太子山国家级自然保护区智慧管理平台的构建

摘 要：国家林业和草原局提出的中国智慧林业，要求林业立体化感知体系全覆盖、林业智能化管理体系协同高效，林业生态化价值体系不断深化、林业一体化服务体系更加完善、林业规范化保障体系支撑有力。太子山自然保护区按此要求，以高新技术和互联网为依托，在数据标准规范、软件开发和硬件集成的基础上，按“统一数据平台、统一业务窗口、统一运行管理”，结合“空、天、地、人”四位一体的数据构架体系的“大数据平台”，提高自然保护区管理效率、生态效益与经济效益。

关键词：太子山；自然保护区；智慧管理平台；构建

近年来，国家林业和草原局一直在积极推进智慧林业的发展。在《全国林业信息化建设纲要（2016—2020年）》中，明确提出要加强智慧林业建设，加快现代信息技术在林业领域的应用。具体包括构建智慧林业管理体系、推进智慧林业生产体系建设、培育智慧林业产业、加强智慧林业科技创新、促进智慧林业信息服务、提升智慧林业人才素质、保障智慧林业信息安全以及推动国际合作与交流等方面。太子山国家级自然保护区依据国家林业和草原局提出的要求，积极加快推动太子山保护区智慧林业现代化建设进程，实现可持续发展，为生态文明建设做出积极贡献。

1 太子山国家级自然保护区现状

太子山国家级自然保护区属于森林生态系统类型自然保护区，位于甘肃中南部，保护区东西长约100千米，南北宽约10千米。保护区总面积127万亩，保护区海拔2200～4332米。保护区内生物多样性与稀有性显著（图1）。据考察，共有维管植物838种，其中稀有濒危和重点保护植物有桃儿七、红花绿绒蒿、星叶草、黄毛杜鹃（图2）等51种；脊椎动物208种，包括雪豹、林麝、苏门羚等国家重点保护野生动物11种，鸟类130种，其中，国家重点保护鸟类21种；有两栖爬行动物8种；有鱼类10种；昆虫682种；有大型真菌61种。物种总数1800多种，占甘肃省物种总数的50%以上[1]。然而，传统的人工监测防控工作受环境恶劣、面积大、周期长、任务繁重、保护机制不完善等因素影响，太子山保护区森林资源监测防控向着移动互联网、人工智能、大数据、云计算等数字技术、智能技术发展，智能化、科技化也成为太子山自然保户区内林业发展的必然趋势和方向。

2 智慧太子山管理平台的构建

太子山智慧管理平台建设按“统一数据平台、统一业务窗口、统一运行管理”，结合“空、天、地、人”四位一体的数据构架体系的“大数据平台”，根据林调、森防、防火、资源保护、科研中心等多科室业务实际现状，对核心重要的数据进行有效整合，并按科室权限进行管理，以提升系统应用为目标来进行系统框架及内容设计管理平台，其建设总体思路如图3。

智慧管理平台包括“六个层次 + 四大体系”等功能模块。系统体系结构遵循SOA体系架构，按照软硬件自下而上依次为：基础设施层、数据中心层、应用支撑层、业务应用层、平台展示层、用户层，以三维一体化 GIS 技术为基础框架，进一步拓展全空间数据模型及其分析计算能力；更全面地融合实景三维模型、BIM、激光点云、三维场、地质体等多源异构数据。基于分布式地理处理工具实现手工建模数据、BIM、实景三维模型、激光点云、地形等三维数据的高效全流程管理。四大体系模块为：政策法规制度体系、安全保障体系、标准规范体系、运行管理体系。

2.1 六个层次模块

2.1.1 基础设施层 基础设施层是为实现管理监控、获取数据、提供服务等功能而搭建的基础设施。如 3S技术（即 GIS、RS、GPS技术）、虚拟现实技术（VＲ）、多媒体技术和互联网技术（Web）[2]都依托于基础设施层完成具体任务，其中，自然保护区基础设施层中硬件设施主要有卫星、无人机、三光一体化云台摄像机、红外相机、气象站自动监测设备、病虫疫监测设备等，以及云主机、云存储、云安全、云平台及基础的网络（如光纤等）。基础设施层是自然保护区的“眼”和“脚”，是自然保护区实时了解自然保护区内现状、适时掌握区内重点保护对象现状、动态和威胁因素的实现数据获取、实施管理监控、获取保护区内数据的基础。

2.1.2 数据中心 数据中心是智慧平台建设的核心，是对太子山自然保护区内各类公共基础数据、调查监测数据、专业专题数据、防灾防治数据库的建设，并通过计算机与网络构建信息交换平台，从而使管理平台内的子系统进行信息/数据的传输及共享，最大程度地提高信息资源的利用率，实现智慧管理平台建设的基本目标。因此，自然保护区需要建设完善数据中心，并完成数据的抽取、集中、加载、展现，搭建统一的数据处理和交换平台。可以说，数据资源中心是太子山自然保护区的“血液”，只有通过智慧管理平台对自然保护区内四大类数据库内的各类数据不间断的采集、加工处理、存贮和交换等，才能使自然保护区“活跃起来”。

2.1.3 应用支撑层 应用支撑层是太子山自然保护区内GIS平台、人工智能、loT集成环境，将分散、异构的应用和信息资源进行聚合，通过统一的访问入口，实现结构化数据资源、各种应用系统跨数据库、跨系统平台的无缝接入和集成，提供一个支持信息访问、传递，以及协作的集成化环境，可以说，它是智慧管理平台的“经脉”，是基础设施层与数据中心链接的枢纽，是实现信息数据传输及共享得以高效、稳定、安全的关键所在。

2.1.4 业务应用层 业务应用层是通过联接网络系统的应用软件服务器，如Oracle各类数据库服务器、SOA服务、B/S结构的WEB服务器等，用多种技术来增强应用平台的安全。将太子山自然保护管理局各业务科室的系统进行汇聚、整合，构建一套业务处理窗口。业务应用层包含林长制管理、资源监测管理、生态监测管理、林业资源普查、森林可燃物调查管理系统等5个部分，并且将原有已建系统如视频监控系统、生态监测系统、林业资源普查系统、生物多样性信息采集系统、无人机飞行管理系统等与外部链接，同时在数据中心板块建设相关功能模块，进行数据汇聚。业务应用层构成自然保护区的“器官”，饰演不同的角色、提供各自的服务，让森林公园的运转变得更加协调并具有更强的生命力。

2.1.5 平台展示层 搭建“一张图”为基础的太子山智慧管理平台，围绕服务自然保护区生态和保护区管理目标，实现自然保护区各类数据监测、林业资源管护、生态保护修复、灾害预警等多项业务应用。伴随这些业务流程，建立自然保护区内各类数据动态更新机制，实现保护区内生物资源数据从本底调查（基况监测）、变化采集（年度监测）到年度更新（档案更新）全流程的变化管理和更新。“一张图”相当于自然保护区的“脸”，可以让管理者、护林员、业务工作者、科研人员一目了然地了解到保护区内信息的基本情况，使自然保护区的管理走向数字化、智能化、信息化。

2.1.6 用户层 自然保护区内部门管理者、业务工作者、护林员、相关科研人员通过人机交互层（用户层）系统与终端用户的接口，利用移动设备（手提电脑、手机、平板、卫星电话等）和静态设备（计算机、服务器等），通过有线或无线网络进行信息服务，从而完成工作任务。

2.2 四大体系模块

2.2.1 政策法规制度体系 构建智慧管理平台，仅依靠大数据框架的应用推进依托是不够的，还需要提供相关的配套政策法规制度保障。一是制定适应智慧管理平台的行政管理新的政策和法规制度，建立林业数据管理和整合机制的新制度，并依法严格管理，进行科学决策。二是制订智慧管理平台的数据开放与共享政策法规，明确林业数据不同的开放范围、用途限制、公开方式、公开程序，规划公开数据指引，完善分级评估数据策略。三是制定林业隐私保护和数据质量管理政策法规制度。制定专门的数据标准和管理制度，建立规范的数据管理流程，构成一个综合的数据质量管理体系，制定数据质量测量的统一标准，完善质量管理流程，以确保数据的真实。四是制定数据基础支撑环境政策与规划，确保林业大数据云计算运行环境良好，分布式云存储环境，多服务器的存储资源高性能、高可靠性。

2.2.2 安全保障体系 网络及数据安全智慧管理平台得以顺利实施的前提是安全保障体系，平台数据及平台部署在云服务器上，从整体架构、数据访问、数据运维以及云上数据安全多个层面，为数据提供了全方位的安全防护。主要有五个方面的内容：一是精细化的权限管理，保障数据访问的安全。访问权限的管理是一种有效的数据保护方式，让数据更加安全。二是多种数据加密方式，保障数据全链路安全。数据加密是最常用的数据安全方式，可以在源端、备端以及传输渠道进行加密。三是操作记录可追溯，保障异常行为有迹可查。四是强大的备份与容灾能力，有效抵御勒索病毒。病毒是对数据安全造成危害最大的一种黑客攻击行为，机房故障、自然灾害、人为误删除等原因也会造成数据安全风险和业务中断。五是存储与AI的融合创新。保护数据隐私的AI安全技术是在分布式计算和信息安全范畴上进行的，为网络协作计算提供一种新的计算模式。可以通过多种技术结合保护数据安全，包括安全多方计算、差分隐私、动态加密、加密搜索与计算等。云存储产品正在基于人工智能等相关技术，驱动存储数据安全治理迈向自动化、智能化。

2.2.3 标准规范体系 自然保护区智慧管理平台标准规范体系，主要涵盖智慧自然保护区业务功能规范、数据规范、技术规范、集成规范、接口规范、基础设施规范、安全架构规范等，用于指导智慧管理平台信息系统建设所需的详细标准和规范制定及完善。另外，一般的规范并不是单独存在的，而是包含在其他的标准中，如安全架构规范一般不单独存在，通常都附属于网络、技术等规范中。

2.2.4 运行管理体系 自然保护区智慧管理平台的建设与运行，需要高素质的专业人才进行维护管理，建立有效的信息化教育培训体制和激励机制，以促进信息系统建设和应用的实施。系统的正常运转，需要业务及管理人员能熟练应用相关信息系统，确保平台各环节运转正常。系统的日常维护能保证平台系统正常、可靠运行，让系统充分发挥作用。

3 结束语

在全面推进自然保护区智慧管理的进程中，需要管理人员积极拓展智慧林业应用场景，探索创新森林资源管理模式，为不断提升森林生态系统功能，提高管理效益、生态效益与经济效益，为率先实现绿色崛起提供技术支撑。

参考文献

[1] 马志宏.浅析太子山自然保护区野生动植物保护现状及研究方向[J].林业科技，2022（3）：132-134.

[2] 魏海林， 魏东川，张凌涛.森林公园智慧管理平台的构建[J].西南林业大学学报（社会科学），2020（6）：39-44.

作者简介：张贤成（1985年—），男，汉族，本科学历，工程师，从事自然保护区信息化建设工作。