江蘇省自然保護(hù)地管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

顏懷成,熊鵬波,薛 嬌

(1.江蘇省測(cè)繪工程院,江蘇 南京 210013;2.自然資源部國土衛(wèi)星遙感應(yīng)用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,江蘇 南京 210013)

0 引 言

黨的十九大以來,在習(xí)近平生態(tài)文明思想的指引下,生態(tài)文明建設(shè)已經(jīng)成為統(tǒng)籌推進(jìn)“五位一體”總體布局和協(xié)調(diào)推進(jìn)“四個(gè)全面”戰(zhàn)略布局的重要內(nèi)容。系統(tǒng)保護(hù)全省生態(tài)重要區(qū)域和典型自然生態(tài)空間,全面保護(hù)生物多樣性和地質(zhì)地貌景觀多樣性,可以推動(dòng)山水林田湖草生命共同體的系統(tǒng)保護(hù),為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展奠定生態(tài)根基,為推進(jìn)“強(qiáng)富美高”新江蘇建設(shè)提供生態(tài)支撐[1-2]。

目前,針對(duì)如何建立監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)以及對(duì)遙感變化檢測(cè)方法的研究很多,各地方已建設(shè)各類各級(jí)全覆蓋、全天候、全要素的自然保護(hù)地“天空地一體化”監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)體系,開展自然保護(hù)地綜合監(jiān)測(cè),在保護(hù)生物多樣性、保存自然遺產(chǎn)、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和維護(hù)國家生態(tài)安全方面發(fā)揮了重要作用[3-4]。但是,對(duì)于如何利用云計(jì)算、互聯(lián)網(wǎng)等信息化手段實(shí)現(xiàn)省市縣多級(jí)聯(lián)動(dòng),加強(qiáng)自然保護(hù)地監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)集成分析和綜合應(yīng)用的研究和實(shí)踐較少。為貫徹落實(shí)國家和省委省政府相關(guān)文件要求,我們充分利用信息化手段開展江蘇省自然保護(hù)地管理信息系統(tǒng)建設(shè),服務(wù)我省自然保護(hù)地管理工作,實(shí)現(xiàn)自然保護(hù)地動(dòng)態(tài)監(jiān)管與保護(hù)。

1 監(jiān)測(cè)區(qū)概況與監(jiān)測(cè)成果概述

1.1 監(jiān)測(cè)區(qū)概況

江蘇省位于中國大陸東部沿海,長(zhǎng)江、淮河下游,界于北緯30°45′～35°20′,東經(jīng)116°18′～121°57′之間,跨江濱海,湖泊眾多,地勢(shì)平坦,地貌由平原、水域、低山丘陵構(gòu)成。全省是以平原林網(wǎng)為主的省份,根據(jù)第九次森林資源清查數(shù)據(jù),全省森林面積156萬 hm2,居全國第27位。林木覆蓋率23.20%,森林覆蓋率15.20%,居全國第24位?；盍⒛究傂罘e9 610萬m3,居全國第26位。森林蓄積7 045萬m3。

江蘇省目前有自然保護(hù)區(qū)、森林公園、濕地公園、地質(zhì)公園、海洋公園和風(fēng)景名勝區(qū)等自然保護(hù)地共計(jì)210個(gè),覆蓋面積8 963.15 km2,各保護(hù)地分類統(tǒng)計(jì)情況如表1所示。

表1 江蘇省自然保護(hù)地統(tǒng)計(jì)表

1.2 研究數(shù)據(jù)

第一期保護(hù)地自然資源變化圖斑以2021年第4季度遙感影像為本底數(shù)據(jù),以2022年第1季度遙感影像作為變化發(fā)現(xiàn)影像數(shù)據(jù),結(jié)合國土三調(diào)等基礎(chǔ)數(shù)據(jù),利用遙感影像半自動(dòng)提取、輔以人工校核修正的方式,提取自然資源變化圖斑。第二期保護(hù)地自然資源變化圖斑以2022年第1季度遙感影像作為本底數(shù)據(jù),以2022年第2季度遙感影像作為變化發(fā)現(xiàn)影像數(shù)據(jù),以此類推,提取2022年自然保護(hù)地自然資源變化圖斑,共計(jì)4期成果。截至目前,已完成2022年前兩季度的變化監(jiān)測(cè)工作,共計(jì)發(fā)現(xiàn)全省自然保護(hù)地管理范圍內(nèi)約1萬個(gè)變化圖斑。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 技術(shù)路線

針對(duì)項(xiàng)目目標(biāo)和要求,制定項(xiàng)目技術(shù)路線,具體分為以下6個(gè)部分:

(1)方案設(shè)計(jì)與標(biāo)準(zhǔn)制定階段:根據(jù)國家、地方相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,結(jié)合當(dāng)前省域自然保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)現(xiàn)狀和業(yè)務(wù)需求,開展技術(shù)方案設(shè)計(jì)。

(2)保護(hù)地變化圖斑提取:收集覆蓋全省不低于2 m分辨率遙感影像,結(jié)合國土三調(diào)、國土調(diào)查年度變更等數(shù)據(jù),利用遙感影像半自動(dòng)提取、輔以人工校核修正的方式開展自然保護(hù)地自然資源變化圖斑提取[5]。

(3)數(shù)據(jù)庫構(gòu)建階段:根據(jù)數(shù)據(jù)情況及系統(tǒng)建設(shè)需求,開展自然保護(hù)地變化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì),對(duì)成果數(shù)據(jù)進(jìn)行檢查并入庫,為后期系統(tǒng)建設(shè)提供數(shù)據(jù)支撐。

(4)系統(tǒng)建設(shè)階段:基于自然保護(hù)地變化監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫,利用GIS、RS、Web等技術(shù)研發(fā)江蘇省自然保護(hù)地管理信息系統(tǒng)。

(5)外業(yè)舉證與內(nèi)業(yè)復(fù)核階段:利用保護(hù)地管理信息系統(tǒng),下發(fā)自然資源變化圖斑至各縣(區(qū)、市),開展外業(yè)舉證與內(nèi)業(yè)復(fù)核工作,實(shí)現(xiàn)自然保護(hù)地變化圖斑及時(shí)核查、踏勘,有效制止自然資源破壞行為,實(shí)現(xiàn)對(duì)自然保護(hù)地的動(dòng)態(tài)監(jiān)管與保護(hù)[6-9]。

(6)成果匯總階段:經(jīng)由縣級(jí)舉證、市級(jí)復(fù)核、省級(jí)確認(rèn)等流程,對(duì)變化圖斑數(shù)據(jù)的圖件和文字等成果分別進(jìn)行整理匯總,內(nèi)容包括數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計(jì)、圖件編制、文字報(bào)告編制等。

系統(tǒng)技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)路線圖

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

依托江蘇省自然保護(hù)地管理信息系統(tǒng),分別建立網(wǎng)頁端系統(tǒng)和移動(dòng)端系統(tǒng),并建立先進(jìn)的硬件環(huán)境、科學(xué)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和良好的管理機(jī)制,形成系統(tǒng)業(yè)務(wù)化運(yùn)行機(jī)制。

為保障系統(tǒng)安全、高效、可靠運(yùn)行,本系統(tǒng)建設(shè)采用先進(jìn)、成熟的技術(shù),基于“大系統(tǒng)、微服務(wù)、輕應(yīng)用”的思想進(jìn)行總體技術(shù)框架設(shè)計(jì)。其中:“大系統(tǒng)”具有足夠的穩(wěn)定性、開放性、高可用和靈活性,符合IT主流趨勢(shì),跟云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等是相互匹配的;“微服務(wù)”則主要是聚焦于支持系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)資產(chǎn)進(jìn)行服務(wù),形成信息資產(chǎn),并通過系統(tǒng)運(yùn)營的持續(xù)累積,對(duì)外提供服務(wù)資產(chǎn)輸出,降低后續(xù)信息化投資成本、縮短建設(shè)周期;“輕應(yīng)用”則是提供更加簡(jiǎn)便、輕靈的前端應(yīng)用,滿足多端使用、所需所得。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體框架圖

(1)基礎(chǔ)設(shè)施層

提供軟硬件及網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境,包含計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源、安全設(shè)施資源等。

(2)信息資源層

數(shù)據(jù)資源池:匯集衛(wèi)星遙感影像、專項(xiàng)規(guī)劃、國土三調(diào)數(shù)據(jù)、保護(hù)地自然資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù),包含空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等多元數(shù)據(jù),提供保護(hù)地自然資源監(jiān)管信息數(shù)據(jù)服務(wù)。

指標(biāo)模型庫:對(duì)保護(hù)地自然資源監(jiān)管過程中涉及的指標(biāo)和模型進(jìn)行統(tǒng)一管理,包含指標(biāo)庫、模型庫構(gòu)建以及對(duì)應(yīng)的管理功能。

(3)應(yīng)用服務(wù)層

通過應(yīng)用服務(wù)層為保護(hù)地自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管服務(wù)平臺(tái)提供時(shí)序化遙感底圖、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)服務(wù)和數(shù)據(jù)推送分發(fā)服務(wù),以基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)中間件提供的環(huán)境為基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)保護(hù)地自然資源信息數(shù)據(jù)的縱橫聯(lián)通。

(4)微服務(wù)層

微服務(wù)層采用分布式服務(wù)框架,并通過Rest服務(wù)框架、API在線管理、分布式服務(wù)緩存等提高前后端的協(xié)作效率和質(zhì)量,保證數(shù)據(jù)的狀態(tài)一致性和數(shù)據(jù)的高性能獲取,從空間范圍維度對(duì)數(shù)據(jù)訪問進(jìn)行管控,有效保障空間數(shù)據(jù)可視化的安全。

(5)應(yīng)用層

該層主要面向保護(hù)地自然資源監(jiān)測(cè)監(jiān)管等全過程提供信息化應(yīng)用,具體應(yīng)用為江蘇省自然保護(hù)地?cái)?shù)據(jù)管理系統(tǒng)網(wǎng)頁端和移動(dòng)端。網(wǎng)頁端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各級(jí)各類自然保護(hù)地可視化分析統(tǒng)計(jì)、查詢?yōu)g覽、圖斑復(fù)核及確認(rèn),移動(dòng)端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)地方任務(wù)下載、圖斑核查舉證。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

江蘇省自然保護(hù)地管理信息系統(tǒng)以全省保護(hù)地自然資源變化監(jiān)測(cè)成果為主要數(shù)據(jù)源,根據(jù)省市縣一體化保護(hù)地自然資源變化監(jiān)測(cè)成果業(yè)務(wù)應(yīng)用需求,利用GIS、RS、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算等技術(shù)建設(shè),實(shí)現(xiàn)保護(hù)地自然資源變化監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)入庫、管理、分發(fā)、調(diào)查、統(tǒng)計(jì)分析等一體化管理與應(yīng)用。該系統(tǒng)功能構(gòu)成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.1.1 網(wǎng)頁端功能

(1)查詢?yōu)g覽

用戶根據(jù)數(shù)據(jù)類型、年份、行政區(qū)劃等條件查詢自然保護(hù)地變化圖斑詳細(xì)信息,并在影像底圖上直觀展示變化圖斑的位置及分布情況。

(2)統(tǒng)計(jì)分析

根據(jù)保護(hù)地類型、監(jiān)測(cè)批次及行政區(qū)劃,對(duì)監(jiān)測(cè)圖斑類型、分布和面積等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì),生成統(tǒng)計(jì)圖表,為領(lǐng)導(dǎo)決策分析提供直觀的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)支撐。

(3)時(shí)序遙感影像回溯

基于遙感影像瓦片數(shù)據(jù)庫,在保證實(shí)用、安全的前提下,實(shí)現(xiàn)多歷史版本影像服務(wù)管理;針對(duì)保護(hù)地自然資源變化圖斑所在區(qū)域,獲取該區(qū)域所有歷史版本遙感影像服務(wù)資源,實(shí)現(xiàn)歷史遙感影像動(dòng)態(tài)回溯。

(4)圖斑復(fù)核

根據(jù)移動(dòng)端核查人員上報(bào)的保護(hù)地自然資源變化核查舉證信息,對(duì)該圖斑是否需要整改、整改措施、整改期限等進(jìn)行復(fù)核,并給出本級(jí)意見。

(5)報(bào)告查閱

根據(jù)行政區(qū)劃等級(jí),實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)報(bào)告定制生成或已有報(bào)告上傳,并發(fā)布監(jiān)測(cè)報(bào)告文件通知,提供監(jiān)測(cè)報(bào)告預(yù)覽和下載等功能。

3.1.2 移動(dòng)端功能

(1)任務(wù)下載與管理

系統(tǒng)根據(jù)用戶的管轄范圍推送外業(yè)核查任務(wù)包,用戶可以通過模糊查詢下載相應(yīng)批次任務(wù);系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)圖斑按“已調(diào)查”“未調(diào)查”“重點(diǎn)關(guān)注”“待核查”等類別分類管理監(jiān)測(cè)圖斑,方便用戶查找目標(biāo)圖斑,提高外業(yè)調(diào)查工作效率。

(2)定位與導(dǎo)航

用戶點(diǎn)擊某圖斑進(jìn)入地圖界面,可以在地圖上準(zhǔn)確、直觀地看到保護(hù)地圖斑位置;系統(tǒng)提供“高德地圖”“百度地圖”等常用導(dǎo)航地圖軟件調(diào)用接口,用戶根據(jù)需要選擇導(dǎo)航軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)圖斑位置導(dǎo)航。

(3)核查舉證

系統(tǒng)提供現(xiàn)場(chǎng)照片拍攝功能,并記錄拍照位置、方位角,判定核查人員操作是否滿足核查要求;填報(bào)變化圖斑實(shí)地信息,支持實(shí)時(shí)上報(bào)現(xiàn)場(chǎng)核查信息和舉證照片。

3.2 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.2.1 網(wǎng)頁端功能實(shí)現(xiàn)

(1)查詢?yōu)g覽

基于自然保護(hù)地信息數(shù)據(jù)庫,用戶根據(jù)數(shù)據(jù)類型、年份、行政區(qū)劃等條件查詢自然保護(hù)地變化圖斑詳細(xì)信息,包括圖斑類型、編號(hào)、面積等,瀏覽自然保護(hù)地變化圖斑分布狀況。查詢?yōu)g覽功能如圖4所示。

圖4 圖斑查詢?yōu)g覽功能示意圖

(2)時(shí)序影像回溯

基于遙感影像瓦片數(shù)據(jù)庫,在保證實(shí)用、安全的前提下,實(shí)現(xiàn)多歷史版本影像服務(wù)管理;根據(jù)自然保護(hù)地變化圖斑位置自動(dòng)獲取圖斑區(qū)域內(nèi)所有歷史版本遙感影像服務(wù)資源,實(shí)現(xiàn)歷史遙感影像動(dòng)態(tài)回溯。時(shí)序影像回溯功能如圖5所示。

圖5 時(shí)序化遙感影像回溯圖

(3)圖斑復(fù)核

根據(jù)移動(dòng)端核查人員上報(bào)的保護(hù)地自然資源變化核查舉證信息,實(shí)現(xiàn)市級(jí)復(fù)核上報(bào)工作。舉證材料滿足復(fù)核要求發(fā)送給省級(jí)用戶確認(rèn),舉證材料不滿足復(fù)核要求則反饋給地方用戶重新核查或補(bǔ)充舉證材料。圖斑復(fù)核功能如圖6所示。

圖6 圖斑復(fù)核功能圖

(4)報(bào)告查閱

根據(jù)行政區(qū)劃等級(jí),實(shí)現(xiàn)保護(hù)地自然資源變化報(bào)告上傳,并發(fā)布保護(hù)地自然資源變化報(bào)告文件通知,提供保護(hù)地自然資源變化報(bào)告下載瀏覽等功能。

3.2.2 移動(dòng)端功能實(shí)現(xiàn)

基于保護(hù)地變化圖斑成果,用戶通過移動(dòng)核查終端下載保護(hù)地圖斑調(diào)查任務(wù),并通過列表或地圖模式進(jìn)行監(jiān)測(cè)圖斑分布展示;實(shí)現(xiàn)調(diào)查圖斑定位導(dǎo)航、在線填報(bào)調(diào)查內(nèi)容、現(xiàn)場(chǎng)拍照舉證等功能,為江蘇省保護(hù)地自然資源調(diào)查提供外業(yè)移動(dòng)調(diào)查系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要功能包括:

(1)圖斑任務(wù)管理

系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)圖斑按 “未調(diào)查”“已上報(bào)”“未上報(bào)”等類別分類管理監(jiān)測(cè)圖斑,方便用戶查找目標(biāo)圖斑,提高外業(yè)調(diào)查工作效率。圖斑任務(wù)管理功能如圖7所示。

圖7 圖斑任務(wù)管理功能圖

(2)圖斑信息查看

查看當(dāng)前調(diào)查保護(hù)地圖斑類型、圖斑描述、位置描述等信息,并且可以查看圖斑前后期影像對(duì)比圖片。圖斑信息查看功能如圖8所示。

圖8 圖斑信息查看功能示意圖

(3)舉證信息上傳

外業(yè)核查人員根據(jù)自然保護(hù)地圖斑的現(xiàn)場(chǎng)情況,填寫相關(guān)信息,拍攝現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查照片,實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)核查信息和舉證照片上傳到服務(wù)器形成最終成果庫。舉證信息上傳功能如圖9所示。

4 結(jié) 語

本文以江蘇省自然保護(hù)地監(jiān)測(cè)成果數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),利用GIS、RS、Web等技術(shù)建成江蘇省自然保護(hù)地管理信息系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已成功實(shí)現(xiàn)為各級(jí)自然資源管理部門在保護(hù)地圖斑變化發(fā)現(xiàn)、外業(yè)舉證、統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)告編制等工作提供服務(wù)支撐。今后將進(jìn)一步完善系統(tǒng)功能,提高系統(tǒng)功能可配置性以及功能模塊平衡性,切實(shí)為全省自然保護(hù)地的管理提供技術(shù)保障。