淺析GIS技術在自然保護區規劃中的應用現狀及存在的問題

郭向科 吳金山

摘要：GIS是一種空間信息管理系統，在自然保護區規劃及對數據進行信息化管理中具有重要意義。本文主要對GIS技術國內外研究現狀及存在的問題進行概述，其結果可為更好地進行自然保護區的管理、合理開發森林資源提供參考。

關鍵詞：GIS；自然保護區；現狀；問題；分析

地理信息系統（Geographic Information Systems，GIS）技術是集數據采集、存儲、管理、處理、分析、顯示和描述于一體的數據分析技術，它主要在地理空間基礎上，系統地將空間分布數據與地理層次聯系起來，向使用者提供各種空間動態地理信息，并通過對現象和數據的分析實現可視化和形象化。現如今，GIS技術已在自然保護區規劃管理過程中得到廣泛應用，例如：通過GIS技術精準劃分保護區分布范圍，根據保護對象、設施和機構的分布進行規劃圖示，避免人工繪制的測量誤差。其次，GIS技術將保護區的實時監測數據進行動態化分析，反映出保護區內生物景觀的演變趨勢，為保護區管理決策提供數據支持。除此之外，GIS技術對保護區基本數據、生物資源信息、活動信息等進行綜合管理，實現保護區管理的科學規劃，有效推動保護區的合理開發和可持續發展利用。本文主要對GIS技術國內外研究現狀及存在的問題進行概述，其結果可為生物多樣性的保護、自然保護區規劃提供科學信息化管理。

自20世紀60年代起，美國、德國、英國等發達國家率先開始對GIS開展了一系列研究，不斷滲透到城市規劃、土地規劃、環境保護、地質調查等領域，得到了各國的廣泛重視并加以應用。例如，20世紀70年代，加拿大開始使用GIS來管理土地和其他基礎設施；20世紀80年代，美國、歐洲等發達國家和地區也在土地、林業、生物資源管理等方面開展了GIS應用。

與國外相比，我國GIS研究起步較晚，但發展趨勢較快，大致可分為以下3個階段。

第一初級階段。從20世紀70年代起，中國開始從美國引進資源衛星圖像用于遙感技術解譯研究，并于1977年研制出第一臺計算機輸出全要素地圖，為GIS技術的推廣應用做好準備。

第二實驗階段。到20世紀80年代，GIS進入綜合研究和實驗階段。通過GIS技術在各個領域的實驗、應用，實現對GIS技術的全面掌握，為我國GIS的發展奠定基礎。

第三全面發展階段。自20世紀90年代至今，GIS技術已在我國獲得廣泛應用，使我國與國外GIS技術差距迅速縮小。現如今，我國地理信息系統軟件完備，技術手段完善，在生活領域得到全面推廣，有效促進我國地理信息系統事業的快速發展。

2.1 GIS技術在自然保護區管理規劃中的應用

在保護區規劃過程中，利用GIS技術可以分析保護區管理的關鍵活動范圍，對其進行效果分析，并為保護區規劃提供信息數據支持。將GIS技術與實地勘察相結合，可以獲得保護區三維景觀透視圖，利用遙感影像數據將保護區地貌形態展示出來。在進行保護區規劃保護前，利用GIS技術可對其邊界分布進行精確定位，實現其功能劃分圖示，保障規劃實施的科學性和合理性。通過GIS技術能精確掌握保護區內動植物資源分布信息，從而構建資源信息庫，實現資源整體的管理與分析。

2.2 GIS技術在野生動物空間分布中的應用

GIS技術是一種數據分析系統。通過數據處理分析，可以制成相關物種生境適宜性分級圖，為后續物種保護提供參照。近年來，人類活動造成了野生動物生存環境破碎化，嚴重威脅保護物種種群的生存。GIS技術可將相關物種生境破碎化的區域進行可視化。通過物種棲息地的環境來評估生境的適宜性，顯示生境變遷歷程，分析威脅物種生存的主要因素，為保護物種多樣性提供建設性意見。

影響野生動物生境因素諸多，不同物種對生境需求不同，通過現有技術很難獲得各物種生境因子指標體系。利用GIS技術可對保護區內影響物種分布的生境因子進行分析，獲得其分布規律，并為其保護提供科學依據。因此GIS技術的應用填補了生境因子研究的空白。

2.3 GIS技術在野外巡護中的應用

野外巡護是自然保護區日常管理中最為重要的工作之一。GIS技術在此過程中，可實現對保護區生態系統的監測，確保自然保護區規章制度嚴格實施。以巡護人員活動路線采集坐標信息，構建GIS巡護系統，算法優化最佳路徑，可提高巡護人員工作效率。同時還可利用GIS技術下達巡護任務，避免漏檢，加強對于巡護人員工作的監督。巡護人員還可利用GIS技術及時將自然保護區的變化信息上傳到監控網絡，使管理人員能及時做出應對。因此，GIS技術在野外巡護中的應用，對于開展保護區內智能管理工作具有重要意義。

2.4 GIS技術在保護區內森林資源管理工作中的應用

GIS技術現已廣泛應用到森林火災、森林資源的監測等方面。森林火災對于保護區內動植物資源具有破壞性影響。因此，防火規劃一直在自然保護區管理過程中受到高度重視。合理應用GIS技術，配合無人機遙感監測，可及時掌握森林火災火勢大小、方向。利用GIS技術信息數據庫，根據數據分析展開火災撲滅工作，使保護區內相關資源能及時得到保護。在災后調查過程中，也可利用遙感數據影像資料進行災害評估。同時，利用無人機拍攝功能對保護區內資源異常現象拍攝后進行上傳（如樹木病蟲害、外來物種入侵等），進而可有效展開防治工作，為保護區內森林植物資源綜合管理決策提供新思路。

近年來，GIS技術在我國自然保護區規劃管理中的應用日益增多，但仍存在一些缺陷和不足。

（1）我國自然保護區數量類型眾多，分布范圍廣，自然保護區地理信息系統缺乏統一標準。大多數地理信息數據管理系統都是根據對應保護區自身特點構建，無法適用于所有保護區。

（2）利用GIS技術建立的自然保護區規劃模型是一種假設狀態，實際發展情況可能與模擬結果存在差異。模型建立需要充分結合空間特性和3S技術，保證理論模型的準確性。

（3）利用GIS技術進行自然保護區設計需以大量的實地勘察數據為基礎，若勘察數據存在誤差，地理信息系統的建立則會受到影響。此外，外業調查得到的數據還可能存在問題，如人工勘察數據不夠精確，數據長期沒有進行更新等。因此，如何提高調查數據的精確度是GIS技術實踐應用過程中的重要難題。

（4）GIS技術在自然保護區規劃制圖中已得到廣泛應用，但GIS制圖符號、標注等方面較于國內林業仍存在差異，對國內林業發展的支持程度還欠缺。

隨著信息化技術的發展，GIS技術將不斷應用到自然保護區規劃設計中。目前，我國保護區綜合信息管理系統技術已得到廣泛應用。GIS技術和林業管理有機結合，一方面促進了林業知識理論創新，同時也促進了林業系統科學及交叉學科間的深入融合發展。例如，有學者提出，通過GIS建立國家級和省級植物轉基因漂流地理信息系統。另一方面，隨著各學科間的發展，同時也對GIS提出了更高要求，為GIS提供了實驗基礎。例如，為科學合理的管理某一區域內自然資源，需要解決GIS、GPS、RS與專家決策支持系統之間的耦合問題。GIS、RS和GPS（3S）的融合已成為必然趨勢。“3S”集合是利用各自技術的特點，快速、準確地提供實驗所需信息的技術。“3S”的具體分工可劃分為，RS提供最新的圖像信息，GPS提供準確的位置信息，GIS提供圖像存儲、處理、分析和應用。“3S”的應用可為森林管理和決策者提供準確而又快速的信息。

林業生態系統是一個非常復雜的系統，而GIS技術將自然保護區由傳統的管理模式轉變為信息化管理，隨著GIS技術的全面運用，保護區規劃管理能力將會大幅度提高，技術價值也將充分體現。傳統GIS應用需要大量的基礎知識和經驗，很難解決系統的監控、模擬和科學管理等復雜問題。如將GIS和專家系統結合后可形成智能GIS，利用神經網絡模型將成為解決這些復雜問題的重要途徑。目前，該領域的研究受到廣泛關注。隨著網絡GIS、虛擬GIS、開放GIS、真實三維和時空四維數據結構等GIS技術的發展和完善，GIS技術在自然保護區規劃應用中的作用將更加突出。自然保護區的規劃和管理受到各種因素的影響，GIS作為林業規劃管理的重要技術，如能加以合理利用，那么在未來的自然保護區的治理上，必將事半功倍。

作者簡介：郭向科（1992-），男，助理工程師。主要從事林業規劃設計等方面的工作。

*通訊作者：吳金山（1984-），男，副教授。主要從事林木培育方面的研究。