太子山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)智慧管理平臺(tái)的構(gòu)建

摘 要：國(guó)家林業(yè)和草原局提出的中國(guó)智慧林業(yè)，要求林業(yè)立體化感知體系全覆蓋、林業(yè)智能化管理體系協(xié)同高效，林業(yè)生態(tài)化價(jià)值體系不斷深化、林業(yè)一體化服務(wù)體系更加完善、林業(yè)規(guī)范化保障體系支撐有力。太子山自然保護(hù)區(qū)按此要求，以高新技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)為依托，在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、軟件開(kāi)發(fā)和硬件集成的基礎(chǔ)上，按“統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)、統(tǒng)一業(yè)務(wù)窗口、統(tǒng)一運(yùn)行管理”，結(jié)合“空、天、地、人”四位一體的數(shù)據(jù)構(gòu)架體系的“大數(shù)據(jù)平臺(tái)”，提高自然保護(hù)區(qū)管理效率、生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：太子山；自然保護(hù)區(qū)；智慧管理平臺(tái)；構(gòu)建

近年來(lái)，國(guó)家林業(yè)和草原局一直在積極推進(jìn)智慧林業(yè)的發(fā)展。在《全國(guó)林業(yè)信息化建設(shè)綱要（2016—2020年）》中，明確提出要加強(qiáng)智慧林業(yè)建設(shè)，加快現(xiàn)代信息技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。具體包括構(gòu)建智慧林業(yè)管理體系、推進(jìn)智慧林業(yè)生產(chǎn)體系建設(shè)、培育智慧林業(yè)產(chǎn)業(yè)、加強(qiáng)智慧林業(yè)科技創(chuàng)新、促進(jìn)智慧林業(yè)信息服務(wù)、提升智慧林業(yè)人才素質(zhì)、保障智慧林業(yè)信息安全以及推動(dòng)國(guó)際合作與交流等方面。太子山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)依據(jù)國(guó)家林業(yè)和草原局提出的要求，積極加快推動(dòng)太子山保護(hù)區(qū)智慧林業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，為生態(tài)文明建設(shè)做出積極貢獻(xiàn)。

1 太子山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)現(xiàn)狀

太子山國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)屬于森林生態(tài)系統(tǒng)類(lèi)型自然保護(hù)區(qū)，位于甘肅中南部，保護(hù)區(qū)東西長(zhǎng)約100千米，南北寬約10千米。保護(hù)區(qū)總面積127萬(wàn)畝，保護(hù)區(qū)海拔2200～4332米。保護(hù)區(qū)內(nèi)生物多樣性與稀有性顯著（圖1）。據(jù)考察，共有維管植物838種，其中稀有瀕危和重點(diǎn)保護(hù)植物有桃兒七、紅花綠絨蒿、星葉草、黃毛杜鵑（圖2）等51種；脊椎動(dòng)物208種，包括雪豹、林麝、蘇門(mén)羚等國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)野生動(dòng)物11種，鳥(niǎo)類(lèi)130種，其中，國(guó)家重點(diǎn)保護(hù)鳥(niǎo)類(lèi)21種；有兩棲爬行動(dòng)物8種；有魚(yú)類(lèi)10種；昆蟲(chóng)682種；有大型真菌61種。物種總數(shù)1800多種，占甘肅省物種總數(shù)的50%以上[1]。然而，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測(cè)防控工作受環(huán)境惡劣、面積大、周期長(zhǎng)、任務(wù)繁重、保護(hù)機(jī)制不完善等因素影響，太子山保護(hù)區(qū)森林資源監(jiān)測(cè)防控向著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等數(shù)字技術(shù)、智能技術(shù)發(fā)展，智能化、科技化也成為太子山自然保戶(hù)區(qū)內(nèi)林業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)和方向。

2 智慧太子山管理平臺(tái)的構(gòu)建

太子山智慧管理平臺(tái)建設(shè)按“統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺(tái)、統(tǒng)一業(yè)務(wù)窗口、統(tǒng)一運(yùn)行管理”，結(jié)合“空、天、地、人”四位一體的數(shù)據(jù)構(gòu)架體系的“大數(shù)據(jù)平臺(tái)”，根據(jù)林調(diào)、森防、防火、資源保護(hù)、科研中心等多科室業(yè)務(wù)實(shí)際現(xiàn)狀，對(duì)核心重要的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效整合，并按科室權(quán)限進(jìn)行管理，以提升系統(tǒng)應(yīng)用為目標(biāo)來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)框架及內(nèi)容設(shè)計(jì)管理平臺(tái)，其建設(shè)總體思路如圖3。

智慧管理平臺(tái)包括“六個(gè)層次 + 四大體系”等功能模塊。系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)遵循SOA體系架構(gòu)，按照軟硬件自下而上依次為：基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)中心層、應(yīng)用支撐層、業(yè)務(wù)應(yīng)用層、平臺(tái)展示層、用戶(hù)層，以三維一體化 GIS 技術(shù)為基礎(chǔ)框架，進(jìn)一步拓展全空間數(shù)據(jù)模型及其分析計(jì)算能力；更全面地融合實(shí)景三維模型、BIM、激光點(diǎn)云、三維場(chǎng)、地質(zhì)體等多源異構(gòu)數(shù)據(jù)?；诜植际降乩硖幚砉ぞ邔?shí)現(xiàn)手工建模數(shù)據(jù)、BIM、實(shí)景三維模型、激光點(diǎn)云、地形等三維數(shù)據(jù)的高效全流程管理。四大體系模塊為：政策法規(guī)制度體系、安全保障體系、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、運(yùn)行管理體系。

2.1 六個(gè)層次模塊

2.1.1 基礎(chǔ)設(shè)施層 基礎(chǔ)設(shè)施層是為實(shí)現(xiàn)管理監(jiān)控、獲取數(shù)據(jù)、提供服務(wù)等功能而搭建的基礎(chǔ)設(shè)施。如 3S技術(shù)（即 GIS、RS、GPS技術(shù)）、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)（VＲ）、多媒體技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)（Web）[2]都依托于基礎(chǔ)設(shè)施層完成具體任務(wù)，其中，自然保護(hù)區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施層中硬件設(shè)施主要有衛(wèi)星、無(wú)人機(jī)、三光一體化云臺(tái)攝像機(jī)、紅外相機(jī)、氣象站自動(dòng)監(jiān)測(cè)設(shè)備、病蟲(chóng)疫監(jiān)測(cè)設(shè)備等，以及云主機(jī)、云存儲(chǔ)、云安全、云平臺(tái)及基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)（如光纖等）?；A(chǔ)設(shè)施層是自然保護(hù)區(qū)的“眼”和“腳”，是自然保護(hù)區(qū)實(shí)時(shí)了解自然保護(hù)區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀、適時(shí)掌握區(qū)內(nèi)重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象現(xiàn)狀、動(dòng)態(tài)和威脅因素的實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、實(shí)施管理監(jiān)控、獲取保護(hù)區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)。

2.1.2 數(shù)據(jù)中心 數(shù)據(jù)中心是智慧平臺(tái)建設(shè)的核心，是對(duì)太子山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)各類(lèi)公共基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、調(diào)查監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、專(zhuān)業(yè)專(zhuān)題數(shù)據(jù)、防災(zāi)防治數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建信息交換平臺(tái)，從而使管理平臺(tái)內(nèi)的子系統(tǒng)進(jìn)行信息/數(shù)據(jù)的傳輸及共享，最大程度地提高信息資源的利用率，實(shí)現(xiàn)智慧管理平臺(tái)建設(shè)的基本目標(biāo)。因此，自然保護(hù)區(qū)需要建設(shè)完善數(shù)據(jù)中心，并完成數(shù)據(jù)的抽取、集中、加載、展現(xiàn)，搭建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理和交換平臺(tái)。可以說(shuō)，數(shù)據(jù)資源中心是太子山自然保護(hù)區(qū)的“血液”，只有通過(guò)智慧管理平臺(tái)對(duì)自然保護(hù)區(qū)內(nèi)四大類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的各類(lèi)數(shù)據(jù)不間斷的采集、加工處理、存貯和交換等，才能使自然保護(hù)區(qū)“活躍起來(lái)”。

2.1.3 應(yīng)用支撐層 應(yīng)用支撐層是太子山自然保護(hù)區(qū)內(nèi)GIS平臺(tái)、人工智能、loT集成環(huán)境，將分散、異構(gòu)的應(yīng)用和信息資源進(jìn)行聚合，通過(guò)統(tǒng)一的訪(fǎng)問(wèn)入口，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)資源、各種應(yīng)用系統(tǒng)跨數(shù)據(jù)庫(kù)、跨系統(tǒng)平臺(tái)的無(wú)縫接入和集成，提供一個(gè)支持信息訪(fǎng)問(wèn)、傳遞，以及協(xié)作的集成化環(huán)境，可以說(shuō)，它是智慧管理平臺(tái)的“經(jīng)脈”，是基礎(chǔ)設(shè)施層與數(shù)據(jù)中心鏈接的樞紐，是實(shí)現(xiàn)信息數(shù)據(jù)傳輸及共享得以高效、穩(wěn)定、安全的關(guān)鍵所在。

2.1.4 業(yè)務(wù)應(yīng)用層 業(yè)務(wù)應(yīng)用層是通過(guò)聯(lián)接網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的應(yīng)用軟件服務(wù)器，如Oracle各類(lèi)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、SOA服務(wù)、B/S結(jié)構(gòu)的WEB服務(wù)器等，用多種技術(shù)來(lái)增強(qiáng)應(yīng)用平臺(tái)的安全。將太子山自然保護(hù)管理局各業(yè)務(wù)科室的系統(tǒng)進(jìn)行匯聚、整合，構(gòu)建一套業(yè)務(wù)處理窗口。業(yè)務(wù)應(yīng)用層包含林長(zhǎng)制管理、資源監(jiān)測(cè)管理、生態(tài)監(jiān)測(cè)管理、林業(yè)資源普查、森林可燃物調(diào)查管理系統(tǒng)等5個(gè)部分，并且將原有已建系統(tǒng)如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、林業(yè)資源普查系統(tǒng)、生物多樣性信息采集系統(tǒng)、無(wú)人機(jī)飛行管理系統(tǒng)等與外部鏈接，同時(shí)在數(shù)據(jù)中心板塊建設(shè)相關(guān)功能模塊，進(jìn)行數(shù)據(jù)匯聚。業(yè)務(wù)應(yīng)用層構(gòu)成自然保護(hù)區(qū)的“器官”，飾演不同的角色、提供各自的服務(wù)，讓森林公園的運(yùn)轉(zhuǎn)變得更加協(xié)調(diào)并具有更強(qiáng)的生命力。

2.1.5 平臺(tái)展示層 搭建“一張圖”為基礎(chǔ)的太子山智慧管理平臺(tái)，圍繞服務(wù)自然保護(hù)區(qū)生態(tài)和保護(hù)區(qū)管理目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)自然保護(hù)區(qū)各類(lèi)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、林業(yè)資源管護(hù)、生態(tài)保護(hù)修復(fù)、災(zāi)害預(yù)警等多項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。伴隨這些業(yè)務(wù)流程，建立自然保護(hù)區(qū)內(nèi)各類(lèi)數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，實(shí)現(xiàn)保護(hù)區(qū)內(nèi)生物資源數(shù)據(jù)從本底調(diào)查（基況監(jiān)測(cè)）、變化采集（年度監(jiān)測(cè)）到年度更新（檔案更新）全流程的變化管理和更新。“一張圖”相當(dāng)于自然保護(hù)區(qū)的“臉”，可以讓管理者、護(hù)林員、業(yè)務(wù)工作者、科研人員一目了然地了解到保護(hù)區(qū)內(nèi)信息的基本情況，使自然保護(hù)區(qū)的管理走向數(shù)字化、智能化、信息化。

2.1.6 用戶(hù)層 自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部門(mén)管理者、業(yè)務(wù)工作者、護(hù)林員、相關(guān)科研人員通過(guò)人機(jī)交互層（用戶(hù)層）系統(tǒng)與終端用戶(hù)的接口，利用移動(dòng)設(shè)備（手提電腦、手機(jī)、平板、衛(wèi)星電話(huà)等）和靜態(tài)設(shè)備（計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等），通過(guò)有線(xiàn)或無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行信息服務(wù)，從而完成工作任務(wù)。

2.2 四大體系模塊

2.2.1 政策法規(guī)制度體系 構(gòu)建智慧管理平臺(tái)，僅依靠大數(shù)據(jù)框架的應(yīng)用推進(jìn)依托是不夠的，還需要提供相關(guān)的配套政策法規(guī)制度保障。一是制定適應(yīng)智慧管理平臺(tái)的行政管理新的政策和法規(guī)制度，建立林業(yè)數(shù)據(jù)管理和整合機(jī)制的新制度，并依法嚴(yán)格管理，進(jìn)行科學(xué)決策。二是制訂智慧管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)開(kāi)放與共享政策法規(guī)，明確林業(yè)數(shù)據(jù)不同的開(kāi)放范圍、用途限制、公開(kāi)方式、公開(kāi)程序，規(guī)劃公開(kāi)數(shù)據(jù)指引，完善分級(jí)評(píng)估數(shù)據(jù)策略。三是制定林業(yè)隱私保護(hù)和數(shù)據(jù)質(zhì)量管理政策法規(guī)制度。制定專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和管理制度，建立規(guī)范的數(shù)據(jù)管理流程，構(gòu)成一個(gè)綜合的數(shù)據(jù)質(zhì)量管理體系，制定數(shù)據(jù)質(zhì)量測(cè)量的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，完善質(zhì)量管理流程，以確保數(shù)據(jù)的真實(shí)。四是制定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)支撐環(huán)境政策與規(guī)劃，確保林業(yè)大數(shù)據(jù)云計(jì)算運(yùn)行環(huán)境良好，分布式云存儲(chǔ)環(huán)境，多服務(wù)器的存儲(chǔ)資源高性能、高可靠性。

2.2.2 安全保障體系 網(wǎng)絡(luò)及數(shù)據(jù)安全智慧管理平臺(tái)得以順利實(shí)施的前提是安全保障體系，平臺(tái)數(shù)據(jù)及平臺(tái)部署在云服務(wù)器上，從整體架構(gòu)、數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)、數(shù)據(jù)運(yùn)維以及云上數(shù)據(jù)安全多個(gè)層面，為數(shù)據(jù)提供了全方位的安全防護(hù)。主要有五個(gè)方面的內(nèi)容：一是精細(xì)化的權(quán)限管理，保障數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)的安全。訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限的管理是一種有效的數(shù)據(jù)保護(hù)方式，讓數(shù)據(jù)更加安全。二是多種數(shù)據(jù)加密方式，保障數(shù)據(jù)全鏈路安全。數(shù)據(jù)加密是最常用的數(shù)據(jù)安全方式，可以在源端、備端以及傳輸渠道進(jìn)行加密。三是操作記錄可追溯，保障異常行為有跡可查。四是強(qiáng)大的備份與容災(zāi)能力，有效抵御勒索病毒。病毒是對(duì)數(shù)據(jù)安全造成危害最大的一種黑客攻擊行為，機(jī)房故障、自然災(zāi)害、人為誤刪除等原因也會(huì)造成數(shù)據(jù)安全風(fēng)險(xiǎn)和業(yè)務(wù)中斷。五是存儲(chǔ)與AI的融合創(chuàng)新。保護(hù)數(shù)據(jù)隱私的AI安全技術(shù)是在分布式計(jì)算和信息安全范疇上進(jìn)行的，為網(wǎng)絡(luò)協(xié)作計(jì)算提供一種新的計(jì)算模式?？梢酝ㄟ^(guò)多種技術(shù)結(jié)合保護(hù)數(shù)據(jù)安全，包括安全多方計(jì)算、差分隱私、動(dòng)態(tài)加密、加密搜索與計(jì)算等。云存儲(chǔ)產(chǎn)品正在基于人工智能等相關(guān)技術(shù)，驅(qū)動(dòng)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)安全治理邁向自動(dòng)化、智能化。

2.2.3 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系 自然保護(hù)區(qū)智慧管理平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，主要涵蓋智慧自然保護(hù)區(qū)業(yè)務(wù)功能規(guī)范、數(shù)據(jù)規(guī)范、技術(shù)規(guī)范、集成規(guī)范、接口規(guī)范、基礎(chǔ)設(shè)施規(guī)范、安全架構(gòu)規(guī)范等，用于指導(dǎo)智慧管理平臺(tái)信息系統(tǒng)建設(shè)所需的詳細(xì)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范制定及完善。另外，一般的規(guī)范并不是單獨(dú)存在的，而是包含在其他的標(biāo)準(zhǔn)中，如安全架構(gòu)規(guī)范一般不單獨(dú)存在，通常都附屬于網(wǎng)絡(luò)、技術(shù)等規(guī)范中。

2.2.4 運(yùn)行管理體系 自然保護(hù)區(qū)智慧管理平臺(tái)的建設(shè)與運(yùn)行，需要高素質(zhì)的專(zhuān)業(yè)人才進(jìn)行維護(hù)管理，建立有效的信息化教育培訓(xùn)體制和激勵(lì)機(jī)制，以促進(jìn)信息系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用的實(shí)施。系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，需要業(yè)務(wù)及管理人員能熟練應(yīng)用相關(guān)信息系統(tǒng)，確保平臺(tái)各環(huán)節(jié)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。系統(tǒng)的日常維護(hù)能保證平臺(tái)系統(tǒng)正常、可靠運(yùn)行，讓系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

在全面推進(jìn)自然保護(hù)區(qū)智慧管理的進(jìn)程中，需要管理人員積極拓展智慧林業(yè)應(yīng)用場(chǎng)景，探索創(chuàng)新森林資源管理模式，為不斷提升森林生態(tài)系統(tǒng)功能，提高管理效益、生態(tài)效益與經(jīng)濟(jì)效益，為率先實(shí)現(xiàn)綠色崛起提供技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：張賢成（1985年—），男，漢族，本科學(xué)歷，工程師，從事自然保護(hù)區(qū)信息化建設(shè)工作。