自然保护区实景三维地理信息系统设计范文

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摘要:截至2014年底，我国共有2729个自然保护区，面积近1．5万km2。实景三维数据具有效率高、纹理清晰、内容全面精细等特点，在支撑自然保护区规划、建设、管理方面发挥很大作用。本文分析了我国自然保护区的现状:1)按级别，县级自然保护区个数最多，国家级自然保护区总面积最大;2)按主管部门，林业主管的自然保护区个数最多，总面积也最大;3)按所属类型，森林生态自然保护区个数最多，荒漠生态自然保护区总面积最大。本文给出了实景三维地理信息系统的设计框架并在国家级自然保护区开展了实践。

关键词:自然保护区;实景三维地理信息系统;倾斜摄影测量;仙人洞自然保护区

0引言

自然保护区是对有代表性的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物物种的天然集中分布区、有特殊意义的自然遗迹等保护对象所在的陆地、陆地水体或者海域，依法划出一定面积予以特殊保护和管理的区域。地理信息系统在自然保护区自然资源及社会经济管理、自然保护区野生动植物管理、保护区环境评价与动态监测、保护区规划与可持续发展等方面有广泛的应用。长白山、梅花山、神农架、卧龙、佛坪、盐城、西双版纳、武夷山等自然保护区已经使用自然保护区地理信息系统。本文设计了以实景三维为基础数据的实景三维自然保护区地理信息系统并给出实践案例，首先，说明了我国自然保护区的现状及分布;然后，给出了实景三维自然保护区地理信息系统的设计，介绍了具体的实践案例;最后，基于应用实践给出了建议。

1我国自然保护区分类及分布

2014年我国共有自然保护区2729个，面积共约14696ha。按照保护区级别，可以分为国家级、省级、市级和县级4类;按照保护区主管部门，可以分为国土、海洋、环保、林业、农业、水利、住建和其他8类;按照保护区所属类型，可以分为草原草甸、地质遗迹、古生物遗迹、海洋海岸、荒漠生态、内陆湿地、森林生态、野生动物和野生植物9类。按照保护区级别统计，我国共有国家级自然保护区428个(占总个数16%)，面积共计9649万ha(占总面积的66%)，国家级自然保护区平均面积为23万ha;省级自然保护区858个(占总个数31%)，面积共计3778万ha(占总面积的26%)，省级自然保护区平均面积为4万ha;市级自然保护区414个(占总个数的15%)，面积共计473万ha(占总面积的3%)，市级自然保护区平均面积为1万ha;县级自然保护区1029个(占总个数的38%)，面积共计796万ha(占总面积的5%)，县级自然保护区平均面积为0．8万ha。分布情况如图1A1和图1A2所示。从以上数据可以看出，国家级自然保护区个数少，面积最大，总面积占总自然保护区面积的66%，平均单个面积是省级的5．8倍、市级的23倍、县级的28．8倍;国家级与市级自然保护区个数相当(两者之和约占30%)，省级与县级自然保护区个数相当(两者之和约占70%)，县级自然保护区个数最多;随着级别的降低，国家级、省级、市级、县级自然保护区总面积迅速递减，市级和县级自然保护区面积总和占比仅为8%，如图2A所示。

按照主管部门统计，国土部门主管73个自然保护区(占总个数的3%)，面积共计131万ha(占总面积的0．9%)，平均面积为1．8万ha;海洋部门主管93个自然保护区(占总个数的3%)，面积共计87万ha(占总面积的0．6%)，平均面积为0．9万ha;环保部门主管235个自然保护区(占总个数9%)，面积共计2057万ha(占总面积的14%)，平均面积为8．8万ha;林业部门主管2049个自然保护区(占总个数的75%)，面积共计11691万ha(占总面积的79．6%)，平均面积为5．7万ha;农业部门主管116个自然保护区(占总个数的4%)，面积共计503万ha(占总面积的3．4%)，平均面积为4．3万ha;水利部门主管38个自然保护区(占总个数的0．8%)，面积共计122万ha(占总面积的1%)，平均面积为3．2万ha;住建部门主管13个自然保护区(占总个数的1%)，面积共计8．9万公顷(占总面积的0．1%)，平均面积为0．7万ha;其他部门主管112个自然保护区(占总个数的4%)，面积共计96万ha(占总面积的0．07%)，平均面积为0．9万ha。分布情况如图1B1和图1B2所示。从以上数据可以看出，林业部门主管的自然保护区个数最多(占总个数的75%)，面积最大(占总面积的79．6%)。环保部门主管的自然保护区个数及面积次之(个数占9%，面积占14%)。单个保护区面积前三位分别是环保(8．8万ha)、林业(5．7万ha)和农业(4．3万ha)，如图2B所示。按照所属类型统计，草原草甸自然保护区41个(占总个数的1．5%)，面积共计165万ha(占总面积的1．1%)，平均面积为4万ha;地质遗迹自然保护区83个(占总个数的3%)，面积共计99万ha(占总面积的0．7%)，平均面积为1万ha;古生物遗迹自然保护区32个(占总个数的1．2%)，面积共计54万ha(占总面积的0．4%)，平均面积为2万ha;海洋海岸自然保护区68个(占总个数的2．5%)，面积共计71万ha(占总面积的0．5%)，平均面积为1万ha;荒漠生态自然保护区31个(占总个数的1．1%)，面积共计4025万ha(占总面积的27．4%)，平均面积为130万ha;内陆湿地自然保护区378个(占总个数的13．9%)，面积共计3052万ha(占总面积的20．8%)，平均面积为8万ha;森林生态自然保护区1425个(占总个数的52．2%)，面积共计3165万ha(占总面积的21．5%)，平均面积为2万ha;野生动物自然保护区520个(占总个数的19．1%)，面积共计3885万ha(占总面积的26．4%)，平均面积为7万ha;野生植物自然保护区151个(占总个数的5．5%)，面积共计178万ha(占总面积的1．2%)，平均面积为1万ha。从以上数据可以看出，森林生态自然保护区、野生动物自然保护区、内陆湿地自然保护区无论是数量上还是面积上都较大;森林生态自然保护区个数绝对占优(占52%)，但总面积(占22%)次于荒漠生态和野生动物，平均面积排名第五;荒漠生态自然保护区面积最大(占27%);荒漠生态、野生动物、森林生态和内陆湿地四类自然保护区面积占比均超过20%，总面积占比达到96%;荒漠生态自然保护区平均面积最大(达到130万ha)，是第二名内陆生态自然保护区平均面积的16倍;荒漠生态自然保护区数量最少，总面积及平均面积最大。

2实景三维自然保护区地理信息系统设计

本文所指的实景三维是指通过倾斜摄影测量技术而生成的真三维模型及应用。倾斜摄影技术生成实景三维数据具有效率高、纹理清晰、内容全面精细等特点，构建实景三维自然保护区地理信息系统，可实现对自然保护区内自然资源、管护设施、动植物资源及其栖息地等的可视化展示、查询、管理和应用，为开展保护区的精细化管理，维持保护区内生态平衡，实现保护区可持续发展提

数据层包括实景三维数据、正射影像数据、数字高程模型数据、路网数据等的基础地理数据和自然资源、管护设施等业务数据两部分。通过倾斜摄影测量技术，可以近乎自动生成实景三维数据、真正射影像数据和数字表面模型数据，从而为保证数据的实时准确性提供了坚实的技术基础。应用层包括公共基础工具和业务功能应用两部分。公共基础工具包括实景三维展示工具、实景三维分析工具、实景三维查询工具和实景三维管理工具等。业务功能应用包括空间威胁分析、保护区简介、自然资源管理、管护设施管理、珍惜动物分布、珍惜植物分布等。用户层包括保护区管理部门的部门用户，管理系统的管理员用户，查询及反馈信息的社会大众用户和与保护区管理部门对接的外部系统用户等。

3辽宁仙人洞国家级自然保护区应用实践

3．1仙人洞自然保护区简介

仙人洞国家级自然保护区位于辽宁省庄河市境内，面积3575ha，始建于1981年9月，1992年10月经国务院批准晋升为国家级自然保护区。主要保护对象为赤松林、栎林及自然景观，是森林生态系统和野生动植物类型的综合性自然保护区。区内形成了湿地面积4km2，是大连市城市用水的源头。生物资源十分丰富，分布维管束植物108科399属831种，苔藓植物140种，真菌类植物67种，地衣植物66种。在植物中，有国家重点保护植物16种。区内有脊椎动物375种，无脊椎动物1500余种。在动物中，有国家一级重点保护动物4种(紫貂、金雕、白尾海雕和大鸨);国家二级重点保护动物33种;国家三级重点保护动物226种;辽宁省重点保护动物58种。

3．2系统主要功能

辽宁仙人洞保护区实景三维地理信息系统主要基于实景三维模型数据，提供保护区展示、保护区简介、自然资源管理、管护设施管理、信息查询和统计等功能。

1)保护区展示保护区展示功能主要提供放大、缩小、指北、光影、拍照、全景、图层控制、定点环绕、椭圆环绕、弧形环绕、线性环绕、距离量测、面积量测、剖面分析、坡度分析、空间威胁分析、视域分析、通视分析演示方案等功能。

2)保护区简介保护区简介包含综合情况介绍、人口情况介绍、社区经济情况介绍、保护区古地理情况介绍、地理位置情况介绍、土壤情况介绍、地质地貌情况介绍、水文水质情况介绍、气候情况介绍、旅游资源分布情况介绍、森林消防大队情况介绍、森林资源情况介绍、植物资源情况介绍、植被分布情况介绍、植物区系及种类情况介绍、植被类型情况介绍、植被演替阶段情况介绍、珍稀濒危植物情况介绍、动物种类及分布情况介绍、动物栖息地情况介绍、珍稀濒危动物况介绍。

3)自然资源、管护设施管理可添加自然资源、管护设施，填写新增自然资源信息、管护设施信息，使用鼠标确定位置，即可添加新记录。对整个自然资源、管护设施单个图层进行模糊查询，返回自然资源或管护设施列表。

4)信息查询与统计实现在三维地图上对地名、自然资源、管护设施等进行查询，并在地图上标记查询结果的位置以及查看相应的详细信息。可以进行点击查询、地名查询、属性查询、护林中队查询、监控塔查询、通量塔查询、检查站查询、场所设施查询、动物查询、植被查询、巡护路线查询、避雷塔查询和监控查询等。

5)统计功能实现对保护区相关数据进行统计分析，以汇总统计表或者统计图的形式显示数据随空间或者时间的变化特征;显示新增、删除、编辑统计。以汇总统计表或统计图形式显示数据随空间或时间的变化特征，为保护区管理者提供相应的决策支持，并能将统计结果以图片或者Ex-cel表格的形式导出，便于利用。

4结束

语实景三维地理信息系统已经在辽宁仙人洞自然保护区发挥了重大作用，随着地理信息、北斗导航定位、遥感、通信及计算机技术的进步，实景三维地理信息系统在自然保护区应用的趋势不可改变。从应用角度讲，目前存在以下问题:1)实景三维数据采集费用高，尤其自然保护区平均面积均较大，而且使用目的较为单一，从而导致单项成本很高，限制了应用的开展。建议与旅游等应用相结合，一套系统多种应用，并产生持续的收入保持系统的可持续运行。2)使用的用户量不多，应用主要限制在局域网内。除部分涉及直接管理人员外，其他人员几乎无法获得相关信息资源，造成了数据的浪费，也不利于自然保护区的宣传与推广。建议与科研院校建立联系，形成良性的产学研合作，扩大数据使用面。另外，开放部分数据给民众，使群众了解、认识、参与到自然保护区的建设与管理。3)系统更新频度低，数据的滞后使系统逐步不便使用。建议管理部门应每年确定经费用于数据的定期更新与维护，以便系统更好地发挥效用。

参考文献:

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［3］阮英琴，赵纳勋，刘红彩．基于地理信息系统技术的自然保护区信息化管理的实现———以佛坪国家级自然保护区为例［J］．西华师范大学学报:自然科学版，2008，29(3):302－306．

［4］中华人民共和国环境保护部．2014年全国自然保护区名录［EB/OL］．

［5］朱庆，徐冠宇，杜志强，等．倾斜摄影测量技术综述［EB/OL］．

作者：作者：徐前祥1，赵海涛2，李丽3，王雪莲4 单位：1．大连九成测绘信息有限公司，2．国家测绘产品质量检验测试中心，3．新疆石油工程设计有限公司,4．长庆油田分公司第四采油厂