淺析GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用現(xiàn)狀及存在的問題

郭向科 吳金山

摘要：GIS是一種空間信息管理系統(tǒng)，在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃及對數(shù)據(jù)進(jìn)行信息化管理中具有重要意義。本文主要對GIS技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行概述，其結(jié)果可為更好地進(jìn)行自然保護(hù)區(qū)的管理、合理開發(fā)森林資源提供參考。

關(guān)鍵詞：GIS；自然保護(hù)區(qū)；現(xiàn)狀；問題；分析

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information Systems，GIS）技術(shù)是集數(shù)據(jù)采集、存儲、管理、處理、分析、顯示和描述于一體的數(shù)據(jù)分析技術(shù)，它主要在地理空間基礎(chǔ)上，系統(tǒng)地將空間分布數(shù)據(jù)與地理層次聯(lián)系起來，向使用者提供各種空間動態(tài)地理信息，并通過對現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的分析實現(xiàn)可視化和形象化?，F(xiàn)如今，GIS技術(shù)已在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃管理過程中得到廣泛應(yīng)用，例如：通過GIS技術(shù)精準(zhǔn)劃分保護(hù)區(qū)分布范圍，根據(jù)保護(hù)對象、設(shè)施和機構(gòu)的分布進(jìn)行規(guī)劃圖示，避免人工繪制的測量誤差。其次，GIS技術(shù)將保護(hù)區(qū)的實時監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行動態(tài)化分析，反映出保護(hù)區(qū)內(nèi)生物景觀的演變趨勢，為保護(hù)區(qū)管理決策提供數(shù)據(jù)支持。除此之外，GIS技術(shù)對保護(hù)區(qū)基本數(shù)據(jù)、生物資源信息、活動信息等進(jìn)行綜合管理，實現(xiàn)保護(hù)區(qū)管理的科學(xué)規(guī)劃，有效推動保護(hù)區(qū)的合理開發(fā)和可持續(xù)發(fā)展利用。本文主要對GIS技術(shù)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及存在的問題進(jìn)行概述，其結(jié)果可為生物多樣性的保護(hù)、自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃提供科學(xué)信息化管理。

自20世紀(jì)60年代起，美國、德國、英國等發(fā)達(dá)國家率先開始對GIS開展了一系列研究，不斷滲透到城市規(guī)劃、土地規(guī)劃、環(huán)境保護(hù)、地質(zhì)調(diào)查等領(lǐng)域，得到了各國的廣泛重視并加以應(yīng)用。例如，20世紀(jì)70年代，加拿大開始使用GIS來管理土地和其他基礎(chǔ)設(shè)施；20世紀(jì)80年代，美國、歐洲等發(fā)達(dá)國家和地區(qū)也在土地、林業(yè)、生物資源管理等方面開展了GIS應(yīng)用。

與國外相比，我國GIS研究起步較晚，但發(fā)展趨勢較快，大致可分為以下3個階段。

第一初級階段。從20世紀(jì)70年代起，中國開始從美國引進(jìn)資源衛(wèi)星圖像用于遙感技術(shù)解譯研究，并于1977年研制出第一臺計算機輸出全要素地圖，為GIS技術(shù)的推廣應(yīng)用做好準(zhǔn)備。

第二實驗階段。到20世紀(jì)80年代，GIS進(jìn)入綜合研究和實驗階段。通過GIS技術(shù)在各個領(lǐng)域的實驗、應(yīng)用，實現(xiàn)對GIS技術(shù)的全面掌握，為我國GIS的發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

第三全面發(fā)展階段。自20世紀(jì)90年代至今，GIS技術(shù)已在我國獲得廣泛應(yīng)用，使我國與國外GIS技術(shù)差距迅速縮小?，F(xiàn)如今，我國地理信息系統(tǒng)軟件完備，技術(shù)手段完善，在生活領(lǐng)域得到全面推廣，有效促進(jìn)我國地理信息系統(tǒng)事業(yè)的快速發(fā)展。

2.1 GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)管理規(guī)劃中的應(yīng)用

在保護(hù)區(qū)規(guī)劃過程中，利用GIS技術(shù)可以分析保護(hù)區(qū)管理的關(guān)鍵活動范圍，對其進(jìn)行效果分析，并為保護(hù)區(qū)規(guī)劃提供信息數(shù)據(jù)支持。將GIS技術(shù)與實地勘察相結(jié)合，可以獲得保護(hù)區(qū)三維景觀透視圖，利用遙感影像數(shù)據(jù)將保護(hù)區(qū)地貌形態(tài)展示出來。在進(jìn)行保護(hù)區(qū)規(guī)劃保護(hù)前，利用GIS技術(shù)可對其邊界分布進(jìn)行精確定位，實現(xiàn)其功能劃分圖示，保障規(guī)劃實施的科學(xué)性和合理性。通過GIS技術(shù)能精確掌握保護(hù)區(qū)內(nèi)動植物資源分布信息，從而構(gòu)建資源信息庫，實現(xiàn)資源整體的管理與分析。

2.2 GIS技術(shù)在野生動物空間分布中的應(yīng)用

GIS技術(shù)是一種數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)。通過數(shù)據(jù)處理分析，可以制成相關(guān)物種生境適宜性分級圖，為后續(xù)物種保護(hù)提供參照。近年來，人類活動造成了野生動物生存環(huán)境破碎化，嚴(yán)重威脅保護(hù)物種種群的生存。GIS技術(shù)可將相關(guān)物種生境破碎化的區(qū)域進(jìn)行可視化。通過物種棲息地的環(huán)境來評估生境的適宜性，顯示生境變遷歷程，分析威脅物種生存的主要因素，為保護(hù)物種多樣性提供建設(shè)性意見。

影響野生動物生境因素諸多，不同物種對生境需求不同，通過現(xiàn)有技術(shù)很難獲得各物種生境因子指標(biāo)體系。利用GIS技術(shù)可對保護(hù)區(qū)內(nèi)影響物種分布的生境因子進(jìn)行分析，獲得其分布規(guī)律，并為其保護(hù)提供科學(xué)依據(jù)。因此GIS技術(shù)的應(yīng)用填補了生境因子研究的空白。

2.3 GIS技術(shù)在野外巡護(hù)中的應(yīng)用

野外巡護(hù)是自然保護(hù)區(qū)日常管理中最為重要的工作之一。GIS技術(shù)在此過程中，可實現(xiàn)對保護(hù)區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測，確保自然保護(hù)區(qū)規(guī)章制度嚴(yán)格實施。以巡護(hù)人員活動路線采集坐標(biāo)信息，構(gòu)建GIS巡護(hù)系統(tǒng)，算法優(yōu)化最佳路徑，可提高巡護(hù)人員工作效率。同時還可利用GIS技術(shù)下達(dá)巡護(hù)任務(wù)，避免漏檢，加強對于巡護(hù)人員工作的監(jiān)督。巡護(hù)人員還可利用GIS技術(shù)及時將自然保護(hù)區(qū)的變化信息上傳到監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，使管理人員能及時做出應(yīng)對。因此，GIS技術(shù)在野外巡護(hù)中的應(yīng)用，對于開展保護(hù)區(qū)內(nèi)智能管理工作具有重要意義。

2.4 GIS技術(shù)在保護(hù)區(qū)內(nèi)森林資源管理工作中的應(yīng)用

GIS技術(shù)現(xiàn)已廣泛應(yīng)用到森林火災(zāi)、森林資源的監(jiān)測等方面。森林火災(zāi)對于保護(hù)區(qū)內(nèi)動植物資源具有破壞性影響。因此，防火規(guī)劃一直在自然保護(hù)區(qū)管理過程中受到高度重視。合理應(yīng)用GIS技術(shù)，配合無人機遙感監(jiān)測，可及時掌握森林火災(zāi)火勢大小、方向。利用GIS技術(shù)信息數(shù)據(jù)庫，根據(jù)數(shù)據(jù)分析展開火災(zāi)撲滅工作，使保護(hù)區(qū)內(nèi)相關(guān)資源能及時得到保護(hù)。在災(zāi)后調(diào)查過程中，也可利用遙感數(shù)據(jù)影像資料進(jìn)行災(zāi)害評估。同時，利用無人機拍攝功能對保護(hù)區(qū)內(nèi)資源異?，F(xiàn)象拍攝后進(jìn)行上傳（如樹木病蟲害、外來物種入侵等），進(jìn)而可有效展開防治工作，為保護(hù)區(qū)內(nèi)森林植物資源綜合管理決策提供新思路。

近年來，GIS技術(shù)在我國自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃管理中的應(yīng)用日益增多，但仍存在一些缺陷和不足。

（1）我國自然保護(hù)區(qū)數(shù)量類型眾多，分布范圍廣，自然保護(hù)區(qū)地理信息系統(tǒng)缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。大多數(shù)地理信息數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)都是根據(jù)對應(yīng)保護(hù)區(qū)自身特點構(gòu)建，無法適用于所有保護(hù)區(qū)。

（2）利用GIS技術(shù)建立的自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃模型是一種假設(shè)狀態(tài)，實際發(fā)展情況可能與模擬結(jié)果存在差異。模型建立需要充分結(jié)合空間特性和3S技術(shù)，保證理論模型的準(zhǔn)確性。

（3）利用GIS技術(shù)進(jìn)行自然保護(hù)區(qū)設(shè)計需以大量的實地勘察數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，若勘察數(shù)據(jù)存在誤差，地理信息系統(tǒng)的建立則會受到影響。此外，外業(yè)調(diào)查得到的數(shù)據(jù)還可能存在問題，如人工勘察數(shù)據(jù)不夠精確，數(shù)據(jù)長期沒有進(jìn)行更新等。因此，如何提高調(diào)查數(shù)據(jù)的精確度是GIS技術(shù)實踐應(yīng)用過程中的重要難題。

（4）GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃制圖中已得到廣泛應(yīng)用，但GIS制圖符號、標(biāo)注等方面較于國內(nèi)林業(yè)仍存在差異，對國內(nèi)林業(yè)發(fā)展的支持程度還欠缺。

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，GIS技術(shù)將不斷應(yīng)用到自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃設(shè)計中。目前，我國保護(hù)區(qū)綜合信息管理系統(tǒng)技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。GIS技術(shù)和林業(yè)管理有機結(jié)合，一方面促進(jìn)了林業(yè)知識理論創(chuàng)新，同時也促進(jìn)了林業(yè)系統(tǒng)科學(xué)及交叉學(xué)科間的深入融合發(fā)展。例如，有學(xué)者提出，通過GIS建立國家級和省級植物轉(zhuǎn)基因漂流地理信息系統(tǒng)。另一方面，隨著各學(xué)科間的發(fā)展，同時也對GIS提出了更高要求，為GIS提供了實驗基礎(chǔ)。例如，為科學(xué)合理的管理某一區(qū)域內(nèi)自然資源，需要解決GIS、GPS、RS與專家決策支持系統(tǒng)之間的耦合問題。GIS、RS和GPS（3S）的融合已成為必然趨勢?！?S”集合是利用各自技術(shù)的特點，快速、準(zhǔn)確地提供實驗所需信息的技術(shù)。“3S”的具體分工可劃分為，RS提供最新的圖像信息，GPS提供準(zhǔn)確的位置信息，GIS提供圖像存儲、處理、分析和應(yīng)用?！?S”的應(yīng)用可為森林管理和決策者提供準(zhǔn)確而又快速的信息。

林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)是一個非常復(fù)雜的系統(tǒng)，而GIS技術(shù)將自然保護(hù)區(qū)由傳統(tǒng)的管理模式轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔⒒芾?，隨著GIS技術(shù)的全面運用，保護(hù)區(qū)規(guī)劃管理能力將會大幅度提高，技術(shù)價值也將充分體現(xiàn)。傳統(tǒng)GIS應(yīng)用需要大量的基礎(chǔ)知識和經(jīng)驗，很難解決系統(tǒng)的監(jiān)控、模擬和科學(xué)管理等復(fù)雜問題。如將GIS和專家系統(tǒng)結(jié)合后可形成智能GIS，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型將成為解決這些復(fù)雜問題的重要途徑。目前，該領(lǐng)域的研究受到廣泛關(guān)注。隨著網(wǎng)絡(luò)GIS、虛擬GIS、開放GIS、真實三維和時空四維數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等GIS技術(shù)的發(fā)展和完善，GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃應(yīng)用中的作用將更加突出。自然保護(hù)區(qū)的規(guī)劃和管理受到各種因素的影響，GIS作為林業(yè)規(guī)劃管理的重要技術(shù)，如能加以合理利用，那么在未來的自然保護(hù)區(qū)的治理上，必將事半功倍。

作者簡介：郭向科（1992-），男，助理工程師。主要從事林業(yè)規(guī)劃設(shè)計等方面的工作。

*通訊作者：吳金山（1984-），男，副教授。主要從事林木培育方面的研究。