书院洲国家湿地公园湿地科研监测技术研究

周记超，张开峰，马波涛，蹇卫卫

(1.湖南安乡书院洲国家湿地公园，湖南 常德 415600；2.湖南尚文科技有限公司，湖南 长沙 410005)

1 引言

湿地是重要的生态资源，更是重要的生态系统。湿地以其巨大的环境调节功能和生态效益,被誉为“地球之肾”。它不仅在维护生物多样性、维持生态平衡方面有不可替代的综合功能，也有其经济与社会价值，对促进地方性的可持续性发展起到了至关重要的作用。本文以湖南安乡书院洲国家湿地公园湿地科研监测建设项目方案设计为研究对象，探索其在信息资源运用方面的特点，为湿地建设方面的工程提供借鉴。

2 研究区概况

湖南安乡书院洲国家湿地公园地处湖南省安乡县境内，主要包括安乡县境内的松滋河、虎渡河及其周边一定范围的区域。 该湿地公园处于洞庭湖平原的长江与洞庭湖之间的河网水系地带，是长江入洞庭湖三口(藕池口、太平口、松滋口)河网水系的重要组成部分，是长江-洞庭湖之间的重要生态廊道，也是安乡县的生态、经济和文化廊道，对保障洞庭湖生态安全和促进安乡县社会经济可持续发展具有重要作用。

3 研究区的特色与价值

3.1 湿地物种的多样性

据不完全统计，湖南安乡书院洲国家湿地公园共有种子植物520种，隶属于344属、119科；其中裸子植物5科、10属、11种，被子植物114科、334属、509种。去掉栽培以及外来逸生植物，该地共有野生种子植物466种，隶属于304属、106科。野生脊椎动物共有202种，隶属于30目74科151属，其中鱼类有5目13科42属50种，两栖动物有2目5科7属11种，爬行动物有3目8科15属19种，鸟类有15目41科78属111种。

3.2 生态系统的典型性

3.3 社会价值的现实性

湖南安乡书院洲国家湿地公园以自然径流和自然降水补给为主，水资源非常丰富，充足的水量不仅能够保证湿地生态用水、安乡县的工农业生产和城乡居民生活用水，而且还能有效满足湿地公园下游区域的生态、生产和生活用水，为区域社会经济可持续发展提供坚实的水资源保障，有效保障“后三峡时代”洞庭湖湿地的生态用水和生态安全。同时，湿地公园的生态系统中还蕴藏着深厚的历史文化以及科普价值。

4 需求分析及建设思路

4.1 项目需求分析

湖南安乡书院洲国家湿地公园自试点建设以来，在湿地保护与恢复建设、管理基本条件及能力建设、科研监测及科普宣教体系建设、湿地合理利用及社区关系协调、服务设施及基础设施建设等方面做了大量工作。但由于湖南安乡书院洲国家湿地公园成立的时间不长，在湿地生态系统、生物多样性、国家重点保护野生动植物的监测方面数字化水平较低；在揭示关键物种、生物群落动态变化规律和生态过程变化机制等方面，掌握的重要参数和动态信息不充分；在科普宣教和社区管理方面，信息化手段较为落后。

4.2 建设思路

通过对湖南安乡书院洲国家湿地公园区内生态系统、生物多样性、国家重点保护野生动植物的监测，掌握重要湿地生态系统的重要参数和动态信息，揭示关键物种、生物群落动态变化规律和生态过程的变化机制；通过对湖南安乡书院洲国家湿地公园恢复重建区、合理利用区和管理服务区各项建设的信息数据采集，实时监测湿地面积总量，设置预警阈值，动态分析区域经济建设和社会发展的规模和速度对湿地生态系统的承载能力的影响。通过本次科研监测项目建设为书院洲国家湿地公园制定更加科学有效的管理措施和自然资源的合理利用提供科学依据，从而实现湿地公园与区域经济的可持续发展，促进人与自然和谐共生，推进美丽中国建设。

湖南安乡书院洲国家湿地公园科研监测建设将围绕“一专网、一平台、多应用”展开。其中“一专网”指的是湿地公园内的实时动态信息传输通道；“一平台”指的是湖南安乡书院洲国家湿地公园信息化管理平台的建设；“多应用”指的是围绕湿地公园区内资源调查、巡护监测、科学研究、宣传教育、社区共管等核心业务所实现的应用。

5 工程设计

5.1 前端系统设计

5.1.1 数据采集系统

针对不同的数据采集对象，主要分为以下几个形式的数据采集系统(表1)。

5.1.1.1 生态环境因子检测系统

(1)通过巡护数据采集平台记录湿地公园的地形、地貌、土壤情况及各物种的属性数据。

我在这里也想借此发出呼吁，希望有更多对水科学感兴趣的人一起参与其中。目前已经到了这样一个阶段，即由中国科学家领头开创一个新方向、新领域正在变得越来越可行，也越来越重要。这样坚持数年、几十年，中国科学一定会走到前面。我们期待着这一天的早日到来。

表1 数据采集系统建设信息

(2)通过监测数据自动采集设备对大气及水文情况进行自动采集。

(3)通过实验室对采集的水样分析得到的数据对地表基地下水情况进行分析。

5.1.1.2 人员密集活动区域监测

(1)通过巡护数据采集平台，记录巡护监测区域的人为干扰类型、位置信息及湿地公园各区域的人为干扰强度。

(2)通过人脸识别、车牌识别技术，采集监控区域内人员密集活动类型为景区宣传教育提供数据依据。

5.1.1.3 鸟类动物活动区域监测

(1)通过巡护数据采集平台，拍摄鸟类粪便、毛发、取食痕迹等照片并记录位置等相关信息。

(2)结合巡护数据采集平台的数据采集位置，安装红外相机自动采集设备，记录动物活动轨迹、栖息地状况及种群数量等相关信息。

(3)通过在鸟类活动开阔区域、食源区域、栖息地的相对位置架设目标自动跟踪高清摄像机，对鸟类的活动姿态、行为、个体特征及栖息地位置信息、地质地貌信息进行采集。

(4)通过实验室对采集的鸟类粪便、毛发等分析得到，如：动物属性、身体状况或疫源疫病主要种类等数据。

5.1.1.4 重要区域检测

(1)通过巡护数据采集平台，对重点区域的重要物种生长或栖息地等进行重点监测，对各类湿地受威胁因子(城市建设、污染、过度捕捞和采集、非法狩猎、盐碱化、外来物种入侵、植被过度采伐等)进行数据采集。

(2)通过在湿地公园内相对制高点位置架设远倍可见光及红外夜视监控设施，对湿地公园重点区域进行全天候视频监控。

5.1.1.5 巡护数据采集系统

本项目承担上述科研监测各个业务应用的数据采集，通过网络接收信息管理系统平台发布的巡护任务，通过网络上传所有采集的科研监测因子及数据。

5.1.2 网络系统

网络连接示意图如图1所示。网络节点分步信息如表2所示。网络传输是本系统要考虑的核心问题。该部分建设，旨在将前端信号采集系统的数据传回到各管理站和湿地管理控制中心，采用无线传输和光纤传输混合模式。传输部分主要包含：数字无线网桥、网络交换机、光纤收发器等。

在网络系统中，前端网络常用的网络架构可以分为二层结构和三层结构，二层结构是将接入层的设备直接与核心层的设备相连实现互通，三层架构则是为了考虑到网络组网的灵活性再增加一个汇聚层，从而提高网络系统的灵活扩展空间。在本次项目建设中选择三层架构组网。

5.2 湿地保护管理信息化平台及数据中心建设

通过科研监测业务数据采集系统建设，借助物联网、音视频编解码、卫星遥感、移动通信等技术采集书院

图1 网络连接示意

序号类型位置名称部署点坐标1塔点三里洲112°10′11.13″E29°23′24.14″N杨家河洲 112°11′31″E29°18′50.71″ N2中继点新开口村大堤段112°11′40.62″E29°21′38.95″N3汇聚点大港管理站112° 8′23.55″ E29°27′53.06″ N杨家河洲管理站长岭洲科研宣教中心112°10′11.13″ E29°23′24.14″ N4人员密集活动区域监测设备安装立杆长岭洲科研宣教中心附近5生境监测数据采集112°7′59.08″E29°28′14.66″N

洲国家湿地公园的各类实时数据，通过科研监测网络系统建设将所有数据汇集至书院洲国家湿地公园大数据中心。对各类数据进行存储、转换、融合等数据预处理，形成湿地内的多维度的实时和历史数据。

立足书院洲国家湿地公园各业务科室及主管部门和公众对湿地数据的共享需求，通过规范林业信息分类、采集、存储、处理、交换和服务的标准，建立统一标准的数据库。并实现基于全国林业系统政务网络及支持多业务部门的数据集成和云交换平台，实现全国林业信息的共享。将数据转为云资源，满足主管部门和公众对湿地公园各类信息共享、业务协同的要求。

5.3 湿地管理控制中心建设

管理控制中心设立在长岭洲湿地保护管理站，在杨家河洲管理站、大港管理站设立分控中心。由负责核心网络指挥与监测信息储存的管理与控制中心和负责数据交换与备份的分控中心组成。

管理控制中心配置有核心网络指挥系统、存储控制系统及大屏幕数字显示系统。其中大屏幕显示系统能精确显示系统采集的各种专业系统运作状况与实时信息，还将提供对位置、地理分布、信息统计、查询、图形管理等功能的直观显示。

6 结语

湖南安乡书院洲国家湿地公园内分布有长江中下游江湖之间的进水河网水系——松滋河和虎渡河，以其长江与洞庭湖之间独具特色的河网水系复合生态系统在长江中下游流域具有极强的独特性。同时，湿地公园还蕴藏着深厚的历史文化和湿地文化。研究湿地公园内的科研监测工程建设，有助于湿地公园内的资源综合利用，有利于区域内的环境与经济综合建设，有利于林业系统的信息共享，有利于湿地建设的发展。