江苏省自然保护地管理信息系统设计与实现

颜怀成,熊鹏波,薛 娇

(1.江苏省测绘工程院,江苏 南京 210013;2.自然资源部国土卫星遥感应用重点实验室,江苏 南京 210013)

0 引 言

党的十九大以来,在习近平生态文明思想的指引下,生态文明建设已经成为统筹推进“五位一体”总体布局和协调推进“四个全面”战略布局的重要内容。系统保护全省生态重要区域和典型自然生态空间,全面保护生物多样性和地质地貌景观多样性,可以推动山水林田湖草生命共同体的系统保护,为实现经济社会可持续发展奠定生态根基,为推进“强富美高”新江苏建设提供生态支撑[1-2]。

目前,针对如何建立监测网络以及对遥感变化检测方法的研究很多,各地方已建设各类各级全覆盖、全天候、全要素的自然保护地“天空地一体化”监测网络体系,开展自然保护地综合监测,在保护生物多样性、保存自然遗产、改善生态环境质量和维护国家生态安全方面发挥了重要作用[3-4]。但是,对于如何利用云计算、互联网等信息化手段实现省市县多级联动,加强自然保护地监测数据集成分析和综合应用的研究和实践较少。为贯彻落实国家和省委省政府相关文件要求,我们充分利用信息化手段开展江苏省自然保护地管理信息系统建设,服务我省自然保护地管理工作,实现自然保护地动态监管与保护。

1 监测区概况与监测成果概述

1.1 监测区概况

江苏省位于中国大陆东部沿海,长江、淮河下游,界于北纬30°45′～35°20′,东经116°18′～121°57′之间,跨江滨海,湖泊众多,地势平坦,地貌由平原、水域、低山丘陵构成。全省是以平原林网为主的省份,根据第九次森林资源清查数据,全省森林面积156万 hm2,居全国第27位。林木覆盖率23.20%,森林覆盖率15.20%,居全国第24位。活立木总蓄积9 610万m3,居全国第26位。森林蓄积7 045万m3。

江苏省目前有自然保护区、森林公园、湿地公园、地质公园、海洋公园和风景名胜区等自然保护地共计210个,覆盖面积8 963.15 km2,各保护地分类统计情况如表1所示。

表1 江苏省自然保护地统计表

1.2 研究数据

第一期保护地自然资源变化图斑以2021年第4季度遥感影像为本底数据,以2022年第1季度遥感影像作为变化发现影像数据,结合国土三调等基础数据,利用遥感影像半自动提取、辅以人工校核修正的方式,提取自然资源变化图斑。第二期保护地自然资源变化图斑以2022年第1季度遥感影像作为本底数据,以2022年第2季度遥感影像作为变化发现影像数据,以此类推,提取2022年自然保护地自然资源变化图斑,共计4期成果。截至目前,已完成2022年前两季度的变化监测工作,共计发现全省自然保护地管理范围内约1万个变化图斑。

2 系统设计

2.1 技术路线

针对项目目标和要求,制定项目技术路线,具体分为以下6个部分:

(1)方案设计与标准制定阶段:根据国家、地方相关标准规范,结合当前省域自然保护地数据现状和业务需求,开展技术方案设计。

(2)保护地变化图斑提取:收集覆盖全省不低于2 m分辨率遥感影像,结合国土三调、国土调查年度变更等数据,利用遥感影像半自动提取、辅以人工校核修正的方式开展自然保护地自然资源变化图斑提取[5]。

(3)数据库构建阶段:根据数据情况及系统建设需求,开展自然保护地变化监测数据库设计,对成果数据进行检查并入库,为后期系统建设提供数据支撑。

(4)系统建设阶段:基于自然保护地变化监测数据库,利用GIS、RS、Web等技术研发江苏省自然保护地管理信息系统。

(5)外业举证与内业复核阶段:利用保护地管理信息系统,下发自然资源变化图斑至各县(区、市),开展外业举证与内业复核工作,实现自然保护地变化图斑及时核查、踏勘,有效制止自然资源破坏行为,实现对自然保护地的动态监管与保护[6-9]。

(6)成果汇总阶段:经由县级举证、市级复核、省级确认等流程,对变化图斑数据的图件和文字等成果分别进行整理汇总,内容包括数据汇总统计、图件编制、文字报告编制等。

系统技术路线如图1所示。

图1 系统技术路线图

2.2 系统总体架构

依托江苏省自然保护地管理信息系统,分别建立网页端系统和移动端系统,并建立先进的硬件环境、科学的技术标准和良好的管理机制,形成系统业务化运行机制。

为保障系统安全、高效、可靠运行,本系统建设采用先进、成熟的技术,基于“大系统、微服务、轻应用”的思想进行总体技术框架设计。其中:“大系统”具有足够的稳定性、开放性、高可用和灵活性,符合IT主流趋势,跟云计算、大数据等是相互匹配的;“微服务”则主要是聚焦于支持系统功能和数据资产进行服务,形成信息资产,并通过系统运营的持续累积,对外提供服务资产输出,降低后续信息化投资成本、缩短建设周期;“轻应用”则是提供更加简便、轻灵的前端应用,满足多端使用、所需所得。系统总体架构如图2所示。

图2 系统总体框架图

(1)基础设施层

提供软硬件及网络等基础设施环境,包含计算资源、存储资源、网络资源、安全设施资源等。

(2)信息资源层

数据资源池:汇集卫星遥感影像、专项规划、国土三调数据、保护地自然资源监测数据,包含空间数据、属性数据等多元数据,提供保护地自然资源监管信息数据服务。

指标模型库:对保护地自然资源监管过程中涉及的指标和模型进行统一管理,包含指标库、模型库构建以及对应的管理功能。

(3)应用服务层

通过应用服务层为保护地自然资源监测监管服务平台提供时序化遥感底图、动态监测服务和数据推送分发服务,以基础设施、数据库、系统中间件提供的环境为基础,实现保护地自然资源信息数据的纵横联通。

(4)微服务层

微服务层采用分布式服务框架,并通过Rest服务框架、API在线管理、分布式服务缓存等提高前后端的协作效率和质量,保证数据的状态一致性和数据的高性能获取,从空间范围维度对数据访问进行管控,有效保障空间数据可视化的安全。

(5)应用层

该层主要面向保护地自然资源监测监管等全过程提供信息化应用,具体应用为江苏省自然保护地数据管理系统网页端和移动端。网页端系统实现各级各类自然保护地可视化分析统计、查询浏览、图斑复核及确认,移动端系统实现地方任务下载、图斑核查举证。

3 系统设计与实现

3.1 系统功能设计

江苏省自然保护地管理信息系统以全省保护地自然资源变化监测成果为主要数据源,根据省市县一体化保护地自然资源变化监测成果业务应用需求,利用GIS、RS、移动互联网、云计算等技术建设,实现保护地自然资源变化监测成果数据入库、管理、分发、调查、统计分析等一体化管理与应用。该系统功能构成如图3所示。

图3 系统功能结构图

3.1.1 网页端功能

(1)查询浏览

用户根据数据类型、年份、行政区划等条件查询自然保护地变化图斑详细信息,并在影像底图上直观展示变化图斑的位置及分布情况。

(2)统计分析

根据保护地类型、监测批次及行政区划,对监测图斑类型、分布和面积等信息进行统计,生成统计图表,为领导决策分析提供直观的统计数据支撑。

(3)时序遥感影像回溯

基于遥感影像瓦片数据库,在保证实用、安全的前提下,实现多历史版本影像服务管理;针对保护地自然资源变化图斑所在区域,获取该区域所有历史版本遥感影像服务资源,实现历史遥感影像动态回溯。

(4)图斑复核

根据移动端核查人员上报的保护地自然资源变化核查举证信息,对该图斑是否需要整改、整改措施、整改期限等进行复核,并给出本级意见。

(5)报告查阅

根据行政区划等级,实现监测报告定制生成或已有报告上传,并发布监测报告文件通知,提供监测报告预览和下载等功能。

3.1.2 移动端功能

(1)任务下载与管理

系统根据用户的管辖范围推送外业核查任务包,用户可以通过模糊查询下载相应批次任务;系统将监测图斑按“已调查”“未调查”“重点关注”“待核查”等类别分类管理监测图斑,方便用户查找目标图斑,提高外业调查工作效率。

(2)定位与导航

用户点击某图斑进入地图界面,可以在地图上准确、直观地看到保护地图斑位置;系统提供“高德地图”“百度地图”等常用导航地图软件调用接口,用户根据需要选择导航软件实现监测图斑位置导航。

(3)核查举证

系统提供现场照片拍摄功能,并记录拍照位置、方位角,判定核查人员操作是否满足核查要求;填报变化图斑实地信息,支持实时上报现场核查信息和举证照片。

3.2 系统功能实现

3.2.1 网页端功能实现

(1)查询浏览

基于自然保护地信息数据库,用户根据数据类型、年份、行政区划等条件查询自然保护地变化图斑详细信息,包括图斑类型、编号、面积等,浏览自然保护地变化图斑分布状况。查询浏览功能如图4所示。

图4 图斑查询浏览功能示意图

(2)时序影像回溯

基于遥感影像瓦片数据库,在保证实用、安全的前提下,实现多历史版本影像服务管理;根据自然保护地变化图斑位置自动获取图斑区域内所有历史版本遥感影像服务资源,实现历史遥感影像动态回溯。时序影像回溯功能如图5所示。

图5 时序化遥感影像回溯图

(3)图斑复核

根据移动端核查人员上报的保护地自然资源变化核查举证信息,实现市级复核上报工作。举证材料满足复核要求发送给省级用户确认,举证材料不满足复核要求则反馈给地方用户重新核查或补充举证材料。图斑复核功能如图6所示。

图6 图斑复核功能图

(4)报告查阅

根据行政区划等级,实现保护地自然资源变化报告上传,并发布保护地自然资源变化报告文件通知,提供保护地自然资源变化报告下载浏览等功能。

3.2.2 移动端功能实现

基于保护地变化图斑成果,用户通过移动核查终端下载保护地图斑调查任务,并通过列表或地图模式进行监测图斑分布展示;实现调查图斑定位导航、在线填报调查内容、现场拍照举证等功能,为江苏省保护地自然资源调查提供外业移动调查系统。

系统主要功能包括:

(1)图斑任务管理

系统将监测图斑按 “未调查”“已上报”“未上报”等类别分类管理监测图斑,方便用户查找目标图斑,提高外业调查工作效率。图斑任务管理功能如图7所示。

图7 图斑任务管理功能图

(2)图斑信息查看

查看当前调查保护地图斑类型、图斑描述、位置描述等信息,并且可以查看图斑前后期影像对比图片。图斑信息查看功能如图8所示。

图8 图斑信息查看功能示意图

(3)举证信息上传

外业核查人员根据自然保护地图斑的现场情况,填写相关信息,拍摄现场调查照片,实时将现场核查信息和举证照片上传到服务器形成最终成果库。举证信息上传功能如图9所示。

4 结 语

本文以江苏省自然保护地监测成果数据为基础,利用GIS、RS、Web等技术建成江苏省自然保护地管理信息系统。目前该系统已成功实现为各级自然资源管理部门在保护地图斑变化发现、外业举证、统计分析、报告编制等工作提供服务支撑。今后将进一步完善系统功能,提高系统功能可配置性以及功能模块平衡性,切实为全省自然保护地的管理提供技术保障。