自然保護區(qū)實景三維地理信息系統(tǒng)設(shè)計范文

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摘要:截至2014年底，我國共有2729個自然保護區(qū)，面積近1．5萬km2。實景三維數(shù)據(jù)具有效率高、紋理清晰、內(nèi)容全面精細等特點，在支撐自然保護區(qū)規(guī)劃、建設(shè)、管理方面發(fā)揮很大作用。本文分析了我國自然保護區(qū)的現(xiàn)狀:1)按級別，縣級自然保護區(qū)個數(shù)最多，國家級自然保護區(qū)總面積最大;2)按主管部門，林業(yè)主管的自然保護區(qū)個數(shù)最多，總面積也最大;3)按所屬類型，森林生態(tài)自然保護區(qū)個數(shù)最多，荒漠生態(tài)自然保護區(qū)總面積最大。本文給出了實景三維地理信息系統(tǒng)的設(shè)計框架并在國家級自然保護區(qū)開展了實踐。

關(guān)鍵詞:自然保護區(qū);實景三維地理信息系統(tǒng);傾斜攝影測量;仙人洞自然保護區(qū)

0引言

自然保護區(qū)是對有代表性的自然生態(tài)系統(tǒng)、珍稀瀕危野生動植物物種的天然集中分布區(qū)、有特殊意義的自然遺跡等保護對象所在的陸地、陸地水體或者海域，依法劃出一定面積予以特殊保護和管理的區(qū)域。地理信息系統(tǒng)在自然保護區(qū)自然資源及社會經(jīng)濟管理、自然保護區(qū)野生動植物管理、保護區(qū)環(huán)境評價與動態(tài)監(jiān)測、保護區(qū)規(guī)劃與可持續(xù)發(fā)展等方面有廣泛的應(yīng)用。長白山、梅花山、神農(nóng)架、臥龍、佛坪、鹽城、西雙版納、武夷山等自然保護區(qū)已經(jīng)使用自然保護區(qū)地理信息系統(tǒng)。本文設(shè)計了以實景三維為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的實景三維自然保護區(qū)地理信息系統(tǒng)并給出實踐案例，首先，說明了我國自然保護區(qū)的現(xiàn)狀及分布;然后，給出了實景三維自然保護區(qū)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計，介紹了具體的實踐案例;最后，基于應(yīng)用實踐給出了建議。

1我國自然保護區(qū)分類及分布

2014年我國共有自然保護區(qū)2729個，面積共約14696ha。按照保護區(qū)級別，可以分為國家級、省級、市級和縣級4類;按照保護區(qū)主管部門，可以分為國土、海洋、環(huán)保、林業(yè)、農(nóng)業(yè)、水利、住建和其他8類;按照保護區(qū)所屬類型，可以分為草原草甸、地質(zhì)遺跡、古生物遺跡、海洋海岸、荒漠生態(tài)、內(nèi)陸濕地、森林生態(tài)、野生動物和野生植物9類。按照保護區(qū)級別統(tǒng)計，我國共有國家級自然保護區(qū)428個(占總個數(shù)16%)，面積共計9649萬ha(占總面積的66%)，國家級自然保護區(qū)平均面積為23萬ha;省級自然保護區(qū)858個(占總個數(shù)31%)，面積共計3778萬ha(占總面積的26%)，省級自然保護區(qū)平均面積為4萬ha;市級自然保護區(qū)414個(占總個數(shù)的15%)，面積共計473萬ha(占總面積的3%)，市級自然保護區(qū)平均面積為1萬ha;縣級自然保護區(qū)1029個(占總個數(shù)的38%)，面積共計796萬ha(占總面積的5%)，縣級自然保護區(qū)平均面積為0．8萬ha。分布情況如圖1A1和圖1A2所示。從以上數(shù)據(jù)可以看出，國家級自然保護區(qū)個數(shù)少，面積最大，總面積占總自然保護區(qū)面積的66%，平均單個面積是省級的5．8倍、市級的23倍、縣級的28．8倍;國家級與市級自然保護區(qū)個數(shù)相當(兩者之和約占30%)，省級與縣級自然保護區(qū)個數(shù)相當(兩者之和約占70%)，縣級自然保護區(qū)個數(shù)最多;隨著級別的降低，國家級、省級、市級、縣級自然保護區(qū)總面積迅速遞減，市級和縣級自然保護區(qū)面積總和占比僅為8%，如圖2A所示。

按照主管部門統(tǒng)計，國土部門主管73個自然保護區(qū)(占總個數(shù)的3%)，面積共計131萬ha(占總面積的0．9%)，平均面積為1．8萬ha;海洋部門主管93個自然保護區(qū)(占總個數(shù)的3%)，面積共計87萬ha(占總面積的0．6%)，平均面積為0．9萬ha;環(huán)保部門主管235個自然保護區(qū)(占總個數(shù)9%)，面積共計2057萬ha(占總面積的14%)，平均面積為8．8萬ha;林業(yè)部門主管2049個自然保護區(qū)(占總個數(shù)的75%)，面積共計11691萬ha(占總面積的79．6%)，平均面積為5．7萬ha;農(nóng)業(yè)部門主管116個自然保護區(qū)(占總個數(shù)的4%)，面積共計503萬ha(占總面積的3．4%)，平均面積為4．3萬ha;水利部門主管38個自然保護區(qū)(占總個數(shù)的0．8%)，面積共計122萬ha(占總面積的1%)，平均面積為3．2萬ha;住建部門主管13個自然保護區(qū)(占總個數(shù)的1%)，面積共計8．9萬公頃(占總面積的0．1%)，平均面積為0．7萬ha;其他部門主管112個自然保護區(qū)(占總個數(shù)的4%)，面積共計96萬ha(占總面積的0．07%)，平均面積為0．9萬ha。分布情況如圖1B1和圖1B2所示。從以上數(shù)據(jù)可以看出，林業(yè)部門主管的自然保護區(qū)個數(shù)最多(占總個數(shù)的75%)，面積最大(占總面積的79．6%)。環(huán)保部門主管的自然保護區(qū)個數(shù)及面積次之(個數(shù)占9%，面積占14%)。單個保護區(qū)面積前三位分別是環(huán)保(8．8萬ha)、林業(yè)(5．7萬ha)和農(nóng)業(yè)(4．3萬ha)，如圖2B所示。按照所屬類型統(tǒng)計，草原草甸自然保護區(qū)41個(占總個數(shù)的1．5%)，面積共計165萬ha(占總面積的1．1%)，平均面積為4萬ha;地質(zhì)遺跡自然保護區(qū)83個(占總個數(shù)的3%)，面積共計99萬ha(占總面積的0．7%)，平均面積為1萬ha;古生物遺跡自然保護區(qū)32個(占總個數(shù)的1．2%)，面積共計54萬ha(占總面積的0．4%)，平均面積為2萬ha;海洋海岸自然保護區(qū)68個(占總個數(shù)的2．5%)，面積共計71萬ha(占總面積的0．5%)，平均面積為1萬ha;荒漠生態(tài)自然保護區(qū)31個(占總個數(shù)的1．1%)，面積共計4025萬ha(占總面積的27．4%)，平均面積為130萬ha;內(nèi)陸濕地自然保護區(qū)378個(占總個數(shù)的13．9%)，面積共計3052萬ha(占總面積的20．8%)，平均面積為8萬ha;森林生態(tài)自然保護區(qū)1425個(占總個數(shù)的52．2%)，面積共計3165萬ha(占總面積的21．5%)，平均面積為2萬ha;野生動物自然保護區(qū)520個(占總個數(shù)的19．1%)，面積共計3885萬ha(占總面積的26．4%)，平均面積為7萬ha;野生植物自然保護區(qū)151個(占總個數(shù)的5．5%)，面積共計178萬ha(占總面積的1．2%)，平均面積為1萬ha。從以上數(shù)據(jù)可以看出，森林生態(tài)自然保護區(qū)、野生動物自然保護區(qū)、內(nèi)陸濕地自然保護區(qū)無論是數(shù)量上還是面積上都較大;森林生態(tài)自然保護區(qū)個數(shù)絕對占優(yōu)(占52%)，但總面積(占22%)次于荒漠生態(tài)和野生動物，平均面積排名第五;荒漠生態(tài)自然保護區(qū)面積最大(占27%);荒漠生態(tài)、野生動物、森林生態(tài)和內(nèi)陸濕地四類自然保護區(qū)面積占比均超過20%，總面積占比達到96%;荒漠生態(tài)自然保護區(qū)平均面積最大(達到130萬ha)，是第二名內(nèi)陸生態(tài)自然保護區(qū)平均面積的16倍;荒漠生態(tài)自然保護區(qū)數(shù)量最少，總面積及平均面積最大。

2實景三維自然保護區(qū)地理信息系統(tǒng)設(shè)計

本文所指的實景三維是指通過傾斜攝影測量技術(shù)而生成的真三維模型及應(yīng)用。傾斜攝影技術(shù)生成實景三維數(shù)據(jù)具有效率高、紋理清晰、內(nèi)容全面精細等特點，構(gòu)建實景三維自然保護區(qū)地理信息系統(tǒng)，可實現(xiàn)對自然保護區(qū)內(nèi)自然資源、管護設(shè)施、動植物資源及其棲息地等的可視化展示、查詢、管理和應(yīng)用，為開展保護區(qū)的精細化管理，維持保護區(qū)內(nèi)生態(tài)平衡，實現(xiàn)保護區(qū)可持續(xù)發(fā)展提

數(shù)據(jù)層包括實景三維數(shù)據(jù)、正射影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、路網(wǎng)數(shù)據(jù)等的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和自然資源、管護設(shè)施等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)兩部分。通過傾斜攝影測量技術(shù)，可以近乎自動生成實景三維數(shù)據(jù)、真正射影像數(shù)據(jù)和數(shù)字表面模型數(shù)據(jù)，從而為保證數(shù)據(jù)的實時準確性提供了堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。應(yīng)用層包括公共基礎(chǔ)工具和業(yè)務(wù)功能應(yīng)用兩部分。公共基礎(chǔ)工具包括實景三維展示工具、實景三維分析工具、實景三維查詢工具和實景三維管理工具等。業(yè)務(wù)功能應(yīng)用包括空間威脅分析、保護區(qū)簡介、自然資源管理、管護設(shè)施管理、珍惜動物分布、珍惜植物分布等。用戶層包括保護區(qū)管理部門的部門用戶，管理系統(tǒng)的管理員用戶，查詢及反饋信息的社會大眾用戶和與保護區(qū)管理部門對接的外部系統(tǒng)用戶等。

3遼寧仙人洞國家級自然保護區(qū)應(yīng)用實踐

3．1仙人洞自然保護區(qū)簡介

仙人洞國家級自然保護區(qū)位于遼寧省莊河市境內(nèi)，面積3575ha，始建于1981年9月，1992年10月經(jīng)國務(wù)院批準晉升為國家級自然保護區(qū)。主要保護對象為赤松林、櫟林及自然景觀，是森林生態(tài)系統(tǒng)和野生動植物類型的綜合性自然保護區(qū)。區(qū)內(nèi)形成了濕地面積4km2，是大連市城市用水的源頭。生物資源十分豐富，分布維管束植物108科399屬831種，苔蘚植物140種，真菌類植物67種，地衣植物66種。在植物中，有國家重點保護植物16種。區(qū)內(nèi)有脊椎動物375種，無脊椎動物1500余種。在動物中，有國家一級重點保護動物4種(紫貂、金雕、白尾海雕和大鴇);國家二級重點保護動物33種;國家三級重點保護動物226種;遼寧省重點保護動物58種。

3．2系統(tǒng)主要功能

遼寧仙人洞保護區(qū)實景三維地理信息系統(tǒng)主要基于實景三維模型數(shù)據(jù)，提供保護區(qū)展示、保護區(qū)簡介、自然資源管理、管護設(shè)施管理、信息查詢和統(tǒng)計等功能。

1)保護區(qū)展示保護區(qū)展示功能主要提供放大、縮小、指北、光影、拍照、全景、圖層控制、定點環(huán)繞、橢圓環(huán)繞、弧形環(huán)繞、線性環(huán)繞、距離量測、面積量測、剖面分析、坡度分析、空間威脅分析、視域分析、通視分析演示方案等功能。

2)保護區(qū)簡介保護區(qū)簡介包含綜合情況介紹、人口情況介紹、社區(qū)經(jīng)濟情況介紹、保護區(qū)古地理情況介紹、地理位置情況介紹、土壤情況介紹、地質(zhì)地貌情況介紹、水文水質(zhì)情況介紹、氣候情況介紹、旅游資源分布情況介紹、森林消防大隊情況介紹、森林資源情況介紹、植物資源情況介紹、植被分布情況介紹、植物區(qū)系及種類情況介紹、植被類型情況介紹、植被演替階段情況介紹、珍稀瀕危植物情況介紹、動物種類及分布情況介紹、動物棲息地情況介紹、珍稀瀕危動物況介紹。

3)自然資源、管護設(shè)施管理可添加自然資源、管護設(shè)施，填寫新增自然資源信息、管護設(shè)施信息，使用鼠標確定位置，即可添加新記錄。對整個自然資源、管護設(shè)施單個圖層進行模糊查詢，返回自然資源或管護設(shè)施列表。

4)信息查詢與統(tǒng)計實現(xiàn)在三維地圖上對地名、自然資源、管護設(shè)施等進行查詢，并在地圖上標記查詢結(jié)果的位置以及查看相應(yīng)的詳細信息。可以進行點擊查詢、地名查詢、屬性查詢、護林中隊查詢、監(jiān)控塔查詢、通量塔查詢、檢查站查詢、場所設(shè)施查詢、動物查詢、植被查詢、巡護路線查詢、避雷塔查詢和監(jiān)控查詢等。

5)統(tǒng)計功能實現(xiàn)對保護區(qū)相關(guān)數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，以匯總統(tǒng)計表或者統(tǒng)計圖的形式顯示數(shù)據(jù)隨空間或者時間的變化特征;顯示新增、刪除、編輯統(tǒng)計。以匯總統(tǒng)計表或統(tǒng)計圖形式顯示數(shù)據(jù)隨空間或時間的變化特征，為保護區(qū)管理者提供相應(yīng)的決策支持，并能將統(tǒng)計結(jié)果以圖片或者Ex-cel表格的形式導(dǎo)出，便于利用。

4結(jié)束

語實景三維地理信息系統(tǒng)已經(jīng)在遼寧仙人洞自然保護區(qū)發(fā)揮了重大作用，隨著地理信息、北斗導(dǎo)航定位、遙感、通信及計算機技術(shù)的進步，實景三維地理信息系統(tǒng)在自然保護區(qū)應(yīng)用的趨勢不可改變。從應(yīng)用角度講，目前存在以下問題:1)實景三維數(shù)據(jù)采集費用高，尤其自然保護區(qū)平均面積均較大，而且使用目的較為單一，從而導(dǎo)致單項成本很高，限制了應(yīng)用的開展。建議與旅游等應(yīng)用相結(jié)合，一套系統(tǒng)多種應(yīng)用，并產(chǎn)生持續(xù)的收入保持系統(tǒng)的可持續(xù)運行。2)使用的用戶量不多，應(yīng)用主要限制在局域網(wǎng)內(nèi)。除部分涉及直接管理人員外，其他人員幾乎無法獲得相關(guān)信息資源，造成了數(shù)據(jù)的浪費，也不利于自然保護區(qū)的宣傳與推廣。建議與科研院校建立聯(lián)系，形成良性的產(chǎn)學(xué)研合作，擴大數(shù)據(jù)使用面。另外，開放部分數(shù)據(jù)給民眾，使群眾了解、認識、參與到自然保護區(qū)的建設(shè)與管理。3)系統(tǒng)更新頻度低，數(shù)據(jù)的滯后使系統(tǒng)逐步不便使用。建議管理部門應(yīng)每年確定經(jīng)費用于數(shù)據(jù)的定期更新與維護，以便系統(tǒng)更好地發(fā)揮效用。

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作者：作者：徐前祥1，趙海濤2，李麗3，王雪蓮4 單位：1．大連九成測繪信息有限公司，2．國家測繪產(chǎn)品質(zhì)量檢驗測試中心，3．新疆石油工程設(shè)計有限公司,4．長慶油田分公司第四采油廠