大熊貓國家公園臥龍數(shù)字平臺的應(yīng)用探討

葉 平 劉明沖 譚迎春 龍婷婷 何廷美

（四川臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，四川汶川 623006）

臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)（以下簡稱保護(hù)區(qū)）位于四川省汶川縣境內(nèi)，面積20萬hm2，是以保護(hù)大熊貓及其棲息地為主，集生物多樣性保護(hù)為一體的高山森林生態(tài)系統(tǒng)綜合性自然保護(hù)區(qū)[1-2]，享有“熊貓之鄉(xiāng)”“寶貴的生物光譜基因庫”“天然動(dòng)植物園”等美譽(yù)。對這些物種的保護(hù)就是對全球生物多樣性的保護(hù)，進(jìn)而為全人類保護(hù)環(huán)境做出貢獻(xiàn)。該保護(hù)區(qū)主要保護(hù)大熊貓、雪豹、金絲猴、珙桐等珍稀動(dòng)植物以及高山森林生態(tài)系統(tǒng)，是四川省面積最大、自然條件最復(fù)雜、珍稀動(dòng)植物種類最多的綜合性國家級自然保護(hù)區(qū)[3]。多年來，臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)采取部（局）、省雙重領(lǐng)導(dǎo)機(jī)制，直屬國家林業(yè)和草原局，由四川省林業(yè)廳代管，1983年成立臥龍?zhí)貏e行政區(qū)，與臥龍自然保護(hù)區(qū)管理局合署辦公，逐步形成了政事合一的管理體制[4]。

1 信息化建設(shè)概況

臥龍的信息化建設(shè)起步較晚，在2008年汶川大地震后，在國家林業(yè)局和香港特別行政區(qū)的援助下，相繼建設(shè)了“數(shù)字臥龍”“智慧旅游”“防火監(jiān)測”等系統(tǒng)，部分系統(tǒng)的建設(shè)歷史達(dá)8年以上，目前相關(guān)系統(tǒng)的監(jiān)測能力損耗比較嚴(yán)重。同時(shí)，原有各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)在建設(shè)過程中相對獨(dú)立，缺乏信息交互機(jī)制和手段，導(dǎo)致數(shù)據(jù)無法綜合利用，亟須采用先進(jìn)技術(shù)手段對各類系統(tǒng)和數(shù)據(jù)進(jìn)行融合。2020年，利用“臥龍大熊貓國家公園保護(hù)利用設(shè)施建設(shè)項(xiàng)目”建設(shè)大熊貓國家公園臥龍數(shù)字平臺（圖1），結(jié)合最新的物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)，充分融合既有建設(shè)成果，深入挖掘臥龍雄厚的科研數(shù)據(jù)資源，積極探索“空天地一體化”綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)，進(jìn)一步提升臥龍大熊貓國家公園相關(guān)工作者的科研能力和管理能力，使臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)的科研水平和管理水平繼續(xù)保持全國領(lǐng)先。

2 大熊貓國家公園臥龍數(shù)字平臺的應(yīng)用成效

2.1 完善了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施設(shè)備建設(shè)

大熊貓國家公園臥龍數(shù)字平臺在“數(shù)字臥龍”項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，完善了基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)設(shè)施設(shè)備。首先，繼續(xù)采用TCP/IP技術(shù)、光纖傳輸、微波傳輸、超短波傳輸及北斗定位相結(jié)合的通信技術(shù)，將分布在區(qū)域內(nèi)的各辦公機(jī)構(gòu)和保護(hù)站點(diǎn)“一網(wǎng)聯(lián)通”，實(shí)現(xiàn)了一體化信號傳輸體系。其次，繼續(xù)采用虛擬技術(shù)、云計(jì)算的服務(wù)器部署方案和基于SAN的備份技術(shù)，完善了“兩個(gè)中心”的服務(wù)器與案例設(shè)備，提高了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的安全性，為隨時(shí)應(yīng)對災(zāi)情提供了保障。最后，利用網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，延展了平臺的可開放性和可擴(kuò)展性，融合了包括 “數(shù)字臥龍”“林火監(jiān)測”“山洪預(yù)警”“科研監(jiān)測”“智慧生態(tài)旅游”“網(wǎng)格化監(jiān)管平臺”“平安臥龍”等系統(tǒng)，建成了大熊貓國家公園臥龍數(shù)字平臺和森林防火監(jiān)控平臺，使各系統(tǒng)在前端設(shè)備數(shù)據(jù)采集、主干光纜數(shù)據(jù)傳輸?shù)扔布O(shè)備方面實(shí)現(xiàn)了資源共享，為統(tǒng)一平臺展示、臥龍保護(hù)與科研、社區(qū)發(fā)展、生態(tài)旅游等提供了基礎(chǔ)支撐和信息化技術(shù)保障。

2.2 提高了資源保護(hù)監(jiān)管水平

在已建語音塔、監(jiān)控?cái)z像頭的基礎(chǔ)上，新建超短波通信基站、紅外相機(jī)接收基站，布控紅外相機(jī)，整合科研監(jiān)測、網(wǎng)格化巡護(hù)、智慧旅游等系統(tǒng)，探索綜合監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系建設(shè)，從而實(shí)現(xiàn)了對大熊貓棲息地生態(tài)環(huán)境和關(guān)鍵點(diǎn)位的有效監(jiān)控和管理，解決了傳統(tǒng)生態(tài)資源保護(hù)模式落后的問題。一是整合原有基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括云臺、煙火識別、攝像頭系統(tǒng)等，并擴(kuò)展了一些設(shè)備設(shè)施，形成了更全面、更專業(yè)的360°自動(dòng)巡航的林火監(jiān)測系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)全天24 h不間斷巡航與監(jiān)控。臥龍保護(hù)區(qū)連續(xù)48年無森林大火，大熊貓棲息地資源保護(hù)工作成效顯著[5]。二是通過整合并新增部分生態(tài)環(huán)境因子監(jiān)測系統(tǒng)，采集氣象和水質(zhì)監(jiān)測站的溫度、濕度、雨量、pH值、氨氮含量、光照等10余種數(shù)據(jù)，形成微環(huán)境分析模型，直觀生成報(bào)表，為保護(hù)區(qū)大環(huán)境監(jiān)測、生態(tài)保護(hù)分析提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。三是監(jiān)控信息系統(tǒng)將分布在野外的監(jiān)控探頭及對應(yīng)的軟件體系整合并新增至476個(gè)，在野生動(dòng)物活動(dòng)頻繁的區(qū)域及棲息地保護(hù)的主要出入口布設(shè)監(jiān)控點(diǎn)位，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)共享監(jiān)控信息資源和監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集、統(tǒng)計(jì)、分析、查詢和報(bào)告等。工作人員在辦公室或指揮中心即可了解實(shí)況。目前，保護(hù)區(qū)已監(jiān)測到大量的大熊貓、金絲猴、水鹿、扭角羚等約10 000條野生動(dòng)物的視頻資料，為大熊貓棲息地的監(jiān)測和保護(hù)提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。四是進(jìn)行資源“一張圖”綜合管理（圖2），將保護(hù)區(qū)本底資源數(shù)據(jù)整理后形成專題圖層，包括林地資源“一張圖”、森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)、珍稀動(dòng)植物分布區(qū)域和主要干擾因子分布等。將基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)導(dǎo)入系統(tǒng)后，可通過圖層疊加對各類動(dòng)植物分布域進(jìn)行對比分析，使工作人員通過對數(shù)據(jù)資源的提取和轉(zhuǎn)化，以直觀的方式熟悉業(yè)務(wù)管理，提高其決策分析能力。五是基于8個(gè)語音基站、4個(gè)超短波通信基站與對講機(jī)結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)語音系統(tǒng)，擴(kuò)展了8套微波基站，實(shí)現(xiàn)無信號區(qū)域應(yīng)急通信。巡護(hù)人員利用網(wǎng)格化巡護(hù)App的移動(dòng)終端設(shè)備進(jìn)行巡護(hù)定位并記錄，現(xiàn)場將照片、錄像、錄音、文字等數(shù)據(jù)傳至管理平臺。在資源保護(hù)監(jiān)管方面，實(shí)現(xiàn)了從傳統(tǒng)的依賴于紙、筆的巡護(hù)保護(hù)管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)橘Y源保護(hù)智慧化監(jiān)管模式的一次革新，既保障了巡護(hù)人員人身安全，又保證了各類資源數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸和數(shù)據(jù)的真實(shí)性，提升了資源保護(hù)工作效率。

2.3 提升了科學(xué)研究效率

繼續(xù)采用B/S架構(gòu)、GPS定位、三維可視化技術(shù)、GIS技術(shù)、多媒體技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)等，新增了交換機(jī)、NVR存儲(chǔ)設(shè)備及安全設(shè)備等，搭建了更完善的保護(hù)區(qū)信息化資源服務(wù)“云平臺”，多方位、多系統(tǒng)地為大熊貓保護(hù)科研提供技術(shù)支持和數(shù)據(jù)分析，在一定程度上改變了大熊貓保護(hù)科研工作的傳統(tǒng)模式，提高了保護(hù)科研的效率和水平。新建成了紅外線超短波系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過超短波、微波、運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)“三網(wǎng)”融合傳輸技術(shù)，可以讓紅外相機(jī)拍攝的圖片和視頻實(shí)時(shí)傳到數(shù)據(jù)中心，解決了以前需要人工定期取相機(jī)圖片而耗費(fèi)大量人力資源的問題。系統(tǒng)接收到圖片數(shù)據(jù)后，可以利用大熊貓國家公園臥龍數(shù)字平臺的動(dòng)物識別算法對圖片進(jìn)行自動(dòng)識別、歸類，并形成基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，避免后期人工整理費(fèi)時(shí)費(fèi)力，提升大熊貓及伴生動(dòng)物科研水平，增強(qiáng)科研工作者綜合業(yè)務(wù)能力。2021年投入至今共拍攝到大熊貓5次、視頻13段、照片4張（圖3），拍攝到雪豹2次、視頻3 段、照片 1 張（圖 4），還拍攝到羚牛（圖 5）、水鹿、毛冠鹿、斑羚、巖羊、小熊貓、野豬等野生動(dòng)物。不同點(diǎn)位的照片累積到一定數(shù)量后，科研工作者在室內(nèi)就能對各物種的生境要求、遷徙規(guī)律、活動(dòng)狀況等進(jìn)行研究，探索動(dòng)物的奧秘和保護(hù)成效，為管理保護(hù)區(qū)提供參考。

2.4 整合了電子政務(wù)、門戶網(wǎng)站等辦公系統(tǒng)

電子政務(wù)系統(tǒng)主要集中在“OA辦公”（圖6）中，其建設(shè)依托電子認(rèn)證、電子印章、數(shù)字簽名等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部公文流轉(zhuǎn)的無紙化傳輸，以提高決策質(zhì)量和工作效率。電子政務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了保護(hù)區(qū)各部門日常辦公業(yè)務(wù)數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化以及信息公開制度化，促進(jìn)了各部門業(yè)務(wù)流程和信息交換的規(guī)范化，同時(shí)減少了管理工作的隨意性。門戶網(wǎng)站的建設(shè)不僅加大了信息宣傳力度，還提高了辦事效率。基于“一張網(wǎng)”的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將電子政務(wù)辦公系統(tǒng)、門戶網(wǎng)站等系統(tǒng)整合到大熊貓國家公園臥龍數(shù)字平臺中，整合了電子政務(wù)、電子郵件、視頻會(huì)議等功能，改變了以前系統(tǒng)分散、網(wǎng)址眾多的局面，實(shí)現(xiàn)了辦公的協(xié)同化、智能化以及可異地化，極大程度提高了政務(wù)辦工效率。

2.5 提升了智慧生態(tài)旅游體驗(yàn)

臥龍智慧生態(tài)旅游系統(tǒng)用新的發(fā)展理念引領(lǐng)保護(hù)區(qū)的旅游業(yè)發(fā)展，帶動(dòng)當(dāng)?shù)厝罕娫鍪铡Ｖ饕迷朴?jì)算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等多種先進(jìn)技術(shù)，整合完成了集智慧管理、智慧營銷、智慧服務(wù)、智慧體驗(yàn)為一體的臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)綜合管控平臺系統(tǒng)，形成了業(yè)務(wù)平臺中“臥龍與您”的“訪客管理”“虛擬宣教館”“資訊網(wǎng)”“旅游大數(shù)據(jù)”“全球旅游分銷”等子系統(tǒng)（圖7），實(shí)現(xiàn)了保護(hù)區(qū)旅游信息互聯(lián)互通，強(qiáng)化了保護(hù)區(qū)景點(diǎn)的監(jiān)管，實(shí)現(xiàn)了保護(hù)區(qū)資源整合、營銷與宣傳，提升了保護(hù)區(qū)旅游服務(wù)質(zhì)量，并保障了游客安全。通過“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧旅游系統(tǒng)的建設(shè)，推動(dòng)保護(hù)區(qū)旅游以“創(chuàng)新管理、提升服務(wù)、促進(jìn)營銷、尊享體驗(yàn)”方式邁出新的步伐，不僅促進(jìn)了保護(hù)區(qū)旅游行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、提質(zhì)增效，還帶動(dòng)了當(dāng)?shù)匕傩赵鍪罩赂弧?/p>

3 存在的問題

3.1 超短波基站的覆蓋面積亟須擴(kuò)大

該保護(hù)區(qū)環(huán)境特殊，野生動(dòng)植物異常豐富，探索未知世界是歷代臥龍科研人員的夢想。但是，傳統(tǒng)的野外動(dòng)植物監(jiān)測需要民工和科研監(jiān)測人員提前安置紅外相機(jī)、定期更換電池，取回存儲(chǔ)卡后才能掌握實(shí)際拍攝情況。大熊貓國家公園臥龍數(shù)字平臺紅外相機(jī)超短波實(shí)時(shí)傳輸系統(tǒng)解決了這些困境，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程監(jiān)測管理紅外相機(jī)設(shè)備相關(guān)情況，如電池耗電情況等。當(dāng)拍攝到野外動(dòng)物時(shí)，信息實(shí)時(shí)回傳至數(shù)據(jù)中心，讓科研工作人員遠(yuǎn)程及時(shí)掌握特定區(qū)域動(dòng)物的活動(dòng)情況，并能及時(shí)統(tǒng)計(jì)分析其活動(dòng)規(guī)律、范圍、生境等信息。由于保護(hù)區(qū)面積大，需要增加野外監(jiān)控?cái)?shù)量、加大信號覆蓋面積，以實(shí)現(xiàn)野生動(dòng)植物大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)回傳，從而幫助科研工作者在室內(nèi)進(jìn)行大范圍觀測。

3.2 動(dòng)物自動(dòng)識別率和準(zhǔn)確率有待提高

紅外相機(jī)超短波實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)拍攝光線變化、風(fēng)吹草動(dòng)和動(dòng)物動(dòng)態(tài)變化的照片或視頻，因而存儲(chǔ)了大量光線變化的風(fēng)景照片。此外，紅外相機(jī)超短波實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)中還存有晚上動(dòng)物出沒時(shí)拍攝不全而導(dǎo)致無法識別的照片等。希望通過各種技術(shù)手段增加系統(tǒng)各種動(dòng)物照片的數(shù)據(jù)量，從而不斷提高動(dòng)物的識別率和準(zhǔn)確率。

3.3 部分軟件閑置，需要升級軟件，以提高其使用率

該平臺整合了以往的軟件系統(tǒng)，部分軟件如數(shù)據(jù)采集管理系統(tǒng)、野外數(shù)據(jù)采集與信息系統(tǒng)、保護(hù)區(qū)監(jiān)控信息管理系統(tǒng)等出現(xiàn)了閑置的情況。系統(tǒng)使用頻率低的主要原因：一方面，這部分軟件在開發(fā)之初未能很好地結(jié)合保護(hù)區(qū)科研、保護(hù)的工作實(shí)際，不能滿足保護(hù)、科研工作人員的需求，導(dǎo)致開發(fā)出來的軟件不實(shí)用；另一方面，部分軟件的使用會(huì)導(dǎo)致野外巡護(hù)人員的工作日志信息泄露，損害其經(jīng)濟(jì)利益，部分工作人員不愿使用。因此，應(yīng)對軟件定期進(jìn)行升級換代，在充分調(diào)研保護(hù)區(qū)需求的基礎(chǔ)上，強(qiáng)化職能職責(zé)，從上至下適應(yīng)新形勢，以提高各部分軟件的使用率。

4 展望

臥龍國家級自然保護(hù)區(qū)信息化建設(shè)已經(jīng)在“數(shù)字臥龍”階段取得了較好的成果，在“智慧臥龍”方面進(jìn)行有益探索，大熊貓國家公園臥龍數(shù)字平臺已建成并運(yùn)行建設(shè)。信息化的更新?lián)Q代非?？?，資金投入巨大[6-8]，后期維護(hù)成本非常高。依據(jù)“十四五”規(guī)劃中對信息化的要求，依托《全國一體化大數(shù)據(jù)中心協(xié)同創(chuàng)新體系算力樞紐實(shí)施方案》，遵循《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》《中華人民共和國政府信息公開條例》《中華人民共和國數(shù)據(jù)安全法》等法律法規(guī)朝向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化、數(shù)字化等方向發(fā)展，這對保護(hù)區(qū)人才培養(yǎng)提出了更高的挑戰(zhàn)與要求[9-12]。以打造大熊貓國家公園臥龍數(shù)字中心為目標(biāo)，今后還需要專業(yè)性人才進(jìn)行臥龍信息化的規(guī)劃、建設(shè)與維護(hù)，政府事業(yè)單位可采取第三方服務(wù)的方式完成這類工作[13-15]。