中国若尔盖高原自然保护区群自驾游平台设计与开发

韩璐++郑姚闽++牛振国++王滨++宗雪

摘 要：以中国若尔盖高原自然保护区群为研究对象，根据保护区发展生态旅游的实践需要和旅游者的体验需求设计开发自驾游平台，其目标是整合流域内自然保护区生态旅游资源和开发条件，达到既有助于保护区生态旅游的可持续发展，又能减轻保护区生态旅游管理者和经营者的工作负担的目的。该平台具体由传感器等硬件设施和GIS信息采集、数据存储分析、数据展示、阈值报警提醒、虚拟自驾游、游客流量均衡等软件功能模块组成。

关键词：若尔盖高原；自然保护区；自驾游；信息管理系统

中图分类号：X171.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.001

实践证明，建立自然保护区是生物多样性保护最有效的措施之一，而生态旅游是协调科学保护与合理开发关系的一种新型旅游模式，可以作为可持续发展的一种有效途径。我国已经初步形成以自然保护区为主体，以风景名胜区、地质公园、森林公园、湿地公园、植物园、动物园和国家公园为补充的生态文明建设目标体系。生态旅游资源的合理开发被认为是增强人类保护自然意识、提高人类保护自然能力的有效手段之一。2011年，国家林业局、国家旅游局共同推出249号文件《关于加快发展森林旅游的意见》；2013年年初，《国民旅游休闲纲要2013—2020》出台，明确提出了“支持汽车旅馆、自驾车房车营地等基础设施建设”“鼓励开展自驾车旅游”；2015年，中央推出一号文件《关于加大改革创新力度 加快现代化建设的若干意见》。这些文件从挖掘生态休闲、旅游观光和文化教育价值，加大生态旅游基础设施建设投入和制订生态旅游用地、财政和金融扶持政策等方面为我国自然保护区发展生态旅游事业保驾护航。

我国生态旅游资源很丰富，但由于资源整合、服务供给等能力偏弱，无法满足当前强大的旅游需求，导致我国大量游客外溢到日韩、新澳等地。自然保护区开展自驾游不仅能够带动社区经济发展，提高保护区的创收能力和保护成效，还能够增强旅游者对自然保护区的认知。在此过程中，发挥旅游的口碑效应，加上媒体的宣传作用，让更多的人理解建立自然保护区的现实意义，从而扩大自然保护区的社会影响力。由于自然保护区的整体发展受到我国为发展中国家这一国情的制约，生态环境保护与生态旅游政策的结合为自然保护区自驾游发展提供了前所未有的机遇。在这样的背景下，我们开展中国若尔盖高原自然保护区群自驾游平台设计与开发研究。

需要明确的是，自然保护区自驾游是一种限定于实验区（限地）和非野生动物繁殖期（限时），游客数量限定于环境承载量（限量），体验项目限定于极轻度干扰生态系统的程度（限项），交通工具限定于电动汽车和自行车（禁止“三废一噪”），绝大多数收入投入生态恢复（反哺）的新型精品化生态旅游方式。

1 研究区概况

中国若尔盖高原自然保护区群位于青藏高原东缘的若尔盖高原，行政上隶属四川省阿坝藏族羌族自治州若尔盖县、红原县、阿坝县和甘肃省甘南藏族自治州玛曲县和碌曲县。地理坐标为东经100°45′～103°37′，北纬31°51′～34°50′，总面积为41 200 km2。

该自然保护区群拥有独特的生态系统、星罗棋布的湖泊、分布广泛的湿地、蜿蜒迂回的河流和丰富的野生动植物资源。它们不仅仅是旅游资源，还具有极高的美学价值和文化价值。世界上起源最晚的唯一高原鹤类、全球性珍稀濒危物种黑颈鹤（国家I级重点保护动物）就集中栖息、繁殖在这里，因而这里被中国动物协会授誉为“中国黑颈鹤之乡”。90%的鸟类的栖息地在距河岸150～170 m的范围内，人类也喜好栖水而居，由此形成了庞大的以水为核心的文化遗产。加之区内浓郁的藏族文化，共同交织成一幅旖旎和谐的高原风光。

若尔盖高原湿地是自第四纪喜马拉雅造山运动以来处于低位发育的草本沼泽，蓄水总量近1.0×1010 m3，泥炭总储量达7.0×109 m3，是世界上最大的一片高原泥炭沼泽，在调节气候、保持水土、减少温室效应等方面具有不可替代的作用。作为重要的水源涵养区，黄河流经这里后，雨季径流量增加29%，枯水季径流量增加45%，素有“中华水塔”和“中国西部高原之肾”之誉。

该自然保护区群包括3个国家级自然保护区和7个地方级自然保护区，集生物多样性保护、科学研究、宣传教育、生态旅游和可持续利用为一体，是中国乃至世界上生物多样性保护的关键地区之一。

由于该自然保护区群紧邻世界级风景名胜区九寨沟和黄龙，是环大九寨沟生态旅游圈的重要组成部分。因此，选择该自然保护区群作为研究对象，根据保护区发展生态旅游的实践需要和旅游者的体验需求而设计开发自驾游平台。

2 平台建设目标

经过50 多年的发展，地理信息系统已经发展成为包括地理信息科学、地理信息技术和地理信息应用的综合高技术领域，在经济与社会发展、规划与区域设计、卫生与生命健康、资源与环境、灾害与应急响应等领域得到了广泛应用，成为当今信息社会不可或缺的重要组成部分。本文拟建立基于WebGIS的若尔盖高原自然保护区自驾游平台管理系统，整合自然保护区现有数据，采取无线传输方式实时上报野外调查数据或者监测设备采集到的数据信息，建立标准化、规范化的自然保护区数据库，实现保护区地理信息系统、现有业务流程和监控系统等互相融合、统一的运行工作，满足若尔盖高原自驾游全程的环境监测、阈值报警、虚拟旅游、流量均衡、在线帮助以及保护区旅游资源管理的公告发布等切实需要，提高保护区自身的管理能力。

3 平台开发

3.1 平台总体框架设计

务的最大化共享，系统采用B/S结构设计，即浏览器/服务器（Browser/Server，简称“B/S”）结构。系统分为四个层次，总体架构如图1所示。

物理层包括数据采集和数据远传两个模块，其中，数据采集用于采集保护区的自然信息和旅客流量，数据远传将收集到的数据传送至Web服务器和数据库。

数据层包括服务器和数据库。其中，服务器配备Web服务和数据库管理系统；数据库包括用于存放传感器数据的传感器数据库，用于存储网站信息的网站数据库和用于存储保护区地理信息的GIS数据库。生态旅游资源分布图和时空演变图作为底图存储于GIS数据库中。

自然保护区自驾游平台GIS数据库需要存储、管理湿地的空间信息、属性信息和录像资料。录像资料选择使用文件形式存储；空间信息和属性信息以混合型结构模型存储，即用关系数据库存储属性数据，用文件存储空间数据，再通过一种标识在两者间建立连接。

功能层主要包括服务器提供的抽象功能，包括数据采集、数据分析、数据查询、数据更新和展示输出。

应用层主要是根据保护区和游客的切实需要定制的功能模块，包括环境检测、阈值报警、虚拟旅游、流量均衡、在线帮助和公告发布。

3.2 平台功能

3.2.1 环境监测

若尔盖高原自然保护区群的环境监测主要涉及气象监测、生物多样性监测和地质灾害敏感性分析等。气象监测是以定位点为圆心观测周围温度、湿度、风速、风向、气压、太阳总辐射量、降雨量、土壤湿度、紫外辐射、环境气体等20项数据指标，为自驾游旅客提供详细的全天候现场监测信息，方便自驾游旅客及时应对突发天气变化。生物多样性监测是以现有数据库为基础，通过定期清查动植物资源、抽样调查等形式定期评估自然保护区内的生物多样性，并且对于生物迁徙，它总是朝着破碎程度小，对生物觅食等生命活动有利的、生境条件优良的景观类型中运动，以建立连通各栖息地斑块的景观格局，保证生命过程的连续性和完整性，有利于生物多样性保护。通过运用建立物种分布模型和生态旅游区适宜性评价方法，能够找到最适宜的生态旅游区。地质灾害敏感性分析则主要是通过分析坡度和坡向、地层岩性、沟壑切割三个可能导致项目区地质灾害的敏感要素单因子，运用层次分析法和地统计学方法，借助GIS平台在以上单因子叠加的基础上对整个研究区地质灾害敏感性进行的综合评价。

以自驾游旅客为定位点，以平台自动向用户展示定位点为圆心，1 km半径范围内的气象监测和生物多样性监测结果展现了若尔盖高原迷人的风光和丰富的动植物。同时，用户可以自选或搜索定位点查看所选位置的数据信息。另外，监测到的数据信息可以为保护区管理人员提供参考，帮助管理人员规范游客和当地居民的活动，预防不法分子偷猎、偷伐等破坏保护区生态环境的行为。

3.2.2 阈值报警

以现有数据库为基础，确定各项指标（气象监测20项数据，地质灾害发生概率、生物多样性监测中植被面积及动物种类、数量、活跃度等）的报警阈值。当发现未经授权的行为时，自动以邮件、短信、微信等形式向保护区管理人员发出警告，以便保护区相关人员及时采取措施，防止情况进一步恶化，促进若尔盖高原湿地保护区的良性发展。

3.2.3 虚拟旅游

虚拟旅游模块为自驾游用户的专属模块，虚拟现实的旅游体验。以若尔盖高原自然保护区群为整体蓝本，利用三维技术和VR（Virtual Reality，“虚拟现实”）技术细致勾画布局设计、交通、景观、环境、服务站、人文等，虚拟现实保护区群内的全部场景，构建一个逼真的，具有视觉、听觉、触觉的保护区景观，实现用户自动漫游。同时，用户不仅可以做出像在真实世界一样的动态行为，还可以进行查询、搜索等操作，使游客到达保护区之前就有身临其境之感。平台温馨提醒用户在出发之前尽可能地做好充分的准备，避免出现不检查和不保养车辆、不熟悉道路，不携带应急修车工具、易损零配件等情况。另外，该模块还包含自驾游攻略，将路况，沿途休息、吃饭、住宿地点，加油站、服务站等规划在内。

用户到达保护区以后，移动操作终端平台提供在线导航导游功能，推荐周边的风景名录，详细介绍动植物特性。

3.2.4 流量均衡

自然保护区旅游资源的分布并不像人文景区那样规律、易管理。自驾游一族要自己驾车完成部分或全部的旅行旅程，不仅要观光，还有可能涉及探险。若尔盖高原自然保护区群内丰富的旅游资源可以满足自驾游旅客的体验需求。为避免保护区超负荷接待，在流量均衡方面并不单单是人员数量的约束，不可忽视的一点就是保护区泊车管理。在保护区人员数量控制方面，为避免出现保护区内某一景点人员过多或过少的情况，向保护区管理人员发出提示，以及时疏导或引导游客；而在泊车管理方面，保护区可参观区域规划时要注意道路、停车场及其他服务设施的设计，不宜建设投资过大、占地大、污染严重的自驾车配套设施。自驾游平台的建设可以提高保护区管理人员的工作效率，缓解保护区景点游客压力，提升游客的旅游愉悦度。

自驾游这种高参与性的旅游模式并不是单一的观光。这种休闲度假让游客亲自参与和亲身体验，在提供优美的生态环境的同时，保护区建设人员也应该建立使自驾游旅客能够参与的新型观光结构，完善旅游设施，提高服务水平，延长自驾游游客的停留时间。

3.2.5 在线帮助

建立游客与保护区服务人员、游客与游客间交流的小平台，解决游客遇到突发情况，并配备相应的论坛和讨论区，对大家遇到的问题进行解答，供遇到相似问题的游客参考；对游客旅行途中遇到的问题或提出的意见进行整理和归纳，根据各个景点游客数量给出建议。

3.2.6 公告发布

实时更新国家相关政策、法规和游区紧急通知等。目前，国家、地方和相关行业尚未出台有关自驾车旅游的规范，旅行社和车行组织的自驾车旅游团在安全方面比较有保障，而对于网友自发组织的自驾活动，现在尚未出台相关规定。因此，应针对自驾游组团行为出台服务性规定，对自发组团行为给予相关指导。

自然保护区生态旅游存在社区与保护区、游客与自然生态环境、社区与游客、经营者与生态环境、游客的需求与资源供给等一系列矛盾。为此，自然保护区内部管理人员可以就保护区内部的气象统计数据、生物多样性统计数据、游客流量数据、行政部门相关政策等综合调控，发布相关公告信息，引导平台用户前往浏览保护区需要被关注的地方。同时，设置“爱心募捐”站点，网站“爱心募捐”与实体“爱心募捐”同时运行，例如“关注湿地，呵护‘地球之肺”“爱护黑颈鹤，留住生态美”等爱心捐助活动。自驾游用户在完成一次感受湿地自然美的旅程之后，为若尔盖高原的建设与保护贡献一份力量。

该平台还具备手机等移动操作终端应用推送功能。若尔盖高原自然保护区群生态旅游科工作人员可以向科技扶持企业、自驾游俱乐部、汽车租赁部门、各大电商、户外安全教育拓展中心、野生动植物保护协会等部门发出合作橄榄枝，寻求保护区建设与生态旅游齐头并进。

3.3 平台应用

对景区管理人员来说，该平台的建立可以大大减少平时的工作量，不用人为定期监测景区环境指标，特别是气象监测数据，全部自动收集完成；在游客管理方便也能发挥一定的优势，比如在线帮助和自助服务。游客可以通过该平台获得更大的便利，在计划旅游时，该平台为其提供如临其境的感受，当置身其中时又能提供实实在在的帮助。此外，对游客和景区管理也有很大的帮助。

4 开发环境

4.1 开发技术

Iot（Internet of things）是下一代物联网理念，融合了互联网和嵌入式SoC。本设计采用乐鑫公司提供的Iot解决方案ESP8266。ESP8266 是一款高度集成的芯片。该芯片专门针对无线连接的需求而开发，是一个完整且自成系统的WiFi网络解决方案。它能够搭载软件应用，也能通过另一个应用处理器卸载所有的WiFi网络功能。ESP8266具备强大的片上处理和存储功能，这使其可通过GPIO口集成传感器及其他应用的特定设备，既缩短了前期开发时间，也最大限度地减少了运行中系统资源的占用。另外，ESP8266片内高度集成，仅需极少的外部电路，而其包括前端模块在内的整个解决方案可将设计中PCB所占的空间降到最小。

WebGis和Web3D技术在网页中实现虚拟显示。Web3D技术是实现网页中虚拟现实的一种新技术。互联网3D图形的开放标准为VRML，它是3D图形和多媒体技术通用交换的文件格式，基于建模技术，描述交互式的3D对象和场景，不仅可以应用在互联网上，还可以应用在本地客户系统中，应用范围极广。由于网上传输的是模型文件，因此其传输量小于视频图像。

4.2 开发平台

安信可公司定制的Eclipse IDE采用C/C++作为嵌入式开发语言，并以官方提供的SDK作为二次开发；Apache 服务器软件采用PHP作为网站开发语言。

4.3 数据库平台

数据库平台采用开源数据库管理软件MySQL。

5 关键技术

ESP8266的二次开发无疑是自驾游平台的关键技术之一，涉及硬件通信的许多协议，比如IIC、SPI、UART、1-wire等，同时，还要求对网络通信底层有一定的了解，以便将收集到的数据远传至服务器。

网页虚拟现实技术，如何给用户提供近似真实的感受，要考虑多种因素，而且景区的数学建模及完整、细致地展现景区也是一项巨大而艰巨的工程。随着时间的推移，景区新增设施或改建都要求及时更新数据库模型，且其后期维护是另一大难题。

将WebGIS作为基础平台，在地理信息系统中嵌入HTTP和TCP/IP作为标准的应用系统，实现互联网环境下的空间信息管理。

利用遥感技术、虚拟现实技术和多媒体技术等技术实现空间距离与面积计算、不同图层叠加显示、拓扑分析、缓冲区分析、淹没区分析、可视预分析、DEM分析等功能，并实现当前窗口地图输出与打印服务。通过DEM与遥感影像叠加，实现保护区三维漫游。

6 配套设施

当前，自然保护区生态旅游设施亟待完善。在景区需要监测的节点上布置AC设备、WiFi传感器、远程服务器和PC-4型便携式自动气象站。AC设备既可以为WiFi传感器提供接入点，还可以满足游客时时上网的需要，提高旅游的愉悦度；远程服务器用于用户的Web请求和数据的存储；PC-4型便携式自动气象站用于集成多项气象要素的可移动观测系统，开箱即可测量，测量位置灵活可变。

7 讨论

自然保护区自驾游是新兴事物，要严格执行限地、限时、限量、限项等限制措施，禁止“三废一噪”，并将绝大多数收入用于生态恢复中，否则会得不偿失，因小失大。在执行过程中，一定要本着“科学论证先行，平台技术跟上和监督机制引入”的原则。随着计算机、互联网技术的高速发展，遥感、地理信息系统也蓬勃发展。在技术上，自然保护区自驾游平台开发集成应用经济学、地理学、生态学等分析方法，将土地利用规划、经济发展规划、旅游规划和保护区规划等多种规划统筹到一个网络信息共享平台上，旨在提高自然保护区的信息化、现代化水平，实现信息资源高度共享和综合利用。该平台不仅能够实现自然保护区信息的整合与分析，提高管理水平和分析决策能力，还能够提供图文并茂的旅游信息，吸引更多的人来观光旅游。

加强自然保护区自驾游平台的开发设计研究，可以促进自然保护区和生态旅游事业的蓬勃发展。因此，建立基于WebGIS技术的自然保护区自驾游平台具有极大的现实意义。

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〔编辑：刘晓芳〕