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(wèi)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(tài)文明思想的指引下,生態(tài)文明建設已經(jīng)成為統(tǒng)籌推進“五位一體”總體布局和協(xié)調(diào)推進“四個全面”戰(zhàn)略布局的重要內(nèi)容。系統(tǒng)保護全省生態(tài)重要區(qū)域和典型自然生態(tài)空間,全面保護生物多樣性和地質(zhì)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(tǒng)保護,為實現(xiàn)經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展奠定生態(tài)根基,為推進“強富美高”新江蘇建設提供生態(tài)支撐[1-2]。

目前,針對如何建立監(jiān)測網(wǎng)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(jiān)測網(wǎng)絡體系,開展自然保護地綜合監(jiān)測,在保護生物多樣性、保存自然遺產(chǎn)、改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量和維護國家生態(tài)安全方面發(fā)揮了重要作用[3-4]。但是,對于如何利用云計算、互聯(lián)網(wǎng)等信息化手段實現(xiàn)省市縣多級聯(lián)動,加強自然保護地監(jiān)測數(shù)據(jù)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(guān)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(tǒng)建設,服務我省自然保護地管理工作,實現(xiàn)自然保護地動態(tài)監(jiān)管與保護。

1 監(jiān)測區(qū)概況與監(jiān)測成果概述

1.1 監(jiān)測區(qū)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(jīng)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(gòu)成。全省是以平原林網(wǎng)為主的省份,根據(jù)第九次森林資源清查數(shù)據(jù),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(qū)、森林公園、濕地公園、地質(zhì)公園、海洋公園和風景名勝區(qū)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(tǒng)計情況如表1所示。

表1 江蘇省自然保護地統(tǒng)計表

1.2 研究數(shù)據(jù)

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(shù)據(jù),以2022年第1季度遙感影像作為變化發(fā)現(xiàn)影像數(shù)據(jù),結(jié)合國土三調(diào)等基礎數(shù)據(jù),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(shù)據(jù),以2022年第2季度遙感影像作為變化發(fā)現(xiàn)影像數(shù)據(jù),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(jiān)測工作,共計發(fā)現(xiàn)全省自然保護地管理范圍內(nèi)約1萬個變化圖斑。

2 系統(tǒng)設計

2.1 技術(shù)路線

針對項目目標和要求,制定項目技術(shù)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(jù)國家、地方相關(guān)標準規(guī)范,結(jié)合當前省域自然保護地數(shù)據(jù)現(xiàn)狀和業(yè)務需求,開展技術(shù)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(jié)合國土三調(diào)、國土調(diào)查年度變更等數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)庫構(gòu)建階段:根據(jù)數(shù)據(jù)情況及系統(tǒng)建設需求,開展自然保護地變化監(jiān)測數(shù)據(jù)庫設計,對成果數(shù)據(jù)進行檢查并入庫,為后期系統(tǒng)建設提供數(shù)據(jù)支撐。

(4)系統(tǒng)建設階段:基于自然保護地變化監(jiān)測數(shù)據(jù)庫,利用GIS、RS、Web等技術(shù)研發(fā)江蘇省自然保護地管理信息系統(tǒng)。

(5)外業(yè)舉證與內(nèi)業(yè)復核階段:利用保護地管理信息系統(tǒng),下發(fā)自然資源變化圖斑至各縣(區(qū)、市),開展外業(yè)舉證與內(nèi)業(yè)復核工作,實現(xiàn)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(xiàn)對自然保護地的動態(tài)監(jiān)管與保護[6-9]。

(6)成果匯總階段:經(jīng)由縣級舉證、市級復核、省級確認等流程,對變化圖斑數(shù)據(jù)的圖件和文字等成果分別進行整理匯總,內(nèi)容包括數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)計、圖件編制、文字報告編制等。

系統(tǒng)技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)技術(shù)路線圖

2.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)

依托江蘇省自然保護地管理信息系統(tǒng),分別建立網(wǎng)頁端系統(tǒng)和移動端系統(tǒng),并建立先進的硬件環(huán)境、科學的技術(shù)標準和良好的管理機制,形成系統(tǒng)業(yè)務化運行機制。

為保障系統(tǒng)安全、高效、可靠運行,本系統(tǒng)建設采用先進、成熟的技術(shù),基于“大系統(tǒng)、微服務、輕應用”的思想進行總體技術(shù)框架設計。其中:“大系統(tǒng)”具有足夠的穩(wěn)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(shù)據(jù)等是相互匹配的;“微服務”則主要是聚焦于支持系統(tǒng)功能和數(shù)據(jù)資產(chǎn)進行服務,形成信息資產(chǎn),并通過系統(tǒng)運營的持續(xù)累積,對外提供服務資產(chǎn)輸出,降低后續(xù)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(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體框架圖

(1)基礎設施層

提供軟硬件及網(wǎng)絡等基礎設施環(huán)境,包含計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡資源、安全設施資源等。

(2)信息資源層

數(shù)據(jù)資源池:匯集衛(wèi)星遙感影像、專項規(guī)劃、國土三調(diào)數(shù)據(jù)、保護地自然資源監(jiān)測數(shù)據(jù),包含空間數(shù)據(jù)、屬性數(shù)據(jù)等多元數(shù)據(jù),提供保護地自然資源監(jiān)管信息數(shù)據(jù)服務。

指標模型庫:對保護地自然資源監(jiān)管過程中涉及的指標和模型進行統(tǒng)一管理,包含指標庫、模型庫構(gòu)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(jiān)測監(jiān)管服務平臺提供時序化遙感底圖、動態(tài)監(jiān)測服務和數(shù)據(jù)推送分發(fā)服務,以基礎設施、數(shù)據(jù)庫、系統(tǒng)中間件提供的環(huán)境為基礎,實現(xiàn)保護地自然資源信息數(shù)據(jù)的縱橫聯(lián)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(xié)作效率和質(zhì)量,保證數(shù)據(jù)的狀態(tài)一致性和數(shù)據(jù)的高性能獲取,從空間范圍維度對數(shù)據(jù)訪問進行管控,有效保障空間數(shù)據(jù)可視化的安全。

(5)應用層

該層主要面向保護地自然資源監(jiān)測監(jiān)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(shù)據(jù)管理系統(tǒng)網(wǎng)頁端和移動端。網(wǎng)頁端系統(tǒng)實現(xiàn)各級各類自然保護地可視化分析統(tǒng)計、查詢?yōu)g覽、圖斑復核及確認,移動端系統(tǒng)實現(xiàn)地方任務下載、圖斑核查舉證。

3 系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能設計

江蘇省自然保護地管理信息系統(tǒng)以全省保護地自然資源變化監(jiān)測成果為主要數(shù)據(jù)源,根據(jù)省市縣一體化保護地自然資源變化監(jiān)測成果業(yè)務應用需求,利用GIS、RS、移動互聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)建設,實現(xiàn)保護地自然資源變化監(jiān)測成果數(shù)據(jù)入庫、管理、分發(fā)、調(diào)查、統(tǒng)計分析等一體化管理與應用。該系統(tǒng)功能構(gòu)成如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.1.1 網(wǎng)頁端功能

(1)查詢?yōu)g覽

用戶根據(jù)數(shù)據(jù)類型、年份、行政區(qū)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(tǒng)計分析

根據(jù)保護地類型、監(jiān)測批次及行政區(qū)劃,對監(jiān)測圖斑類型、分布和面積等信息進行統(tǒng)計,生成統(tǒng)計圖表,為領導決策分析提供直觀的統(tǒng)計數(shù)據(jù)支撐。

(3)時序遙感影像回溯

基于遙感影像瓦片數(shù)據(jù)庫,在保證實用、安全的前提下,實現(xiàn)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(qū)域,獲取該區(qū)域所有歷史版本遙感影像服務資源,實現(xiàn)歷史遙感影像動態(tài)回溯。

(4)圖斑復核

根據(jù)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(jù)行政區(qū)劃等級,實現(xiàn)監(jiān)測報告定制生成或已有報告上傳,并發(fā)布監(jiān)測報告文件通知,提供監(jiān)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(tǒng)根據(jù)用戶的管轄范圍推送外業(yè)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(tǒng)將監(jiān)測圖斑按“已調(diào)查”“未調(diào)查”“重點關(guān)注”“待核查”等類別分類管理監(jiān)測圖斑,方便用戶查找目標圖斑,提高外業(yè)調(diào)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(tǒng)提供“高德地圖”“百度地圖”等常用導航地圖軟件調(diào)用接口,用戶根據(jù)需要選擇導航軟件實現(xiàn)監(jiān)測圖斑位置導航。

(3)核查舉證

系統(tǒng)提供現(xiàn)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(xiàn)場核查信息和舉證照片。

3.2 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

3.2.1 網(wǎng)頁端功能實現(xiàn)

(1)查詢?yōu)g覽

基于自然保護地信息數(shù)據(jù)庫,用戶根據(jù)數(shù)據(jù)類型、年份、行政區(qū)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?yōu)g覽功能如圖4所示。

圖4 圖斑查詢?yōu)g覽功能示意圖

(2)時序影像回溯

基于遙感影像瓦片數(shù)據(jù)庫,在保證實用、安全的前提下,實現(xiàn)多歷史版本影像服務管理;根據(jù)自然保護地變化圖斑位置自動獲取圖斑區(qū)域內(nèi)所有歷史版本遙感影像服務資源,實現(xiàn)歷史遙感影像動態(tài)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(jù)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(xiàn)市級復核上報工作。舉證材料滿足復核要求發(fā)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(jù)行政區(qū)劃等級,實現(xiàn)保護地自然資源變化報告上傳,并發(fā)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(xiàn)

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(diào)查任務,并通過列表或地圖模式進行監(jiān)測圖斑分布展示;實現(xiàn)調(diào)查圖斑定位導航、在線填報調(diào)查內(nèi)容、現(xiàn)場拍照舉證等功能,為江蘇省保護地自然資源調(diào)查提供外業(yè)移動調(diào)查系統(tǒng)。

系統(tǒng)主要功能包括:

(1)圖斑任務管理

系統(tǒng)將監(jiān)測圖斑按 “未調(diào)查”“已上報”“未上報”等類別分類管理監(jiān)測圖斑,方便用戶查找目標圖斑,提高外業(yè)調(diào)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(diào)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(yè)核查人員根據(jù)自然保護地圖斑的現(xiàn)場情況,填寫相關(guān)信息,拍攝現(xiàn)場調(diào)查照片,實時將現(xiàn)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(jié) 語

本文以江蘇省自然保護地監(jiān)測成果數(shù)據(jù)為基礎,利用GIS、RS、Web等技術(shù)建成江蘇省自然保護地管理信息系統(tǒng)。目前該系統(tǒng)已成功實現(xiàn)為各級自然資源管理部門在保護地圖斑變化發(fā)現(xiàn)、外業(yè)舉證、統(tǒng)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(tǒng)功能,提高系統(tǒng)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(shù)保障。