太子山國家級自然保護區智慧管理平臺的構建

摘 要：國家林業和草原局提出的中國智慧林業，要求林業立體化感知體系全覆蓋、林業智能化管理體系協同高效，林業生態化價值體系不斷深化、林業一體化服務體系更加完善、林業規范化保障體系支撐有力。太子山自然保護區按此要求，以高新技術和互聯網為依托，在數據標準規范、軟件開發和硬件集成的基礎上，按“統一數據平臺、統一業務窗口、統一運行管理”，結合“空、天、地、人”四位一體的數據構架體系的“大數據平臺”，提高自然保護區管理效率、生態效益與經濟效益。

關鍵詞：太子山；自然保護區；智慧管理平臺；構建

近年來，國家林業和草原局一直在積極推進智慧林業的發展。在《全國林業信息化建設綱要（2016—2020年）》中，明確提出要加強智慧林業建設，加快現代信息技術在林業領域的應用。具體包括構建智慧林業管理體系、推進智慧林業生產體系建設、培育智慧林業產業、加強智慧林業科技創新、促進智慧林業信息服務、提升智慧林業人才素質、保障智慧林業信息安全以及推動國際合作與交流等方面。太子山國家級自然保護區依據國家林業和草原局提出的要求，積極加快推動太子山保護區智慧林業現代化建設進程，實現可持續發展，為生態文明建設做出積極貢獻。

1 太子山國家級自然保護區現狀

太子山國家級自然保護區屬于森林生態系統類型自然保護區，位于甘肅中南部，保護區東西長約100千米，南北寬約10千米。保護區總面積127萬畝，保護區海拔2200～4332米。保護區內生物多樣性與稀有性顯著（圖1）。據考察，共有維管植物838種，其中稀有瀕危和重點保護植物有桃兒七、紅花綠絨蒿、星葉草、黃毛杜鵑（圖2）等51種；脊椎動物208種，包括雪豹、林麝、蘇門羚等國家重點保護野生動物11種，鳥類130種，其中，國家重點保護鳥類21種；有兩棲爬行動物8種；有魚類10種；昆蟲682種；有大型真菌61種。物種總數1800多種，占甘肅省物種總數的50%以上[1]。然而，傳統的人工監測防控工作受環境惡劣、面積大、周期長、任務繁重、保護機制不完善等因素影響，太子山保護區森林資源監測防控向著移動互聯網、人工智能、大數據、云計算等數字技術、智能技術發展，智能化、科技化也成為太子山自然保戶區內林業發展的必然趨勢和方向。

2 智慧太子山管理平臺的構建

太子山智慧管理平臺建設按“統一數據平臺、統一業務窗口、統一運行管理”，結合“空、天、地、人”四位一體的數據構架體系的“大數據平臺”，根據林調、森防、防火、資源保護、科研中心等多科室業務實際現狀，對核心重要的數據進行有效整合，并按科室權限進行管理，以提升系統應用為目標來進行系統框架及內容設計管理平臺，其建設總體思路如圖3。

智慧管理平臺包括“六個層次 + 四大體系”等功能模塊。系統體系結構遵循SOA體系架構，按照軟硬件自下而上依次為：基礎設施層、數據中心層、應用支撐層、業務應用層、平臺展示層、用戶層，以三維一體化 GIS 技術為基礎框架，進一步拓展全空間數據模型及其分析計算能力；更全面地融合實景三維模型、BIM、激光點云、三維場、地質體等多源異構數據。基于分布式地理處理工具實現手工建模數據、BIM、實景三維模型、激光點云、地形等三維數據的高效全流程管理。四大體系模塊為：政策法規制度體系、安全保障體系、標準規范體系、運行管理體系。

2.1 六個層次模塊

2.1.1 基礎設施層 基礎設施層是為實現管理監控、獲取數據、提供服務等功能而搭建的基礎設施。如 3S技術（即 GIS、RS、GPS技術）、虛擬現實技術（VＲ）、多媒體技術和互聯網技術（Web）[2]都依托于基礎設施層完成具體任務，其中，自然保護區基礎設施層中硬件設施主要有衛星、無人機、三光一體化云臺攝像機、紅外相機、氣象站自動監測設備、病蟲疫監測設備等，以及云主機、云存儲、云安全、云平臺及基礎的網絡（如光纖等）。基礎設施層是自然保護區的“眼”和“腳”，是自然保護區實時了解自然保護區內現狀、適時掌握區內重點保護對象現狀、動態和威脅因素的實現數據獲取、實施管理監控、獲取保護區內數據的基礎。

2.1.2 數據中心 數據中心是智慧平臺建設的核心，是對太子山自然保護區內各類公共基礎數據、調查監測數據、專業專題數據、防災防治數據庫的建設，并通過計算機與網絡構建信息交換平臺，從而使管理平臺內的子系統進行信息/數據的傳輸及共享，最大程度地提高信息資源的利用率，實現智慧管理平臺建設的基本目標。因此，自然保護區需要建設完善數據中心，并完成數據的抽取、集中、加載、展現，搭建統一的數據處理和交換平臺。可以說，數據資源中心是太子山自然保護區的“血液”，只有通過智慧管理平臺對自然保護區內四大類數據庫內的各類數據不間斷的采集、加工處理、存貯和交換等，才能使自然保護區“活躍起來”。

2.1.3 應用支撐層 應用支撐層是太子山自然保護區內GIS平臺、人工智能、loT集成環境，將分散、異構的應用和信息資源進行聚合，通過統一的訪問入口，實現結構化數據資源、各種應用系統跨數據庫、跨系統平臺的無縫接入和集成，提供一個支持信息訪問、傳遞，以及協作的集成化環境，可以說，它是智慧管理平臺的“經脈”，是基礎設施層與數據中心鏈接的樞紐，是實現信息數據傳輸及共享得以高效、穩定、安全的關鍵所在。

2.1.4 業務應用層 業務應用層是通過聯接網絡系統的應用軟件服務器，如Oracle各類數據庫服務器、SOA服務、B/S結構的WEB服務器等，用多種技術來增強應用平臺的安全。將太子山自然保護管理局各業務科室的系統進行匯聚、整合，構建一套業務處理窗口。業務應用層包含林長制管理、資源監測管理、生態監測管理、林業資源普查、森林可燃物調查管理系統等5個部分，并且將原有已建系統如視頻監控系統、生態監測系統、林業資源普查系統、生物多樣性信息采集系統、無人機飛行管理系統等與外部鏈接，同時在數據中心板塊建設相關功能模塊，進行數據匯聚。業務應用層構成自然保護區的“器官”，飾演不同的角色、提供各自的服務，讓森林公園的運轉變得更加協調并具有更強的生命力。

2.1.5 平臺展示層 搭建“一張圖”為基礎的太子山智慧管理平臺，圍繞服務自然保護區生態和保護區管理目標，實現自然保護區各類數據監測、林業資源管護、生態保護修復、災害預警等多項業務應用。伴隨這些業務流程，建立自然保護區內各類數據動態更新機制，實現保護區內生物資源數據從本底調查（基況監測）、變化采集（年度監測）到年度更新（檔案更新）全流程的變化管理和更新。“一張圖”相當于自然保護區的“臉”，可以讓管理者、護林員、業務工作者、科研人員一目了然地了解到保護區內信息的基本情況，使自然保護區的管理走向數字化、智能化、信息化。

2.1.6 用戶層 自然保護區內部門管理者、業務工作者、護林員、相關科研人員通過人機交互層（用戶層）系統與終端用戶的接口，利用移動設備（手提電腦、手機、平板、衛星電話等）和靜態設備（計算機、服務器等），通過有線或無線網絡進行信息服務，從而完成工作任務。

2.2 四大體系模塊

2.2.1 政策法規制度體系 構建智慧管理平臺，僅依靠大數據框架的應用推進依托是不夠的，還需要提供相關的配套政策法規制度保障。一是制定適應智慧管理平臺的行政管理新的政策和法規制度，建立林業數據管理和整合機制的新制度，并依法嚴格管理，進行科學決策。二是制訂智慧管理平臺的數據開放與共享政策法規，明確林業數據不同的開放范圍、用途限制、公開方式、公開程序，規劃公開數據指引，完善分級評估數據策略。三是制定林業隱私保護和數據質量管理政策法規制度。制定專門的數據標準和管理制度，建立規范的數據管理流程，構成一個綜合的數據質量管理體系，制定數據質量測量的統一標準，完善質量管理流程，以確保數據的真實。四是制定數據基礎支撐環境政策與規劃，確保林業大數據云計算運行環境良好，分布式云存儲環境，多服務器的存儲資源高性能、高可靠性。

2.2.2 安全保障體系 網絡及數據安全智慧管理平臺得以順利實施的前提是安全保障體系，平臺數據及平臺部署在云服務器上，從整體架構、數據訪問、數據運維以及云上數據安全多個層面，為數據提供了全方位的安全防護。主要有五個方面的內容：一是精細化的權限管理，保障數據訪問的安全。訪問權限的管理是一種有效的數據保護方式，讓數據更加安全。二是多種數據加密方式，保障數據全鏈路安全。數據加密是最常用的數據安全方式，可以在源端、備端以及傳輸渠道進行加密。三是操作記錄可追溯，保障異常行為有跡可查。四是強大的備份與容災能力，有效抵御勒索病毒。病毒是對數據安全造成危害最大的一種黑客攻擊行為，機房故障、自然災害、人為誤刪除等原因也會造成數據安全風險和業務中斷。五是存儲與AI的融合創新。保護數據隱私的AI安全技術是在分布式計算和信息安全范疇上進行的，為網絡協作計算提供一種新的計算模式。可以通過多種技術結合保護數據安全，包括安全多方計算、差分隱私、動態加密、加密搜索與計算等。云存儲產品正在基于人工智能等相關技術，驅動存儲數據安全治理邁向自動化、智能化。

2.2.3 標準規范體系 自然保護區智慧管理平臺標準規范體系，主要涵蓋智慧自然保護區業務功能規范、數據規范、技術規范、集成規范、接口規范、基礎設施規范、安全架構規范等，用于指導智慧管理平臺信息系統建設所需的詳細標準和規范制定及完善。另外，一般的規范并不是單獨存在的，而是包含在其他的標準中，如安全架構規范一般不單獨存在，通常都附屬于網絡、技術等規范中。

2.2.4 運行管理體系 自然保護區智慧管理平臺的建設與運行，需要高素質的專業人才進行維護管理，建立有效的信息化教育培訓體制和激勵機制，以促進信息系統建設和應用的實施。系統的正常運轉，需要業務及管理人員能熟練應用相關信息系統，確保平臺各環節運轉正常。系統的日常維護能保證平臺系統正常、可靠運行，讓系統充分發揮作用。

3 結束語

在全面推進自然保護區智慧管理的進程中，需要管理人員積極拓展智慧林業應用場景，探索創新森林資源管理模式，為不斷提升森林生態系統功能，提高管理效益、生態效益與經濟效益，為率先實現綠色崛起提供技術支撐。

參考文獻

[1] 馬志宏.淺析太子山自然保護區野生動植物保護現狀及研究方向[J].林業科技，2022（3）：132-134.

[2] 魏海林， 魏東川，張凌濤.森林公園智慧管理平臺的構建[J].西南林業大學學報（社會科學），2020（6）：39-44.

作者簡介：張賢成（1985年—），男，漢族，本科學歷，工程師，從事自然保護區信息化建設工作。