GIS 在山西汾河上游省級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理中應(yīng)用研究

王躍文

（山西汾河上游省級(jí)自然保護(hù)區(qū)管理局，山西 太原 030300）

山西汾河上游省級(jí)自然保護(hù)區(qū)（簡(jiǎn)稱保護(hù)區(qū)）始建于2002 年6 月。位于山西省中部婁煩縣境內(nèi)，主要保護(hù)對(duì)象為國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物褐馬雞、黑鸛以及這些動(dòng)物賴以生存的森林生態(tài)系統(tǒng)。保護(hù)區(qū)轄區(qū)地理坐標(biāo)為東徑 111°30′30″~112°2′19″，北緯37°51′23″~38°12′33″；總面積 43 206.25hm2，其中核心區(qū)面積為10 188.55hm2，占總面積的23.58%；緩沖區(qū)面積8 051.22hm2，占總面積的18.64%；實(shí)驗(yàn)區(qū)面積24 966.48hm2，占總面積的57.78%。

隨著地理信息科學(xué)的發(fā)展，GIS 作為一門介于信息科學(xué)、空間科學(xué)和地球科學(xué)之間的新技術(shù)，在資源管理、農(nóng)林業(yè)生產(chǎn)、測(cè)繪地理、環(huán)境保護(hù)、災(zāi)害監(jiān)測(cè)、交通指揮等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。在微型計(jì)算機(jī)軟硬件支持下，GIS 可以虛擬描述各種數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)輸入計(jì)算機(jī)的地理坐標(biāo)或空間數(shù)據(jù)，進(jìn)行存貯更新、量測(cè)運(yùn)算、查詢檢索、分析處理、綜合顯示、應(yīng)用和描述，并且能幫助自然資源、環(huán)境保護(hù)、交通等部門解決在復(fù)雜規(guī)劃、決策、管理中存在的問題。同理，GIS技術(shù)也能解決自然保護(hù)區(qū)在規(guī)劃、決策、管理中存在的問題。該自然保護(hù)區(qū)引入GIS 技術(shù)較晚，2017 年以前，還是采用人工管理的方式，這種管理方式嚴(yán)重阻礙了對(duì)保護(hù)區(qū)的合理開發(fā)利用。因此，保護(hù)區(qū)在管理中引入高效方便的GIS 技術(shù)，對(duì)保護(hù)區(qū)的合理開發(fā)利用，對(duì)推進(jìn)保護(hù)區(qū)管理具有重要意義。

1 GIS 在保護(hù)區(qū)信息與數(shù)據(jù)管理中應(yīng)用

1.1 呈現(xiàn)直觀性的自然保護(hù)區(qū)景觀圖示

GIS 技術(shù)通過該保護(hù)區(qū)數(shù)字地圖和遙感影像數(shù)據(jù)可成完成地形、地貌、水源、土壤類型等自然環(huán)境數(shù)據(jù)的采集、處理和分析管理，最終生成保護(hù)區(qū)數(shù)字地面模型。遙感影像糾正、配準(zhǔn)后，再與保護(hù)區(qū)數(shù)字地面模型進(jìn)行復(fù)合，又可以生成保護(hù)區(qū)的自然環(huán)境3維景觀透視圖。這樣，整個(gè)保護(hù)區(qū)的自然環(huán)境可以定性、定量以及立體可視化地展現(xiàn)出來。通過生成保護(hù)區(qū)自然環(huán)境三維景觀透視圖，更加直觀性地了解保護(hù)區(qū)的景物特征以及管理狀態(tài)，方便工作人員運(yùn)用動(dòng)態(tài)化的方式來形成完整性、科學(xué)性的保護(hù)區(qū)景觀圖示。

1.2 獲得保護(hù)區(qū)動(dòng)植物資源的真實(shí)性、準(zhǔn)確性信息

利用GIS 技術(shù)在空間定位精度高和定位實(shí)時(shí)，能快速獲取地理空間信息的特點(diǎn)，不僅對(duì)保護(hù)區(qū)動(dòng)植物分布情況和區(qū)域進(jìn)行細(xì)致的環(huán)境分析，還可使珍稀瀕危物種的生存環(huán)境得到提升，而且對(duì)重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物褐馬雞、黑鸛以及華北落葉松分布范圍及其生境的生態(tài)重要性作出評(píng)價(jià)。

1.3 使保護(hù)區(qū)空間圖形和屬性信息一體化，科學(xué)規(guī)劃

利用GIS 技術(shù)在空間圖形和屬性信息一體化方面的優(yōu)勢(shì)，可以幫助保護(hù)區(qū)管理機(jī)關(guān)在野生動(dòng)植物及其棲息地保護(hù)規(guī)劃、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、生態(tài)旅游、科研教育規(guī)劃、防火防災(zāi)規(guī)劃等方面，進(jìn)行更加科學(xué)合理的規(guī)劃。

2 GIS 技術(shù)在保護(hù)區(qū)整合優(yōu)化組合中的應(yīng)用

2020 年5 月，在太原市自然保護(hù)地整合優(yōu)化專家組指導(dǎo)下，根據(jù)自然資源部、國(guó)家林業(yè)和草原局發(fā)布的《關(guān)于做好自然保區(qū)范圍及功能區(qū)分區(qū)優(yōu)化調(diào)整前提工作的函》要求，在保護(hù)區(qū)優(yōu)化整合中，首先，GIS 利用保護(hù)區(qū)地衛(wèi)星遙感影像數(shù)據(jù)、數(shù)字地圖及保護(hù)區(qū)范圍、功能區(qū)的矢量數(shù)據(jù)，可得到保護(hù)區(qū)地面數(shù)字模型，同時(shí)還可以獲得保護(hù)區(qū)范圍內(nèi)以及3 個(gè)功能區(qū)不同地貌的坡度、坡向、地表水系網(wǎng)絡(luò)等結(jié)構(gòu)，通過保護(hù)區(qū)景觀圖示將整個(gè)保護(hù)區(qū)的組成結(jié)構(gòu)、地表形態(tài)等盡可能地展示出來，實(shí)現(xiàn)初步摸清保護(hù)區(qū)建立時(shí)3 個(gè)功能區(qū)的范圍、面積、邊界。其次，確定保護(hù)區(qū)的矛盾面積。保護(hù)內(nèi)的永久基本農(nóng)田、村莊、耕地、煤礦、非煤礦山及工業(yè)園區(qū)、山西云頂山自然保護(hù)區(qū)存實(shí)驗(yàn)區(qū)重疊等，是保護(hù)區(qū)管理存在的矛盾問題。GIS 將保護(hù)區(qū)內(nèi)的永久基本農(nóng)田矢量數(shù)據(jù)、第三次國(guó)土資料數(shù)據(jù)調(diào)查（村莊、耕地、煤礦、非煤礦山及工業(yè)園區(qū)）、山西云頂山省級(jí)自然保護(hù)區(qū)矢量數(shù)據(jù)，導(dǎo)入山西汾河上游數(shù)據(jù)平臺(tái)，將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行矢量相交分析及數(shù)據(jù)輸入，精準(zhǔn)測(cè)算出保護(hù)區(qū)永久性基本農(nóng)田、村莊、耕地、煤礦、非煤礦山及工業(yè)園區(qū)、山西云頂山省級(jí)自然保護(hù)重疊面積、位置。再其次，用GIS 編輯矢量化工具，把保護(hù)區(qū)范圍的永久性基本農(nóng)田、村莊、耕地、煤礦、非煤礦山及工業(yè)園區(qū)、山西云頂山省級(jí)自然保護(hù)重疊的區(qū)域退出保護(hù)區(qū)，再將現(xiàn)有的核心區(qū)、緩沖區(qū)、實(shí)驗(yàn)區(qū)3 個(gè)功能區(qū)，合并核心區(qū)和緩沖區(qū)成為重點(diǎn)觀察區(qū)和一般控制區(qū)（實(shí)驗(yàn)區(qū)）2 個(gè)功能區(qū)，完成保護(hù)區(qū)優(yōu)化整合，最終獲得自然保護(hù)區(qū)優(yōu)化整合后GIS 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。通過獲得的保護(hù)區(qū)優(yōu)化整合后GIS 的完整基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再加上對(duì)保護(hù)區(qū)自然資源和保護(hù)目標(biāo)的完整性分析，可以形成植被分布圖、野生動(dòng)物分布圖等一系列專題圖，作為整個(gè)保護(hù)區(qū)優(yōu)化整合以及劃定邊界范圍的指標(biāo)之一。通過運(yùn)用GIS 的空間分析功能，對(duì)保護(hù)區(qū)進(jìn)行自然環(huán)境和自然資源分析，可以減少主觀性因素的干擾，使保護(hù)區(qū)整合優(yōu)化組合更加科學(xué)、更加合理。

3 GIS 在制作規(guī)劃圖中的應(yīng)用

在以往的自然保護(hù)區(qū)發(fā)展規(guī)劃圖制作中，用的是以中國(guó)人民解放軍總參謀部測(cè)繪局1979 年第一版1∶5 萬的地形圖作為底圖，對(duì)保護(hù)區(qū)范圍功能區(qū)進(jìn)行勾繪、轉(zhuǎn)繪、描繪、復(fù)印等工序進(jìn)行手工繪圖。手工繪圖人為造成的誤差大，再次修改和檢驗(yàn)十分不方便，在財(cái)力、物力、人力以及時(shí)效上都很難再適應(yīng)保護(hù)區(qū)資源以及管理的要求。伴隨著現(xiàn)代信息科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，這就要求通過去尋求新的技術(shù)方法來取代傳統(tǒng)的手工繪圖，而GIS 正好能夠滿足這方面的需要。與傳統(tǒng)的手工制圖方式相比，GIS 技術(shù)的精確度、精準(zhǔn)度都有非常大的提升，它能夠通過幾何校正技術(shù)來確定高精度的地理位置信息，還能提取相關(guān)的有效信息。這樣，GIS 技術(shù)規(guī)劃制圖就能克服傳統(tǒng)制圖中轉(zhuǎn)繪、復(fù)印、描繪等諸多環(huán)節(jié)，通過自動(dòng)化的流程，一方面能夠大大減少人為因素產(chǎn)生的誤差，另一方面還能大幅度提升制作規(guī)劃圖紙的高效性和準(zhǔn)確性，不僅使圖紙的頁面干凈整潔，而且使圖紙的清晰度、美觀度得到提升。自從保護(hù)區(qū)規(guī)劃借助使用了GIS 技術(shù)之后，規(guī)劃圖上反映出來的要素?cái)?shù)量和要素質(zhì)量得到細(xì)化，在財(cái)力、物力以及人工成本和時(shí)間效率上也都得到了提高。

4 GIS 技術(shù)在保護(hù)區(qū)動(dòng)植物研究和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

動(dòng)植物是保護(hù)區(qū)非常重要的自然資源。只有通過對(duì)動(dòng)植物的種類、生活生長(zhǎng)習(xí)性、分布等進(jìn)行較深入的調(diào)查研究，才能掌握保護(hù)區(qū)動(dòng)植物種類、生活生長(zhǎng)習(xí)性和分布情況。這樣就能對(duì)保護(hù)區(qū)動(dòng)植物進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和管理，對(duì)保護(hù)區(qū)生物多樣性起到很好地保護(hù)作用。GIS 技術(shù)結(jié)合動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)、地面調(diào)查、遙感影像數(shù)據(jù)分析等方法，對(duì)保護(hù)區(qū)動(dòng)植物資源的各種屬性信息、空間位置等進(jìn)行管理，這樣保護(hù)區(qū)管理機(jī)構(gòu)就可以有效構(gòu)建各種動(dòng)植物資源的分類數(shù)據(jù)庫，最終實(shí)現(xiàn)為動(dòng)植物資源分布的整體分析提供重要依據(jù)。保護(hù)區(qū)的資源監(jiān)測(cè)，是利用GIS 構(gòu)建的保護(hù)區(qū)各種動(dòng)植物資源的分類數(shù)據(jù)庫，將生物多樣性狀況、物種種群數(shù)量、分布規(guī)律以及其棲息地狀況聯(lián)系起來，從而進(jìn)行系統(tǒng)、及時(shí)、科學(xué)地分析、處理和評(píng)價(jià)，最終實(shí)現(xiàn)高效、準(zhǔn)確地反映野生動(dòng)植物現(xiàn)狀調(diào)查與動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行自然資源管理。

GIS 技術(shù)結(jié)合地理圖形，能夠完美地展示出監(jiān)測(cè)動(dòng)植物的生存環(huán)境變化情況和動(dòng)植物的空間分布，將分析結(jié)果以圖形、表格的形式，展現(xiàn)在保護(hù)區(qū)管理人員面前，為幫助保護(hù)區(qū)保護(hù)生物多樣性制定出科學(xué)的、合理的管理措施。