浅析GIS技术在自然保护区规划中的应用现状及存在的问题

郭向科 吴金山

摘要：GIS是一种空间信息管理系统，在自然保护区规划及对数据进行信息化管理中具有重要意义。本文主要对GIS技术国内外研究现状及存在的问题进行概述，其结果可为更好地进行自然保护区的管理、合理开发森林资源提供参考。

关键词：GIS；自然保护区；现状；问题；分析

地理信息系统（Geographic Information Systems，GIS）技术是集数据采集、存储、管理、处理、分析、显示和描述于一体的数据分析技术，它主要在地理空间基础上，系统地将空间分布数据与地理层次联系起来，向使用者提供各种空间动态地理信息，并通过对现象和数据的分析实现可视化和形象化。现如今，GIS技术已在自然保护区规划管理过程中得到广泛应用，例如：通过GIS技术精准划分保护区分布范围，根据保护对象、设施和机构的分布进行规划图示，避免人工绘制的测量误差。其次，GIS技术将保护区的实时监测数据进行动态化分析，反映出保护区内生物景观的演变趋势，为保护区管理决策提供数据支持。除此之外，GIS技术对保护区基本数据、生物资源信息、活动信息等进行综合管理，实现保护区管理的科学规划，有效推动保护区的合理开发和可持续发展利用。本文主要对GIS技术国内外研究现状及存在的问题进行概述，其结果可为生物多样性的保护、自然保护区规划提供科学信息化管理。

自20世纪60年代起，美国、德国、英国等发达国家率先开始对GIS开展了一系列研究，不断渗透到城市规划、土地规划、环境保护、地质调查等领域，得到了各国的广泛重视并加以应用。例如，20世纪70年代，加拿大开始使用GIS来管理土地和其他基础设施；20世纪80年代，美国、欧洲等发达国家和地區也在土地、林业、生物资源管理等方面开展了GIS应用。

与国外相比，我国GIS研究起步较晚，但发展趋势较快，大致可分为以下3个阶段。

第一初级阶段。从20世纪70年代起，中国开始从美国引进资源卫星图像用于遥感技术解译研究，并于1977年研制出第一台计算机输出全要素地图，为GIS技术的推广应用做好准备。

第二实验阶段。到20世纪80年代，GIS进入综合研究和实验阶段。通过GIS技术在各个领域的实验、应用，实现对GIS技术的全面掌握，为我国GIS的发展奠定基础。

第三全面发展阶段。自20世纪90年代至今，GIS技术已在我国获得广泛应用，使我国与国外GIS技术差距迅速缩小。现如今，我国地理信息系统软件完备，技术手段完善，在生活领域得到全面推广，有效促进我国地理信息系统事业的快速发展。

2.1 GIS技术在自然保护区管理规划中的应用

在保护区规划过程中，利用GIS技术可以分析保护区管理的关键活动范围，对其进行效果分析，并为保护区规划提供信息数据支持。将GIS技术与实地勘察相结合，可以获得保护区三维景观透视图，利用遥感影像数据将保护区地貌形态展示出来。在进行保护区规划保护前，利用GIS技术可对其边界分布进行精确定位，实现其功能划分图示，保障规划实施的科学性和合理性。通过GIS技术能精确掌握保护区内动植物资源分布信息，从而构建资源信息库，实现资源整体的管理与分析。

2.2 GIS技术在野生动物空间分布中的应用

GIS技术是一种数据分析系统。通过数据处理分析，可以制成相关物种生境适宜性分级图，为后续物种保护提供参照。近年来，人类活动造成了野生动物生存环境破碎化，严重威胁保护物种种群的生存。GIS技术可将相关物种生境破碎化的区域进行可视化。通过物种栖息地的环境来评估生境的适宜性，显示生境变迁历程，分析威胁物种生存的主要因素，为保护物种多样性提供建设性意见。

影响野生动物生境因素诸多，不同物种对生境需求不同，通过现有技术很难获得各物种生境因子指标体系。利用GIS技术可对保护区内影响物种分布的生境因子进行分析，获得其分布规律，并为其保护提供科学依据。因此GIS技术的应用填补了生境因子研究的空白。

2.3 GIS技术在野外巡护中的应用

野外巡护是自然保护区日常管理中最为重要的工作之一。GIS技术在此过程中，可实现对保护区生态系统的监测，确保自然保护区规章制度严格实施。以巡护人员活动路线采集坐标信息，构建GIS巡护系统，算法优化最佳路径，可提高巡护人员工作效率。同时还可利用GIS技术下达巡护任务，避免漏检，加强对于巡护人员工作的监督。巡护人员还可利用GIS技术及时将自然保护区的变化信息上传到监控网络，使管理人员能及时做出应对。因此，GIS技术在野外巡护中的应用，对于开展保护区内智能管理工作具有重要意义。

2.4 GIS技术在保护区内森林资源管理工作中的应用

GIS技术现已广泛应用到森林火灾、森林资源的监测等方面。森林火灾对于保护区内动植物资源具有破坏性影响。因此，防火规划一直在自然保护区管理过程中受到高度重视。合理应用GIS技术，配合无人机遥感监测，可及时掌握森林火灾火势大小、方向。利用GIS技术信息数据库，根据数据分析展开火灾扑灭工作，使保护区内相关资源能及时得到保护。在灾后调查过程中，也可利用遥感数据影像资料进行灾害评估。同时，利用无人机拍摄功能对保护区内资源异常现象拍摄后进行上传（如树木病虫害、外来物种入侵等），进而可有效展开防治工作，为保护区内森林植物资源综合管理决策提供新思路。

近年来，GIS技术在我国自然保护区规划管理中的应用日益增多，但仍存在一些缺陷和不足。

（1）我国自然保护区数量类型众多，分布范围广，自然保护区地理信息系统缺乏统一标准。大多数地理信息数据管理系统都是根据对应保护区自身特点构建，无法适用于所有保护区。

（2）利用GIS技术建立的自然保護区规划模型是一种假设状态，实际发展情况可能与模拟结果存在差异。模型建立需要充分结合空间特性和3S技术，保证理论模型的准确性。

（3）利用GIS技术进行自然保护区设计需以大量的实地勘察数据为基础，若勘察数据存在误差，地理信息系统的建立则会受到影响。此外，外业调查得到的数据还可能存在问题，如人工勘察数据不够精确，数据长期没有进行更新等。因此，如何提高调查数据的精确度是GIS技术实践应用过程中的重要难题。

（4）GIS技术在自然保护区规划制图中已得到广泛应用，但GIS制图符号、标注等方面较于国内林业仍存在差异，对国内林业发展的支持程度还欠缺。

随着信息化技术的发展，GIS技术将不断应用到自然保护区规划设计中。目前，我国保护区综合信息管理系统技术已得到广泛应用。GIS技术和林业管理有机结合，一方面促进了林业知识理论创新，同时也促进了林业系统科学及交叉学科间的深入融合发展。例如，有学者提出，通过GIS建立国家级和省级植物转基因漂流地理信息系统。另一方面，随着各学科间的发展，同时也对GIS提出了更高要求，为GIS提供了实验基础。例如，为科学合理的管理某一区域内自然资源，需要解决GIS、GPS、RS与专家决策支持系统之间的耦合问题。GIS、RS和GPS（3S）的融合已成为必然趋势。“3S”集合是利用各自技术的特点，快速、准确地提供实验所需信息的技术。“3S”的具体分工可划分为，RS提供最新的图像信息，GPS提供准确的位置信息，GIS提供图像存储、处理、分析和应用。“3S”的应用可为森林管理和决策者提供准确而又快速的信息。

林业生态系统是一个非常复杂的系统，而GIS技术将自然保护区由传统的管理模式转变为信息化管理，随着GIS技术的全面运用，保护区规划管理能力将会大幅度提高，技术价值也将充分体现。传统GIS应用需要大量的基础知识和经验，很难解决系统的监控、模拟和科学管理等复杂问题。如将GIS和专家系统结合后可形成智能GIS，利用神经网络模型将成为解决这些复杂问题的重要途径。目前，该领域的研究受到广泛关注。随着网络GIS、虚拟GIS、开放GIS、真实三维和时空四维数据结构等GIS技术的发展和完善，GIS技术在自然保护区规划应用中的作用将更加突出。自然保护区的规划和管理受到各种因素的影响，GIS作为林业规划管理的重要技术，如能加以合理利用，那么在未来的自然保护区的治理上，必将事半功倍。

作者简介：郭向科（1992-），男，助理工程师。主要从事林业规划设计等方面的工作。

*通讯作者：吴金山（1984-），男，副教授。主要从事林木培育方面的研究。