基于地理信息技术的自然保护区监管平台设计与实现
摘要：本文以现代地理信息技术（遥感、GPS、桌面GIS、WebGIS、移动GIS、组件GIS及空间数据库等技术）为依托，设计并实现了一套监管系统用于自然保护区的监测管理、开发保护和在线核查，对加强自然保护区的保护工作有着重要意义。
关键词： 地理信息技术；自然保护区；GIS；核查
中图分类号：X36 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0121246-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.148
Abstract： Based on modern geographic information technologies （Remote sensing， GPS， Desktop GIS， WebGIS， Mobile GIS， Component GIS and Spatial database technology）， this paper designs and implements a monitoring system for the monitoring and management of nature reserves、development protection and Online verification， the research results are of great significance to strengthening the protection of nature reserves.
Key words： Geographic information technologies； Nature reserve； GIS； Verification
近年来，由于部分环境保护工作推进落实不够，城市建设规划存在侵占自然保护区现象，生态环境破坏问题比较突出，部分河流湖库水质恶化。因此，建立生态保护综合监管平台，对生态保护红线和自然保护区内的开发建设活动实施监控，形成天地一体化观测体系与大数据、互联网集成的综合生态安全监管体系迫在眉睫。自然保护区监管不断加强，建立了自然保护区天地一体化的遥感监控体系，定期对国家级自然保护区进行遥感监测和实地核查，为政府环保决策提供依据。随着地理信息、网络通讯、空间数据库等技术的日臻成熟，为实现自然保护区的常态化监管提供了技术保障[1]。本文通过合理利用这些技术方法，建立了一套生态保护综合监管平台，实现自然保护区遥感动态监测、核查信息采集、信息展示及分析决策等功能[2]。
1 数据准备
（1）自然保护区基本资料。主要包含自然保护区的基本情况介绍、功能区划、保护类型、开发利用情况等数据，主要以文字、文档、统计报表等方式提供。（2）地理国情普查成果。已经结束的第一次全国地理国情普查，主要是为查清我国自然和人文地理要素的现状及空间分布情况，其数据成果可直接应用于自然保护区监测，为自然保护区空间分布与变化监测、生态环境统计分析等提供数据来源。（3）基础地理数据。 主要包括历史基础地理信息数据以及其他行业部门提供的跟自然保护区相关的专题数据。
2 平台设计
2.1 总体架构
系统总体架构如图 1 所示。
数据中心，包括自然保护区监管涉及的自然保护区基本信息数据、专题数据等，根据数据类型主要分为空间数据、资料文件、其他文件信息等。数据管理平台，对数据中心的各种类型的数据进行管理维护。
前端应用，包括移动端信息核查系统和WEB端环保监管核查系统。
2.2 功能设计
该平台分为WEB端、移动端和后台管理三部分。WEB端主要内容包括保护区的各种成果数据展示、专题数据统计分析、联合移动端完成各种信息核查、多期遥感影像动态监测、系统运维管理等[3]。移动端主要配合WEB端完成信息采集上传工作。后台管理部分主要负责WEB端和移动端的信息交互协议制定、数据配置等工作。
2.2.1 数据展示
主要以在线地图服务的方式展示与自然保护区相关的各种数据，包括基础地理数据、地理国情数据、自然保护区各种专题数据以及和其他资料文件等。通过地图基本操作，实现空间數据的漫游浏览、量测和图层控制等功能。
2.2.2 统计分析
通过表格、柱状图、饼状图、折线图等直观表达方式，对自然保护区各种专题数据信息分类别进行展现。
2.2.3 信息核查
充分利用WEB端数据管理优势和移动端灵活便捷的优势，实现自然保护区信息核查功能。WEB端实现任务分配管理和信息核查结果分析展示等功能，移动端主要负责任务接收、实地信息采集、信息上传至WEB端等工作。
2.2.4 动态监测
通过卷帘、时间轴、多屏等工具，分析对比自然保护区不同时期的影像特征，进而反映监测区域的变化情况和变化规律。
2.2.5 运维管理
实现用户信息管理、用户权限管理、地图服务管理及服务运行监控、离线数据管理、系统异常监测等功能。通过用户权限管理功能，为不同部门不同岗位的用户提供不同的访问权限。通过地图服务管理、离线数据管理等功能，为前后端系统展示提供数据源[4]。通过地图服务运行监控、系统异常监测等功能，实时监控系统的运行状态，保障平台稳定运行。
2.2.6 后台管理
为WEB端和移动端信息传输提供通道，通过制定相关的协议，保障信息成功传输。
3 关键技术
3.1 WEB端任务管理
自然保护区信息核查以任务为单元进行，通过任务分配、任务状态管理、任务成果管理等功能，保证任务从创建到执行完成的顺利进行。
任务分配主要是向移动终端用户分发核查任务，包括核查红线范围、核查目标点等信息。任务状态管理主要实时监测任务的状态，包括未执行、未上传、未审核、审核中、审核失败、审核成功等状态信息，进而监控任务的进度，保障任务按时完成。任务成果管理主要是对移动终端的采集信息进行管理、分析和展现。
3.2 移动终端信息采集上传
移动端接收到核查任务后，开始根据任务范围和任务目标点进行信息采集，主要采集目标点的相关描述信息，以及实地照片视频等辅助信息。用户主要通过地图GPS定位和地图导航功能到达目标点，通过Android移动终端APP完成信息采集工作，同时记录用户的轨迹，便于后期核查信息分析和追溯。信息上传主要是基于网络HTTP传输协议完成，通过调用后台端口，将采集信息按照预定的信息格式进行上传。上传信息主要包括文本信息和图片视频文件，文本信息以JSON格式上传，图片和视频根据任务目标点进行压缩打包上传。为了防止网络异常等造成的传输中断，系统设计了断点续传和信息完整性检测等功能。
4 结论与展望
本文通过利用地理信息技术的优势，结合自然保护区监管工作迫切需求，设计并实现了自然保护区监管平台。该平台切实为自然保护区监测与管理提供了实用工具，为自然保护区的常态化管理提供技术手段和技术积累。由于用户崗位的差异，对数据源的要求也会不同，在后期的研究中，将着力于数据源的多样性配置及数据分类、分级的展现效果，进而提高平台的实用性。
参考文献
[1]杨昆，明庆忠.地理信息技术在自然保护区管理中的应用方法研究[J].测绘通报，2005，（6）：13.
[2]刘恒飞，张天红，刘禹鑫.基于3S技术的自然保护区监管系统设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2017，（1）：75.
[3]李若凝，何瑞珍，李喜梅.自然保护区旅游开发政府监管探讨[J].西北农林科技大学学报（社会科学版），2005，5（4）：122-125.
[4]陶克菲.绿剑斩浊流——监管国家级自然保护区[J].环境教育，2007，（2） ：24-27.
收稿日期：2018-02-06
作者简介：樊艳伟（1984-），男，硕士研究生，测绘工程师，研究方向为GIS应用及遥感影像处理。
关键词： 地理信息技术；自然保护区；GIS；核查
中图分类号：X36 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）03-0121246-01
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.03.148
Abstract： Based on modern geographic information technologies （Remote sensing， GPS， Desktop GIS， WebGIS， Mobile GIS， Component GIS and Spatial database technology）， this paper designs and implements a monitoring system for the monitoring and management of nature reserves、development protection and Online verification， the research results are of great significance to strengthening the protection of nature reserves.
Key words： Geographic information technologies； Nature reserve； GIS； Verification
近年来，由于部分环境保护工作推进落实不够，城市建设规划存在侵占自然保护区现象，生态环境破坏问题比较突出，部分河流湖库水质恶化。因此，建立生态保护综合监管平台，对生态保护红线和自然保护区内的开发建设活动实施监控，形成天地一体化观测体系与大数据、互联网集成的综合生态安全监管体系迫在眉睫。自然保护区监管不断加强，建立了自然保护区天地一体化的遥感监控体系，定期对国家级自然保护区进行遥感监测和实地核查，为政府环保决策提供依据。随着地理信息、网络通讯、空间数据库等技术的日臻成熟，为实现自然保护区的常态化监管提供了技术保障[1]。本文通过合理利用这些技术方法，建立了一套生态保护综合监管平台，实现自然保护区遥感动态监测、核查信息采集、信息展示及分析决策等功能[2]。
1 数据准备
（1）自然保护区基本资料。主要包含自然保护区的基本情况介绍、功能区划、保护类型、开发利用情况等数据，主要以文字、文档、统计报表等方式提供。（2）地理国情普查成果。已经结束的第一次全国地理国情普查，主要是为查清我国自然和人文地理要素的现状及空间分布情况，其数据成果可直接应用于自然保护区监测，为自然保护区空间分布与变化监测、生态环境统计分析等提供数据来源。（3）基础地理数据。 主要包括历史基础地理信息数据以及其他行业部门提供的跟自然保护区相关的专题数据。
2 平台设计
2.1 总体架构
系统总体架构如图 1 所示。
数据中心，包括自然保护区监管涉及的自然保护区基本信息数据、专题数据等，根据数据类型主要分为空间数据、资料文件、其他文件信息等。数据管理平台，对数据中心的各种类型的数据进行管理维护。
前端应用，包括移动端信息核查系统和WEB端环保监管核查系统。
2.2 功能设计
该平台分为WEB端、移动端和后台管理三部分。WEB端主要内容包括保护区的各种成果数据展示、专题数据统计分析、联合移动端完成各种信息核查、多期遥感影像动态监测、系统运维管理等[3]。移动端主要配合WEB端完成信息采集上传工作。后台管理部分主要负责WEB端和移动端的信息交互协议制定、数据配置等工作。
2.2.1 数据展示
主要以在线地图服务的方式展示与自然保护区相关的各种数据，包括基础地理数据、地理国情数据、自然保护区各种专题数据以及和其他资料文件等。通过地图基本操作，实现空间數据的漫游浏览、量测和图层控制等功能。
2.2.2 统计分析
通过表格、柱状图、饼状图、折线图等直观表达方式，对自然保护区各种专题数据信息分类别进行展现。
2.2.3 信息核查
充分利用WEB端数据管理优势和移动端灵活便捷的优势，实现自然保护区信息核查功能。WEB端实现任务分配管理和信息核查结果分析展示等功能，移动端主要负责任务接收、实地信息采集、信息上传至WEB端等工作。
2.2.4 动态监测
通过卷帘、时间轴、多屏等工具，分析对比自然保护区不同时期的影像特征，进而反映监测区域的变化情况和变化规律。
2.2.5 运维管理
实现用户信息管理、用户权限管理、地图服务管理及服务运行监控、离线数据管理、系统异常监测等功能。通过用户权限管理功能，为不同部门不同岗位的用户提供不同的访问权限。通过地图服务管理、离线数据管理等功能，为前后端系统展示提供数据源[4]。通过地图服务运行监控、系统异常监测等功能，实时监控系统的运行状态，保障平台稳定运行。
2.2.6 后台管理
为WEB端和移动端信息传输提供通道，通过制定相关的协议，保障信息成功传输。
3 关键技术
3.1 WEB端任务管理
自然保护区信息核查以任务为单元进行，通过任务分配、任务状态管理、任务成果管理等功能，保证任务从创建到执行完成的顺利进行。
任务分配主要是向移动终端用户分发核查任务，包括核查红线范围、核查目标点等信息。任务状态管理主要实时监测任务的状态，包括未执行、未上传、未审核、审核中、审核失败、审核成功等状态信息，进而监控任务的进度，保障任务按时完成。任务成果管理主要是对移动终端的采集信息进行管理、分析和展现。
3.2 移动终端信息采集上传
移动端接收到核查任务后，开始根据任务范围和任务目标点进行信息采集，主要采集目标点的相关描述信息，以及实地照片视频等辅助信息。用户主要通过地图GPS定位和地图导航功能到达目标点，通过Android移动终端APP完成信息采集工作，同时记录用户的轨迹，便于后期核查信息分析和追溯。信息上传主要是基于网络HTTP传输协议完成，通过调用后台端口，将采集信息按照预定的信息格式进行上传。上传信息主要包括文本信息和图片视频文件，文本信息以JSON格式上传，图片和视频根据任务目标点进行压缩打包上传。为了防止网络异常等造成的传输中断，系统设计了断点续传和信息完整性检测等功能。
4 结论与展望
本文通过利用地理信息技术的优势，结合自然保护区监管工作迫切需求，设计并实现了自然保护区监管平台。该平台切实为自然保护区监测与管理提供了实用工具，为自然保护区的常态化管理提供技术手段和技术积累。由于用户崗位的差异，对数据源的要求也会不同，在后期的研究中，将着力于数据源的多样性配置及数据分类、分级的展现效果，进而提高平台的实用性。
参考文献
[1]杨昆，明庆忠.地理信息技术在自然保护区管理中的应用方法研究[J].测绘通报，2005，（6）：13.
[2]刘恒飞，张天红，刘禹鑫.基于3S技术的自然保护区监管系统设计与实现[J].测绘与空间地理信息，2017，（1）：75.
[3]李若凝，何瑞珍，李喜梅.自然保护区旅游开发政府监管探讨[J].西北农林科技大学学报（社会科学版），2005，5（4）：122-125.
[4]陶克菲.绿剑斩浊流——监管国家级自然保护区[J].环境教育，2007，（2） ：24-27.
收稿日期：2018-02-06
作者简介：樊艳伟（1984-），男，硕士研究生，测绘工程师，研究方向为GIS应用及遥感影像处理。
