云南香格里拉普達措國家公園綜合管理信息化服務平臺設計

王夢犀，易小理

(1. 國家林業和草原局昆明勘察設計院，云南 昆明 650000； 2. 云南北緯數據技術有限公司，云南 昆明 650000)

信息化建設是國家公園等自然保護地保護和監測的重要內容，通過運用高科技手段“武裝”自然保護地，實時掌握自然保護地的運行狀態，提升管理機構在監控、監測、應急指揮等方面的技術水平和綜合能力，為自然保護地在新形勢下開展巡護監測和保護管理提供智力保障和技術支撐[1]。近年來，國家高度重視自然保護地的信息化建設，明確要求：構建國家公園自然資源基礎數據庫及統計分析平臺[2]，建設“天空地一體化”監測網絡體系，充分發揮地面生態系統、環境、氣象等監測站點和衛星遙感的作用，開展生態環境監測；依托生態環境監管平臺和大數據，運用云計算、物聯網等信息化手段，加強自然保護地監測數據集成分析和綜合應用等[3]。

以云南香格里拉普達措國家公園(簡稱普達措國家公園)為例，立足國家公園信息化建設的要求，結合普達措國家公園的資源稟賦、基礎設施、辦公環境等現狀情況，致力于建立普達措國家公園大數據中心，打造“一中心、兩平臺、三網、四系統”的普達措國家公園綜合管理信息化服務平臺，為其他自然保護地的信息化建設提供借鑒。

1 背景

普達措國家公園位于云南省迪慶藏族自治州香格里拉市，是全國首批國家公園體制試點區之一，也是中國大陸國家公園探索的最早實踐地。普達措國家公園地處中國西南橫斷山脈、青藏高原東南緣和“三江并流”世界自然遺產地的核心腹地，是反映地球演化和地質構造的關鍵地區和杰出代表。國家公園總面積602.1 km2，地理坐標為東經99°52′17″～100°11′38″，北緯27°43′56″～28°04′28″，以高山湖泊、雪山草甸、原始森林、地質遺跡、民族風情及宗教文化為主，融豐富的生物多樣性、景觀多樣性、文化多樣性為一體，以其獨特性、珍稀性、不可替代性和不可模仿性聞名，具有很高的保護價值和展示價值，比如：普達措國家公園地處全球34個生物多樣性熱點區中的喜馬拉雅山地、印緬地區和中國西南山地這3個生物多樣性熱點區的交錯地帶和全國35個生物多樣性保護優先區之一的橫斷山南段生物多樣性保護優先區，是世界級的物種基因庫，這里保存著中國最完整的矮高山櫟原始種群，范圍內的優勢生態系統—亞高山寒溫性針葉林是中國低緯度、高海拔寒溫性針葉林的典型代表，與鑲嵌其間的寒溫性山地硬葉常綠闊葉林共同涵養著沼澤化草甸和水生生物群落，構成了完整的“森林—湖泊—沼澤—草甸”特殊復合生態系統，孕育了長苞冷杉、瀾滄黃杉、黑頸鶴、中甸葉須魚等重要物種，造就了極為豐富的生物多樣性，僅碧塔海區域就分布有野生種子植物140科568屬2 275種，范圍內的鳥類種數占云南鳥類總數的1/3和全國鳥類總數的1/5，更是特有、珍稀瀕危物種高度聚集之地，具有特殊保護意義的中甸葉須魚是青藏高原快速隆升的殘存產物，在全球范圍內僅分布于普達措國家公園內，范圍內的種子植物總數的50%以上為特有種，哺乳動物約有1/3為特有種。

2020年習近平總書記考察云南時欣慰地指出：“普達措(國家公園)我還是知道的，很漂亮，很壯觀。”總書記特別囑托“這是大自然賜予我們的寶貴財富，必須倍加珍惜”。為切實保護好普達措這一生態財富，實現國家公園建設“科學定位、整體保護、合理布局、穩步推進、國家主導、共同參與”的基本原則，有必要加強普達措國家公園的信息化建設，通過建立普達措國家公園大數據中心，積極打造普達措國家公園綜合管理信息化服務平臺。

2 總體框架

從設計思路上，普達措國家公園整合中央預算內保護利用基礎設施建設一期項目的安防監控系統、二期項目的林火視頻監控系統、三期項目的紅外監控系統和信息化平臺、碧塔海濕地監測項目的環境要素監測系統、普達措旅業分公司的訪客流量監控系統以及中國科學院西雙版納熱帶植物園與香格里拉普達措國家公園管理局(以下簡稱管理局)共建的普達措野外綜合監測平臺等外部資源，通過自主設計信息化服務平臺系統，形成“一中心”、“兩平臺”、“三網”、“四系統”的總體框架。普達措國家公園的綜合管理信息化服務平臺框架效果詳見圖1。

一中心，指大數據中心，即建立由指揮中心、監控中心、監測中心和基礎數據庫共同組成的普達措國家公園大數據中心；兩平臺，指打造普達措國家公園一體化生態環境監管平臺和數據統計分析平臺；三網，指建立和完善普達措國家公園“天、空、地”一體化監測網絡體系；四系統，指構建普達措國家公園的本底資源信息管理系統、資源保護與監管系統、科研監測與科研管理系統、自然教育與對外宣傳系統。

3 綜合管理信息化服務平臺設計

3.1 一中心

一中心，涵蓋指揮中心、監控中心、監測中心和基礎數據庫的功能。由于普達措國家公園地形起伏較大、自然資源覆蓋面多而廣，開展人工監控管理、現場監測工作壓力較大，通過實施大數據中心建設，實現指揮調度、監控查閱、現場會議、遠程連線和綜合大屏展示等功能，實時查看普達措國家公園自然資源生態因子、自然或人為干擾等因素的實時運行狀況，并配備視頻、音頻等設備，可滿足不少于30人的現場會議的要求，可以進行與分會場的視頻會議連線，現場大屏亦可查看數據、平臺、監控等系統，便于進行匯報、研討等活動。

目前，管理局位于迪慶州政府內，由于辦公場地受限，無法滿足信息化平臺綜合管理和集中展示的需求，通過協商綜合考慮租賃迪慶州電信公司機房設施(迪慶州政府隔壁)，包括1間機房(約15 m2)、1間大數據中心功能大廳(約65 m2)，由迪慶州電信公司負責機房的日常運行、維護和管理，管理局派人管理和值守大數據中心功能大廳。通過改造形成集指揮、監控和監測于一體的大數據實體中心。

大數據中心的功能大廳，經過墻體門窗及地面改造、供電保障、接地保護、綜合布線、會議音響、應急照明、機房工程等措施后，基本具備大數據中心的基礎條件，接續實施軟件、硬件設施的完善，最后通過互聯網專線網絡、微波、4G、自組網等組合方式與分中心或終端設備相連接，接收“天空地”三網數據和信號，大數據中心配備專網防火墻和外網防火墻，協調指揮和控制各類視頻或圖片信號，及時作出反饋。另外，大數據中心遵循安全性、可靠性、穩定性、可拓展性、適用性、標準性的原則，同時具備開放性原則，根據分級管理和數據共享的要求，終端信號由大數據中心通過互聯網專網等方式直接上傳到云南省林草局雙中心，接受上級主管部門的數據信號調度和業務監管。

在普達措國家公園大數據中心設計過程中，充分整合已有的3個分中心和正在建設的1個平臺的圖像及視頻信號，具體包括：碧塔海濕地監測分中心，為碧塔海國際重要濕地監測項目所建，主要以中甸葉須魚、黑頸鶴等濕地珍稀保護資源的監測為主；尼汝監控分中心，由中央預算內保護利用基礎設施一期項目的安防監控、二期項目的林火視頻監控建設；普達措旅業分公司分監控中心，由公司自主投資興建的訪客流量監控，用于碧塔海片區生態旅游活動的人為活動監控和訪客管理等；正在由中國科學院西雙版納熱帶植物園建設的1個生態監測平臺相關設備以及其它管理終端也在陸續接入到大數據中心。大數據中心實時掌握調度指揮、資源監測、視頻監控等數據和信息，并以數字化大屏綜合展示、VR虛擬應用等方式，實現了對普達措國家公園信息化管理和綜合決策工作的基礎支撐。普達措國家公園大數據中心的網絡拓撲圖和總體集成架構圖見圖2和圖3。

圖2 普達措國家公園大數據中心網絡拓撲Fig.2 Network topology of Pudacuo National Park big data center

圖3 普達措國家公園大數據中心總體集成架構Fig.3 Overall integration architecture of Pudacuo National Park big data center

3.2 兩平臺

兩平臺由生態環境監管平臺和數據統計分析平臺兩部分組成，根據普達措國家公園日常保護和監測活動的業務范圍，自主設計在綜合管理信息化服務平臺上集中展示。

生態環境監管平臺，以數據采集、實時傳輸、在線查看、數據管理、統計分析等支撐服務功能為主，在實現監測數據一張圖綜合查詢與展示的同時，集成服務和支撐普達措國家公園管理的具體業務內容，包括自然災害預警、應急事件預警和日常巡護等內容組成的應急指揮業務，由水分、土壤、大氣、噪聲、生物等方面的生態監測數據成果以及全景展示、重點監控、樣地樣線等內容組成；數據統計分析平臺

對自然資源本底數據、科研監測數據、信息監控數據等內容進行統計分析，實現國家公園監測數據集成分析和綜合應用等，全面掌握自然保護地生態系統構成、分布與動態變化，及時評估和預警生態風險，為下一步定期統一發布生態環境狀況監測評估報告做準備。兩個平臺的設計效果詳見圖4和圖5。

圖4 生態環境監管平臺展示Fig.4 Display of ecological environment supervision platform

圖5 數據統計分析平臺展示Fig.5 Display of data statistical analysis platform

3.3 三網

三網指“天、空、地”一體化監測網絡體系(圖6)，通過整合設計，解決先前資金項目各自為政的弊端，形成普達措國家公園各類自然資源統一監管和科研監測的平臺共享優勢。

天網，主要指衛星遙感。比如通過設計算法，針對多期衛星遙感影像數據進行植被指數(NDVI)、地物類別等內容變化識別和特征分析，標記出變化較大的區域，為國家公園的研究與管理工作提供輔助決策。

空網，主要指無人機航空遙感和無人機應急指揮。無人機航空遙感作為遙感數據和地面監測的重要補充，成為低空巡查和日常監測工作的重要工具，負責采集國家公園航片、固定點位地類變化分析、風光圖像采集等工作，比如VR全景展示圖；無人機應急指揮，當發生突發事件時，能夠把現場的一些情況快速傳輸回來，便于及時采取相關措施。

地網，主要針對普達措國家公園內已有的各類地面監測設施和設備。

1)林火視頻監控：通過架設制高點云臺攝像機(紅外+可見光)，實現對森林火災、病蟲害等自然災害的實時監測、防范與預警。

2)科研視頻監控：通過布設林下視頻監控設備，實現對樣地、樣線及國家公園內珍稀動植物資源的可視化監控。

3)人為因子監控：在人為活動聚集的重點區域及周邊、卡口建立人為因子監控系統，實現對進出國家公園內的人、車、火種火源等人為干擾因子的有效管控，實現對破壞林草資源和違法生產經營行為的及時監控與預警。

4)安防系統監控：在野外巡護道路沿線建立安防監控攝像頭，有效保障巡護的野外安全，加強對外來因素干擾的監控。

5)紅外相機監控：結合人工智能識別技術，對國家公園內瀕危珍稀保護物種信息進行實時跟蹤與采集。

6)生態因子監測：通過鋪設前端智能傳感器實現對國家公園范圍內氣象、水質、水文、土壤等生境信息的實時收集，為“森林—湖泊—沼澤—草甸”特殊復合生態系統的保護管理、科研監測、生態修復、自然教育等提供強有力的決策支持。生態因子監測的總體框架參見圖7。

圖7 生態因子監測總體框架Fig.7 Overall framework of ecological factor monitoring

3.4 四系統

根據普達措國家公園的管理和展示需求進行定制化開發的四系統，包括本底資源信息管理系統、資源保護與監管系統、科研監測與管理系統、自然教育與對外宣傳系統。以基礎數據、空間數據、資源數據、監測數據、社區數據等各類信息資源整合展示為重點方向，對各類數據進行管理，形成大數據中心的基礎數據庫。

3.4.1本底資源信息管理系統

運用GIS技術在地圖上進行點、線、面等空間位置的渲染及標注，并根據普達措國家公園邊界、保護地、動植物分布、鄉鎮河流、道路等圖層進行動態顯隱控制，同時點擊對應的地圖要素實現相關數據詳情查看。包括組織機構管理、自然資源管理、野生動植物資源管理、樣地(線)管理、林地權屬與土地利用管理、集體林管理、固定資產管理和社區發展等功能模塊。

3.4.2資源保護與監管系統

集成普達措國家公園各類監控信息和數據，通過使用機器學習與圖像識別算法，分別實現對動植物的識別、火災識別、人流量分析、地類分析、植被蓋度分析等功能。包括視頻監控系統、人為因子干擾監控、森林防火、巡護監測、病蟲害防范、入侵物種預防管理、案件管理等功能模塊。

3.4.3科研監測與管理系統

實時接收水文、土壤、氣象、噪聲等監測站的實時數據，主要涵蓋兩個功能：科研監測、科研管理。包括環境變化監測、專項目標監測、科研項目管理、科研成果展示等功能模塊。

3.4.4自然教育與對外宣傳系統

依托生態環境監測平臺和數據統計分析平臺收集的數據，把允許公開的信息通過web系統對公眾展示，前端使用基于vue開發框架，與后臺實現前后端分離設計，使用自適應解決方案，實現各種主流分辨率下良好顯示，數據層面使用頁面靜態化技術，一方面能夠提升頁面加載速度，另一方面提升抓取效率。整合了線上和線下功能，包括門戶網站、手機、微信公眾號等平臺的線上宣傳、虛擬國家公園和數字標本館的自然教育、國家公園智能應用、國家公園管理預測預警功能、國家公園決策支持系統等功能模塊。

4 結論

以國家公園的視角，借助大數據、云計算、物聯網等信息化手段，通過普達措國家公園大數據中心建設，建立了“一中心、兩平臺、三網、四系統”的普達措國家公園綜合管理信息化服務平臺，改變了傳統單一或分散的指揮、監測或監控格局，彌補了在國家公園信息化建設致力于高起點、大尺度、多樣性方面的實踐經驗，為國家公園乃至整個自然保護地的信息化建設提供了案例借鑒和技術參考。