云南香格里拉普达措国家公园综合管理信息化服务平台设计

王梦犀，易小理

(1. 国家林业和草原局昆明勘察设计院，云南 昆明 650000； 2. 云南北纬数据技术有限公司，云南 昆明 650000)

信息化建设是国家公园等自然保护地保护和监测的重要内容，通过运用高科技手段“武装”自然保护地，实时掌握自然保护地的运行状态，提升管理机构在监控、监测、应急指挥等方面的技术水平和综合能力，为自然保护地在新形势下开展巡护监测和保护管理提供智力保障和技术支撑[1]。近年来，国家高度重视自然保护地的信息化建设，明确要求：构建国家公园自然资源基础数据库及统计分析平台[2]，建设“天空地一体化”监测网络体系，充分发挥地面生态系统、环境、气象等监测站点和卫星遥感的作用，开展生态环境监测；依托生态环境监管平台和大数据，运用云计算、物联网等信息化手段，加强自然保护地监测数据集成分析和综合应用等[3]。

以云南香格里拉普达措国家公园(简称普达措国家公园)为例，立足国家公园信息化建设的要求，结合普达措国家公园的资源禀赋、基础设施、办公环境等现状情况，致力于建立普达措国家公园大数据中心，打造“一中心、两平台、三网、四系统”的普达措国家公园综合管理信息化服务平台，为其他自然保护地的信息化建设提供借鉴。

1 背景

普达措国家公园位于云南省迪庆藏族自治州香格里拉市，是全国首批国家公园体制试点区之一，也是中国大陆国家公园探索的最早实践地。普达措国家公园地处中国西南横断山脉、青藏高原东南缘和“三江并流”世界自然遗产地的核心腹地，是反映地球演化和地质构造的关键地区和杰出代表。国家公园总面积602.1 km2，地理坐标为东经99°52′17″～100°11′38″，北纬27°43′56″～28°04′28″，以高山湖泊、雪山草甸、原始森林、地质遗迹、民族风情及宗教文化为主，融丰富的生物多样性、景观多样性、文化多样性为一体，以其独特性、珍稀性、不可替代性和不可模仿性闻名，具有很高的保护价值和展示价值，比如：普达措国家公园地处全球34个生物多样性热点区中的喜马拉雅山地、印缅地区和中国西南山地这3个生物多样性热点区的交错地带和全国35个生物多样性保护优先区之一的横断山南段生物多样性保护优先区，是世界级的物种基因库，这里保存着中国最完整的矮高山栎原始种群，范围内的优势生态系统—亚高山寒温性针叶林是中国低纬度、高海拔寒温性针叶林的典型代表，与镶嵌其间的寒温性山地硬叶常绿阔叶林共同涵养着沼泽化草甸和水生生物群落，构成了完整的“森林—湖泊—沼泽—草甸”特殊复合生态系统，孕育了长苞冷杉、澜沧黄杉、黑颈鹤、中甸叶须鱼等重要物种，造就了极为丰富的生物多样性，仅碧塔海区域就分布有野生种子植物140科568属2 275种，范围内的鸟类种数占云南鸟类总数的1/3和全国鸟类总数的1/5，更是特有、珍稀濒危物种高度聚集之地，具有特殊保护意义的中甸叶须鱼是青藏高原快速隆升的残存产物，在全球范围内仅分布于普达措国家公园内，范围内的种子植物总数的50%以上为特有种，哺乳动物约有1/3为特有种。

2020年习近平总书记考察云南时欣慰地指出：“普达措(国家公园)我还是知道的，很漂亮，很壮观。”总书记特别嘱托“这是大自然赐予我们的宝贵财富，必须倍加珍惜”。为切实保护好普达措这一生态财富，实现国家公园建设“科学定位、整体保护、合理布局、稳步推进、国家主导、共同参与”的基本原则，有必要加强普达措国家公园的信息化建设，通过建立普达措国家公园大数据中心，积极打造普达措国家公园综合管理信息化服务平台。

2 总体框架

从设计思路上，普达措国家公园整合中央预算内保护利用基础设施建设一期项目的安防监控系统、二期项目的林火视频监控系统、三期项目的红外监控系统和信息化平台、碧塔海湿地监测项目的环境要素监测系统、普达措旅业分公司的访客流量监控系统以及中国科学院西双版纳热带植物园与香格里拉普达措国家公园管理局(以下简称管理局)共建的普达措野外综合监测平台等外部资源，通过自主设计信息化服务平台系统，形成“一中心”、“两平台”、“三网”、“四系统”的总体框架。普达措国家公园的综合管理信息化服务平台框架效果详见图1。

一中心，指大数据中心，即建立由指挥中心、监控中心、监测中心和基础数据库共同组成的普达措国家公园大数据中心；两平台，指打造普达措国家公园一体化生态环境监管平台和数据统计分析平台；三网，指建立和完善普达措国家公园“天、空、地”一体化监测网络体系；四系统，指构建普达措国家公园的本底资源信息管理系统、资源保护与监管系统、科研监测与科研管理系统、自然教育与对外宣传系统。

3 综合管理信息化服务平台设计

3.1 一中心

一中心，涵盖指挥中心、监控中心、监测中心和基础数据库的功能。由于普达措国家公园地形起伏较大、自然资源覆盖面多而广，开展人工监控管理、现场监测工作压力较大，通过实施大数据中心建设，实现指挥调度、监控查阅、现场会议、远程连线和综合大屏展示等功能，实时查看普达措国家公园自然资源生态因子、自然或人为干扰等因素的实时运行状况，并配备视频、音频等设备，可满足不少于30人的现场会议的要求，可以进行与分会场的视频会议连线，现场大屏亦可查看数据、平台、监控等系统，便于进行汇报、研讨等活动。

目前，管理局位于迪庆州政府内，由于办公场地受限，无法满足信息化平台综合管理和集中展示的需求，通过协商综合考虑租赁迪庆州电信公司机房设施(迪庆州政府隔壁)，包括1间机房(约15 m2)、1间大数据中心功能大厅(约65 m2)，由迪庆州电信公司负责机房的日常运行、维护和管理，管理局派人管理和值守大数据中心功能大厅。通过改造形成集指挥、监控和监测于一体的大数据实体中心。

大数据中心的功能大厅，经过墙体门窗及地面改造、供电保障、接地保护、综合布线、会议音响、应急照明、机房工程等措施后，基本具备大数据中心的基础条件，接续实施软件、硬件设施的完善，最后通过互联网专线网络、微波、4G、自组网等组合方式与分中心或终端设备相连接，接收“天空地”三网数据和信号，大数据中心配备专网防火墙和外网防火墙，协调指挥和控制各类视频或图片信号，及时作出反馈。另外，大数据中心遵循安全性、可靠性、稳定性、可拓展性、适用性、标准性的原则，同时具备开放性原则，根据分级管理和数据共享的要求，终端信号由大数据中心通过互联网专网等方式直接上传到云南省林草局双中心，接受上级主管部门的数据信号调度和业务监管。

在普达措国家公园大数据中心设计过程中，充分整合已有的3个分中心和正在建设的1个平台的图像及视频信号，具体包括：碧塔海湿地监测分中心，为碧塔海国际重要湿地监测项目所建，主要以中甸叶须鱼、黑颈鹤等湿地珍稀保护资源的监测为主；尼汝监控分中心，由中央预算内保护利用基础设施一期项目的安防监控、二期项目的林火视频监控建设；普达措旅业分公司分监控中心，由公司自主投资兴建的访客流量监控，用于碧塔海片区生态旅游活动的人为活动监控和访客管理等；正在由中国科学院西双版纳热带植物园建设的1个生态监测平台相关设备以及其它管理终端也在陆续接入到大数据中心。大数据中心实时掌握调度指挥、资源监测、视频监控等数据和信息，并以数字化大屏综合展示、VR虚拟应用等方式，实现了对普达措国家公园信息化管理和综合决策工作的基础支撑。普达措国家公园大数据中心的网络拓扑图和总体集成架构图见图2和图3。

图2 普达措国家公园大数据中心网络拓扑Fig.2 Network topology of Pudacuo National Park big data center

图3 普达措国家公园大数据中心总体集成架构Fig.3 Overall integration architecture of Pudacuo National Park big data center

3.2 两平台

两平台由生态环境监管平台和数据统计分析平台两部分组成，根据普达措国家公园日常保护和监测活动的业务范围，自主设计在综合管理信息化服务平台上集中展示。

生态环境监管平台，以数据采集、实时传输、在线查看、数据管理、统计分析等支撑服务功能为主，在实现监测数据一张图综合查询与展示的同时，集成服务和支撑普达措国家公园管理的具体业务内容，包括自然灾害预警、应急事件预警和日常巡护等内容组成的应急指挥业务，由水分、土壤、大气、噪声、生物等方面的生态监测数据成果以及全景展示、重点监控、样地样线等内容组成；数据统计分析平台

对自然资源本底数据、科研监测数据、信息监控数据等内容进行统计分析，实现国家公园监测数据集成分析和综合应用等，全面掌握自然保护地生态系统构成、分布与动态变化，及时评估和预警生态风险，为下一步定期统一发布生态环境状况监测评估报告做准备。两个平台的设计效果详见图4和图5。

图4 生态环境监管平台展示Fig.4 Display of ecological environment supervision platform

图5 数据统计分析平台展示Fig.5 Display of data statistical analysis platform

3.3 三网

三网指“天、空、地”一体化监测网络体系(图6)，通过整合设计，解决先前资金项目各自为政的弊端，形成普达措国家公园各类自然资源统一监管和科研监测的平台共享优势。

天网，主要指卫星遥感。比如通过设计算法，针对多期卫星遥感影像数据进行植被指数(NDVI)、地物类别等内容变化识别和特征分析，标记出变化较大的区域，为国家公园的研究与管理工作提供辅助决策。

空网，主要指无人机航空遥感和无人机应急指挥。无人机航空遥感作为遥感数据和地面监测的重要补充，成为低空巡查和日常监测工作的重要工具，负责采集国家公园航片、固定点位地类变化分析、风光图像采集等工作，比如VR全景展示图；无人机应急指挥，当发生突发事件时，能够把现场的一些情况快速传输回来，便于及时采取相关措施。

地网，主要针对普达措国家公园内已有的各类地面监测设施和设备。

1)林火视频监控：通过架设制高点云台摄像机(红外+可见光)，实现对森林火灾、病虫害等自然灾害的实时监测、防范与预警。

2)科研视频监控：通过布设林下视频监控设备，实现对样地、样线及国家公园内珍稀动植物资源的可视化监控。

3)人为因子监控：在人为活动聚集的重点区域及周边、卡口建立人为因子监控系统，实现对进出国家公园内的人、车、火种火源等人为干扰因子的有效管控，实现对破坏林草资源和违法生产经营行为的及时监控与预警。

4)安防系统监控：在野外巡护道路沿线建立安防监控摄像头，有效保障巡护的野外安全，加强对外来因素干扰的监控。

5)红外相机监控：结合人工智能识别技术，对国家公园内濒危珍稀保护物种信息进行实时跟踪与采集。

6)生态因子监测：通过铺设前端智能传感器实现对国家公园范围内气象、水质、水文、土壤等生境信息的实时收集，为“森林—湖泊—沼泽—草甸”特殊复合生态系统的保护管理、科研监测、生态修复、自然教育等提供强有力的决策支持。生态因子监测的总体框架参见图7。

图7 生态因子监测总体框架Fig.7 Overall framework of ecological factor monitoring

3.4 四系统

根据普达措国家公园的管理和展示需求进行定制化开发的四系统，包括本底资源信息管理系统、资源保护与监管系统、科研监测与管理系统、自然教育与对外宣传系统。以基础数据、空间数据、资源数据、监测数据、社区数据等各类信息资源整合展示为重点方向，对各类数据进行管理，形成大数据中心的基础数据库。

3.4.1本底资源信息管理系统

运用GIS技术在地图上进行点、线、面等空间位置的渲染及标注，并根据普达措国家公园边界、保护地、动植物分布、乡镇河流、道路等图层进行动态显隐控制，同时点击对应的地图要素实现相关数据详情查看。包括组织机构管理、自然资源管理、野生动植物资源管理、样地(线)管理、林地权属与土地利用管理、集体林管理、固定资产管理和社区发展等功能模块。

3.4.2资源保护与监管系统

集成普达措国家公园各类监控信息和数据，通过使用机器学习与图像识别算法，分别实现对动植物的识别、火灾识别、人流量分析、地类分析、植被盖度分析等功能。包括视频监控系统、人为因子干扰监控、森林防火、巡护监测、病虫害防范、入侵物种预防管理、案件管理等功能模块。

3.4.3科研监测与管理系统

实时接收水文、土壤、气象、噪声等监测站的实时数据，主要涵盖两个功能：科研监测、科研管理。包括环境变化监测、专项目标监测、科研项目管理、科研成果展示等功能模块。

3.4.4自然教育与对外宣传系统

依托生态环境监测平台和数据统计分析平台收集的数据，把允许公开的信息通过web系统对公众展示，前端使用基于vue开发框架，与后台实现前后端分离设计，使用自适应解决方案，实现各种主流分辨率下良好显示，数据层面使用页面静态化技术，一方面能够提升页面加载速度，另一方面提升抓取效率。整合了线上和线下功能，包括门户网站、手机、微信公众号等平台的线上宣传、虚拟国家公园和数字标本馆的自然教育、国家公园智能应用、国家公园管理预测预警功能、国家公园决策支持系统等功能模块。

4 结论

以国家公园的视角，借助大数据、云计算、物联网等信息化手段，通过普达措国家公园大数据中心建设，建立了“一中心、两平台、三网、四系统”的普达措国家公园综合管理信息化服务平台，改变了传统单一或分散的指挥、监测或监控格局，弥补了在国家公园信息化建设致力于高起点、大尺度、多样性方面的实践经验，为国家公园乃至整个自然保护地的信息化建设提供了案例借鉴和技术参考。