专人单线负责,无法实现实时调取。本文的自然保护地管理平台研建,可实现自然保护地边界范围、自然资源等各项数据的实时查看,保护地监测数据的实时查询,保护地内建设项目基本情况的实时了解;可最大程度地实现自然保护地的智能化管理;可节约大量人力物力,提升保护地管理水平。

2平台建设目标

以自然保护地数据可视化、项目管理监管一体化为原则,以自然保护地各类数据、日常工作在线管理为研究目标,更好地满足自然保护地管理部门的需求,解决自然保护地便捷管理的问题,完成传统化管理到智能化管理的转变,使用信息技术为自然保护地管理及体系智能化建设提供服务支撑。通过自然保护地管理平台的研建,实现自然保护地数据在线管理、图形查看、方案对比、资源数据查询、监测数据比较、建设项目管理等日常工作线上处理,提高自然保护地管理的有效性和便捷性,以及数据更新的时效性和综合管理能力,从而推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设工作。

3平台建设内容

自然保护地管理平台由数据、资源、监测、管理等4个独立模块即4个独立系统组成。“数据”模块针对自然保护地基础信息、空间地理信息、自然保护地整合优化前后变化信息等进行记录整理和统计管理;“资源”模块针对自然保护地内的土地资源、林地资源、湿地资源等自然资源,以及历史遗迹、建筑设施等人文资源进行实时查询管理和数据管理;“监测”模块针对保护地内的自然资源、生态系统、生物多样性、人为活动等进行综合监测数据管理、数据统计分析;“管理”模块针对自然保护地的设立调整、涉及保护地的各类项目、督查宣教管理等工作提供智能化管理支撑。

3.1“数据”模块研建

以2019年至2022年自然保护地整合优化前后数据为基础,将整合优化前落界的范围、功能区数据,整合优化后的范围、功能区数据,自然保护地功能区调整数据,调入、调出数据,以及矛盾问题数据等8类数据组成“数据”模块的基准数据库。将多个数据库聚合在该模块系统上,便于用户查询单体自然保护地的调整情况,梳理自然保护地变化的整体情况,实现保护地数据整体统一的便捷化实时查询。

3.2“资源”模块研建

将自然保护地内土地资源、林地资源、草地资源、湿地资源、动植物资源、其他基础资源数据,以及生态系统、自然景观、自然遗迹等资源数据集合,形成自然资源数据库;将历史遗迹、建筑设施、园林景观等数据合库,建成人文资源数据库。自然资源数据库和人文资源数据库进行分类型合一建库。在该模块系统下,实现保护地内多类型资源数据在统一底图上分层显示,实现单项资源数据实时查询和多类型资源数据叠加分析的功能。

3.3“监测”模块研建

对自然保护地内近几年的自然资源监测、生态系统监测、生物多样性监测、生态环境综合监测等各类监测数据进行统一建库,建立各类型分项监测数据纵向对比统计汇总数据集。将近几年的各类型监测数据进行图面化、数据化显示,并将各类数据纵向图形化对比,直观表示各年度监测数据的变化情况、变化趋势,以及变化图斑的情况。

3.4“管理”模块研建

围绕自然保护地内的各项管理工作进行该模块的研建。管理内容包括:自然保护地的设立新建、范围功能区调整、撤销等工作的申报、审核、审批管理;涉及到自然保护地的各类项目,如调查、监测、保护修复、线路穿越等项目的申报、审核、审批管理;保护地内的督查点位整改管理、宣教活动管理等。通过对上述保护地内各项管理工作的梳理,研建该模块,实现自然保护地从申请到审批的全流程化管理。

4主要技术路线

自然保护地管理平台是建设集自然保护地范围功能区基础数据实时查询、资源数据年度更新查看、监测数据纵向对比和日常管理工作在线处理于一体的综合信息管理平台。平台技术设计如图1所示。收集保护地各类数据,依据自然保护地基础数据、整合优化数据、资源数据、监测数据和管理数据的建库规范标准,对收集的各类型数据进行分析处理、逻辑检查。依托Oracle11g数据库平台支持的SDE空间数据库,对处理后的标准数据进行统一入库;通过ArcGISServer平台,将数据为地图服务。

自然保护地管理平台能够引用加载所的服务,实现对数据的浏览、查询、统计、更新等功能,其中更新操作可以按照数据库组织和内部循环方式,在数据发生更新时,将新数据再次提交入库及流程,完成数据汇交更新,以便平台中展示分析所使用的为最新数据。

4.1采用Oracle11g作为数据库平台

Oracle11g数据库管理系统支持大数据库、多用户的高性能事务处理,遵守数据存取语言、操作系统、用户接口和网络通信协议的标准,具有安全性和完整性控制,支持分布式数据库和分布处理,具有可移植性、可兼容性和可连接性等优点[4]。自然保护地数据包括范围功能区基础数据、资源数据、监测数据、日常管理数据等。可见,不但有大量的属性数据,还有大量的空间数据,具有数据量巨大、结构复杂、格式不统一等特性。采用Oracle11g数据库作为自然保护地数据的管理平台,其数据管理功能符合自然保护地海量空间信息存储的要求,同时还可较好地完成空间图形与属性一体化、矢量和栅格一体化的存储,实现空间海量数据的管理。

4.2采用ArcGIS软件作为GIS平台

ArcGIS平台是自然保护地管理平台的重要支撑平台。ArcGIS在ESRI的基础上,全面整合了GIS与数据库、软件工程、人工智能、网络技术及其它多方面的计算功能,支持海量数据存储,运行速度快,性能稳定,适合在Web计算机框架中建立服务器端的GIS应用,满足平台数据量大、集中管理应用的技术要求,符合自然保护地平台建设需求[5]。平台选用ArcGIS10.2版本,利用其全面、完善、可伸缩的特征,支撑空间数据的海量存储、编辑和管理。随着数据的更新、数据量的不断增长,利用ArcSDE,Oracle11g来实现空间海量数据的管理,采取有效策略和方法,对数据物理存储、数据索引、数据压缩、空间数据引擎、数据提取、数据缓存以及显示等一系列关键技术进行优化创新,提高海量空间数据的查询、浏览和调用速度[6]。

4.3基于B/S架构模式构建

自然保护地管理平台采用B/S架构模式构建,通过Web浏览器即可访问系统,并基于WebGIS技术实现图形辅助审查功能。自然保护地管理平台通过ArcGISSever将GIS系统丰富的空间浏览、空间查询、空间分析及属性管理功能进行Web,将图形信息和工作流程、业务管理等应用完全融合,实现图文一体化。自然保护地管理平台的“数据”、“资源”、“监测”模块系统还提供多种方式的图形数据展示、查询、分析等GIS服务,更好地实现自然保护地平台的图文交互。

5自然保护地管理平台设计和实现

5.1总体框架

研究省级自然保护地智能化管理技术方法,以保护地数据、资源、监测、管理等4个模块为研究点,分别建立各模块基础数据库;形成自然保护地内保护地数据一张图管理,资源数据多库合一管理,监测数据纵向统一对比管理,设立调整、撤销以及各类型项目全流程管理;实现自然保护地从基础数据到资源管理、监测数据年度变化到各类项目审批的全过程智能化管理。

自然保护地管理平台总体框架设计分为数据层、支撑层、应用层(图2):1)数据层。为整个应用系统提供数据支撑。将各类型数据收集整理后,按照自然保护地基础数据库、变化数据库、资源数据库、监测数据库、管理数据库等归类入库,根据各个模块的不同功能设置,调用相应的自然保护地空间数据服务,为支撑层的各项技术提供数据保证。2)支撑层。是构建自然保护地管理平台的基础性架构,起着承转作用。该层级以数据层中的各项数据库为基础支撑,通过各类型数据共享和交换平台,经协议适配、数据转换,对应用层提供海量数据访问、分析计算、信息展示、瓦片在线等服务[7],并将自然保护地管理平台功能中的各种功能流程构成服务总线,最终实现为应用层提供服务。3)应用层。直接面向用户使用的应用系统。通过数据、资源、监测、管理等4个模块的实现,用户在应用系统中发出功能请求,触发支撑层中相应的服务总线,进而将结果返回前台,实现对分析结果的界面展示。

5.2数据库框架设计

自然保护地管理平台各模块系统利用基础和变化数据、资源数据、监测数据、管理数据以及管理附件信息构建基础空间数据(图3)。其中:基础和变化数据、资源数据、监测数据和管理数据以地图服务方式存储,通过的服务链接可获取所有与要素关联的属性信息,形成属性数据库;管理附件信息以文件的形式录入并存储在服务器上设定好的文件位置,作为系统的文件数据库。自然保护地管理平台通过服务加载的方式将属性数据库引入,通过与服务器的数据析取和传输流程读取对应的文件信息,将入库的数据应用于系统功能之中,构建完善闭环的平台数据库框架。

作者：谷洁 路秋玲 胡绪垚 刘虎祥 刘楠 作者：国家林业和草原局西北调查规划院 旱区生态水文与灾害防治国家林业和草原局重点实验室