書院洲國家濕地公園濕地科研監測技術研究

周記超，張開峰，馬波濤，蹇衛衛

(1.湖南安鄉書院洲國家濕地公園，湖南 常德 415600；2.湖南尚文科技有限公司，湖南 長沙 410005)

1 引言

濕地是重要的生態資源，更是重要的生態系統。濕地以其巨大的環境調節功能和生態效益,被譽為“地球之腎”。它不僅在維護生物多樣性、維持生態平衡方面有不可替代的綜合功能，也有其經濟與社會價值，對促進地方性的可持續性發展起到了至關重要的作用。本文以湖南安鄉書院洲國家濕地公園濕地科研監測建設項目方案設計為研究對象，探索其在信息資源運用方面的特點，為濕地建設方面的工程提供借鑒。

2 研究區概況

湖南安鄉書院洲國家濕地公園地處湖南省安鄉縣境內，主要包括安鄉縣境內的松滋河、虎渡河及其周邊一定范圍的區域。 該濕地公園處于洞庭湖平原的長江與洞庭湖之間的河網水系地帶，是長江入洞庭湖三口(藕池口、太平口、松滋口)河網水系的重要組成部分，是長江-洞庭湖之間的重要生態廊道，也是安鄉縣的生態、經濟和文化廊道，對保障洞庭湖生態安全和促進安鄉縣社會經濟可持續發展具有重要作用。

3 研究區的特色與價值

3.1 濕地物種的多樣性

據不完全統計，湖南安鄉書院洲國家濕地公園共有種子植物520種，隸屬于344屬、119科；其中裸子植物5科、10屬、11種，被子植物114科、334屬、509種。去掉栽培以及外來逸生植物，該地共有野生種子植物466種，隸屬于304屬、106科。野生脊椎動物共有202種，隸屬于30目74科151屬，其中魚類有5目13科42屬50種，兩棲動物有2目5科7屬11種，爬行動物有3目8科15屬19種，鳥類有15目41科78屬111種。

3.2 生態系統的典型性

3.3 社會價值的現實性

湖南安鄉書院洲國家濕地公園以自然徑流和自然降水補給為主，水資源非常豐富，充足的水量不僅能夠保證濕地生態用水、安鄉縣的工農業生產和城鄉居民生活用水，而且還能有效滿足濕地公園下游區域的生態、生產和生活用水，為區域社會經濟可持續發展提供堅實的水資源保障，有效保障“后三峽時代”洞庭湖濕地的生態用水和生態安全。同時，濕地公園的生態系統中還蘊藏著深厚的歷史文化以及科普價值。

4 需求分析及建設思路

4.1 項目需求分析

湖南安鄉書院洲國家濕地公園自試點建設以來，在濕地保護與恢復建設、管理基本條件及能力建設、科研監測及科普宣教體系建設、濕地合理利用及社區關系協調、服務設施及基礎設施建設等方面做了大量工作。但由于湖南安鄉書院洲國家濕地公園成立的時間不長，在濕地生態系統、生物多樣性、國家重點保護野生動植物的監測方面數字化水平較低；在揭示關鍵物種、生物群落動態變化規律和生態過程變化機制等方面，掌握的重要參數和動態信息不充分；在科普宣教和社區管理方面，信息化手段較為落后。

4.2 建設思路

通過對湖南安鄉書院洲國家濕地公園區內生態系統、生物多樣性、國家重點保護野生動植物的監測，掌握重要濕地生態系統的重要參數和動態信息，揭示關鍵物種、生物群落動態變化規律和生態過程的變化機制；通過對湖南安鄉書院洲國家濕地公園恢復重建區、合理利用區和管理服務區各項建設的信息數據采集，實時監測濕地面積總量，設置預警閾值，動態分析區域經濟建設和社會發展的規模和速度對濕地生態系統的承載能力的影響。通過本次科研監測項目建設為書院洲國家濕地公園制定更加科學有效的管理措施和自然資源的合理利用提供科學依據，從而實現濕地公園與區域經濟的可持續發展，促進人與自然和諧共生，推進美麗中國建設。

湖南安鄉書院洲國家濕地公園科研監測建設將圍繞“一專網、一平臺、多應用”展開。其中“一專網”指的是濕地公園內的實時動態信息傳輸通道；“一平臺”指的是湖南安鄉書院洲國家濕地公園信息化管理平臺的建設；“多應用”指的是圍繞濕地公園區內資源調查、巡護監測、科學研究、宣傳教育、社區共管等核心業務所實現的應用。

5 工程設計

5.1 前端系統設計

5.1.1 數據采集系統

針對不同的數據采集對象，主要分為以下幾個形式的數據采集系統(表1)。

5.1.1.1 生態環境因子檢測系統

(1)通過巡護數據采集平臺記錄濕地公園的地形、地貌、土壤情況及各物種的屬性數據。

我在這里也想借此發出呼吁，希望有更多對水科學感興趣的人一起參與其中。目前已經到了這樣一個階段，即由中國科學家領頭開創一個新方向、新領域正在變得越來越可行，也越來越重要。這樣堅持數年、幾十年，中國科學一定會走到前面。我們期待著這一天的早日到來。

表1 數據采集系統建設信息

(2)通過監測數據自動采集設備對大氣及水文情況進行自動采集。

(3)通過實驗室對采集的水樣分析得到的數據對地表基地下水情況進行分析。

5.1.1.2 人員密集活動區域監測

(1)通過巡護數據采集平臺，記錄巡護監測區域的人為干擾類型、位置信息及濕地公園各區域的人為干擾強度。

(2)通過人臉識別、車牌識別技術，采集監控區域內人員密集活動類型為景區宣傳教育提供數據依據。

5.1.1.3 鳥類動物活動區域監測

(1)通過巡護數據采集平臺，拍攝鳥類糞便、毛發、取食痕跡等照片并記錄位置等相關信息。

(2)結合巡護數據采集平臺的數據采集位置，安裝紅外相機自動采集設備，記錄動物活動軌跡、棲息地狀況及種群數量等相關信息。

(3)通過在鳥類活動開闊區域、食源區域、棲息地的相對位置架設目標自動跟蹤高清攝像機，對鳥類的活動姿態、行為、個體特征及棲息地位置信息、地質地貌信息進行采集。

(4)通過實驗室對采集的鳥類糞便、毛發等分析得到，如：動物屬性、身體狀況或疫源疫病主要種類等數據。

5.1.1.4 重要區域檢測

(1)通過巡護數據采集平臺，對重點區域的重要物種生長或棲息地等進行重點監測，對各類濕地受威脅因子(城市建設、污染、過度捕撈和采集、非法狩獵、鹽堿化、外來物種入侵、植被過度采伐等)進行數據采集。

(2)通過在濕地公園內相對制高點位置架設遠倍可見光及紅外夜視監控設施，對濕地公園重點區域進行全天候視頻監控。

5.1.1.5 巡護數據采集系統

本項目承擔上述科研監測各個業務應用的數據采集，通過網絡接收信息管理系統平臺發布的巡護任務，通過網絡上傳所有采集的科研監測因子及數據。

5.1.2 網絡系統

網絡連接示意圖如圖1所示。網絡節點分步信息如表2所示。網絡傳輸是本系統要考慮的核心問題。該部分建設，旨在將前端信號采集系統的數據傳回到各管理站和濕地管理控制中心，采用無線傳輸和光纖傳輸混合模式。傳輸部分主要包含：數字無線網橋、網絡交換機、光纖收發器等。

在網絡系統中，前端網絡常用的網絡架構可以分為二層結構和三層結構，二層結構是將接入層的設備直接與核心層的設備相連實現互通，三層架構則是為了考慮到網絡組網的靈活性再增加一個匯聚層，從而提高網絡系統的靈活擴展空間。在本次項目建設中選擇三層架構組網。

5.2 濕地保護管理信息化平臺及數據中心建設

通過科研監測業務數據采集系統建設，借助物聯網、音視頻編解碼、衛星遙感、移動通信等技術采集書院

圖1 網絡連接示意

序號類型位置名稱部署點坐標1塔點三里洲112°10′11.13″E29°23′24.14″N楊家河洲 112°11′31″E29°18′50.71″ N2中繼點新開口村大堤段112°11′40.62″E29°21′38.95″N3匯聚點大港管理站112° 8′23.55″ E29°27′53.06″ N楊家河洲管理站長嶺洲科研宣教中心112°10′11.13″ E29°23′24.14″ N4人員密集活動區域監測設備安裝立桿長嶺洲科研宣教中心附近5生境監測數據采集112°7′59.08″E29°28′14.66″N

洲國家濕地公園的各類實時數據，通過科研監測網絡系統建設將所有數據匯集至書院洲國家濕地公園大數據中心。對各類數據進行存儲、轉換、融合等數據預處理，形成濕地內的多維度的實時和歷史數據。

立足書院洲國家濕地公園各業務科室及主管部門和公眾對濕地數據的共享需求，通過規范林業信息分類、采集、存儲、處理、交換和服務的標準，建立統一標準的數據庫。并實現基于全國林業系統政務網絡及支持多業務部門的數據集成和云交換平臺，實現全國林業信息的共享。將數據轉為云資源，滿足主管部門和公眾對濕地公園各類信息共享、業務協同的要求。

5.3 濕地管理控制中心建設

管理控制中心設立在長嶺洲濕地保護管理站，在楊家河洲管理站、大港管理站設立分控中心。由負責核心網絡指揮與監測信息儲存的管理與控制中心和負責數據交換與備份的分控中心組成。

管理控制中心配置有核心網絡指揮系統、存儲控制系統及大屏幕數字顯示系統。其中大屏幕顯示系統能精確顯示系統采集的各種專業系統運作狀況與實時信息，還將提供對位置、地理分布、信息統計、查詢、圖形管理等功能的直觀顯示。

6 結語

湖南安鄉書院洲國家濕地公園內分布有長江中下游江湖之間的進水河網水系——松滋河和虎渡河，以其長江與洞庭湖之間獨具特色的河網水系復合生態系統在長江中下游流域具有極強的獨特性。同時，濕地公園還蘊藏著深厚的歷史文化和濕地文化。研究濕地公園內的科研監測工程建設，有助于濕地公園內的資源綜合利用，有利于區域內的環境與經濟綜合建設，有利于林業系統的信息共享，有利于濕地建設的發展。