江蘇省自然保護地管理信息系統設計與實現

顏懷成,熊鵬波,薛 嬌

(1.江蘇省測繪工程院,江蘇 南京 210013;2.自然資源部國土衛星遙感應用重點實驗室,江蘇 南京 210013)

0 引 言

黨的十九大以來,在習近平生態文明思想的指引下,生態文明建設已經成為統籌推進“五位一體”總體布局和協調推進“四個全面”戰略布局的重要內容。系統保護全省生態重要區域和典型自然生態空間,全面保護生物多樣性和地質地貌景觀多樣性,可以推動山水林田湖草生命共同體的系統保護,為實現經濟社會可持續發展奠定生態根基,為推進“強富美高”新江蘇建設提供生態支撐[1-2]。

目前,針對如何建立監測網絡以及對遙感變化檢測方法的研究很多,各地方已建設各類各級全覆蓋、全天候、全要素的自然保護地“天空地一體化”監測網絡體系,開展自然保護地綜合監測,在保護生物多樣性、保存自然遺產、改善生態環境質量和維護國家生態安全方面發揮了重要作用[3-4]。但是,對于如何利用云計算、互聯網等信息化手段實現省市縣多級聯動,加強自然保護地監測數據集成分析和綜合應用的研究和實踐較少。為貫徹落實國家和省委省政府相關文件要求,我們充分利用信息化手段開展江蘇省自然保護地管理信息系統建設,服務我省自然保護地管理工作,實現自然保護地動態監管與保護。

1 監測區概況與監測成果概述

1.1 監測區概況

江蘇省位于中國大陸東部沿海,長江、淮河下游,界于北緯30°45′～35°20′,東經116°18′～121°57′之間,跨江濱海,湖泊眾多,地勢平坦,地貌由平原、水域、低山丘陵構成。全省是以平原林網為主的省份,根據第九次森林資源清查數據,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區、森林公園、濕地公園、地質公園、海洋公園和風景名勝區等自然保護地共計210個,覆蓋面積8 963.15 km2,各保護地分類統計情況如表1所示。

表1 江蘇省自然保護地統計表

1.2 研究數據

第一期保護地自然資源變化圖斑以2021年第4季度遙感影像為本底數據,以2022年第1季度遙感影像作為變化發現影像數據,結合國土三調等基礎數據,利用遙感影像半自動提取、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據,以2022年第2季度遙感影像作為變化發現影像數據,以此類推,提取2022年自然保護地自然資源變化圖斑,共計4期成果。截至目前,已完成2022年前兩季度的變化監測工作,共計發現全省自然保護地管理范圍內約1萬個變化圖斑。

2 系統設計

2.1 技術路線

針對項目目標和要求,制定項目技術路線,具體分為以下6個部分:

(1)方案設計與標準制定階段:根據國家、地方相關標準規范,結合當前省域自然保護地數據現狀和業務需求,開展技術方案設計。

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

(3)數據庫構建階段:根據數據情況及系統建設需求,開展自然保護地變化監測數據庫設計,對成果數據進行檢查并入庫,為后期系統建設提供數據支撐。

(4)系統建設階段:基于自然保護地變化監測數據庫,利用GIS、RS、Web等技術研發江蘇省自然保護地管理信息系統。

(5)外業舉證與內業復核階段:利用保護地管理信息系統,下發自然資源變化圖斑至各縣(區、市),開展外業舉證與內業復核工作,實現自然保護地變化圖斑及時核查、踏勘,有效制止自然資源破壞行為,實現對自然保護地的動態監管與保護[6-9]。

(6)成果匯總階段:經由縣級舉證、市級復核、省級確認等流程,對變化圖斑數據的圖件和文字等成果分別進行整理匯總,內容包括數據匯總統計、圖件編制、文字報告編制等。

系統技術路線如圖1所示。

圖1 系統技術路線圖

2.2 系統總體架構

依托江蘇省自然保護地管理信息系統,分別建立網頁端系統和移動端系統,并建立先進的硬件環境、科學的技術標準和良好的管理機制,形成系統業務化運行機制。

為保障系統安全、高效、可靠運行,本系統建設采用先進、成熟的技術,基于“大系統、微服務、輕應用”的思想進行總體技術框架設計。其中:“大系統”具有足夠的穩定性、開放性、高可用和靈活性,符合IT主流趨勢,跟云計算、大數據等是相互匹配的;“微服務”則主要是聚焦于支持系統功能和數據資產進行服務,形成信息資產,并通過系統運營的持續累積,對外提供服務資產輸出,降低后續信息化投資成本、縮短建設周期;“輕應用”則是提供更加簡便、輕靈的前端應用,滿足多端使用、所需所得。系統總體架構如圖2所示。

圖2 系統總體框架圖

(1)基礎設施層

提供軟硬件及網絡等基礎設施環境,包含計算資源、存儲資源、網絡資源、安全設施資源等。

(2)信息資源層

數據資源池:匯集衛星遙感影像、專項規劃、國土三調數據、保護地自然資源監測數據,包含空間數據、屬性數據等多元數據,提供保護地自然資源監管信息數據服務。

指標模型庫:對保護地自然資源監管過程中涉及的指標和模型進行統一管理,包含指標庫、模型庫構建以及對應的管理功能。

(3)應用服務層

通過應用服務層為保護地自然資源監測監管服務平臺提供時序化遙感底圖、動態監測服務和數據推送分發服務,以基礎設施、數據庫、系統中間件提供的環境為基礎,實現保護地自然資源信息數據的縱橫聯通。

(4)微服務層

微服務層采用分布式服務框架,并通過Rest服務框架、API在線管理、分布式服務緩存等提高前后端的協作效率和質量,保證數據的狀態一致性和數據的高性能獲取,從空間范圍維度對數據訪問進行管控,有效保障空間數據可視化的安全。

(5)應用層

該層主要面向保護地自然資源監測監管等全過程提供信息化應用,具體應用為江蘇省自然保護地數據管理系統網頁端和移動端。網頁端系統實現各級各類自然保護地可視化分析統計、查詢瀏覽、圖斑復核及確認,移動端系統實現地方任務下載、圖斑核查舉證。

3 系統設計與實現

3.1 系統功能設計

江蘇省自然保護地管理信息系統以全省保護地自然資源變化監測成果為主要數據源,根據省市縣一體化保護地自然資源變化監測成果業務應用需求,利用GIS、RS、移動互聯網、云計算等技術建設,實現保護地自然資源變化監測成果數據入庫、管理、分發、調查、統計分析等一體化管理與應用。該系統功能構成如圖3所示。

圖3 系統功能結構圖

3.1.1 網頁端功能

(1)查詢瀏覽

用戶根據數據類型、年份、行政區劃等條件查詢自然保護地變化圖斑詳細信息,并在影像底圖上直觀展示變化圖斑的位置及分布情況。

(2)統計分析

根據保護地類型、監測批次及行政區劃,對監測圖斑類型、分布和面積等信息進行統計,生成統計圖表,為領導決策分析提供直觀的統計數據支撐。

(3)時序遙感影像回溯

基于遙感影像瓦片數據庫,在保證實用、安全的前提下,實現多歷史版本影像服務管理;針對保護地自然資源變化圖斑所在區域,獲取該區域所有歷史版本遙感影像服務資源,實現歷史遙感影像動態回溯。

(4)圖斑復核

根據移動端核查人員上報的保護地自然資源變化核查舉證信息,對該圖斑是否需要整改、整改措施、整改期限等進行復核,并給出本級意見。

(5)報告查閱

根據行政區劃等級,實現監測報告定制生成或已有報告上傳,并發布監測報告文件通知,提供監測報告預覽和下載等功能。

3.1.2 移動端功能

(1)任務下載與管理

系統根據用戶的管轄范圍推送外業核查任務包,用戶可以通過模糊查詢下載相應批次任務;系統將監測圖斑按“已調查”“未調查”“重點關注”“待核查”等類別分類管理監測圖斑,方便用戶查找目標圖斑,提高外業調查工作效率。

(2)定位與導航

用戶點擊某圖斑進入地圖界面,可以在地圖上準確、直觀地看到保護地圖斑位置;系統提供“高德地圖”“百度地圖”等常用導航地圖軟件調用接口,用戶根據需要選擇導航軟件實現監測圖斑位置導航。

(3)核查舉證

系統提供現場照片拍攝功能,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;填報變化圖斑實地信息,支持實時上報現場核查信息和舉證照片。

3.2 系統功能實現

3.2.1 網頁端功能實現

(1)查詢瀏覽

基于自然保護地信息數據庫,用戶根據數據類型、年份、行政區劃等條件查詢自然保護地變化圖斑詳細信息,包括圖斑類型、編號、面積等,瀏覽自然保護地變化圖斑分布狀況。查詢瀏覽功能如圖4所示。

圖4 圖斑查詢瀏覽功能示意圖

(2)時序影像回溯

基于遙感影像瓦片數據庫,在保證實用、安全的前提下,實現多歷史版本影像服務管理;根據自然保護地變化圖斑位置自動獲取圖斑區域內所有歷史版本遙感影像服務資源,實現歷史遙感影像動態回溯。時序影像回溯功能如圖5所示。

圖5 時序化遙感影像回溯圖

(3)圖斑復核

根據移動端核查人員上報的保護地自然資源變化核查舉證信息,實現市級復核上報工作。舉證材料滿足復核要求發送給省級用戶確認,舉證材料不滿足復核要求則反饋給地方用戶重新核查或補充舉證材料。圖斑復核功能如圖6所示。

圖6 圖斑復核功能圖

(4)報告查閱

根據行政區劃等級,實現保護地自然資源變化報告上傳,并發布保護地自然資源變化報告文件通知,提供保護地自然資源變化報告下載瀏覽等功能。

3.2.2 移動端功能實現

基于保護地變化圖斑成果,用戶通過移動核查終端下載保護地圖斑調查任務,并通過列表或地圖模式進行監測圖斑分布展示;實現調查圖斑定位導航、在線填報調查內容、現場拍照舉證等功能,為江蘇省保護地自然資源調查提供外業移動調查系統。

系統主要功能包括:

(1)圖斑任務管理

系統將監測圖斑按 “未調查”“已上報”“未上報”等類別分類管理監測圖斑,方便用戶查找目標圖斑,提高外業調查工作效率。圖斑任務管理功能如圖7所示。

圖7 圖斑任務管理功能圖

(2)圖斑信息查看

查看當前調查保護地圖斑類型、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

外業核查人員根據自然保護地圖斑的現場情況,填寫相關信息,拍攝現場調查照片,實時將現場核查信息和舉證照片上傳到服務器形成最終成果庫。舉證信息上傳功能如圖9所示。

4 結 語

本文以江蘇省自然保護地監測成果數據為基礎,利用GIS、RS、Web等技術建成江蘇省自然保護地管理信息系統。目前該系統已成功實現為各級自然資源管理部門在保護地圖斑變化發現、外業舉證、統計分析、報告編制等工作提供服務支撐。今后將進一步完善系統功能,提高系統功能可配置性以及功能模塊平衡性,切實為全省自然保護地的管理提供技術保障。