小五台山自然保护区智慧管理平台应用研究

万少欣

（河北小五台山国家级自然保护区管理中心，河北 张家口 075700）

0 引言

近年来，河北小五台山自然保护区陆续搭建了部分区域的森林防火视频监测、巡护监测、红外相机监测、有害生物监测等保护区业务需求的信息化保护监测系统。但整体建设信息化支撑手段有限，缺乏统一的规划，系统建设相互独立，已无法满足保护区生态保护、自身建设、科研监测、公众意识教育等方面的发展需求。建立智慧平台，将保护区从传统管理模式转变为数字化管理模式，从分散管理转变为协同管理，从而有效整合各项业务，提升保护管理成效。运用现代化科学技术，提高生物多样性保护能力，维护国家生态安全，实现人与自然的和谐共生[1]，为建设“平安、和谐、智慧、幸福”小五台山自然保护区提供支撑。

1 小五台山国家级自然保护区背景介绍

保护区地处太行山、燕山、恒山三山交汇处，位于蔚县和涿鹿县南部山区，东与北京市门头沟区接壤，距北京市区125km，北距张家口市区150km，南距石家庄市区230km，主峰东台海拔2882m，为太行山主峰，京津冀最高峰，总面积为26700hm2。据不完全统计，小五台山自然保护区分布有野生高等植物1637 种，有国家Ⅱ级保护野生植物大花杓兰、红景天、野大豆、手参等10 种。区内有陆生脊椎野生动物201 种，国家Ⅰ级保护野生动物有褐马鸡、金雕、白肩雕、大鸨、黑鹳、猎隼、秃鹫和金钱豹8 种，国家Ⅱ级保护野生动物有黑鸢、苍鹰、勺鸡、雕鸮、兔狲、中华斑羚等32 种。森林覆盖率由1986 年的54.9%增加到现在的78.4%，为京西筑起绿色生态屏障，为蔚涿两县生态、经济、社会发展做出了积极贡献。

2 小五台山自然保护区智慧管理平台构架

该智慧平台采用五层建设构架思路，具体包括：感知层、网络层、数据层、平台层、业务层。将大数据、人工智能等先进技术与保护区业务知识及应用体系深度融合，面向各层级决策层、社会公众层等提供开放共享平台，形成业务流程、生态模型、告警预警、评价评估、决策指挥等生物多样性保护能力。智慧平台网络拓扑如图1 所示。

图1 智慧平台网络拓扑

2.1 一张网感知监测层

智慧平台的数据获取保障，负责采集和汇聚空天地人一体化生态环境和生物多样性监测数据，具体包括生态环境监测数据采集，生物多样性监测数据采集，巡护及人为活动数据采集，以及自然资源动态监测数据采集等，通过多方位的数据资源采集，为系统的全面建设提供优质的数据保障。

2.2 一中心基础设施层

智慧平台的基础运行保障，负责提供基础设施资源，具体包括：网络系统的建设、机房提升改造、多媒体设备升级等，通过全面的基础设置搭建，可为系统的全面建设提供良好的基础。

2.3 一套数数据服务层

智慧平台的数据服务保障，负责存储和管理各类设备所采集的数据，具体分为两个小层：数据资源存储层和数据资源处理层。数据资源存储层使用数据库管理系统存储各类数据资源，同时建立各类数据的空间和属性索引信息为实际应用提供数据支持；数据资源处理层通过数据引擎和数据访问接口获取各类数据，该层的用户无须知道数据资源是如何存储和管理的，只需按业务应用需求，通过数据服务提取所需数据资源信息。

2.4 一平台支撑服务层

通过整合保护区现有及新建的各类数据资源，集约构建保护区地理信息系统平台及统一资源管理平台，提供基于时空地理的数据采集、汇聚、处理、交换、共享、模型运算、智能分析、可视化管理等服务，实现保护区各有关部门信息的互联互通，建立协同高效的保护区管理模式。

2.5 一张图业务应用层

智慧平台的业务服务保障，负责提供适合保护区资源管理特点的智慧监管信息服务系统，具体可分为多个应用子系统。通过多业务系统的全面搭建，可为保护区管理部门提供一个有效的资源管理、人员管理、资金管理、辅助作业设计以及检查验收、监测和评估的工具，同时以利于提高信息收集、处理速度和质量，为制定管理措施、与上级主管部门交换数据提供手段。基于数据的融合和分析，有效整合、管理保护区天空地人一体化监测体系各类监测数据，实现保护区业务应用与监测体系高度融合，从中提取出面向自然保护区业务应用、科普宣教（公众）和专题情景的大数据展示应用。

3 智慧管理平台建设内容

小五台山自然保护区目前平台建设内容主要包括11 个方面，分别是本底资源管理系统、全业务应用体系一张图、生物多样性分析及AI 识别系统、领导驾驶舱、设备管理系统、项目管理系统、动植物救助管理系统、有害生物管理系统、林长制管理系统、智慧保护区微信小程序、统一资源管理。小五台山保护与监测体系如图2 所示。

图2 小五台山保护与监测体系

3.1 本底资源管理系统

通过对保护区基础地理、空间规划、自然资源、生物多样性、管理资源、科研监测和信息数据管理支撑，建立保护区本底资源数据的采集、传输、管理和使用的一套技术体系和管理体系，实现多种类型的自然资源在基础空间数据平台上的集成管理。通过电子地图形式将相关数据追踪到山头地块，对各类数据实现其可管、可查、可视，从而解决“自然资源分布在哪”的问题，为保护区各业务部门和决策者掌控保护区基础资源和生态保护的生物多样性科学数据，提供科学性和有效性技术保障。

3.2 全业务应用体系一张图

基于地理信息技术和北斗定位技术及国家标准的数据处理技术，立足于实际应用，将多种数据信息按照林草行业实际管理标准进行划分管理，实时上图，进行数据可视化管理和分析，做到“可看、可用、可分析”的原则。以三维模式对保护区全业务进行整体一张图可视化，根据类别、区域范围等条件可查询或统计资源数据相关信息，并可在地图上直观展示业务资源的分布情况。通过三维电子地图形式将相关数据追踪到山头地头，对各类数据实现其可管、可查、可视，从而解决“业务全图管控”的问题，促进保护区生物多样性保护和可持续利用事业的发展。

3.3 生物多样性分析及AI 识别系统

基于小五台山自然保护区本底资源调查为基础，利用红外相机、视频监测、声纹监测、卫星定位追踪动物、人工专项调查等技术手段构建生物多样性动态监测感知体系，集合生态学、动物学、空间地理信息学，按照空间、时间、管辖范围、生态区域、生境分布、物种等不同角度、不同维度、不用层次进行生物多样性大数据分析与评价，评估保护区生态系统宏观结构、物种多样性区域分布、生物多样性保护现状与空缺，充分掌握保护区资源现状、保护对象情况及受外界干扰威胁程度、自身潜在威胁程度，并最终支撑整个保护区的生态保护和发展。

通过AI 识别功能，能够初步将采集到的动植物影像及声纹进行识别，再通过人工二次鉴定后，确定其种的名称。为以后物种的鉴别工作提供便利。

3.4 领导数据驾驶舱

将保护区管理服务工作从定性变为定量、静态变为动态、单一变为综合，以大屏数字看板可视化形式呈现各项监测信息。以遥感影像和电子地图为载体，以各类传感设施设备构建的天、空、地、人全方位监测体系获取的感知监测数据为依据，通过各业务应用系统实时接入、数据融合、信息处理、AI 时空分析、数据挖掘等服务，建立多元数据分析模型，分析评估保护区生态系统当前状态，对可能发生的生态安全事件进行预警预测，最终为保护区监管进行动态模拟和决策，实现对保护区整体数字化分析可视化，充分挖掘数据价值，为管理工作提供切实可靠的数据支持。

3.5 设备管理系统

对保护区各类监测设备进行合理化、规范化、系统化、精细化管理，对保护区所有的感知监测设备进行数字化、自动化、科学化的全过程、全寿命动态管理，及时掌握设备系统性能和运行状态，进行预先管控，实现设备动态管理[2]。

3.6 项目管理系统

利用信息技术，整合和优化业务处理模式[3]，实现项目立项、项目规划、项目过程管理、项目核查、项目变更、项目汇报、项目评估、项目经费、项目验收和项目资料归档全过程的规范化、科学化管理，实现保护区各项目业务处理过程的电子化、自动化管理。以达到方便、高效地管理和控制项目活动，满足管理与决策的需要，为管理者对各类项目成果的正确评估提供依据。

3.7 动植物救助管理系统

建立系统化的野生动植物救助体系，实现对野生动植物救助的全流程跟踪管理。采用现代化计算机软件、手持式移动设备及软件、人工智能算法、计算机网络和数据库等技术，整合和优化救助处理模式，实现动植物救助登记、检查、诊疗、饲养、放归等全程规范化、科学化管理，实现保护区对野生动植物救助业务处理的全过程电子化、自动化管理。通过完善源头管理长效机制，加强野生动植物资源保护，使重点保护野生动植物得到恢复和增加，生态系统类型得到有效保护，从而实现野生动植物资源的良性循环，保证人与自然和谐发展。

3.8 有害生物管理系统

针对保护区虫情、病害、外来入侵物种的林业有害生物监测、预警、防治管理需求，开发基于监测数据采集与数据处理、数据统计分析、预警发布与指挥决策、监测防治工作等功能，结合移动终端实现有关指标统计查询、外业工作管理、消息中心、知识库查询与系统设置等功能的移动调查监测系统。

3.9 林长制管理系统

本系统立足当前小五台山自然保护区林长制工作要求和重点，强化科技支撑，以保护区林长制工作实施制度为基础，建设保护区智慧林长制管控系统。实现林长制工作机制下的各级林长领导、绩效考核、工作协同。逐步建立重点区域实时监控网络，及时掌握资源动态变化，不断完善保护区动态检测体系，提升资源监测智慧化水平[4]。构建属地负责、部门协同、源头治理、全域覆盖的长效机制，统筹山水林田草系统治理，加快推进美丽保护区建设。

3.10 智慧保护区微信小程序

小程序立足于介绍保护区建设、参与保护区建设、共容保护区建设，使公众了解对自然保护区的物种与生态环境、自然保护的意义与方法、自然保护区所处区域的地理条件特征、传统文化和地方乡土文化方面的知识，在方便访客畅享生态文明建设成果的同时，参与生物多样性保护的行动中[5]。

3.11 统一资源管理

小五台山自然保护区智慧保护区数据中心，存储保护区各个业务相关的监测管理运行的所有资源统计和评价数据，通过统一登陆平台远程访问、关注、查询各管控平台的生态保护、资源管理、科研监测、监督管理、宣教管理、社区发展与共建管理等业务运行数据。

4 结语

河北小五台山国家级自然保护区智慧平台的建立，将从根本上改善保护区的通信基础设施条件，形成保护区面积90%以上的生态系统监测网，进而构建物联网和各类移动智能终端的保护区野生动植物野外监测体系。对环境破坏、森林灾害等开展监测预警，加强对重点保护对象的监测，为今后开展保护工作提供科学依据；在保护区日常管理上，实现对巡护人员及区内人员的实时监控管理，提高保护区日常业务管理和服务水平。另外，项目的实施，也必将带动保护区科技的发展，推动保护区逐步向现代化管理迈进。