小五臺山自然保護(hù)區(qū)智慧管理平臺應(yīng)用研究

萬少欣

（河北小五臺山國家級自然保護(hù)區(qū)管理中心，河北 張家口 075700）

0 引言

近年來，河北小五臺山自然保護(hù)區(qū)陸續(xù)搭建了部分區(qū)域的森林防火視頻監(jiān)測、巡護(hù)監(jiān)測、紅外相機(jī)監(jiān)測、有害生物監(jiān)測等保護(hù)區(qū)業(yè)務(wù)需求的信息化保護(hù)監(jiān)測系統(tǒng)。但整體建設(shè)信息化支撐手段有限，缺乏統(tǒng)一的規(guī)劃，系統(tǒng)建設(shè)相互獨立，已無法滿足保護(hù)區(qū)生態(tài)保護(hù)、自身建設(shè)、科研監(jiān)測、公眾意識教育等方面的發(fā)展需求。建立智慧平臺，將保護(hù)區(qū)從傳統(tǒng)管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字化管理模式，從分散管理轉(zhuǎn)變?yōu)閰f(xié)同管理，從而有效整合各項業(yè)務(wù)，提升保護(hù)管理成效。運用現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)，提高生物多樣性保護(hù)能力，維護(hù)國家生態(tài)安全，實現(xiàn)人與自然的和諧共生[1]，為建設(shè)“平安、和諧、智慧、幸?！毙∥迮_山自然保護(hù)區(qū)提供支撐。

1 小五臺山國家級自然保護(hù)區(qū)背景介紹

保護(hù)區(qū)地處太行山、燕山、恒山三山交匯處，位于蔚縣和涿鹿縣南部山區(qū)，東與北京市門頭溝區(qū)接壤，距北京市區(qū)125km，北距張家口市區(qū)150km，南距石家莊市區(qū)230km，主峰東臺海拔2882m，為太行山主峰，京津冀最高峰，總面積為26700hm2。據(jù)不完全統(tǒng)計，小五臺山自然保護(hù)區(qū)分布有野生高等植物1637 種，有國家Ⅱ級保護(hù)野生植物大花杓蘭、紅景天、野大豆、手參等10 種。區(qū)內(nèi)有陸生脊椎野生動物201 種，國家Ⅰ級保護(hù)野生動物有褐馬雞、金雕、白肩雕、大鴇、黑鸛、獵隼、禿鷲和金錢豹8 種，國家Ⅱ級保護(hù)野生動物有黑鳶、蒼鷹、勺雞、雕鸮、兔猻、中華斑羚等32 種。森林覆蓋率由1986 年的54.9%增加到現(xiàn)在的78.4%，為京西筑起綠色生態(tài)屏障，為蔚涿兩縣生態(tài)、經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展做出了積極貢獻(xiàn)。

2 小五臺山自然保護(hù)區(qū)智慧管理平臺構(gòu)架

該智慧平臺采用五層建設(shè)構(gòu)架思路，具體包括：感知層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層、平臺層、業(yè)務(wù)層。將大數(shù)據(jù)、人工智能等先進(jìn)技術(shù)與保護(hù)區(qū)業(yè)務(wù)知識及應(yīng)用體系深度融合，面向各層級決策層、社會公眾層等提供開放共享平臺，形成業(yè)務(wù)流程、生態(tài)模型、告警預(yù)警、評價評估、決策指揮等生物多樣性保護(hù)能力。智慧平臺網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淙鐖D1 所示。

圖1 智慧平臺網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?/p>

2.1 一張網(wǎng)感知監(jiān)測層

智慧平臺的數(shù)據(jù)獲取保障，負(fù)責(zé)采集和匯聚空天地人一體化生態(tài)環(huán)境和生物多樣性監(jiān)測數(shù)據(jù)，具體包括生態(tài)環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，生物多樣性監(jiān)測數(shù)據(jù)采集，巡護(hù)及人為活動數(shù)據(jù)采集，以及自然資源動態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)采集等，通過多方位的數(shù)據(jù)資源采集，為系統(tǒng)的全面建設(shè)提供優(yōu)質(zhì)的數(shù)據(jù)保障。

2.2 一中心基礎(chǔ)設(shè)施層

智慧平臺的基礎(chǔ)運行保障，負(fù)責(zé)提供基礎(chǔ)設(shè)施資源，具體包括：網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的建設(shè)、機(jī)房提升改造、多媒體設(shè)備升級等，通過全面的基礎(chǔ)設(shè)置搭建，可為系統(tǒng)的全面建設(shè)提供良好的基礎(chǔ)。

2.3 一套數(shù)數(shù)據(jù)服務(wù)層

智慧平臺的數(shù)據(jù)服務(wù)保障，負(fù)責(zé)存儲和管理各類設(shè)備所采集的數(shù)據(jù)，具體分為兩個小層：數(shù)據(jù)資源存儲層和數(shù)據(jù)資源處理層。數(shù)據(jù)資源存儲層使用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)存儲各類數(shù)據(jù)資源，同時建立各類數(shù)據(jù)的空間和屬性索引信息為實際應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支持；數(shù)據(jù)資源處理層通過數(shù)據(jù)引擎和數(shù)據(jù)訪問接口獲取各類數(shù)據(jù)，該層的用戶無須知道數(shù)據(jù)資源是如何存儲和管理的，只需按業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，通過數(shù)據(jù)服務(wù)提取所需數(shù)據(jù)資源信息。

2.4 一平臺支撐服務(wù)層

通過整合保護(hù)區(qū)現(xiàn)有及新建的各類數(shù)據(jù)資源，集約構(gòu)建保護(hù)區(qū)地理信息系統(tǒng)平臺及統(tǒng)一資源管理平臺，提供基于時空地理的數(shù)據(jù)采集、匯聚、處理、交換、共享、模型運算、智能分析、可視化管理等服務(wù)，實現(xiàn)保護(hù)區(qū)各有關(guān)部門信息的互聯(lián)互通，建立協(xié)同高效的保護(hù)區(qū)管理模式。

2.5 一張圖業(yè)務(wù)應(yīng)用層

智慧平臺的業(yè)務(wù)服務(wù)保障，負(fù)責(zé)提供適合保護(hù)區(qū)資源管理特點的智慧監(jiān)管信息服務(wù)系統(tǒng)，具體可分為多個應(yīng)用子系統(tǒng)。通過多業(yè)務(wù)系統(tǒng)的全面搭建，可為保護(hù)區(qū)管理部門提供一個有效的資源管理、人員管理、資金管理、輔助作業(yè)設(shè)計以及檢查驗收、監(jiān)測和評估的工具，同時以利于提高信息收集、處理速度和質(zhì)量，為制定管理措施、與上級主管部門交換數(shù)據(jù)提供手段?；跀?shù)據(jù)的融合和分析，有效整合、管理保護(hù)區(qū)天空地人一體化監(jiān)測體系各類監(jiān)測數(shù)據(jù)，實現(xiàn)保護(hù)區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用與監(jiān)測體系高度融合，從中提取出面向自然保護(hù)區(qū)業(yè)務(wù)應(yīng)用、科普宣教（公眾）和專題情景的大數(shù)據(jù)展示應(yīng)用。

3 智慧管理平臺建設(shè)內(nèi)容

小五臺山自然保護(hù)區(qū)目前平臺建設(shè)內(nèi)容主要包括11 個方面，分別是本底資源管理系統(tǒng)、全業(yè)務(wù)應(yīng)用體系一張圖、生物多樣性分析及AI 識別系統(tǒng)、領(lǐng)導(dǎo)駕駛艙、設(shè)備管理系統(tǒng)、項目管理系統(tǒng)、動植物救助管理系統(tǒng)、有害生物管理系統(tǒng)、林長制管理系統(tǒng)、智慧保護(hù)區(qū)微信小程序、統(tǒng)一資源管理。小五臺山保護(hù)與監(jiān)測體系如圖2 所示。

圖2 小五臺山保護(hù)與監(jiān)測體系

3.1 本底資源管理系統(tǒng)

通過對保護(hù)區(qū)基礎(chǔ)地理、空間規(guī)劃、自然資源、生物多樣性、管理資源、科研監(jiān)測和信息數(shù)據(jù)管理支撐，建立保護(hù)區(qū)本底資源數(shù)據(jù)的采集、傳輸、管理和使用的一套技術(shù)體系和管理體系，實現(xiàn)多種類型的自然資源在基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)平臺上的集成管理。通過電子地圖形式將相關(guān)數(shù)據(jù)追蹤到山頭地塊，對各類數(shù)據(jù)實現(xiàn)其可管、可查、可視，從而解決“自然資源分布在哪”的問題，為保護(hù)區(qū)各業(yè)務(wù)部門和決策者掌控保護(hù)區(qū)基礎(chǔ)資源和生態(tài)保護(hù)的生物多樣性科學(xué)數(shù)據(jù)，提供科學(xué)性和有效性技術(shù)保障。

3.2 全業(yè)務(wù)應(yīng)用體系一張圖

基于地理信息技術(shù)和北斗定位技術(shù)及國家標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理技術(shù)，立足于實際應(yīng)用，將多種數(shù)據(jù)信息按照林草行業(yè)實際管理標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分管理，實時上圖，進(jìn)行數(shù)據(jù)可視化管理和分析，做到“可看、可用、可分析”的原則。以三維模式對保護(hù)區(qū)全業(yè)務(wù)進(jìn)行整體一張圖可視化，根據(jù)類別、區(qū)域范圍等條件可查詢或統(tǒng)計資源數(shù)據(jù)相關(guān)信息，并可在地圖上直觀展示業(yè)務(wù)資源的分布情況。通過三維電子地圖形式將相關(guān)數(shù)據(jù)追蹤到山頭地頭，對各類數(shù)據(jù)實現(xiàn)其可管、可查、可視，從而解決“業(yè)務(wù)全圖管控”的問題，促進(jìn)保護(hù)區(qū)生物多樣性保護(hù)和可持續(xù)利用事業(yè)的發(fā)展。

3.3 生物多樣性分析及AI 識別系統(tǒng)

基于小五臺山自然保護(hù)區(qū)本底資源調(diào)查為基礎(chǔ)，利用紅外相機(jī)、視頻監(jiān)測、聲紋監(jiān)測、衛(wèi)星定位追蹤動物、人工專項調(diào)查等技術(shù)手段構(gòu)建生物多樣性動態(tài)監(jiān)測感知體系，集合生態(tài)學(xué)、動物學(xué)、空間地理信息學(xué)，按照空間、時間、管轄范圍、生態(tài)區(qū)域、生境分布、物種等不同角度、不同維度、不用層次進(jìn)行生物多樣性大數(shù)據(jù)分析與評價，評估保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)宏觀結(jié)構(gòu)、物種多樣性區(qū)域分布、生物多樣性保護(hù)現(xiàn)狀與空缺，充分掌握保護(hù)區(qū)資源現(xiàn)狀、保護(hù)對象情況及受外界干擾威脅程度、自身潛在威脅程度，并最終支撐整個保護(hù)區(qū)的生態(tài)保護(hù)和發(fā)展。

通過AI 識別功能，能夠初步將采集到的動植物影像及聲紋進(jìn)行識別，再通過人工二次鑒定后，確定其種的名稱。為以后物種的鑒別工作提供便利。

3.4 領(lǐng)導(dǎo)數(shù)據(jù)駕駛艙

將保護(hù)區(qū)管理服務(wù)工作從定性變?yōu)槎?、靜態(tài)變?yōu)閯討B(tài)、單一變?yōu)榫C合，以大屏數(shù)字看板可視化形式呈現(xiàn)各項監(jiān)測信息。以遙感影像和電子地圖為載體，以各類傳感設(shè)施設(shè)備構(gòu)建的天、空、地、人全方位監(jiān)測體系獲取的感知監(jiān)測數(shù)據(jù)為依據(jù)，通過各業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)實時接入、數(shù)據(jù)融合、信息處理、AI 時空分析、數(shù)據(jù)挖掘等服務(wù)，建立多元數(shù)據(jù)分析模型，分析評估保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)，對可能發(fā)生的生態(tài)安全事件進(jìn)行預(yù)警預(yù)測，最終為保護(hù)區(qū)監(jiān)管進(jìn)行動態(tài)模擬和決策，實現(xiàn)對保護(hù)區(qū)整體數(shù)字化分析可視化，充分挖掘數(shù)據(jù)價值，為管理工作提供切實可靠的數(shù)據(jù)支持。

3.5 設(shè)備管理系統(tǒng)

對保護(hù)區(qū)各類監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行合理化、規(guī)范化、系統(tǒng)化、精細(xì)化管理，對保護(hù)區(qū)所有的感知監(jiān)測設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化、自動化、科學(xué)化的全過程、全壽命動態(tài)管理，及時掌握設(shè)備系統(tǒng)性能和運行狀態(tài)，進(jìn)行預(yù)先管控，實現(xiàn)設(shè)備動態(tài)管理[2]。

3.6 項目管理系統(tǒng)

利用信息技術(shù)，整合和優(yōu)化業(yè)務(wù)處理模式[3]，實現(xiàn)項目立項、項目規(guī)劃、項目過程管理、項目核查、項目變更、項目匯報、項目評估、項目經(jīng)費、項目驗收和項目資料歸檔全過程的規(guī)范化、科學(xué)化管理，實現(xiàn)保護(hù)區(qū)各項目業(yè)務(wù)處理過程的電子化、自動化管理。以達(dá)到方便、高效地管理和控制項目活動，滿足管理與決策的需要，為管理者對各類項目成果的正確評估提供依據(jù)。

3.7 動植物救助管理系統(tǒng)

建立系統(tǒng)化的野生動植物救助體系，實現(xiàn)對野生動植物救助的全流程跟蹤管理。采用現(xiàn)代化計算機(jī)軟件、手持式移動設(shè)備及軟件、人工智能算法、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，整合和優(yōu)化救助處理模式，實現(xiàn)動植物救助登記、檢查、診療、飼養(yǎng)、放歸等全程規(guī)范化、科學(xué)化管理，實現(xiàn)保護(hù)區(qū)對野生動植物救助業(yè)務(wù)處理的全過程電子化、自動化管理。通過完善源頭管理長效機(jī)制，加強(qiáng)野生動植物資源保護(hù)，使重點保護(hù)野生動植物得到恢復(fù)和增加，生態(tài)系統(tǒng)類型得到有效保護(hù)，從而實現(xiàn)野生動植物資源的良性循環(huán)，保證人與自然和諧發(fā)展。

3.8 有害生物管理系統(tǒng)

針對保護(hù)區(qū)蟲情、病害、外來入侵物種的林業(yè)有害生物監(jiān)測、預(yù)警、防治管理需求，開發(fā)基于監(jiān)測數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析、預(yù)警發(fā)布與指揮決策、監(jiān)測防治工作等功能，結(jié)合移動終端實現(xiàn)有關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計查詢、外業(yè)工作管理、消息中心、知識庫查詢與系統(tǒng)設(shè)置等功能的移動調(diào)查監(jiān)測系統(tǒng)。

3.9 林長制管理系統(tǒng)

本系統(tǒng)立足當(dāng)前小五臺山自然保護(hù)區(qū)林長制工作要求和重點，強(qiáng)化科技支撐，以保護(hù)區(qū)林長制工作實施制度為基礎(chǔ)，建設(shè)保護(hù)區(qū)智慧林長制管控系統(tǒng)。實現(xiàn)林長制工作機(jī)制下的各級林長領(lǐng)導(dǎo)、績效考核、工作協(xié)同。逐步建立重點區(qū)域?qū)崟r監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，及時掌握資源動態(tài)變化，不斷完善保護(hù)區(qū)動態(tài)檢測體系，提升資源監(jiān)測智慧化水平[4]。構(gòu)建屬地負(fù)責(zé)、部門協(xié)同、源頭治理、全域覆蓋的長效機(jī)制，統(tǒng)籌山水林田草系統(tǒng)治理，加快推進(jìn)美麗保護(hù)區(qū)建設(shè)。

3.10 智慧保護(hù)區(qū)微信小程序

小程序立足于介紹保護(hù)區(qū)建設(shè)、參與保護(hù)區(qū)建設(shè)、共容保護(hù)區(qū)建設(shè)，使公眾了解對自然保護(hù)區(qū)的物種與生態(tài)環(huán)境、自然保護(hù)的意義與方法、自然保護(hù)區(qū)所處區(qū)域的地理條件特征、傳統(tǒng)文化和地方鄉(xiāng)土文化方面的知識，在方便訪客暢享生態(tài)文明建設(shè)成果的同時，參與生物多樣性保護(hù)的行動中[5]。

3.11 統(tǒng)一資源管理

小五臺山自然保護(hù)區(qū)智慧保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)中心，存儲保護(hù)區(qū)各個業(yè)務(wù)相關(guān)的監(jiān)測管理運行的所有資源統(tǒng)計和評價數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一登陸平臺遠(yuǎn)程訪問、關(guān)注、查詢各管控平臺的生態(tài)保護(hù)、資源管理、科研監(jiān)測、監(jiān)督管理、宣教管理、社區(qū)發(fā)展與共建管理等業(yè)務(wù)運行數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

河北小五臺山國家級自然保護(hù)區(qū)智慧平臺的建立，將從根本上改善保護(hù)區(qū)的通信基礎(chǔ)設(shè)施條件，形成保護(hù)區(qū)面積90%以上的生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)，進(jìn)而構(gòu)建物聯(lián)網(wǎng)和各類移動智能終端的保護(hù)區(qū)野生動植物野外監(jiān)測體系。對環(huán)境破壞、森林災(zāi)害等開展監(jiān)測預(yù)警，加強(qiáng)對重點保護(hù)對象的監(jiān)測，為今后開展保護(hù)工作提供科學(xué)依據(jù)；在保護(hù)區(qū)日常管理上，實現(xiàn)對巡護(hù)人員及區(qū)內(nèi)人員的實時監(jiān)控管理，提高保護(hù)區(qū)日常業(yè)務(wù)管理和服務(wù)水平。另外，項目的實施，也必將帶動保護(hù)區(qū)科技的發(fā)展，推動保護(hù)區(qū)逐步向現(xiàn)代化管理邁進(jìn)。