基于3S技術的草原資源監管系統應用實踐

閆瑞華

（國家林業和草原局信息中心 北京市 100714）

1 引言

近年來，我國草原信息化治理逐漸實現草原資源監測與遙感、地理信息系統和全球定位系統等技術（簡稱“3S技術”）的融合，為草原信息化建設提供了高可用、高精度、高保真的信息化手段。通過3S技術可以對草原權屬、草原保護、退耕還草、經營管理等方面實現有效監測和管理。

當前，3S技術在生態資源監測中已有廣泛應用和研究。特別是面對生態資源由于類別繁多、地域廣闊、環境復雜等情況，3S技術在信息系統具體應用方面，具有全球性、全天候、高精度、可靠性好、覆蓋范圍廣、定位速度快、抗干擾性強和自動化程度高等優勢。范建超認為GIS系統通過智能高效的方式，存儲、管理、分析和描述林業資源全域或局部地區空間和地理分布相關數據，使林業資源的地理位置和相關屬性有機地結合，便于系統化、便捷化的資源管理[1]。林輝以GIS技術在河南省一類清查中的應用為例，認為數據電子地圖可作為信息系統的基礎平臺，在森林資源管理系統中推廣應用[2]。郝欣宇認為衛星遙感影像技術通過獲取地球表面（層）自然界目標的波譜特征信息，實時地獲取樹木生長環境、生長狀況和空間差異的大量時空變化信息，不僅可以有效提高圖像獲取作業的便捷度和準確度，而且還能解決以往人力無法完成的技術難題[3]。張波以松材線蟲病為例，利用GPS定位采取全林實測方法進行疫木調查，精準定位每株枯死樹，從而規范化設計松材線蟲病采伐作業調查，認為GPS可以實時、快速地提供生態目標的空間位置，輔助機械化作業，為蟲病害除治工作提供了科學有效的新途徑[4]。地理信息系統、遙感和全球定位系統作為獨立科學，技術架構已愈發完備，其應用也與生態環境監測發生深度結合，逐步構成一個有機整體并形成一項新的綜合性技術[5-6]。

草原是地球的“皮膚”，我國天然草原面積近4億公頃，占國土面積的2/5。隨著草原生態在“山水林田湖草沙”一體化綜合治理中地位提升，草原的生態、經濟、社會和文化效益日益凸顯，本文通過開發組件式草原資源監管系統，以工具型GIS平臺為基礎，設計遙感影像數據等非結構數據草原專屬數據庫，開發GPS實時定位接口服務程序，為草原資源保護和監管工作提供技術支持。

2 草原資源監管系統技術體系

2.1 技術路線

草原資源監管系統主要圍繞草原資源監管應用業務、應用終端、應用軟件開展研發工作，以3S技術為關鍵技術，建立安全體系、網絡設施，在資源監測、災害預警、管理決策等方面逐步開展應用。圖1展示草原資源監管系統總體技術路線。

依托3S技術，重點解決草原資源動態監管和高可靠信息場景應用。為滿足各類草原業務應用系統差異化需求，開發草原業務服務融合的應用軟件，針對草原應用環境復雜、應用場景多樣等特點，將草原專用遙感影像、草原資源數據接入草原資源監管系統。同時，融合公眾移動通信、政務服務通信等多種通信網絡，共同為草原業務應用提供服務，提高數據、通信的可靠性，拓展草原資源監管系統應用范圍。設置草原業務多級聯動服務機制，完成生態資源管理、數據管理、用戶管理等工作，降低草原資源監管系統可能存在的安全風險，采取必要的保障網絡安全、信息安全和數據安全措施。

圖1：總體技術路線

圖2：應用體系架構

2.2 應用體系架構

草原資源監管應用體系架構根據3S階段性技術能力、草原應用業務實際逐步展開，包含業務層、應用層、數據層、設施層。其核心是應用層，形成集頁面展示、邏輯業務管理、業務數據標準化處理與應用產品生產于一體的草原資源監管系統，利用3S技術提升生態評價、災害預警、資源監測及等領域的業務能力和效能。圖2展示了草原資源監管系統應用體系架構。

表1：地理信息系統接口表

草原資源監管系統可為相關從業單位提供數據共享、業務數據產品、基礎數據等信息，實現數據存檔與信息管理、數據產品分發服務、數據質量評價、生態數據傳輸和基礎地理信息服務等功能。

依托草原資源監管系統提供的基礎能力和應用服務，涵蓋生態建設、監督、規劃布局等動態管理，可以與草原行業內相關信息系統協同完成一體化生態感知網絡的數據傳輸。在草原智慧化管理方面，包括草原監管規劃設計等業務；在草原災害預警方面，包括外來物種入侵事件、病蟲害事件等業務；在草原資源監測方面，包括重點區域資源保護、破壞事件預警等業務。

2.3 系統接口方式

草原資源監管系統作為草原行業的重要節點，實現草原各級業務的語音、圖像、視頻和數據的傳輸與匯聚。按功能層次可建立采集接入類接口、系統接口、與支撐平臺接口。其中，采集接入類接口用于導入或填報外部數據，包括已有草原應用系統數據、共享交換數據等；系統間接口用于本系統產生數據傳遞給外部系統的接口，將分析結果發布到共享平臺供各相關單位使用；支撐平臺接口由平臺組件提供的接口，主要包括組織人員權限接口、報表接口、工作流接口、ETL接口、內容管理接口等。

通過對系統內Shape文件解析，并且存儲到草原專用PostGis數據庫，在使用GeoServer對圖層進行處理發布。業務數據圖層可用來查看不同草種在全國各地區分布信息、各地區草原專項任務完成情況。表1展示了地理信息系統接口。

3 典型應用場景

草原資源監測的基礎工作，首先是采用GIS技術，基于高分辨率遙感影像，對關注地區的自然資源矢量化上圖，以掌握區域內生態資源動態變化；其次是基于GIS平臺所開發的空間分析工具，通過對比多期或多年同一期遙感影像，識別生態資源監測、外來物種入侵事件、病蟲害事件等疑似圖斑，并開展現場復核，予以疑似圖斑合規性確認；再次是分辨不合規圖斑屬于不同事件的具體哪一種情況；最終實現草原資源監管全覆蓋。

3.1 草原資源監測

草原資源監測一直都是生態管理重要之一環，在生態資源管理中具有重要意義和作用。草原資源監測主要以圖表數據的形式展示草原資源管理情況，應用遙感影像與基礎地理信息相結合，可以勾勒出發生變化的局部地域；通過大數據技術，在時間軸上對多期影像進行分析比對，發現自然環境的變化趨勢和規律。同時，提供相關圖表，包括資源統計圖、多年資源動態統計圖、資源規劃圖等，也可與基礎地理要素建立相互間的聯系，生成特定的專題圖。

3.2 災害監測預警

災害監測預警內容主要包括草原生物災害，實現草原生態監測信息的匯聚、整合、分析服務。巡護人員通過移動端在巡護地定位打卡、添加樣地、記錄生成巡護信息，對日常測報觀測區域的基本情況進行數據采集，并進行數據上報和審批匯總，通過數據整合后對草原生物災害發展趨勢進行分析。巡護人員發現突發災害情況，可通過移動端獲取災害發生地理位置并填報相關信息進行上報，同時啟動緊急上報方式。在GIS二維地圖上，顯示重點災害關注區域，并查詢本區域及相關區域的物資儲備情況，包括應急物資儲備的種類、數量、儲備地點、儲備物資的調用記錄，也可以劃定多個區域進行物資情況統計，以列表圖形方式顯示。

3.3 草原管理決策

基于草原調查數據，包括項目管理、資源管理、巡護導航定位、資源圖形瀏覽、圖形勾繪、距離面積量測、督查軌跡記錄、數據導入導出等。主要實現全國草原生態保護修復工程任務發布、任務分解、任務統計等功能。由工作人員根據每年草原生態保護修復的具體指標創建任務，確認指標信息后將任務發布向各級執行。通過手持終端APP，一線調查人員可以邊調查邊記錄調查軌跡，減少重復調查工作，提高調查人員的工作效率。將最終的調查數據導入到數據管理系統進行數據維護管理，實時了解草原資源的變化情況，為用戶決策提供數據支撐。

4 結語

3S技術在草原資源監管上的應用已經獲得行業內廣泛認可，隨著3S技術的發展和專業草原業務軟件的日趨成熟，3S技術在基層草原行業生產應用成為現實。高分辨率遙感圖像民用化、中國北斗導航市場化、基礎地理信息專用化將會為草原業務系統實時數據共享、快速信息發布、輔助管理決策提供可靠保障。