摘 要：國家林業(yè)和草原局提出的中國智慧林業(yè)，要求林業(yè)立體化感知體系全覆蓋、林業(yè)智能化管理體系協(xié)同高效，林業(yè)生態(tài)化價值體系不斷深化、林業(yè)一體化服務體系更加完善、林業(yè)規(guī)范化保障體系支撐有力。太子山自然保護區(qū)按此要求，以高新技術和互聯(lián)網(wǎng)為依托，在數(shù)據(jù)標準規(guī)范、軟件開發(fā)和硬件集成的基礎上，按“統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺、統(tǒng)一業(yè)務窗口、統(tǒng)一運行管理”，結合“空、天、地、人”四位一體的數(shù)據(jù)構架體系的“大數(shù)據(jù)平臺”，提高自然保護區(qū)管理效率、生態(tài)效益與經(jīng)濟效益。

關鍵詞：太子山；自然保護區(qū)；智慧管理平臺；構建

近年來，國家林業(yè)和草原局一直在積極推進智慧林業(yè)的發(fā)展。在《全國林業(yè)信息化建設綱要（2016—2020年）》中，明確提出要加強智慧林業(yè)建設，加快現(xiàn)代信息技術在林業(yè)領域的應用。具體包括構建智慧林業(yè)管理體系、推進智慧林業(yè)生產(chǎn)體系建設、培育智慧林業(yè)產(chǎn)業(yè)、加強智慧林業(yè)科技創(chuàng)新、促進智慧林業(yè)信息服務、提升智慧林業(yè)人才素質(zhì)、保障智慧林業(yè)信息安全以及推動國際合作與交流等方面。太子山國家級自然保護區(qū)依據(jù)國家林業(yè)和草原局提出的要求，積極加快推動太子山保護區(qū)智慧林業(yè)現(xiàn)代化建設進程，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，為生態(tài)文明建設做出積極貢獻。

1 太子山國家級自然保護區(qū)現(xiàn)狀

太子山國家級自然保護區(qū)屬于森林生態(tài)系統(tǒng)類型自然保護區(qū)，位于甘肅中南部，保護區(qū)東西長約100千米，南北寬約10千米。保護區(qū)總面積127萬畝，保護區(qū)海拔2200～4332米。保護區(qū)內(nèi)生物多樣性與稀有性顯著（圖1）。據(jù)考察，共有維管植物838種，其中稀有瀕危和重點保護植物有桃兒七、紅花綠絨蒿、星葉草、黃毛杜鵑（圖2）等51種；脊椎動物208種，包括雪豹、林麝、蘇門羚等國家重點保護野生動物11種，鳥類130種，其中，國家重點保護鳥類21種；有兩棲爬行動物8種；有魚類10種；昆蟲682種；有大型真菌61種。物種總數(shù)1800多種，占甘肅省物種總數(shù)的50%以上[1]。然而，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測防控工作受環(huán)境惡劣、面積大、周期長、任務繁重、保護機制不完善等因素影響，太子山保護區(qū)森林資源監(jiān)測防控向著移動互聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算等數(shù)字技術、智能技術發(fā)展，智能化、科技化也成為太子山自然保戶區(qū)內(nèi)林業(yè)發(fā)展的必然趨勢和方向。

2 智慧太子山管理平臺的構建

太子山智慧管理平臺建設按“統(tǒng)一數(shù)據(jù)平臺、統(tǒng)一業(yè)務窗口、統(tǒng)一運行管理”，結合“空、天、地、人”四位一體的數(shù)據(jù)構架體系的“大數(shù)據(jù)平臺”，根據(jù)林調(diào)、森防、防火、資源保護、科研中心等多科室業(yè)務實際現(xiàn)狀，對核心重要的數(shù)據(jù)進行有效整合，并按科室權限進行管理，以提升系統(tǒng)應用為目標來進行系統(tǒng)框架及內(nèi)容設計管理平臺，其建設總體思路如圖3。

智慧管理平臺包括“六個層次 + 四大體系”等功能模塊。系統(tǒng)體系結構遵循SOA體系架構，按照軟硬件自下而上依次為：基礎設施層、數(shù)據(jù)中心層、應用支撐層、業(yè)務應用層、平臺展示層、用戶層，以三維一體化 GIS 技術為基礎框架，進一步拓展全空間數(shù)據(jù)模型及其分析計算能力；更全面地融合實景三維模型、BIM、激光點云、三維場、地質(zhì)體等多源異構數(shù)據(jù)?；诜植际降乩硖幚砉ぞ邔崿F(xiàn)手工建模數(shù)據(jù)、BIM、實景三維模型、激光點云、地形等三維數(shù)據(jù)的高效全流程管理。四大體系模塊為：政策法規(guī)制度體系、安全保障體系、標準規(guī)范體系、運行管理體系。

2.1 六個層次模塊

2.1.1 基礎設施層 基礎設施層是為實現(xiàn)管理監(jiān)控、獲取數(shù)據(jù)、提供服務等功能而搭建的基礎設施。如 3S技術（即 GIS、RS、GPS技術）、虛擬現(xiàn)實技術（VＲ）、多媒體技術和互聯(lián)網(wǎng)技術（Web）[2]都依托于基礎設施層完成具體任務，其中，自然保護區(qū)基礎設施層中硬件設施主要有衛(wèi)星、無人機、三光一體化云臺攝像機、紅外相機、氣象站自動監(jiān)測設備、病蟲疫監(jiān)測設備等，以及云主機、云存儲、云安全、云平臺及基礎的網(wǎng)絡（如光纖等）?；A設施層是自然保護區(qū)的“眼”和“腳”，是自然保護區(qū)實時了解自然保護區(qū)內(nèi)現(xiàn)狀、適時掌握區(qū)內(nèi)重點保護對象現(xiàn)狀、動態(tài)和威脅因素的實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取、實施管理監(jiān)控、獲取保護區(qū)內(nèi)數(shù)據(jù)的基礎。

2.1.2 數(shù)據(jù)中心 數(shù)據(jù)中心是智慧平臺建設的核心，是對太子山自然保護區(qū)內(nèi)各類公共基礎數(shù)據(jù)、調(diào)查監(jiān)測數(shù)據(jù)、專業(yè)專題數(shù)據(jù)、防災防治數(shù)據(jù)庫的建設，并通過計算機與網(wǎng)絡構建信息交換平臺，從而使管理平臺內(nèi)的子系統(tǒng)進行信息/數(shù)據(jù)的傳輸及共享，最大程度地提高信息資源的利用率，實現(xiàn)智慧管理平臺建設的基本目標。因此，自然保護區(qū)需要建設完善數(shù)據(jù)中心，并完成數(shù)據(jù)的抽取、集中、加載、展現(xiàn)，搭建統(tǒng)一的數(shù)據(jù)處理和交換平臺?？梢哉f，數(shù)據(jù)資源中心是太子山自然保護區(qū)的“血液”，只有通過智慧管理平臺對自然保護區(qū)內(nèi)四大類數(shù)據(jù)庫內(nèi)的各類數(shù)據(jù)不間斷的采集、加工處理、存貯和交換等，才能使自然保護區(qū)“活躍起來”。

2.1.3 應用支撐層 應用支撐層是太子山自然保護區(qū)內(nèi)GIS平臺、人工智能、loT集成環(huán)境，將分散、異構的應用和信息資源進行聚合，通過統(tǒng)一的訪問入口，實現(xiàn)結構化數(shù)據(jù)資源、各種應用系統(tǒng)跨數(shù)據(jù)庫、跨系統(tǒng)平臺的無縫接入和集成，提供一個支持信息訪問、傳遞，以及協(xié)作的集成化環(huán)境，可以說，它是智慧管理平臺的“經(jīng)脈”，是基礎設施層與數(shù)據(jù)中心鏈接的樞紐，是實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)傳輸及共享得以高效、穩(wěn)定、安全的關鍵所在。

2.1.4 業(yè)務應用層 業(yè)務應用層是通過聯(lián)接網(wǎng)絡系統(tǒng)的應用軟件服務器，如Oracle各類數(shù)據(jù)庫服務器、SOA服務、B/S結構的WEB服務器等，用多種技術來增強應用平臺的安全。將太子山自然保護管理局各業(yè)務科室的系統(tǒng)進行匯聚、整合，構建一套業(yè)務處理窗口。業(yè)務應用層包含林長制管理、資源監(jiān)測管理、生態(tài)監(jiān)測管理、林業(yè)資源普查、森林可燃物調(diào)查管理系統(tǒng)等5個部分，并且將原有已建系統(tǒng)如視頻監(jiān)控系統(tǒng)、生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、林業(yè)資源普查系統(tǒng)、生物多樣性信息采集系統(tǒng)、無人機飛行管理系統(tǒng)等與外部鏈接，同時在數(shù)據(jù)中心板塊建設相關功能模塊，進行數(shù)據(jù)匯聚。業(yè)務應用層構成自然保護區(qū)的“器官”，飾演不同的角色、提供各自的服務，讓森林公園的運轉變得更加協(xié)調(diào)并具有更強的生命力。

2.1.5 平臺展示層 搭建“一張圖”為基礎的太子山智慧管理平臺，圍繞服務自然保護區(qū)生態(tài)和保護區(qū)管理目標，實現(xiàn)自然保護區(qū)各類數(shù)據(jù)監(jiān)測、林業(yè)資源管護、生態(tài)保護修復、災害預警等多項業(yè)務應用。伴隨這些業(yè)務流程，建立自然保護區(qū)內(nèi)各類數(shù)據(jù)動態(tài)更新機制，實現(xiàn)保護區(qū)內(nèi)生物資源數(shù)據(jù)從本底調(diào)查（基況監(jiān)測）、變化采集（年度監(jiān)測）到年度更新（檔案更新）全流程的變化管理和更新?！耙粡垐D”相當于自然保護區(qū)的“臉”，可以讓管理者、護林員、業(yè)務工作者、科研人員一目了然地了解到保護區(qū)內(nèi)信息的基本情況，使自然保護區(qū)的管理走向數(shù)字化、智能化、信息化。

2.1.6 用戶層 自然保護區(qū)內(nèi)部門管理者、業(yè)務工作者、護林員、相關科研人員通過人機交互層（用戶層）系統(tǒng)與終端用戶的接口，利用移動設備（手提電腦、手機、平板、衛(wèi)星電話等）和靜態(tài)設備（計算機、服務器等），通過有線或無線網(wǎng)絡進行信息服務，從而完成工作任務。

2.2 四大體系模塊

2.2.1 政策法規(guī)制度體系 構建智慧管理平臺，僅依靠大數(shù)據(jù)框架的應用推進依托是不夠的，還需要提供相關的配套政策法規(guī)制度保障。一是制定適應智慧管理平臺的行政管理新的政策和法規(guī)制度，建立林業(yè)數(shù)據(jù)管理和整合機制的新制度，并依法嚴格管理，進行科學決策。二是制訂智慧管理平臺的數(shù)據(jù)開放與共享政策法規(guī)，明確林業(yè)數(shù)據(jù)不同的開放范圍、用途限制、公開方式、公開程序，規(guī)劃公開數(shù)據(jù)指引，完善分級評估數(shù)據(jù)策略。三是制定林業(yè)隱私保護和數(shù)據(jù)質(zhì)量管理政策法規(guī)制度。制定專門的數(shù)據(jù)標準和管理制度，建立規(guī)范的數(shù)據(jù)管理流程，構成一個綜合的數(shù)據(jù)質(zhì)量管理體系，制定數(shù)據(jù)質(zhì)量測量的統(tǒng)一標準，完善質(zhì)量管理流程，以確保數(shù)據(jù)的真實。四是制定數(shù)據(jù)基礎支撐環(huán)境政策與規(guī)劃，確保林業(yè)大數(shù)據(jù)云計算運行環(huán)境良好，分布式云存儲環(huán)境，多服務器的存儲資源高性能、高可靠性。

2.2.2 安全保障體系 網(wǎng)絡及數(shù)據(jù)安全智慧管理平臺得以順利實施的前提是安全保障體系，平臺數(shù)據(jù)及平臺部署在云服務器上，從整體架構、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)運維以及云上數(shù)據(jù)安全多個層面，為數(shù)據(jù)提供了全方位的安全防護。主要有五個方面的內(nèi)容：一是精細化的權限管理，保障數(shù)據(jù)訪問的安全。訪問權限的管理是一種有效的數(shù)據(jù)保護方式，讓數(shù)據(jù)更加安全。二是多種數(shù)據(jù)加密方式，保障數(shù)據(jù)全鏈路安全。數(shù)據(jù)加密是最常用的數(shù)據(jù)安全方式，可以在源端、備端以及傳輸渠道進行加密。三是操作記錄可追溯，保障異常行為有跡可查。四是強大的備份與容災能力，有效抵御勒索病毒。病毒是對數(shù)據(jù)安全造成危害最大的一種黑客攻擊行為，機房故障、自然災害、人為誤刪除等原因也會造成數(shù)據(jù)安全風險和業(yè)務中斷。五是存儲與AI的融合創(chuàng)新。保護數(shù)據(jù)隱私的AI安全技術是在分布式計算和信息安全范疇上進行的，為網(wǎng)絡協(xié)作計算提供一種新的計算模式?？梢酝ㄟ^多種技術結合保護數(shù)據(jù)安全，包括安全多方計算、差分隱私、動態(tài)加密、加密搜索與計算等。云存儲產(chǎn)品正在基于人工智能等相關技術，驅動存儲數(shù)據(jù)安全治理邁向自動化、智能化。

2.2.3 標準規(guī)范體系 自然保護區(qū)智慧管理平臺標準規(guī)范體系，主要涵蓋智慧自然保護區(qū)業(yè)務功能規(guī)范、數(shù)據(jù)規(guī)范、技術規(guī)范、集成規(guī)范、接口規(guī)范、基礎設施規(guī)范、安全架構規(guī)范等，用于指導智慧管理平臺信息系統(tǒng)建設所需的詳細標準和規(guī)范制定及完善。另外，一般的規(guī)范并不是單獨存在的，而是包含在其他的標準中，如安全架構規(guī)范一般不單獨存在，通常都附屬于網(wǎng)絡、技術等規(guī)范中。

2.2.4 運行管理體系 自然保護區(qū)智慧管理平臺的建設與運行，需要高素質(zhì)的專業(yè)人才進行維護管理，建立有效的信息化教育培訓體制和激勵機制，以促進信息系統(tǒng)建設和應用的實施。系統(tǒng)的正常運轉，需要業(yè)務及管理人員能熟練應用相關信息系統(tǒng)，確保平臺各環(huán)節(jié)運轉正常。系統(tǒng)的日常維護能保證平臺系統(tǒng)正常、可靠運行，讓系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。

3 結束語

在全面推進自然保護區(qū)智慧管理的進程中，需要管理人員積極拓展智慧林業(yè)應用場景，探索創(chuàng)新森林資源管理模式，為不斷提升森林生態(tài)系統(tǒng)功能，提高管理效益、生態(tài)效益與經(jīng)濟效益，為率先實現(xiàn)綠色崛起提供技術支撐。

參考文獻

[1] 馬志宏.淺析太子山自然保護區(qū)野生動植物保護現(xiàn)狀及研究方向[J].林業(yè)科技，2022（3）：132-134.

[2] 魏海林， 魏東川，張凌濤.森林公園智慧管理平臺的構建[J].西南林業(yè)大學學報（社會科學），2020（6）：39-44.

作者簡介：張賢成（1985年—），男，漢族，本科學歷，工程師，從事自然保護區(qū)信息化建設工作。