大數據在自然保護地中應用的探討

劉興

［石家莊市滹沱河城市森林公園（石家莊市滹沱河國有林場），河北 石家莊 050061］

0 引言

自然保護地規劃和建設是現階段我國生態建設、文化建設和經濟建設過程中的重要組成部分，其中，我國在生物多樣性保護、文化遺跡保護以及生態環境保護等方面推動各項工作有序進行，使我國生態景觀發展取得長足進展。在科學技術大力支持下，我國自然保護地建設發展逐漸深入，以大數據技術為主的數據存儲處理技術被廣泛運用到其中，有效實現了自然保護地管理工作井然有序的目的。盡管如此，部分城市將大數據技術實際應用到自然保護地過程中仍然存在問題，這些問題具體分為自然保護地管理建設問題、大數據技術應用不足問題或兩者結合應用部分，因此，想要充分加強大數據技術在自然保護地管理中的有效應用，需要從多方面出發探尋存在問題并提出解決措施，提升技術應用對社會快速發展化促進作用，保證我國生態建設順利進行。

1 自然保護地分析

自然保護地可以分為陸域或者海域，是社會發展過程中通過對生態系統、自然遺跡、自然景觀、自然資源等生態功能或者文化價值進行保護的重要組成部分。自然保護地的建立需要以自然生態保護、自然資源保護、生物多樣性保護、地質地貌景觀多樣性為核心目的，利用自然資源實現生態系統服務功能提升，保證生態產品安全性和系統性[1]。除此之外，利用自然保護地還可以全面開展社會科研教育、觀光旅游、科技科普等服務內容。自然保護地需要具有整體性、系統性和原真性。開展自然保護地保護過程中，需要依據其生態價值進行不同分類。通常來說可以將自然保護地分為3 類：①國家公園，自然保護地重點為保護國家代表性的自然生態系統，具有范圍寬、面積廣、生態過程完整等特點，例如現階段三江源、東北虎豹、祁連山、大熊貓等著名國家公園，這些都是自然生態系統保護的重要體現。②自然保護區，通常具有一定的典型性，該部分自然保護地重點針對脆弱的自然生態系統、瀕臨動植物等進行保護，同樣具有面積大，保護對象多等特點，有效為瀕危野生動植物保護，恢復動植物棲息環境提供重要支持。③自然公園，通常以完善的生態系統、自然景觀為核心發展，而且該部分具有較大的文化價值、生態價值、觀賞價值和科學價值，即區域更加具有可持續發展性。現階段為保證海洋、水域、冰川、生物、草原、森林等資源，自然公園承載了較大部分職責，從而有效實現了我國文化多樣性、地質地貌多樣性以及景觀多樣性，為經濟社會的可持續健康發展奠定了扎實的生態基礎和貢獻了寶貴的生態文明[2]。

隨著我國經濟建設、文化建設和自然生態建設水平逐漸提高，我國針對自然的保護已經取得一定成績，建立了具有較多數量、類型豐富而且具備多樣性功能的不同級別的自然保護地，對增強生物多樣性保護、自然生態保護、生態環境建設質量以及國家生態安全均起到重要支撐作用。盡管如此，在開展自然的保護過程中仍然存在一些問題，例如重疊設置、邊界不清、權責不明、多頭管理和技術應用不足等特點，針對這一情況需要積極采取措施，以大數據技術應用結合生態建設管理雙管齊下，共同推動自然保護地生態文明建設穩定發展。

2 現階段自然地保護現狀

2.1 缺乏科學自然保護地數據支持

隨著我國生態建設發展的逐漸推進，各省市內均積極加大自然保護地管理建設，尤其是生態環境較優城市，國家層面同樣積極加大生態文明試驗區以及省城自然保護地研究，但是地區之間或層級之間生態水平建設存在差異，導致以信息數據為核心大數據應用同樣也存在差異性。地區之間保護地數據資源缺乏或者信息不完整，嚴重影響了自然保護地管理過程中信息共享便利性。除此之外，由于在該種模式下生態系統建設無法通過有效的數據采集、分析實現自然保護地建設管理數字化和智能化，很大程度上降低了生態環境建設中自然保護地發展速度與水平[3]。

2.2 公眾參與不足，技術應用欠缺

現階段我國自然保護地管理過程中存在失衡性，重點體現在重視管理、輕視治理，這在很大限度上削弱了公眾參與力度和熱情。自然保護地管理過程中公眾也參力度較小，造成了社會群眾對保護地規劃、建設和運行等相關內容不熟悉，進而無法有效參與到自然地的保護過程中。除此之外，當前國家在開展自然的保護與大數據技術相連接過程中，由于技術人才較為缺乏，無法真正通過信息數據手段有效促進自然地保護工作開展[4]。而且現階段自然保護地管理質量水平較低，仍然存在信息碎片化、孤島化特點，部分自然保護地的邊界界定缺乏科學性和完整性。甚至各部門之間存在著一地多名、多頭管理等情況，一定程度上無法滿足現階段我國生態保護建設發展需求，同時也弱化了大數據技術的應用效能。

3 大數據技術自然保護地應用內容

3.1 數據發展與作用

大數據通過標準化的接口和處理程序，將不同渠道來源的數據相互勾稽，從而反映和監督系統運行狀態的信息化數據處理手段。大數據主要提供運行狀況、運行結果和基礎數據流，并對發現變化和結果偏差進行監督。大數據是隨著經濟社會生產的發展和生產生活的需要而產生、發展并不斷完善起來的。人類科技不斷進步，生產生活形態不斷革新，生產力不斷提高，大數據的收集方法、核心算法、框架架構等也得到了較大發展，逐步由單一粗糙的系統發展成為主要以平臺為基礎、以算法為核心、以數據流為導向的綜合化數據中心，為系統正常運轉、提高資源配置效率、促進系統健康持續發展發揮積極作用。

3.2 數據管理與應用

自然保護地建設過程中，運用大數據技術可實現數據的收集和數據有效處理。隨著信息化技術快速發展，大數據技術被廣泛應用到社會發展各個領域內，有效推動了社會經濟建設以及文化發展。其中最為關鍵一點則是大數據具有數據智能分析收集處理能力。利用計算機傳感器技術，實現數據格式規范化多樣化采集。除此之外，在開展技術應用過程中拓展技術應用范圍以及應用深度，實現全區域全覆蓋傳感器網絡。以生活中最為常見的大數據應用案例淘寶網為例，該系統具有用戶訪問消費購物的特點，盡管無法了解具體的每個人買東西情況，但是當訪問者開展互聯網使用后，一切的行為都會被記錄分析，并且用于以后的程序優化和升級發展。大數據在開展數據處理過程中，利用mapreduce 框架、MPI 框架、GPU 計算等模塊，有效實現了大數據實驗室形態模擬，形成了海量傳感器集群化，利用計算機進行數據收集、處理到最后的可商業化發展，為技術應用與社會建設奠定重要基礎。而自然保護地建設過程中涉及的數據信息較大，充分結合大數據技術，更加利于實現自然保護地具精準性建，為措施制定提供重要輔助[5]。

3.3 傳感器技術應用

傳感器技術屬于大數據技術的重要組成部分，現階段同樣被廣泛應用到社會生產生活中，為人們的生活提供更多便利。在生態環境保護工作中需要積極加強傳感器技術應用。除了上述部分大數據被應用于對采集的數據進行處理分析以外，在開展自然保護地管理工作中，還需要有針對性地開展技術應用。傳感器技術在自然保護地管理中可以推動污水治理工作有效監測。目前自然保護地管理過程中受到多種因素影響，很容易出現水污染、大氣污染等情況。利用傳感器技術可通過收集到的數據對污染發生情況進行有效掌握，通過溯源方式找到發生水污染以及空氣污染的源頭，而后利用數據建模功能，對空氣污染以及水污染的有效解決措施制定提供依據[6]。以SBT Aqua 傳感器為例，該傳感器可有效實現水樣中的細菌以及濃度監測。常規的水樣監測系統往往需要針對水源中的有毒細菌放置實驗室進行長時間觀察，這種情況可導致問題發生后不能及時有效處理，降低自然保護地環境監測時效性；而該傳感器技術利用微流體通道采集樣本，利用多電壓信號實現細菌和其他粒子流過電極發生阻抗變化，進而監測水質。同時該項技術可以使用到不同領域不同區域內的水質檢測，針對水網絡追蹤污染源具有重要指導價值。

3.4 監測系統應用

為了有效解決自然保護地管理過程中監管技術匱乏的問題，生態環境部門應進一步加大了技術應用與研究，在研究過程中利用3S 技術、云計算技術、大數據技術等有效實現了自然保護地視頻智能監控目的。利用監測系統可以實現自然保護地管理過程中更加具有綜合信息化、覆蓋全面化、高效、便捷化、協同、一體化等技術指標[7]。監測系統中主要包含網頁端（WEB）和移動端（APP）組成。網頁端（WEB）的功能主要體現在管理、調度以及多方向分析為主，通過該系統可有效實現對自然保護地中人類活動監管工作，結合數據采集分析處理，實現有效的多維度展示，同時利用該系統可有效對遙感監測結果進行詳細觀測，針對遙感監測結果實施實地核查，并且充分結合臺賬數據以及相關數據整理實現更加科學的管理調度。移動端（APP）主要體現在具有多模式監管功能，以遙感監測技術為核心，對實際核查數據以及相應的遙感影像數據進行有效聯合，這種情況更加利于不同模式場景中的自然地保護需求。

4 大數據自然保護地使用價值

4.1 使自然保護地調查與分類更加精準

自然保護地管理過程中，利用大數據技術可以有效掌握自然保護地在發展過程中的數量、等級、大小以及現階段已經存在的自然資源，通過將自然資源進行有效的數據分析處理，進而開展自然資源合理分類，針對自然資源存在的數量以及質量進行有效評估，進一步保證自然保護地生態建設形成完善的數據庫，數據庫內部針對山，水，林，田，湖等各類資源進行信息存儲，以這部分信息為基礎，可進一步促進生態建設以及生態優化等各部分工作有效開展。充分利用大數據信息技術疊加GIS 技術保證自然保護地靜態地理空間信息以及動態地理信息進行掌握，有效了解現階段自然保護地的土地類型以及土地中的植被覆蓋率、生物多樣性，這樣可以確保在開展自然保護地管理過程中措施更加具有針對性。而且學者可以在自然保護地管理過程中利用遙感分析方法對某自然保護區保護成效進行分析，分析過程中對自然保護區內的動植物資源進行調查分類，同時針對古樹和名木展開有效養護，通過大數據技術實施有效的病蟲害防治管理以及特殊天氣、極端天氣等天氣預測，有效實現了自然保護地內部環境控制[8]。

4.2 自然保護地評估與環境評價更科學

大數據技術作為信息科技前沿技術目前已經被廣泛應用到自然保護生態建設過程中，并且起到了積極的評估預測價值。在技術應用過程中建立健全區域監測系統，利用拍照技術可以有效識別照片拍攝的區域空間地理信息情況，這樣可以有效實現現場調研的科學性以及定位精準性。針對現階段我國自然生態系統發展過程中，針對江河湖海源頭區域、地質條件良好、生物多樣性以及具有開發性強、自然資源保存完整區域開展規劃價值評估。除此之外，大數據技術可以充分滿足環境評價需求，例如景觀、自然、服務、社會和信息等各個環境評價，在評價過程中使用遙感影像技術、視頻監控技術、傳感器技術等多項技術開展動態監測，利用監測對象監測過程中產生的反射或者發射電磁波信號，對其內容進行獲取，進而了解不同區域內溫度、濕度和降水等情況，這樣更加利于自然保護地過程中其生態環境的評估，并針對評估過程中存在的問題，可以有效提出解決措施。

4.3 完善自然保護地環境容量與設施建設

社會經濟發展以及人類活動對自然保護地管理產生重要影響，在這種非良性影響下導致自然保護地其環境承載力以及最大容量逐漸縮減。這種情況下，針對大數據技術中的數據監測在有效實現自然保護地管理評價同時還可以利用自然保護地管理評價結果進行數據跟蹤，可對自然保護地環境容量進行精準定位。通過自然保護地環境容量的確定，更加利于相關組織在開展自然資源規劃和開發中，制定合理有效的開發戰略以及開發力度。而且利用自然保護地環境容量的推算可以有效明確經濟發展過程中自然保護的價值，以構建自然生態建設與經濟發展之間相對平衡的關系，推動我國經濟可持續化發展。大數據技術除了可以實現自然保護地環境容量評估外，還可以有效推動自然保護地基礎設施建設發展，例如針對自然保護地范圍小、空間占地面積小等情況，可以進行科學設備配比，依據其數量、大小和范圍及時發現基礎設施建設存在問題并且加強其設施改造優化，針對不符合自然保護的建設設施進行淘汰。結合交通系統規劃實現自然保護地空間區域劃分，利用疊加分析和拓撲分析針對重疊部分進行及時修正，除此之外結合3S 技術可實現自然保護地可視化功能，針對基礎設施建設水平評估，明確其使用價值以及使用需求，可以有效將自然保護地管理與基礎設施建設充分結合，降低因基礎設施建設不合理或者空間信息存在重復性導致基礎設施建設缺乏等因素干擾，保證自然保護地發展全面推進。

4.4 提升自然保護地空間利用率與生態安全水平

大數據技術屬于復合型技術，其中包含多種技術疊加，例如遙感監控技術，GIS 技術，CAD 技術，無人機技術，機械設備等，可以有效實現自然保護地模型建立。通過模型建立對自然保護地內部的道路布局以及分級情況邊界界定情況進行充分掌握，例如生態保護紅線、城鎮開發以及農田建設等邊界控制。通過有效的技術支持可以實現不同等級、不同區域自然保護進行空間關聯，例如一級保護區與二級保護區保護銜接性，降低資源損壞以及基礎建設設施不合理情況，提升自然保護地空間利用率。而且大數據技術在自然保護地生態安全建設過程中具有更加積極的作用隨著生態建設重視力度逐漸增強，部門在開展自然的保護過程中更加注重對其空間修復工作，主要包括防火減災體系、地質災害防治體系等為主的保護地管理核心，結合物聯網、3S 技術、5G 通信技術等，對自然保護地內部生態敏感性區域進行位置確認，重點加強區域監測，結合傳感器技術精準掌握環境參數，這樣可以進一步使自然保護地生態安全性水平提升。多種技術配合或疊加使用，充分對自然保護地空間布局以及生態建設水平進行了解，這樣更加利于開展自然保護地管理過程中行為更具規范化、科學化、安全化、高效化和實用性，推動我國自然保護地建設發展。

5 結語

信息技術發展與社會發展建設高度銜接，是有效推動社會各領域聯動建設的重要內容與需求。現階段我國社會經濟發展水平逐漸提升，生態環境保護重視力度逐漸增強。這一背景下，需要積極加強自然保護地管理中生態功能和資源價值體現。本文簡單介紹了自然保護地內容及經營管理中存在的問題，結合大數據的技術特點，具體分析了二者結合的實際應用，從整體上提升空間利用率與生態安全水平，有效推動了我國生態環境保護建設發展。