GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用探討

金加琴 朱朝銀 陶佳祥 李紹美

（1.云南省臨滄瀾滄江省級(jí)自然保護(hù)區(qū)臨翔管護(hù)分局，云南 臨滄 677000；2.云南農(nóng)墾臨滄農(nóng)林投資發(fā)展有限責(zé)任公司，云南 臨滄 677000；3.云南省臨滄市林業(yè)科學(xué)院，云南 臨滄 677000；4.云南省臨滄瀾滄江省級(jí)自然保護(hù)區(qū)管護(hù)局，云南 臨滄 677000）

GIS技術(shù)，即地理信息系統(tǒng)，是集分析和處理地理信息數(shù)據(jù)于一體的現(xiàn)代技術(shù)。隨著GIS技術(shù)的不斷成熟，其已被廣泛應(yīng)用于自然、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中，主要包括有國(guó)土資源的調(diào)查、城市建設(shè)規(guī)劃的擬定、自然保護(hù)區(qū)以及城鄉(xiāng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的監(jiān)測(cè)等多個(gè)重要領(lǐng)域中，并充分展現(xiàn)出了GIS技術(shù)在各領(lǐng)域行業(yè)發(fā)展的重要性，尤其是在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃中，GIS技術(shù)起到了關(guān)鍵性的作用。

1.GIS技術(shù)與自然保護(hù)區(qū)系統(tǒng)概述

1.1GIS技術(shù)

GIS技術(shù)通過計(jì)算機(jī)軟件，對(duì)客觀世界的各類數(shù)據(jù)進(jìn)行模擬，并將相應(yīng)的地理坐標(biāo)或空間數(shù)據(jù)輸入計(jì)算機(jī)，進(jìn)行相應(yīng)的操作，主要包括有對(duì)數(shù)據(jù)的儲(chǔ)存更新、查詢檢索、測(cè)量運(yùn)算、分析處理、綜合應(yīng)用、顯示制圖以及輸出。此外，GIS技術(shù)能實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的空間地位，同時(shí)快速獲取地理空間信息，并予以分析，在規(guī)劃設(shè)計(jì)、資源調(diào)查、動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)以及全球變化等事項(xiàng)中有著重要的作用，為此，也成為了自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃中不可缺少的重要技術(shù)手段。

1.2 自然保護(hù)區(qū)系統(tǒng)

我國(guó)的自然保護(hù)區(qū)系統(tǒng)始建于1996年，并于后期發(fā)展迅速，且取得了較好的成效，為我國(guó)自然生態(tài)系統(tǒng)以及野生動(dòng)植物的多樣性提供了有效的保障。然而，由于前期保護(hù)區(qū)是以“搶救式”原則開展的建設(shè)，其相應(yīng)的規(guī)劃存在較多的不足，且隨著后期自然保護(hù)區(qū)規(guī)模的不斷擴(kuò)大以及數(shù)量的增加，規(guī)劃中存在的問題也更為突出，對(duì)如何實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、合理、科學(xué)的自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃的要求也有所提升。而GIS技術(shù)因具備精準(zhǔn)分析和管理能力，在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用也顯得更為重要，尤其是針對(duì)自然保護(hù)規(guī)劃中的體系規(guī)劃和資源調(diào)查方面。此外，通過GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用，能實(shí)現(xiàn)對(duì)保護(hù)區(qū)的空間分析以及規(guī)劃人員對(duì)自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃的定量化，全面提升規(guī)劃的合理性、科學(xué)性以及精準(zhǔn)性，減少不確定因素的干擾。

2.GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃中的作用

2.1 獲取實(shí)時(shí)性數(shù)據(jù)與信息

傳統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃模式中通常需采用人為的測(cè)量方式來(lái)獲取所需的數(shù)據(jù)和信息。而受人為測(cè)量誤差的影響，也往往會(huì)導(dǎo)致自然保護(hù)區(qū)的部分重要數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，甚至影響到自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃的具體實(shí)施。而GIS技術(shù)的應(yīng)用則顯著提升了數(shù)據(jù)的科學(xué)性和可靠性，整體誤差較小，且具備更高的精準(zhǔn)性。

2.2 精確劃定自然保護(hù)區(qū)的邊界和面積

自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃前期，需通過實(shí)地勘測(cè)來(lái)明確自然保護(hù)區(qū)的邊界位置以及保護(hù)區(qū)覆蓋區(qū)域。結(jié)合GIS技術(shù)的應(yīng)用能在自然保護(hù)區(qū)邊界位置的具體劃定過程中，避免誤差的出現(xiàn)，并結(jié)合科學(xué)監(jiān)測(cè)來(lái)對(duì)保護(hù)區(qū)決策的制定提供輔助數(shù)據(jù)。再加上技術(shù)人員能憑借模型來(lái)直觀分析自然保護(hù)區(qū)，經(jīng)自然保護(hù)區(qū)的三維動(dòng)態(tài)模型明確保護(hù)區(qū)邊界。

2.3 呈現(xiàn)完整直觀的自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃圖示

目前大多數(shù)自然保護(hù)區(qū)的區(qū)域覆蓋面積都較大，假若只是簡(jiǎn)單的采用人工繪制保護(hù)區(qū)圖示的方式來(lái)制定區(qū)域保護(hù)規(guī)劃，則需投入大量的人力、物力和財(cái)力，同時(shí)也存在較大誤差的可能性。而具備動(dòng)態(tài)化和三維立體特征的GIS技術(shù)，則能有效避免人工測(cè)量存在的弊端，更為直觀準(zhǔn)確的展現(xiàn)出保護(hù)區(qū)的全景特征，有效降低自然保護(hù)各項(xiàng)保護(hù)規(guī)劃制定的難度。

自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃的制定和實(shí)施取決于其原始生態(tài)的保護(hù)成效性，為此，相關(guān)部門應(yīng)注重對(duì)GIS技術(shù)的應(yīng)用，通過該項(xiàng)技術(shù)的人用避免認(rèn)為觀測(cè)中存在的數(shù)據(jù)誤差，提高區(qū)域保護(hù)規(guī)劃的可行性。在相關(guān)數(shù)據(jù)的實(shí)際采集、分析、存儲(chǔ)以及評(píng)價(jià)過程中，通過GIS技術(shù)的應(yīng)用能實(shí)現(xiàn)遙感監(jiān)測(cè)以及立體化制圖的效果，從動(dòng)態(tài)化角度全面了解自然生態(tài)狀況，并對(duì)各類景觀和資源的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。

3.GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用

3.1GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃方法中的應(yīng)用

隨著我國(guó)自然保護(hù)區(qū)面積以及數(shù)量的逐年增加，土地利用矛盾以及人地之間的矛盾日益突出，該類情況的出現(xiàn)也對(duì)自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性和精準(zhǔn)性提出了更高的要求。從自然保護(hù)區(qū)設(shè)計(jì)方法方面分析，其關(guān)注點(diǎn)主要包括有以下幾點(diǎn)：

3.1.1 保護(hù)區(qū)的選擇

GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃選址中的應(yīng)用方法主要為GAP分析法，即空缺分析法，是利用GIS、GPS和RS巡查出全區(qū)域內(nèi)的生物多樣性信息的熱點(diǎn)，包括環(huán)境和物種分布等，通過和現(xiàn)狀比較尋找出還未被保護(hù)的空缺點(diǎn)，繼而實(shí)施優(yōu)先保護(hù)。李迪強(qiáng)等經(jīng)GIS技術(shù)結(jié)合解譯RS圖像對(duì)野外動(dòng)植物物種的分布情況進(jìn)行調(diào)查，結(jié)合GAP技術(shù)發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有保護(hù)物內(nèi)并未包含具備代表性的生態(tài)系統(tǒng)和普氏藏羚羊等國(guó)家級(jí)保護(hù)動(dòng)物最適宜的生態(tài)環(huán)境。然而，目前我國(guó)自然保護(hù)區(qū)的GAP技術(shù)只是使用GIS系統(tǒng)以及相關(guān)軟件和簡(jiǎn)單的物種分析數(shù)據(jù)，實(shí)際工作并未充分利用RS圖像技術(shù)來(lái)獲取與生態(tài)環(huán)境相關(guān)精確的物種分布數(shù)據(jù)。為此，如何提高數(shù)據(jù)質(zhì)量和降低利用數(shù)據(jù)以及處理數(shù)據(jù)中的不確定性已成為自然保護(hù)規(guī)劃設(shè)計(jì)需解決的問題。

3.1.2 保護(hù)區(qū)邊界、面積的確定

針對(duì)自然保護(hù)區(qū)邊界、面積的確定，Diamond等人倡導(dǎo)構(gòu)建面積大的自然保護(hù)區(qū)，但并未明確支出保護(hù)區(qū)面積的確定。而PVA（種群生存力分析）則有效的解決了保護(hù)區(qū)面積的問題，其通過分析和模擬技術(shù)對(duì)某種物種種群在一段時(shí)間內(nèi)的存活率和死忙率進(jìn)行預(yù)測(cè)，同時(shí)也能對(duì)不同物種的管理方式進(jìn)行對(duì)比。歐陽(yáng)志云等人通過GIS技術(shù)對(duì)臥龍自然保護(hù)區(qū)的核心區(qū)、緩沖區(qū)以及試驗(yàn)區(qū)的面積變化以及大熊貓棲息地的破碎情況進(jìn)行分析。崔國(guó)發(fā)等人利用GIS技術(shù)明確了北京喇叭溝門自然保護(hù)的中心區(qū)、緩沖區(qū)和試驗(yàn)區(qū)的面積。Verissimo等人利用GIS技術(shù)完成了巴西帕拉州森林砍伐區(qū)和自然保護(hù)區(qū)的確定。另外，Olsen等人結(jié)合GIS技術(shù)完成了包含200個(gè)區(qū)域的優(yōu)先保護(hù)圖的編制，其中共涵蓋了232個(gè)優(yōu)先保護(hù)區(qū)。

GIS技術(shù)、RS技術(shù)以及GPS技術(shù)的結(jié)合應(yīng)用對(duì)于自然保護(hù)區(qū)邊界、面積的規(guī)劃發(fā)揮著重要的作用，其應(yīng)用步驟主要為：1）通過衛(wèi)片、自然保護(hù)區(qū)的地形圖和相關(guān)文字資料等利用ERDAS提出衛(wèi)片影像中的地表信息；2）利用GAS對(duì)其進(jìn)行定位；3）結(jié)合其他資料，獲取GIS基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)保護(hù)目標(biāo)以及自然資源的完整性進(jìn)行分析，并形成相應(yīng)的專題圖，包括植被分布圖和土壤分布圖等，為邊界范圍的確定提供參考依據(jù)。由于目前自然資源的完整性主要是以植被分布的完整性進(jìn)行判斷，為此，自然保護(hù)區(qū)邊界范圍內(nèi)需至少具備一個(gè)完整的植被單元。此外，結(jié)合GIS技術(shù)的空間分析，能有效分析出自然保護(hù)區(qū)中的地形地勢(shì)以及自然資源情況，通過對(duì)其完整性的分析，盡可能的減少不確定因素的干擾，全面提升自然保護(hù)區(qū)邊界劃定的科學(xué)性和合理性。

3.1.3 輔助功能分析

人與自然共存已有上千年的歷史，假若將人類排除在自然保護(hù)區(qū)外，其產(chǎn)生的后果將無(wú)法預(yù)測(cè)。針對(duì)該類狀況，衍生了三區(qū)劃分原則，即核心區(qū)、緩沖區(qū)和試驗(yàn)區(qū)，以實(shí)現(xiàn)人類活動(dòng)、調(diào)查以及自然環(huán)境保護(hù)的一體化。徐海根結(jié)合GIS技術(shù)從生態(tài)安全角度分析了自然保護(hù)的功能區(qū)劃。王獻(xiàn)溥運(yùn)用島嶼生物地理學(xué)理論探究了小區(qū)域內(nèi)保護(hù)區(qū)面積、數(shù)量、形狀和分布情況。陳利頂?shù)然诰坝^適宜評(píng)價(jià)圖以及GIS技術(shù)對(duì)四川臥龍大熊貓自然保護(hù)區(qū)景觀適宜地區(qū)構(gòu)成的核心區(qū)和緩沖區(qū)進(jìn)行了確定。Hooker等對(duì)海洋自然保護(hù)的構(gòu)建提出了建議，即在加拿大新斯科舍島圈出鯨魚保護(hù)區(qū)的邊界，并倡導(dǎo)預(yù)留10km的緩沖區(qū)，以避免受到自然災(zāi)害的影響。

3.2 GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

自然保護(hù)區(qū)通常包含較多種類的自然景觀和生態(tài)景觀，而現(xiàn)有的自然生態(tài)景觀通常處于變動(dòng)狀態(tài)。通過GIS技術(shù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)來(lái)觀察保護(hù)區(qū)原始生態(tài)系統(tǒng)的演變情況，包括其原有的地形以及較大區(qū)域范圍的保護(hù)區(qū)，能有效降低人力和財(cái)力的損耗。為此，技術(shù)人員應(yīng)充分利用GIS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)自然景觀演變的全面推測(cè)，并制定合理的保護(hù)規(guī)劃方案。在實(shí)際應(yīng)用過程中，技術(shù)人員結(jié)合全面的GIS系統(tǒng)定位測(cè)試，根據(jù)區(qū)域內(nèi)的土壤、植被分布情況以及自然資源的損耗速度來(lái)開展相應(yīng)的自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃。

我國(guó)自然保護(hù)區(qū)中的森林資源、濕地資源以及野生動(dòng)物資源等都極為豐富，與人類生存環(huán)境有著緊密關(guān)聯(lián)，且對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有著一定的影響，為更好保護(hù)、利用和管理資源，則需對(duì)其狀況予以重視，不斷加強(qiáng)對(duì)自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)真正的可持續(xù)發(fā)展。GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)資源檢測(cè)中的作用主要在于結(jié)合物種的分布情況、種群信息以及多樣性特征進(jìn)行系統(tǒng)分析、科學(xué)評(píng)價(jià)以及處理，繼而實(shí)現(xiàn)對(duì)自然保區(qū)資源的科學(xué)管理，構(gòu)建基于GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，并通過遙感技術(shù)對(duì)自然生態(tài)環(huán)境以及野生動(dòng)植物的生存環(huán)境進(jìn)行分析，對(duì)與野生動(dòng)植物相關(guān)的生態(tài)因子進(jìn)行明確，繼而實(shí)現(xiàn)高效準(zhǔn)確的野生動(dòng)植物現(xiàn)狀調(diào)查和動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

隨著地理信息和遙感信息結(jié)合分析在資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)中重要性的提升，自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃人員應(yīng)運(yùn)用調(diào)查資料等數(shù)據(jù)來(lái)構(gòu)建模型，為保護(hù)區(qū)規(guī)劃、管理和決策提供更為有效的輔助。德國(guó)的資源調(diào)查基于航片和衛(wèi)片分析綜合分析了森林資源的狀況和動(dòng)態(tài)，通過GIS系統(tǒng)中地理信息數(shù)據(jù)處理為新資源提供最新信息。加拿大利用GIS和遙感技術(shù)構(gòu)建了加拿大森林資源數(shù)據(jù)庫(kù)。美國(guó)則運(yùn)用GIS技術(shù)構(gòu)建了環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)、地表水污染路徑模型和地下水污染路徑模型，并基于GIS技術(shù)環(huán)評(píng)墨西哥與美國(guó)的臨近區(qū)域。由上可知，GIS技術(shù)結(jié)合RS、GPS技術(shù)的應(yīng)用在資源調(diào)查以及監(jiān)測(cè)方面有著極為重要的作用。

3.3GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃制圖中的應(yīng)用

以往傳統(tǒng)的自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃圖的繪制普遍采用人為繪制的方式，通常需通過考察員在野外觀察記錄，且往往存在較大的誤差，相應(yīng)的整改和檢驗(yàn)難度也較大，想要繪制一套高質(zhì)量的自然保護(hù)區(qū)圖的難度極大。隨著近年來(lái)自然保護(hù)區(qū)管理層對(duì)自然保護(hù)區(qū)資源管理要求的不斷提升，以及對(duì)規(guī)劃圖中的要素質(zhì)量以及數(shù)量的細(xì)化要求，假若依舊延用傳統(tǒng)的手工制圖，則需投入較大的成本，同時(shí)也很難達(dá)到管理層的需求。為此，急需尋求新的技術(shù)方法來(lái)解決該類問題，而GIS技術(shù)的應(yīng)用改好滿足上述要求。

GIS技術(shù)所具備的三維動(dòng)態(tài)圖形繪制功能，是通過數(shù)據(jù)調(diào)查和分析能構(gòu)建立體化的自然保護(hù)區(qū)直觀地形圖，結(jié)合三維動(dòng)態(tài)圖形展現(xiàn)出自然保護(hù)區(qū)內(nèi)部的野生動(dòng)植物分布情況，有助于相關(guān)人員對(duì)保護(hù)區(qū)內(nèi)的土壤情況和氣候條件的了解和掌握。技術(shù)人員通過采集的數(shù)據(jù)能構(gòu)建簡(jiǎn)單直觀的立體模型圖，對(duì)區(qū)域內(nèi)的地形、以及動(dòng)植物分布情況能歐更為直觀的分析。在具體繪制過程中，重點(diǎn)在于利用模擬預(yù)測(cè)方式來(lái)獲取自然景觀要素，并結(jié)合遙感技術(shù)來(lái)獲取所需的數(shù)據(jù)資料，從而呈現(xiàn)出立體感更強(qiáng)的自然保護(hù)區(qū)三維場(chǎng)景。

龍毅初步對(duì)GIS在分析與制圖功能方面的應(yīng)用進(jìn)行了探究，結(jié)果顯示其能有效減少數(shù)據(jù)的重復(fù)建設(shè)，提升地理空間數(shù)據(jù)的利用率。陳春祥基于GIS和遙感技術(shù)調(diào)查了思茅地區(qū)的區(qū)樣地，完成了二類調(diào)查的制圖工作，并對(duì)制作過程、成果分析以及注意事項(xiàng)予以詳細(xì)的闡述。呂鳳琴對(duì)GIS制圖代替?zhèn)鹘y(tǒng)手工制圖的重要性以及其在林業(yè)管理中的重要性進(jìn)行了闡述，并分析了林業(yè)制圖的未來(lái)發(fā)展方向。

通過GIS技術(shù)的應(yīng)用，能準(zhǔn)確獲取自然保護(hù)區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)以及定位信息，從而完成高質(zhì)量的規(guī)劃制圖，有利于規(guī)劃人員結(jié)合規(guī)劃思路構(gòu)建相應(yīng)的專題圖，并明確顯示出各類規(guī)劃因子之間的關(guān)聯(lián)性。與傳統(tǒng)手工繪制相比，利用GIS技術(shù)繪制的專題圖具備的優(yōu)勢(shì)較多，主要包括有較大的信息量、較強(qiáng)的交互性、修改調(diào)整難度較低、統(tǒng)計(jì)分析較為簡(jiǎn)易以及信息共享性，有利于實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃。

此外，GIS技術(shù)的應(yīng)用有助于相關(guān)部門實(shí)現(xiàn)對(duì)自然保護(hù)區(qū)目前生態(tài)破壞情況的整體評(píng)估和分析。技術(shù)人員可基于直觀評(píng)價(jià)體系對(duì)自然保護(hù)區(qū)的未來(lái)演變趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并根據(jù)特定的生態(tài)影響評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)給出相應(yīng)的推斷結(jié)論，更加突顯出了環(huán)境評(píng)價(jià)措施與GIS立體模型技術(shù)結(jié)合的重要性。

4.結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，對(duì)自然生態(tài)環(huán)境造成了較大的損壞，一些野生動(dòng)植物的原始生存環(huán)境受損，嚴(yán)重影響到來(lái)了生態(tài)環(huán)境的平衡性。為盡可能的恢復(fù)生態(tài)系統(tǒng)，則需利用全面覆蓋的方式來(lái)呈現(xiàn)區(qū)域現(xiàn)有的各類生態(tài)影響因子，并結(jié)合生物圈和人類活動(dòng)之間的關(guān)聯(lián)性，制定合理科學(xué)的自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃。GIS技術(shù)在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃中的應(yīng)用具有極為重要的意義。通過GIS技術(shù)在在自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃方法、資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)以及規(guī)劃制圖中的應(yīng)用，能有效提升自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃數(shù)據(jù)的合理性和準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的自然保護(hù)區(qū)規(guī)劃，并通過該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用，最大程度上的降低人力、財(cái)力和物力的投入，同時(shí)也更有利于開展區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境的保護(hù)。