自然保護區實景三維地理信息系統設計范文

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摘要:截至2014年底，我國共有2729個自然保護區，面積近1．5萬km2。實景三維數據具有效率高、紋理清晰、內容全面精細等特點，在支撐自然保護區規劃、建設、管理方面發揮很大作用。本文分析了我國自然保護區的現狀:1)按級別，縣級自然保護區個數最多，國家級自然保護區總面積最大;2)按主管部門，林業主管的自然保護區個數最多，總面積也最大;3)按所屬類型，森林生態自然保護區個數最多，荒漠生態自然保護區總面積最大。本文給出了實景三維地理信息系統的設計框架并在國家級自然保護區開展了實踐。

關鍵詞:自然保護區;實景三維地理信息系統;傾斜攝影測量;仙人洞自然保護區

0引言

自然保護區是對有代表性的自然生態系統、珍稀瀕危野生動植物物種的天然集中分布區、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域。地理信息系統在自然保護區自然資源及社會經濟管理、自然保護區野生動植物管理、保護區環境評價與動態監測、保護區規劃與可持續發展等方面有廣泛的應用。長白山、梅花山、神農架、臥龍、佛坪、鹽城、西雙版納、武夷山等自然保護區已經使用自然保護區地理信息系統。本文設計了以實景三維為基礎數據的實景三維自然保護區地理信息系統并給出實踐案例，首先，說明了我國自然保護區的現狀及分布;然后，給出了實景三維自然保護區地理信息系統的設計，介紹了具體的實踐案例;最后，基于應用實踐給出了建議。

1我國自然保護區分類及分布

2014年我國共有自然保護區2729個，面積共約14696ha。按照保護區級別，可以分為國家級、省級、市級和縣級4類;按照保護區主管部門，可以分為國土、海洋、環保、林業、農業、水利、住建和其他8類;按照保護區所屬類型，可以分為草原草甸、地質遺跡、古生物遺跡、海洋海岸、荒漠生態、內陸濕地、森林生態、野生動物和野生植物9類。按照保護區級別統計，我國共有國家級自然保護區428個(占總個數16%)，面積共計9649萬ha(占總面積的66%)，國家級自然保護區平均面積為23萬ha;省級自然保護區858個(占總個數31%)，面積共計3778萬ha(占總面積的26%)，省級自然保護區平均面積為4萬ha;市級自然保護區414個(占總個數的15%)，面積共計473萬ha(占總面積的3%)，市級自然保護區平均面積為1萬ha;縣級自然保護區1029個(占總個數的38%)，面積共計796萬ha(占總面積的5%)，縣級自然保護區平均面積為0．8萬ha。分布情況如圖1A1和圖1A2所示。從以上數據可以看出，國家級自然保護區個數少，面積最大，總面積占總自然保護區面積的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個數相當(兩者之和約占30%)，省級與縣級自然保護區個數相當(兩者之和約占70%)，縣級自然保護區個數最多;隨著級別的降低，國家級、省級、市級、縣級自然保護區總面積迅速遞減，市級和縣級自然保護區面積總和占比僅為8%，如圖2A所示。

按照主管部門統計，國土部門主管73個自然保護區(占總個數的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(占總個數的3%)，面積共計87萬ha(占總面積的0．6%)，平均面積為0．9萬ha;環保部門主管235個自然保護區(占總個數9%)，面積共計2057萬ha(占總面積的14%)，平均面積為8．8萬ha;林業部門主管2049個自然保護區(占總個數的75%)，面積共計11691萬ha(占總面積的79．6%)，平均面積為5．7萬ha;農業部門主管116個自然保護區(占總個數的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(占總個數的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(占總個數的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(占總個數的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。從以上數據可以看出，林業部門主管的自然保護區個數最多(占總個數的75%)，面積最大(占總面積的79．6%)。環保部門主管的自然保護區個數及面積次之(個數占9%，面積占14%)。單個保護區面積前三位分別是環保(8．8萬ha)、林業(5．7萬ha)和農業(4．3萬ha)，如圖2B所示。按照所屬類型統計，草原草甸自然保護區41個(占總個數的1．5%)，面積共計165萬ha(占總面積的1．1%)，平均面積為4萬ha;地質遺跡自然保護區83個(占總個數的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32個(占總個數的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68個(占總個數的2．5%)，面積共計71萬ha(占總面積的0．5%)，平均面積為1萬ha;荒漠生態自然保護區31個(占總個數的1．1%)，面積共計4025萬ha(占總面積的27．4%)，平均面積為130萬ha;內陸濕地自然保護區378個(占總個數的13．9%)，面積共計3052萬ha(占總面積的20．8%)，平均面積為8萬ha;森林生態自然保護區1425個(占總個數的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520個(占總個數的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151個(占總個數的5．5%)，面積共計178萬ha(占總面積的1．2%)，平均面積為1萬ha。從以上數據可以看出，森林生態自然保護區、野生動物自然保護區、內陸濕地自然保護區無論是數量上還是面積上都較大;森林生態自然保護區個數絕對占優(占52%)，但總面積(占22%)次于荒漠生態和野生動物，平均面積排名第五;荒漠生態自然保護區面積最大(占27%);荒漠生態、野生動物、森林生態和內陸濕地四類自然保護區面積占比均超過20%，總面積占比達到96%;荒漠生態自然保護區平均面積最大(達到130萬ha)，是第二名內陸生態自然保護區平均面積的16倍;荒漠生態自然保護區數量最少，總面積及平均面積最大。

2實景三維自然保護區地理信息系統設計

本文所指的實景三維是指通過傾斜攝影測量技術而生成的真三維模型及應用。傾斜攝影技術生成實景三維數據具有效率高、紋理清晰、內容全面精細等特點，構建實景三維自然保護區地理信息系統，可實現對自然保護區內自然資源、管護設施、動植物資源及其棲息地等的可視化展示、查詢、管理和應用，為開展保護區的精細化管理，維持保護區內生態平衡，實現保護區可持續發展提

數據層包括實景三維數據、正射影像數據、數字高程模型數據、路網數據等的基礎地理數據和自然資源、管護設施等業務數據兩部分。通過傾斜攝影測量技術，可以近乎自動生成實景三維數據、真正射影像數據和數字表面模型數據，從而為保證數據的實時準確性提供了堅實的技術基礎。應用層包括公共基礎工具和業務功能應用兩部分。公共基礎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。業務功能應用包括空間威脅分析、保護區簡介、自然資源管理、管護設施管理、珍惜動物分布、珍惜植物分布等。用戶層包括保護區管理部門的部門用戶，管理系統的管理員用戶，查詢及反饋信息的社會大眾用戶和與保護區管理部門對接的外部系統用戶等。

3遼寧仙人洞國家級自然保護區應用實踐

3．1仙人洞自然保護區簡介

仙人洞國家級自然保護區位于遼寧省莊河市境內，面積3575ha，始建于1981年9月，1992年10月經國務院批準晉升為國家級自然保護區。主要保護對象為赤松林、櫟林及自然景觀，是森林生態系統和野生動植物類型的綜合性自然保護區。區內形成了濕地面積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。區內有脊椎動物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系統主要功能

遼寧仙人洞保護區實景三維地理信息系統主要基于實景三維模型數據，提供保護區展示、保護區簡介、自然資源管理、管護設施管理、信息查詢和統計等功能。

1)保護區展示保護區展示功能主要提供放大、縮小、指北、光影、拍照、全景、圖層控制、定點環繞、橢圓環繞、弧形環繞、線性環繞、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)保護區簡介保護區簡介包含綜合情況介紹、人口情況介紹、社區經濟情況介紹、保護區古地理情況介紹、地理位置情況介紹、土壤情況介紹、地質地貌情況介紹、水文水質情況介紹、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、管護設施管理可添加自然資源、管護設施，填寫新增自然資源信息、管護設施信息，使用鼠標確定位置，即可添加新記錄。對整個自然資源、管護設施單個圖層進行模糊查詢，返回自然資源或管護設施列表。

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

5)統計功能實現對保護區相關數據進行統計分析，以匯總統計表或者統計圖的形式顯示數據隨空間或者時間的變化特征;顯示新增、刪除、編輯統計。以匯總統計表或統計圖形式顯示數據隨空間或時間的變化特征，為保護區管理者提供相應的決策支持，并能將統計結果以圖片或者Ex-cel表格的形式導出，便于利用。

4結束

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

參考文獻:

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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．國家測繪產品質量檢驗測試中心，3．新疆石油工程設計有限公司,4．長慶油田分公司第四采油廠