智慧国家公园体系构建路径

刘志伟　胡锐　徐志鸿　吕雪蕾

摘要：智慧国家公园是现代化国家公园建设与管理的高效技术支撑。文中分析了国外智慧地球、智慧湿地、智慧园林、智慧城市以及国内国家公园建设现状，以满足功能性和实用性为原则，提出智慧国家公园体系构建路径，即构建国家公园数据标准体系、“天空地”一体化智慧采集体系、高效数据传输体系、全方位大数据分析体系、智慧国家公园应用服务体系，以期为我国智慧国家公园体系建设提供参考和借鉴。

关键词：国家公园；智慧国家公园体系；构建路径

中图分类号：S759.91；F326.20 文献标识码：A 文章编号：2096-9546（2023）04-0007-08

DOI： 10.12344/lczcyj.2023.08.02.0001

刘志伟，胡锐，徐志鸿，等.智慧国家公园体系构建路径［J］.林草政策研究，2023，3（4）：7-14.

Pathways to Constructing Smart National Park System

Liu Zhiwei Hu Rui Xu Zhihong Lyu Xuelei

（Southwest Survey and Planning Institute， National Forestry and Grassland Administration，

Kunming 650031， Yunnan， China）

Abstract： Smart national park is an efficient technical support for the modernized construction and management of national parks. This paper analyzes the international efforts in building smart earth， smart wetland， smart garden and smart city as well as of national park establishment at home， and puts forward the pathways to smart national park system in compliance with the principle of functionality and practicability， including data standard system， space-air-ground integrated data collection system， efficient data transmission system， all-round big-data analysis system and application service system for smart national park. The study aims to provide references for future establishment of smart national park system.

Keywords： national park; smart national park system; pathways to system building

国家公园是自然生态系统最重要、自然景观最独特、自然遗产最精华、生物多样性最富集的区域，处于我国生态安全战略格局的关键区域^［1］。智慧国家公园是个全新的理念，是探索国家公园体制新道路的宏伟蓝图和长期目标^［2］。智慧国家公园体系建设在一定程度上弥补了国家公园生态监管及调控盲区，能有效提升国家公园环境治理能力水平，推进智慧国家公园建设为绿色可持续发展保驾护航，并有效促进人与自然和谐共生，是贯彻落实新发展理念的有效路径。

中共十八大以来，以习近平同志为核心的党中央高度重视信息化发展，加强顶层设计、总体布局，作出建设数字中国的战略决策^［3-4］。中共十九大报告中强调，要加强应用基础研究，拓展实施国家重大科技项目，突出关键共性技术、前沿引领技术、现代工程技术、颠覆性技术创新，为建设科技强国、质量强国、航天强国、网络强国、交通强国、数字中国、智慧社会提供有力支撑^［5］。国家林业和草原局也于2020年7月启动林草生态網络感知系统建设，加快现代化信息技术使用，推行网格化、精细化资源管理，以实现多功能、全天候、全覆盖的监管监测工作目标^［6］。智慧国家公园体系建设是全面建成智慧林业的重要举措，更是林草业顺应时代潮流、实现智慧化跃进的良好机遇。在此背景下，本文通过梳理国外智慧系统应用现状、国内智慧国家公园体系建设现状，从国家公园数据标准体系、“天空地”一体化智慧采集体系、高效数据传输体系、全方位大数据分析体系、智慧国家公园应用服务体系等方面提出智慧国家公园体系构建路径，以高质量构建智慧国家公园体系。

1 国外智慧系统应用现状

国外专门针对智慧国家公园体系构建的研究未见相关报道，但其在智慧地球、智慧湿地、智慧园林、智慧城市等领域的研究和应用积累了丰富的经验和成果。

1）智慧地球。2008年11月初，在纽约召开的外国关系理事会圆桌会议上，IBM首席执行官彭明盛先生发表“智慧的地球：下一代领导人议程”的主题演讲，首次提出了“智慧地球”概念，其目标是让世界运转智能化^［7］。“智慧地球”利用最新的信息技术改变各种交互方式，包括人、企业、组织、政府、社会和自然之间，并提高交互的明确性、提高交互的效率、提高交互的灵活性和响应速度，最终体现更高的智慧^［8］。

2）智慧湿地。美国佛罗里达州建立了湿地动植物信息检索系统，得克萨斯州建立了湿地信息网络服务系统，路易斯安娜州建立了湿地恢复空间决策支持系统等^［9］；通过GIS和遥感技术，卡库姆国家公园实现了对园内资源资产、生态旅游等的智慧化管理^［10］；美国Natl生物机构在湿地恢复计划的决策中应用了GIS技术^［11］。

3）智慧园林。美国1970年起便使用信息技术对城市园林绿地进行管理，利用微机管理程序对城市绿地的树种、树龄、位置等信息进行分区分片管理。黄石公园在环境监测方面成绩十分突出，对水质、地震、火山等进行了系统有效的监测和预警^［12］。城市景观信息系统是“数字城市”的重要组成部分，2001年韩国开发了此系统，主要用于城市景观信息管理，在城市园林信息化管理方面发挥了重要作用^［13］。目前其已在智慧园林建设方面初步实现了信息管理、安全防范、环境监测等智慧化系统的应用，但其相关研究仍主要集中于具体业务点上，智慧园林建设缺乏整体性、系统性的规划，信息化建设水平存在一定差距。同时，对相关数据的收集分析工作也较为欠缺。

4）智慧城市。早在2009年，IBM公司认为智慧城市建设最重要的是在城市信息通信技术设施建设的基础上，城市管理者运用这一技术工具对城市进行更为精准与智慧的管理与服务^［14］。此后，国外学者对于智慧城市发展路径的研究主要集中于技术路线与城市发展战略。例如，Lee等^［15］应用QFD方法建立服务与设备之间、设备与技术之间的相互联系，探讨了智慧城市架构过程中企业的技术路线图与社会公共服务的协调与融合；Hashem等^［16］认为，大数据与物联网的发展是推动智慧城市升级的重要技术背景。

2 国内智慧国家公园体系建设现状

三江源国家公园、大熊猫国家公园、东北虎豹国家公园、海南热带雨林国家公园、武夷山国家公园等第一批国家公园在智慧国家公园体系构建方面都进行了尝试，开展了一定程度的探索^［17］。通过分析国家公园和原国家公园体制试点区发现，其基本围绕“生态保护与修复”“资源管理”“科研监测”“科普教育与游憩体验”“社区发展”“管理与运行”等场景制定响应措施，明确重点发展方向。

2.1 生态保护与修复

钱江源国家公园体制试点区通过对珍稀野生动物的分析生成了活动“热力图”，主要数据包括黑麂活动区域、活动时间、活动频率等；建立了自动化的自然资源调查凭证管理、鉴定和信息服务体系。大熊猫国家公园在绵阳、广元、阿坝、雅安和凉山保护区均部署了视频监控设备，实现大熊猫和烟火视频采集。东北虎豹国家公园部署人脸和车辆卡口摄像机，实现车辆智能化管理；部署生态环境因子监测设备和站点，对生态因子包括土壤、水质、空气等进行采集回传^［18］，快速分析生态环境质量情况。大熊猫繁育研究基地部署了5G视频感知设备和VR视频感知设备。武夷山国家公园规划建设了监测系统、森林防火系统、GPS车辆调度系统、视频监控系统、多媒体展示系统以及电子商务系统等。通过“热力图”、视频监控等建设，可实现国家公园精准保护。

2.2 资源管理

国家公园及原国家公园体制试点区均逐步构建“天空地”一体化监测和管护网络，深化生物多样性本底调查，加强珍稀濒危特有物种专项调查和评估，构建多样性多维度数据信息系统，逐步实现对公园的数字化管理。东北虎豹國家公园通过“天空地”一体化监测系统，集成了多种高科技手段，包括现代通讯、人工智能、云计算等，可以对国家公园内动植物以及人类活动信息和动态进行实时监测，并利用北斗通信系统提供的定位服务实现森林、湿地、动植物等自然资源的调查与巡护，实现巡护人员巡护过程全方位监管，实时掌握资源巡护状况，确保资源安全，提高巡护监管水平。武夷山国家公园已建立智慧管理平台，综合运用智能化技术，采用无人机、巡护记录仪、红外相机等设备进行网格化巡护，实现对国家公园“天空地”全方位、全天候监测管理，提升生态资源保护和管理能力。

2.3 科研监测

东北虎豹国家公园建立了自然资源大数据相关分析管理系统，主要包括动植物资源分析管理、陆生野生动物野外种群调查采集、林业有害生物影响分析、生物多样性分析等子系统。武夷山国家公园对生物资源、生境要素等开展全方位全天候监测和服务，并将资源监测、巡护执法、森林覆盖率等信息通过“一张图”管理展示。海南热带雨林国家公园搭建“天空地”一体化智能感知监控体系，主要开展遥感监测、野外视频监测、智能传感网络监测、野外智能巡护监测、全景AR监测、监测视频直播等。

2.4 科普教育与游憩体验

武夷山国家公园坚持以信息化和数字化推动文化和生态旅游深度融合，围绕游客服务以及景区保护管理中的突出问题，持续推进武夷山景区智慧管理平台项目建设。在游客服务方面，创建了武夷山旅游APP、“中国武夷山”微信公众号，实现手机查询及预约、刷脸入园、免费WIFI、自助导游讲解、自助缴费停车、信息反馈、紧急救助等服务功能，同时建设武夷山旅游VR、AR地图等科技体验应用。普达措国家公园体制试点区逐步打造全息博物馆项目，为游客提供沉浸式游览体验。

2.5 社区发展

普达措国家公园体制试点区创新共建共管共享的社区发展模式：一是初步建立社区产业发展长效扶持机制，二是不断完善旅游收益反哺社区发展机制，三是继续发展社区优先就业扶持机制。海南热带雨林国家公园通过大数据积极探索“两山”转化实现路径，促进打造雨林型旅游产业，在不破坏生态环境的前提下，建立国家公园与周边游憩市场合作共赢机制，积极培育生态旅游和森林康养多元化融合发展的新业态^［19］。三江源国家公园建设了生态管护员信息管理系统，制定科学合理的生态管护员现场信息采集与核查工作方案，有效保障人、证、档案3项信息的一致性，并对采集到的数据进行清查及整理，对重点人群、工作对象进行统计分析，建立生态管护员档案数据仓库。

2.6 管理与运行

《三江源国家公园条例》指出国家公园管理机构应当加强信息基础设施建设和人才培养，建设大数据中心，实现国家公园的智能化、信息化、精细化管理，逐步建成智慧国家公园^［20］。三江源国家公园生态大数据中心初步建立了一套系统（国家公园云管理系统），一个平台（具备云计算能力的大数据平台），完成了基本软硬件建设（数据管理、传输管理以及信息安全）；生态大数据中心初步实现园区各类多源异构时空数据在统一时空框架下的标准处理、整合统筹、动态接入、直观展示与可信决策，为园区的人类活动与生态系统提供空间信息基准支撑^［21］。大熊猫国家公园还建设了智慧管理平台，涵盖野生动物监测、人为活动监测、智能巡护、森林防火监测预警、生态因子监测、病虫害监测、社区共管、自然资源综合管理、三维可视化等综合管理和展示、资源共享服务等功能。祁连山国家公园体制试点区（青海片区）上线“智慧祁连山”平台，实现林业生态全面感知、风险预警可控、林地动态监管、物种实时保护。

海南热带雨林国家公园计划开展智慧雨林项目平台建设，平台涵盖时空一体化数据库、数据可视化平台、雨林资源系统、雨林管护系统、雨林科研系统、雨林生态评估系统、雨林执法系统、社区共管系统、公众宣教系统、巡护系统等。武夷山国家公园通过大数据及时获知未来一定时间段的游客数量，即时掌握园区游客密度、交通状况等信息，并及时指挥调度，如提前准备观光车、竹筏等；同时，通过安全保障监控，及时发现游客危险行为，并第一时间予以警示。

3 智慧国家公园体系构建路径

“智慧国家公园”建设以大数据、云计算、物联网、互联网、人工智能等信息技术为支撑，以国家公园功能需求为驱动，构建国家公园数据标准体系、“天空地”一体化智慧采集体系、高效数据传输体系、智慧国家公园应用服务体系，实现国家公园全量数据资源总汇聚、全域数字化系统总集成、全局业务工作总协同，使国家公园具备更强感知力、协同力、保护力、发展力，推动国家公园发展理念创新、保护管理模式创新、公众服务模式创新、社区发展模式创新等。通过分析国内5个国家公园相关领域的建设情况发现，智慧国家公园的应用主要侧重于环境监测数据收集，在建立和完善“天空地”一体化综合监测方面取得了较大进展，在数据分析、挖掘、展示和利用等方面有一定的探索和成效，但在构建科学的自然资源资产管理模式、建立智慧化的生态保护管理模式，构建高品质、多样化的生态产品体系，构建安全预警与应急决策支持体系，建立和完善智慧理政机制、智慧大脑的融合运用等方面研究相对较少。目前面临的问题主要是数据获取较为分散，表现为虽有大量数据，但数据的挖掘利用没有发挥到最优，智慧体系的应用方式较为单一，对国家公园的保护管理效能未充分发挥。

国外在交通、园林、城市等领域都已经开展智慧体系的研究及应用，并取得了较好的经验和成果，为中国智慧国家公园体系构建提供了良好的借鉴经验。本文在研究和借鉴国内外相关经验的基础上，根据国家公园的特性，构建符合中国实际情况的智慧国家公园体系路径，力求为智慧国家公园体系建设提供有益参考。

3.1 构建国家公园数据标准体系

构建国家公园一体化数据平台体系（表1）。国家公园智慧化建设需要加大力度推进数据标准的统一，解决数据汇聚整合难题，消除数据孤岛。以统一的数据标准，将所有涉及森林资源、野生动植物、林火、林业有害生物、巡护管护等监管对象的空间、时间、属性、音视频、多媒体等多源信息，融合到以国家公園资源数据为基础的综合“一张图”上，建立国家公园地理时空数据库。通过不同系统的数据汇聚，各个国家公园可构建融合共享的信息平台。

3.2 构建“天空地”一体化智慧采集体系

为完善国家公园范围内的监测数据采集网络建设，提升监测数据管理能力，针对国家公园生态环境、生物多样性及自然资源监测、国家公园安防管控和科普宣教等工作，在国家公园内建立“天空地”一体化智慧采集体系^［22-23］，融合多种监测手段交叉验证，为国家公园大数据体系提供数据源，为国家公园建设管理提供依据。

“天空地”一体化智慧采集体系包括“天”基采集、“空”基采集、“地”基采集和基础设施4个部分（表2）。国家公园智慧采集主要内容体系的确定参考GB/T 39738—2020《国家公园监测规范》。通过国家公园智慧采集体系，一方面可以长期、连续地对国家公园生态系统、自然文化资源保护利用等数据进行收集、分析、解释和利用，另一方面可反向评价国家公园建设目标的达成情况。

3.3 构建高效数据传输体系

国家公园选择不同的通信方式如网络、卫星通信等，实现前端自动化监测设备的数据传输和人员通信信号覆盖，考虑的因素有当地的通信条件、内外部通信传输需求，以及系统建设、使用和维护需要的成本。国家公园无线网络传输系统的构建需要达到网络规划、网络设备、网络连接、网络安全和网络管理等多个方面的技术要求，以保证网络的可靠性、安全性和稳定性。

网络规划需要对国家公园的范围进行规划，确定网络设备的部署位置和覆盖范围，以及网络传输需求的优先级，制定相应的网络规划方案。网络设备的选择要综合考虑带宽要求、覆盖范围、信号稳定性、设备成本和设备管理等因素。需要根据实际情况选择适当的无线设备和传输设备，包括无线路由器、无线网桥、无线基站、传输信号转换器等，以达到最佳的网络传输效果。网络连接方式要全面考虑网络拓扑结构、网络协议、网络设备、网络安全和项目预算等因素。制定国家公园网络安全措施需要根据实际情况综合考虑访问控制、加密传输、防火墙、漏洞管理、员工培训等因素，制定相应的安全措施和策略，并加强安全意识教育和培训，以确保国家公园网络的安全性和可靠性。制定国家公园网络日常管理方案需要根据实际情况综合考虑管理组织结构、设备管理、安全管理、性能管理、员工培训等因素。

3.4 構建全方位大数据分析体系

数据分析层借助大数据、人工智能等新一代智能信息技术，面向国家公园各项工作对监测数据的分析需求，为复杂监测数据的科学有效应用提供数据分析引擎。国家公园数据分析体系相当于国家公园的“大脑”，主要将“天空地”一体化智慧采集体系采集到的海量数据信息，通过网络传输层传输至国家公园大数据分析体系，将以往分散的各类数据整合到一个“底图”上，打破“信息孤岛”和“孤立状态”，实现多源、多尺度、多维度的数据信息资源共享和联动，为国家公园的应用服务体系提供数据支撑。数据分析体系主要包括“云边端结合”计算平台、云计算平台、边缘计算平台、星载/机载等传感器端平台和AI识别算法。

“云边端结合”同时满足自然环境数据快速运算反馈和大数据智能分析的需求，可以全面分析国家公园的自然资源和生态系统状况、科学利用、保护管理动态等，进行国家级、省级或各国家公园层面的数据汇总。边缘计算、云计算和终端设备等平台的组合，让各项数据既能在国家公园设备终端实现运算和返回实时化、本地化的结果，支撑本地的业务智能化实施和决策的执行；又能通过云平台计算实现处理能力的弹性扩展，通过云边端强大的计算能力处理全局性、非实时、长周期的自然资源大数据，训练数据模型和AI模型，通过数据融合实现更多数字服务。

3.5 构建智慧国家公园应用服务体系

智慧国家公园应用服务体系是国家公园的“灵魂”和“中枢”，在一体化数据体系、标准体系、“天空地”一体化智慧采集体系和国家公园大数据体系的基础上，通过面向不同业务工作的应用系统，为国家公园科学高效的建设和运营管理提供智慧化服务，以提高国家公园的协同优化管理能力、科研能力、现代化科普宣教和公众服务能力。国家公园应用服务体系设计构建智慧保护管理平台、智慧科研监测平台、自然教育与生态旅游管理平台、社区可持续发展管理平台和智慧运营管理平台5大平台，融合感知监测、运营管理等多源数据，利用大数据、人工智能等技术，实现生态保护科学严谨、科研监测准确连续、运营管理精细高效、公众服务优质丰富，推动国家公园运营管理模式和开放共享模式创新（图1）。

4 结论与讨论

4.1 结论

本文以功能需求为导向，在借鉴国内外各领域智慧化建设和应用经验的基础上，结合中国国家公园特色和特性，提出中国智慧国家公园体系构建路径，即构建国家公园数据标准体系、构建“天空地”一体化智慧采集体系、构建高效数据传输体系、构建全方位大数据分析体系、构建智慧国家公园应用服务体系。这5大体系相辅相成，形成完整的有机体，助力国家公园保护、科研、教育、游憩等综合功能的实现，推进国家公园自然资源资产管理、保护巡护、科研监测、教育体验、特许经营、社会参与和宣传推介等方面的智慧化和智能化，助力国家公园实现自然资源数据管理集中化、监督执法精细化和管理效能高效化等目标。

4.2 讨论

智慧国家公园体系服务于国家战略，是支撑生态文明建设的有效技术手段。智慧国家公园体系构建是贯彻落实新发展理念的有效路径，是贯彻落实数字中国战略的必然要求，是落实国家生态安全、促进美丽中国建设的战略需求。国家一系列政策和文件的颁布将助力智慧国家公园体系构建，智慧化建设在各个领域的发展以及新基建将有力促进智慧国家公园体系构建。国家公园要实现有效保护、世代传承和全民共享3大功能，建设智慧国家公园体系是必行的途径。

中国智慧国家公园体系建设是一项庞大的系统工程，其建设工作不能一蹴而就，而是不断迭代的过程。由于信息化更新换代很快、资金投入巨大、后期维护成本很高，智慧国家公园建设应根据每个国家公园的特色和实际情况分阶段开展。智慧国家公园体系要在统一的方案架构下，依据各个国家公园的特点、运营管理现状和目标落地实施，从而避免出现重复投资、重复建设、信息孤岛等系列问题。智慧国家公园体系建设更多的应是顶层设计，而不应是单个智慧场景的堆砌，应以统一标准的数字架构为底层支撑，满足智慧国家公园的技术和规划迭代更新的需求，并逐步打通各垂直应用场景，以更好地服务国家公园的建设和管理。

参考文献

［1］唐小平.国家公园规划制度功能定位与空间属性［J］.生物多样性，2020，28（10）：1246-1254.

［2］李毅，夏红梅.青海智慧国家公园建设的技术保障体系研究［J］.青藏高原论坛，2016，4（2）：82-86.

［3］欧阳日辉.数字化是新形势下中国经济社会发展的重要引擎［J］.国家治理，2020（41）：44-48.

［4］陈岩，吴超楠.数字战略构建中国数字经济新格局［J］.科技导报，2022，40（22）：5-11.

［5］贾宝余，王建芳，王君婷.强化国家战略科技力量建设的思考［J］.中国科学院院刊，2018，33（6）：544-552.

［6］林泽攀，武红敢.北斗三号全球卫星导航系统的林草行业应用展望［J］.林业资源管理，2022（2）：27-31.

［7］刘云浩.物联网导论［M］.3版.北京：科学出版社，2017.

［8］许晔，孟弘，程家瑜，等.IBM“智慧地球”战略与我国的对策［J］.中国科技论坛，2010（4）：20-23.

［9］RAMEY V， BROWN K.APIRS：Aquatic Plant Information Retrieval System［J］.Libre，2001：131.

［10］TWUMASI Y A.The use of GIS and remote sensing techniques as tools for managing nature reserves：the case of Kakum National Park in Ghana［C］//Proceedings of IEEE 2001 International Geoscience and Remote Sensing Symposium.IEEE，2001：3227-3229.

［11］WIDIS D C，BENDOR T K，DEEGAN M. Prioritizing wetland restoration sites：a review and application to a large-scale coastal restoration program［J］.Ecological Restoration，2015，33（4）：358-377.

［12］HURWITZ S，SOHN R A，LUTTRELL K，et al.Triggering and modulation of geyser eruptions in Yellowstone National Park by earthquakes，earth tides，and weather［J］.Journal of Geophysical Research：Solid Earth，2014，119（3）：1718-1737.

［13］CHOI J，HWANG M，KIM G，et al.Supporting the measurement of the United Nations sustainable development goal 11 through the use of national urban information systems and open geospatial technologies：a case study of south Korea［J］.Open Geospatial Data，Software and Standards，2016，1（1）：1-9.

［14］郭昊，商容軒，米加宁.智慧城市：理论缘起、进展与未来方向：基于文献挖掘的发现［J］.电子政务，2022（11）：63-73.

［15］LEE J H，HANCOCK M G，HU M C.Towards an effective framework for building smart cities：lessons from Seoul and San Francisco［J］.Technological Forecasting and Social Change，2014，89：80-99.

［16］HASHEM I A T，CHANG V，ANUAR N B，et al.The role of big data in smart city［J］.International Journal of Information Management：the Journal for Information Professionals，2016，36（5）：748-758.

［17］曹林，周凯，申鑫，等.智慧林业发展现状与展望［J］.南京林业大学学报（自然科学版），2022，46（6）：83-95.

［18］宫一男，谭孟雨，王震，等.基于深度学习的红外相机动物影像人工智能识别：以东北虎豹国家公园为例［J］.兽类学报，2019，39（4）：458-465.

［19］龙文兴，杜彦君，洪小江，等.海南热带雨林国家公园试点经验［J］.生物多样性，2021，29（3）：328-330.

［20］赵新全.三江源国家公园创建“五个一”管理模式［J］.生物多样性，2021，29（3）：301-303.

［21］黄宝荣，王毅，苏利阳，等.我国国家公园体制试点的进展、问题与对策建议［J］.中国科学院院刊，2018，33（1）：76-85.

［22］崔雪晴，侯盟，刘璐，等.国家公园野生植物监测体系构建：以祁连山国家公园为例［J］.林草政策研究，2022，2（4）：43-49.

［23］夏元清，谢超，高寒，等.天空地一体化网络环境下多运动体系统跨域协同控制与智能决策［J］.控制与决策，2023，38（5）：1176-1199.