地理信息系统技术在广西大明山保护区的应用研究

2022-09-26林昭宇

花卉 2022年18期

林昭宇

（广西大明山国家级自然保护区管理局，广西南宁 530114）

0 引言

在“绿水青山就是金山银山”科学论断指导下，全国在不断探索实践，争先创建新时期现代化保护区。地理信息系统是现代保护区接触最早信息化建设的科学和工具之一，作为保护区信息化建设的“新秀”，作为保护区数据与决策连接的桥梁，在保护区的防火、科研、生态旅游开发等各项工作中发挥着重要作用，在国情和实际需求下，如何正确看待该项技术是目前广西大明山等保护区值得考虑的问题。

1 广西大明山保护区概况

长期以来，国家林业局、广西壮族自治区林业局以及南宁市委、市人民政府等对广西大明山国家级自然保护区（简称“广西大明山保护区”）的建设十分重视，保护区围绕强首府战略目标以及“五区建设”工作思路，以争创建设“国内领先、国际先进”保护区为目标，致力于推进资源保护和生态旅游等各项工作。广西大明山保护区内资源丰富，平均海拔1200m，主峰龙头山海拔1761m，为桂中南第一高峰，已连续保持33 年无森林火灾事故发生。保护区总面积约1.7 万hm2，有林面积约1.6 万hm2，森林覆盖率98.9%，以多样性山地森林生态系统及珍稀濒危特有动植物资源为主要保护对象，有维管束植物2095 种，脊椎动物294 种，是广西野生动植物最丰富的地区之一，被喻为“北回归线上的明珠”[1]。

2 地理信息系统

地理信息系统（geographic information system,GIS），一方面是描述、存储、分析和输出空间信息的理论和方法的一门新兴的交叉学科；另一方面又是以地理空间数据库为基础，采用地理模型分析方法，适时提供多种空间的和动态的地理信息，为地理决策服务的计算机技术系统[2]。该项技术被应用于多个领域的建模和决策支持，如资源调查、环境评估、区域发展规划、公共设施管理、交通安全等，已逐渐成为信息时代重要的组成部分之一。

3 系统技术在保护区的应用现状

3.1 信息化发展历程

广西大明山保护区在2007 年前均以1 套共15 张1:1 万的纸质地形图为基础开展各项林业调查、设计、绘图以及项目建设等工作，2007 年全球环境基金（GEF）项目在广西区林业局的支持下落在广西大明山保护区，该项目通过对保护区工作人员开展长达6 年的技术培训，使懂得使用GIS 软件的工作人员从无到有，保护区能够自建简单的本底数据库，但无法自主开展有效的扩展应用。2014 年《广西大明山国家级自然保护区总体规划》（2014—2023 年）文本中首次使用了GIS 系统技术制图，并提出把有关信息化、数字化和网络化方面的建设项目单独整合成《广西大明山国家级自然保护区智慧保护区建设示范项目》，提议向国家林业局申请试点建设目标，并于2016 年启动了《广西大明山国家级自然保护区管理局智慧保护区信息化建设项目》投信息化数据平台基础建设，广西大明山保护区正式步入系统式、规模式信息化建设工作。

3.2 本底数据建设状况

数据是GIS 的灵魂，建立保护区GIS 的大部分人力、物力、财力用于空间数据的采集和各数据库的建设，保护区GIS 的有效运行需要对数据进行维护和及时更新，使数据能反映保护区的动态变化，发挥自然保护区GIS 的最大效益[3]。广西大明山保护区通过GEF 项目培训建立以及近10 年来基础设施项目建设应用形成有部分数据库，并建立基本图层基础有：保护区边界图层、1:1 万等高线图层、1:5 万等高线图层、1:1 万矢量化地形图图层、区位图层、县界图层、功能区划图层、道路交通图层、威胁因子分布图层、珍惜动物分布图层、珍惜植物分布图层、河流湖泊分布图层、植被分布图层、周边村屯分布图层、土壤类型分布图层、旅游资源分布图层、火灾隐患区域图层、卫星影像图层、山体分布图层、沟谷分布图层、高程点分布图层、大明山入口服务区规划图层（图1）等。从部门职能划分，以上的图层数据库涉及资源保护、科学研究、规划建设以及生态旅游等工作资源，长期以来是由各部门收集并按自己需求购买服务建立图层数据库，还未形成有效的统一管理。

图1 保护区本底数据图层叠加效果

3.3 软件使用状况

在日常办公Windows 系统下，2007 至2018 年，保护区投入使用ArcGIS 9.2，2018 年投入使用ArcGIS 10.2，同时Photoshop、Aotocad、3Dmax 配合使用，2021年以后在统信UOS 系统逐渐普及的形势下，唯一能使用SHP 格式数据信息编辑的只有吉奥跨平台桌面软件（GeoGlobe Desktop Pro），这也成为保护区目前应用地理信息数据最平常的软件。2016 年以来保护区通过信息化项目投入建设了智慧保护平台、科研监测平台、自然宣教平台、生态旅游平台、数据资源平台、基础设施平台和日常巡护监测等系统，目前均处于完善和试运行中。

4 存在问题与分析

4.1 重视程度不够

GIS 技术即使一门有助于保护区发展优化决策的科学，也是一门实际操作的技术，为了满足简便、快捷、有效的工作要求，许多保护区决策层更多的是考虑技术能给决策带来多少作用，往往是选择购买直接服务，忽略了建设自身技术力量的重要性。

4.2 系统软件支持问题

GIS 技术能普及应用很大原因在于计算机软硬件的迅速发展，因政策导向，行政事业单位正在逐渐普及使用统信UOS 系统，统信UOS 系统无法使用Arcgis 等传统软件，原保护区已掌握的GIS 技术将受到极大的限制。随着社会快速发展，各类软件的更新频率会越来月短，如已建的系统软件在定期内不及时投入使用，将失去原开发建设的价值，间接加大了技术项目建设的成本。

4.3 机构与人员问题

（1）缺少建立或配备专业机构。建立专业机构和人员队伍是确保今后保护区是否能长期坚持信息化建设的重要保障。在发展信息化技术的10 年里，保护区基本都是购买直接服务进行调研、建设和维护系统，而在机构编制规定下，保护区无法自主增设专业机构和人员，或者无法明确将信息化工作列入职能部门和个人工作职责内。为了信息化建设的实际需求，只能将信息化工作分摊到各相关部门以分摊工作职能职责，分散建设发展。

（2）缺乏培养技术人才。技术人才是单位、企业发展过程中宝贵的财富，保护区在GEF 项目中培训起来的技术人员如未能坚持从事专项相关的技术工作，或未能持续开展技术培训补充新知识，随着信息化工作的快速发展，原有的技术人才将因无法适应新工作要求而逐步淘汰。

5 对策与建议

5.1 建设自身技术力量

（1）加强软件技术研发。在全国加快自身电脑技术研发使用的进程中，统信UOS 系统添加GIS 技术软件是必然的，也是实际需要的，只有研发加入与现有基础数据库匹配兼容和操作性更强的软件，才能使保护区因原有本底数据持续发挥作用而不断层。

（2）加强保护区技术队伍建设。在全面加快自身技术力量建设的国情下，保护区建设自身的技术队伍也是必然的、符合国情的，虽然在建设初期会长期投入大量的资金和人力，只要决心迈开第一步，坚持自身研发和实施，逐渐减少购买直接服务，才有利于保护区核心数据的保护，也能促进自身技术发展和队伍建设。

5.2 加强本底数据积累和管理

从保护区的日常巡护、监测、项目建设、调研、社区合作等工作中，每天都会产生海量的数据，如何在实际中做好积累、管理和应用，本文探讨的方案如下：①坚持分类和筛选。基础数据需要通过分类并筛选后才利于建设有效可用的数据库，从保护区利用数据频率来划分，可以整理为常用数据和长期积累数据两种，常用数据包括的动植物分布变化、巡护人员变化、保护威胁因子变化等，特点是数据变化频率快，使用频率高，需要投入较大精力筛选管理；长期积累数据包括地形地貌变化、植被变化、气候变化、水流水质变化等，特点是数据变化频率慢，使用频率少，需要长时间坚持收集。②有目标性积累管理。数据的积累筛选利用与分析问题找答案存在同样的道理，在面对哪些数据值得积累、哪些数据值得保留以及数据需要保留多久等问题，可以利用“问题树”“SWOT”等方式，以保护区中心工作问题为目标，寻求的解决问题最优方式，从而制定积累和管理数据的工作方案。

5.3 加强系统的宣传应用

目前保护区宣传的主要内容为森林防火、动植物保护、研学以及康养等内容，宣传的方式也是使用比较传统的模型沙盘讲解、多媒体和手册广告宣传，在“横向”面的宣传已经满足需求，但是缺少“纵向”深度的宣传方式和效果。通过利用GIS 技术、遥感技术（RS）以及数字地图等技术对保护区的地貌、植被数据进行收集，可以生成一个数字地面模型（DEM），然后再经过RS 技术的纠正、匹配，进而可以生成保护区的三维景观透视图[4]（图2）。该项技术效果透视图对保护区开展形象的、深刻的宣传工作有极大的帮助作用。在数字地面模型的基础上，添加动植物信息可以形成一个保护区百科全书，添加旅游景点可以形成一张保护区康养名片，添加历史文化可以形成一个保护区宣传片，通过三维模拟体验展厅或者手机APP 模拟展示等方式都能让人达到身临其境的感受。

图2 保护区tin

5.4 加强技术在森林防灭火中的应用

预防森林火灾是保护区最为重要的工作之一，主要以灾预防为主、扑救为辅，虽然保护区已长达连续33年无森林火灾发生，但是自然雷电和常年积累的枯枝落叶是无法避免的森林火灾隐患，一旦发生森林火灾，如何能有效扑救，如何将森林火灾控制在损失最小范围等问题是今后保护区必然考虑的问题。除了加强森林消防队伍建设、加固防火带、提高瞭望观测能力以及开展社区联防等工作外，可以通过GIS 数据库和空间分析功能模拟林火随时间推移而变化的情况[5]，建立保护区林火蔓延模型，起到为扑救森林制定及时、有效、安全的决策。实现目标的关键在于：①积累数据库，包括天气、地形地貌、植被、历年林火等相关数据要素，数据积累越久越详细，模型的预演精度会越高。②研究符合保护区的林火蔓延规律，每个保护区都有独特的地貌、植被特点，在广泛认可的林火蔓延定律上还要结合历年保护区实地曾发生过的火灾数据进行结合分析才能建立符合自身特有的林火蔓延规律。③技术支持，目前国内保护区相关林火蔓延模型技术还未成熟普遍，能借鉴的少，且仅能借鉴不能照搬，需要建立专项工作并长期投入建设。