大数据在自然保护地中的运用

王奕文，唐晓岚,2，徐君萍，陈 庆，唐芳林

（1.南京林业大学 风景园林学院，南京210037；2.南京林业大学 中国特色生态文明建设与林业发展研究院，南京 210037；3.国家林业和草原局 昆明勘查设计院，昆明 650216）

随着新媒体技术的不断发展，大数据时代逐渐出现并影响着人们的生活。迄今为止，已有学者针对大数据的利用进行了探索。舒怀（2014）[1]利用“百度迁徙”大数据，分析了包括区域、范围、流量等一系列全国人口迁徙情况。唐晓岚等（2017）[2]通过大数据提出了建立网络化的长江流域大廊道基础设施的构想。

目前，专门将大数据运用于自然保护地中的研究成果较少。利用大数据对自然保护地进行综合运用，能从数据的视角，将自然保护地的生态、旅游、环境友好、文化等价值通过量化的方式呈现出来，得到更加直观的分析和结论。近年来，随着规划编制的开展，大数据逐渐形成了“海量化、实时化、全民化、智能化、协同化、动态化和精细化”更为直观更为准确的数据化特征。本文期望选取大数据研究能对当前正处于探索阶段的自然保护地的保护和开发具有一定的参考。

1 既有自然保护地在大数据应用方面存在的不足

近年来，全球环境恶化严重，城市化发展迅猛，人们对自然保护地的生态意识开始觉醒。1979—2013年间，自然保护地历经24年的高速发展期，数量和类型得到了充分发展，但质量和管理存在结构性缺陷。质量上，自然保护地的空间网络尚未完整，孤岛化破碎化现象严重，大部分边界的划定没有经过充分的科学论证和完整性分析；管理上，尚未形成协同高效的自然保护地体系，存在部门之间竞相圈地，重设立、轻管理，一地多名，多头管理，立法质量不高或法律法规之间矛盾冲突等[3]。难以满足我国生态保护、旅游发展等要求。由此，本文产生了将大数据应用于自然保护地的构想，并分析了传统自然保护地的政策、行业规范、管理、经济、信息化网络数据等几个方面在大数据方面的不足之处。

1.1 自然保护地中针对大数据的应用政策导向不明

过去，自然保护地通常以行政区划和“山、水、林、田、湖、草”生态系统要素作为划分的依据和标准。但是这些政策使得生态系统的空间和结构完整性被分割，导致目前有关自然保护地的大数据的信息分布不均匀，部分偏远地区的自然保护地的数据基础较弱，数据完整度不高、信息共享不足，影响了自然保护地划分的科学性。IUCN提出的分类系统由于定义模糊,无量化标准,而保护地的属性常常存在非唯一属性等问题[4]。也导致了现有自然保护地尚未实现科学系统的分类模式。

1.2 自然保护地中针对大数据的行业规范标准不统一

在规范上，我国自然保护地的数据尚未建立统一的行业规范标准、数据库和信息管理平台。各部门针对自然保护地的管理和评估一般采取自愿申报原则，部分值得被保护的地区尚未被纳入保护体系，如目前只有27%左右的自然保护地内部重点生态功能区被纳入国家的规划范围内。在信息技术上，自然保护地的数据的信息基础设施、数据管理和数据共享平台尚未完善，各部门之前信息系统联系不够紧密，“信息孤岛”依旧存在，数据的客观性有待商榷。未来，大数据产业需要向规模化、创新化和高端化发展，优化技术创新环境、建立大数据产业基地和信息库显得尤为重要。

1.3 自然保护地中针对大数据的环境容纳量模糊

如今，在经济的高速发展之下，我国对自然保护地的环境容纳量有所忽视。少部分自然价值丰富且生态环境异常脆弱的区域，环境容纳量较小，需要完全禁止人为干扰；环境容纳量较大的，包括含人类足迹、文化遗产丰富的地区可以适当开展旅游、科研、文化等方面的活动。忽视自然保护地的环境容纳量会造成如运营人数超载、安全设施损坏较快、淡旺季差距明显、交通拥堵、设施维护、文化资源破坏等严重的后果，无形之中给自然保护地的生存的发展带来了巨大的压力。

1.4 自然保护地中针对大数据的绩效管理内容不准确

对于自然保护地良性循环和可持续发展来说，数据的融合、归纳是重中之重。利用系统的自然保护地大数据，可以清晰地了解自然保护地的经济、交通、环境容纳量、基础设施等多个个体和单元的关系的作用。而我国自然保护地由于缺少国家统一性的目标管理框架和系统性的数据归纳整理[5]，导致自然保护地大数据绩效管理的执行力薄弱，管理者对绩效管理重视不足。如偏远地区的自然保护地规划和决策往往会不自觉地套用城市规划管理办法，这样的方法既不能容纳偏远地区自然保护地的所有内容，也不能对其进行针对性的规划和管理；某些自然保护地虽然积累了数量客观的信息资源，但是没有形成系统的数据库平台，缺乏科学有效的信息共享机制，碎片化的信息成为了自然保护地可持续发展的巨大障碍。

1.5 自然保护地中公众参与的大数据不足

目前，虽然我国正在不断强化自然保护地“重管理、轻治理”的治理方式，但是公众参与能力却在被不断削弱。首先，尽管在自然保护地建设中已有一定程度的公众参与，但是，在面对一些面向公众的宣传平台时，依然存在一种事后的、被动的参与。如由于宣传平台尚未与公众保持相对紧密的环境，公众无法深入了解相关保护地的旅游信息和基础资料等；某些保护地尚未将已有的新兴科技产品的社交平台（APP、微信、微博等）纳入自然保护地的公众参与体系中等。此外，政府网站或自然保护地的宣传网站维护较少、信息更新缓慢，公众留言信箱形同虚设，意见建议无人回复也是公众参与度较低的原因之一；其次，国家尚未培养大量自然保护地与大数据相关方面及行业的高精尖的技术人才，尚未建立起行之有效的人才培养机制。为此，挖掘并培养信息与通讯工程、计算机等专业领域的大数据复活型人才尤为重要，公众的积极度未被带动。为了扩大公众参与范围，鼓励万众创新，也为了让其更好地学习大数据与自然保护地的相关知识，政府应该鼓励并支持人们充分运用手机、电脑、电视等智能产品，积极对自然保护地的建设和管理建言献策。

1.6 自然保护地的信息数据缺乏动态性

自然保护地的规划情况伴随着城市化的演进、经济社会的发展而不断改变，这背后存在着复杂的地理数据信息的动态变化。社交媒介积累的数据信息不断壮大，但是却并没有被受到合理的重视，导致自然保护地的数据更新换代频率不高。研究者通过从社交网络掌握有关自然保护地的时间、空间、图文等信息的难度较大，对游客的行为活动、心理变化进行跟踪研究也较为困难，对数据的动态调查、整理、修正、比对和应用更加不易。

2 国家公园为主体下的自然保护地建设对大数据的需求

国家公园体制的建立时间较长。它的概念首次在2013年的党的十八届三中全会上被提出。2015年，中共中央、国务院印发的《生态文明体制改革总体方案》对其提出了具体要求：“加强对重要生态系统的保护和利用，改革各部门分头设置自然保护区、风景名胜区、文化自然遗产、森林公园、地质公园等的体制”，“保护自然生态系统和自然文化遗产原真性、完整性”。2017年9月26日，中共中央办公厅、国务院办公厅印发了《建立国家公园体制总体方案》并向社会公开，标志着我国国家公园的底层设计初步完成，国家公园建设开始由理论逐渐转变为实践。

2.1 利用大数据可以实现自然保护地融合发展

在保护地领域，人们逐渐意识到一个“孤立”存在的保护地、一种单一的保护模式远远不足以应对大数据背景下的自然保护地发展趋势。大数据在自然保护地中的运用涉及的不是一项单纯的工作方式，其背后隐含着的是庞杂而繁复的系统工程，需要依靠多方支持。过去对于保护地“一肩挑”的管理模式也不能适应如今社会经济发展的需要。

保护地成熟的发展模式使得更多国家选择将自然保护地逐步组成有机整体。2015年1月《关于印发建立国家公园体制试点方案的通知》提出将在9省开展为期3年的国家公园体制试点。2016年12月《自然资源统一确权登记办法（试行）》第二十五条中提出“自然资源确权登记信息要纳入不动产登记信息管理基础平台”互通互享等。2017年9月《建立国家公园体制总体方案方案》第十一条指出，要构建国家公园自然资源基础数据库及统计分析平台。2018年3月，国务院提出了组建新的“自然资源部”并重点提出进行自然资源统一确权登记的改革等[6]。我国组建自然资源部，统一管理自然资源，彻底终结了过去的管理过程中出现的重复调查、规划、管理的状况，平息了各部门间矛盾、掣肘、摩擦等局面。国家种种举措的背后，目的不仅在于解决曾经“九龙治水”的历史遗留问题，而且将自然保护地的管理体系提升至了新的台阶，使运用于自然保护地的大数据登上历史舞台，对健全自然资源监管体制、理清国家公园的资源数量有着积极和重要的意义。

近年来，我国加强国家公园的规划建设，带来自然保护地的一系列的连锁反应，自然保护地的发展速度、质量、数量都在稳步提升中，为科研、公众、教育、文化、生态等各方面都提供了更多的发展空间。网络大数据的融合，能够汇聚不同类型的自然保护地的社会服务价值，为自然保护地进一步的改造和规划提供针对性的决策和依据；能够从宏观上反应各类型自然保护地的空间分布和时空变化，能够了解世界各地对于不同自然保护地的使用评价等。

2.2 利用大数据可以实现自然保护地科学分级和分类

在提出建设国家公园体制之前，我国单一类型的自然保护地体系建设较早。且建设的分类和管理主要以定性为主，优先保护环境较为脆弱的保护地，部分则通过研究保护地受干扰程度划分和管理保护地体系。目前，我国自然保护地保护了近90%的陆地生态系统类型，其中有130多种重点保护的野生植物栖息地和300多种重点保护的野生动物。这样“优先补短板”的保护和管理模式，不能应对如今面积广、数量多的保护地管理体系。

在国家公园体制背景下转变保护地规划理念，以加强自然生态系统的整体性和原始性为基础，以实现国家所有、全民共享、世代传承为目标，有利于保护地理顺管理体制，创新运营机制，健全法治保障，强化监督管理[7]。有利于建立保护详实、分类有效的自然保护地体系。

为此，我国相关研究者和政府贯彻自然资源部的科学理念，对自然保护地提出科学分级和分类的需求。整合分散的自然资源，统筹自然保护地内各自然生态要素。为保证完整和系统的生态系统管理模式，相关研究者也从自然保护地的整体保护、系统修复、综合治理等方面的理念和实践上下足了功夫。如利用大数据对秦岭风景名胜区、森林公园、地质公园等各类自然保护地进行数据的整合和分类，建设秦岭国家公园，这一模式值得其他国家公园进行借鉴和参考[8]。

2.3 利用大数据可以实现一张蓝图的需求

多规合一的概念于2014年由国家发改委、国土资源部、环保部和住建部共同提出，是指统筹并整合多种规划，包括城乡规划、土地利用规划、经济社会发展规划和生态环境保护规划等。使“多张蓝图”变为“一张图”，实现“一张蓝图”绘到底。这与自然资源部成立的意义相似，使命相当。

目前我国自然保护地现行规划类型较多，又分别由不同部门负责，而各自然保护地又归于不同部门管理，使得部门之间权责交织，部门割裂，碎片化现象严重。利用“建立国家公园”这个难得的契机，能够全面、系统、根本地优化中国的自然保护地管理体系和空间网络，改进自然保护地的发展过程。如为自然保护地建立一套完整规范的管理体系；减弱管理部门割裂、多头管理、碎片化现象；科学和系统地划分自然保护地；加强公众参与度等。

为了响应自然资源部的号召，在中央层面，需要整合部门编制的各类保护地空间性规划，建立统一规范的自然保护地空间规划体系，实现“一张蓝图绘到底”。在地方层面，则需要探索完善市县自然保护地空间规划体系，建立空间信息平台，满足经济社会发展和生态环境保护对自然保护地空间规划的需求[9]。

3 大数据在自然保护地建设中的作用

3.1 对自然保护地的调查、分类及保护更加完善

大数据通过收录自然保护地的数量、大小及已有的自然资源，保护并分类已有的自然资源，改善并维持自然资源数量和质量,建立山水林田湖系统保护数据库，有针对性自然保护地进行建设和优化。利用GIS等技术分析、叠加和统计自然保护地内的土地利用类型、植被种类和覆盖率、生物多样性等数据，从而确定自然保护地的风景保护级别并加以针对性保护。如郭子良与崔国发等（2017）[10]通过遥感解译等分析方法对内蒙古阿鲁科尔沁国家级自然保护区2004—2014年的保护成效进行了研究。同时，一些保护地内部的养护人员通过大数据对其需要重点养护的动植物资源进行调查分类，为古树名木等进行定期的养护，诸如施肥、治虫等；管理人员依靠大数据对未来恶劣气候以及病虫害进行预测，适时地减缓并防治了恶劣气候对自然保护地内部自然环境和基础设施的危害[11]。

3.2 对准自然保护地的调查与评估更加精准

贯彻“绿水青山就是金山银山”的科学理念，大数据通过预测潜在自然保护地的保护价值，将平时不为人知的自然资源放大至公众的眼前。例如，智能手机的拍照功能，可以将大量的风景照片传输到网络，便于全世界的人们浏览欣赏，有些地区甚至是难以被发现的需要设置自然保护地的区域；不仅如此，这些照片还具有地理编码或者位置信息(geotagged photos)，便于定位和进行现场调研。包括具有独特保护价值的自然生态系统、江河湖海的源头、地质条件丰富、生物多样性独特和开发强度较低的区域和自然资源完整但生态风险较高的区域等区域，并针对此，研究出一套针对潜在自然保护地管理方法和规划对策。

3.3 对自然保护地的环境质量评价更加周详

利用大数据可以从景观环境评价、自然生态环境评价、服务环境评价、社会文化环境评价及信息环境评价等5个方面为相关基础评价数据内容进行挖掘和采集[12]。目前，我国的科研院所已经储存了大量有关保护地的科学性评价数据，如使用遥感影像数据、视频监控数据、环境参数传感数据等动态监测数据，记录目标对象反射或发射电磁波信号来获取场地信息[13]，包括对场地自然环境（温度、湿度、降水等）进行监测，但是由于缺乏公众参与，导致观测者难以捕捉公众对保护地方面的环境质量评价。由此，大数据通过使用Digital Globe卫星影像（分辨率0.5m/像素）、BCL实验室提供的当年新浪微博POI数据、大众点评网中对自然保护地的相关评价信息ENVI5.1和Arc-GIS10.2软件等来进行分析和评价[14]等为公众方面的环境质量评价数据进行了补充。从而拟定出官方及民间相结合的规范统一的自然资源调查监测评估体系。

3.4 对自然保护地的环境容量计算更加精细

近年来，由于人类活动的挤压，环境能够承载的最大容纳量已经逐渐逼近临界值。各科学院和研究所通过评价和跟踪大数据，结合民间数据，得出自然保护地环境容量具体临界值的范围，进一步加深了环境容量计算的精细程度。自然资源部通过组织拟订自然资源发展的规划和战略，制定资源开发的利用标准，建立政府公示的自然资源价格体系，实现自然资源部提出的对自然资源进行合理开发利用。利用大数据对自然保护地环境容量进行测算，不仅能够得到较为科学准确的网络数据，包括自然保护地之间网络联通性的数据等，使人们明确对自然保护地的开发和定价，还能为环境容量已经或尚未饱和的自然保护地从路径和通道等方面提供相对应的对策和做法。

3.5 对自然保护地的基础设施设置更加科学

大数据不仅能帮助我们界定自然保护地内部基础设施的范围、大小、数量，还能够帮我们形成保护地体系基础设施的范围、大小、数量，使得保护地道路容量等基础设施配比更为科学，也能更为直观地了解到基础设施的瓶颈，即时地看到某些基础设施的更新和改造，识别出不符合自然保护地要求的设施。对于重大基础设施如“多规合一”、交通系统规划等各类专项规划中涉及空间区位的部分，可以通过叠加分析和拓扑分析得出各类专项规划中重叠的部分，随时修正。另外，通过3S技术中的可视化功能，对可见的基础设施进行评估，确定是否会对自然保护地周围的环境、自然保护地保护功能的正常发挥以及未来的自然保护地发展产生一些负面的结果[15]。

3.6 对自然保护地的空间利用组织更加合理

利用大数据建立自然保护地空间规划体系并监督实施。通过利用遥感等监控数据以及GIS、CAD、无人机等软件和机械设备，构建保护地的立体模型，合理地对道路进行布设和分级处理。划定边界区域的范围，如生态保护红线、农田、城镇开发等边界控制线，组织并构建自然保护地内部的三生空间布局。增强一级保护区和二级保护区的空间关联，逐步解决资源被破坏、建筑物利用不合理等问题。通过GPS定位型号投影至GIS环境模拟自然保护地旅游区的内部车辆及人群的轨迹及通信行为等数据，如唐晓岚等（2019）[16]以安徽省国家级风景名胜区的网络游记为基础数据对安徽省国家级风景名胜区的游客行为方式进行了研究。

3.7 对自然保护地的生态安全保障更加有效

从前我国保护地发展并不成熟，尚未出台系统规范的保护标准。目前，至自然资源部成立，我国提出了负责统筹国土空间生态修复，包括自然保护地空间综合修整等修复工程，以及组织编制有关自然保护地的防灾减灾规划体系、地质灾害防治规划体系，并适当建立防护标准。利用物联网、3S技术、便携式终端和4G移动通信技术等保障自然保护地内的一、二级保护动物以及相关保护区的生态安全；采用GPS技术对自然保护地内生态较为敏感的栖息地进行准确定位；对已存在潜在生态安全威胁的重点保护区域进行数据传输、并重点观察；采用智能传感器收集自然保护地内各种环境参数等种种操作。使得在自然保护地的生态环境的安全性和稳定性逐渐得以恢复。

大数据如今已经在许多国家及各行各业普及并推广，国家公园体制和自然资源部的建立，既是将大数据运用于自然保护地的契机，也是挑战。与此同时，互联网的飞速发展使得人们对大数据的关注度和使用度逐渐增加，社交网络的广泛运用使得公众也可以广泛参与到大数据的应用中，更多的人开始换位思考，另辟蹊径，从大数据的角度探讨解决自然保护地问题的可能性。未来，期待能出现一套完整的体系以涵盖所有的基于大数据分析在自然保护地中的运用，使得保护地规划变得更加全面和具体。