智慧自然保护地白皮书

生态文明建设，实现人与自然和谐发展，对人类文明发展进步具有十分重大的意义。面对全球生物多样性丧失和生态系统退化的挑战，中国坚持在发展中保护、在保护中发展，提出并实施生态功能区划、生态保护红线划定等重要举措，不断推进以国家公园为主体的自然保护地体系建设，协同推进生物多样性保护与绿色发展，生物多样性保护取得显著成效。

自然保护地是生态建设的核心载体、中华民族的宝贵财富、美丽中国的重要象征，在维护国家生态安全中居于首要地位。近年来，中国积极推动构建以国家公园为主体、自然保护区为基础、各类自然公园为补充的自然保护地体系，为保护生物多样性、保存自然文化遗产、改善生态环境质量和维护国家生态安全奠定了坚实基础。

随着5G、物联网、大数据、云计算、人工智能等信息技术兴起和日臻完善，新兴数字技术广泛应用于监测和管理成为自然保护地在发展进程中顺应时势的必然选择。与此同时，《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》、《全国自然保护地发展规划（2021—2035年）》都将建设智慧自然保护地作为一项重要任务，并指明了智慧自然保护地的应用场景和建设方向：建设自然保护地“天空地一体化”监测监管网络体系和平台，加强资源环境和生物多样性监测。

我们欣喜地看到，众多自然保护地特别是部分国家公园及国家公园体制试点区已经开始积极利用信息技术，打造新兴数字技术与自然治理相结合的智慧化管理模式。同时，伴随着技术变革，新兴数字技术正在打破和重构传统的自然保护地管理方式，建立以大数据驱动的自然保护地科学管理模式。

在自然保护地智慧化建设方兴未艾的大背景下，中国林业科学院、IUCN中国代表处和华为合作，共同开发了《智慧自然保护地白皮书》，可谓恰逢其时。白皮书在深入了解自然保护地发展需求的基础上，通过借鉴新一代数字技术在不同场景的成功应用经验，针对智慧自然保护地建设中的多种需求和挑战，提出了具体可行的智慧化方案架构建议。衷心希望白皮书的出版能为关心自然保护地智慧化建设的管理者、参与者、使用者等各方提供参考和借鉴，共同为构建以国家公园为主体的自然保护地体系提供科技助力和赋能，积极促进我国新时代自然保护事业的蓬勃发展。

新环境：良好政策环境，为智慧自然保护地指引清晰方向

近年来，国务院颁布了一系列与国家公园相关的政策，推动建立以国家公园为主体的自然保护地体系。与此同时，系列政策对自然保护地/国家公园的信息化、智慧化建设提出不同阶段和不同层次的要求，为自然保护地/国家公园智慧化建设创造了良好的政策环境。

2019年，中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》中提出，将建设智慧自然保护地作为一项重要任务，并指出智慧自然保护地的应用场景和建设方向：“利用高科技手段和现代化设备促进自然保育、巡护和监测的信息化、智能化；建设各类各级自然保护地‘天空地一体化’监测网络体系，充分发挥地面生态系统、环境、气象、水文水资源、水土保持、海洋等监测站点和卫星遥感的作用，开展生态环境监测；依托生态环境监管平台和大数据，运用云计算、物联网等前沿技术，加强自然保护地监测数据集成分析和综合应用。”

2022年，国家林草局、发改委、财政部、自然资源部、农业农村部联合印发了《国家公园等自然保护地建设及野生动植物保护重大工程建设规划（2021—2035年）》，明确将物种监测监管系统建成、信息化管理水平提高作为我国自然保护地建设和野生动物保护未来15年的目标任务之一。同时，国家林草局印发的《国家公园管理暂行办法》提出，国家公园管理机构应当充分运用现代化技术手段，提高管理和服务效能，推动国家公园实现智慧管理和服务。同年公布的《国家公园法（草案）》（征求意见稿）指出“国务院林业草原主管部门会同国务院有关部门建立全国国家公园天空地一体化监测体系，利用先进科学技术手段，科学布局监测站点，开展综合监测评价，实现国家公园的动态监测和智慧管理。国家公园管理机构应当对国家公园范围内的自然资源、自然生态系统和特定保护对象进行监测，开展生态风险评估预警和人类活动影响分析，与有关部门共享监测数据，定期发布监测评估报告”。

新要求：自然保护地的科学设计和科学管理需求，为智慧化建设提出明确要求

自然保护地建设预定目标的达成需要科学合理的设计和管理。其中，科学设计包括自然保护地的位置适宜性；分区及廊道和缓冲区的设置和管理等；自然保护地管理，即在获取最佳生态效益的前提下争取最大的社会经济效益，具体包括自然保护地的生态目标管理（物种、群落与生态系统结构与功能的保护）、科研管理、行政管理、对外宣传、旅游管理等。

为了保证自然保护地设计和管理的科学性，保护地管理者应综合考虑保护地资源和主要保护对象是否得到全面监测，面临的威胁是否得到有效缓解；各种类型的自然资源和文化资源是否得到有效管理；与当地社区的接触是否充分，社区参与及共管是否达到优先解决争端的目的；对当地社区造成的影响及对当地社会经济的影响程度是否得到评估等多个方面的因素。向内需充分探求管理机构和保护地所需的人员、资金、装备和设施等的充分性；同时，也需定期针对开展的管理活动检查目标的实现程度，以及工作计划和安排的贯彻和落实情况，并监督这些管理活动按计划推进。

综上所述，保护地的科学设计和科学管理需求为自然保护地的智慧化建设提出明确的方向，即智慧自然保护地需建立在全面获取完备数据的基础上。首先，通过新兴技术手段支撑科学研究和管理，帮助自然保护地落实保护行动，以提升保护价值、缓解威胁；其次，通过协助制定适应的管理计划，争取相关的投入；然后基于科学的管理，实现管理目标，再次确定需要提升保护价值的目标和活动，如此达到保护管理的循环。这一保护管理的循环过程即为通过智慧化方式达到获取数据、控制和有效阻止威胁的目的，从而使自然保护地保护价值增值的过程。

新动力：技术快速发展和相关方多层次需求，驱动智慧化建设成为必然

以云计算、物联网、大数据、人工智能、5G等为代表的新兴技术正在全球呈现日益加速的发展趋势，智能终端、新型传感器、无人机设备等也得以迅速发展和深入应用。前沿技术已逐步试验和落地，快速渗透到不同的领域、行业以及人们的日常生活中，并由此催生出各领域的数字化转型以及众多新兴的创新管理模式和应用场景。伴随着智慧园区、智慧校园、智慧交通、智慧城市的不断发展和成熟，科技的应用条件日趋完备，未来新兴技术手段势必会为国家公园的建设和管理提供新的解决方案，帮助解决国家公园等自然保护地建设和管理过程中的难题。

2017年中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《建立国家公园体制总体方案》提出，国家公园倡导国家主导、共同参与原则，应建立健全政府、企业、社会组织和公众共同参与国家公园保护管理的长效机制，探索社会力量参与自然资源管理和生态保护的新模式。随着国家公园体制试点建设的逐步完成和国家公园体制建设日益完善，各相关方在以国家公园为主体的自然保护地体系的建设和管理中将会承担更多责任，也将会有更多相关方参与自然保护地的建设和管理，从而带来更为现实的需求和多层次的要求。相关方快速增长的需求也加快了自然保护地智慧化建设的节奏，将作为自然保护地智慧化发展的重要着力点。

《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》指出“建立国家公园等自然保护地生态环境监测制度，制定相关技术标准，建设各类各级自然保护地“天空地一体化”监测网络体系，运用云计算、物联网等信息化手段，加强自然保护地监测数据集成分析和综合应用，全面掌握自然保护地生态系统构成、分布与动态变化，及时评估和预警生态风险，并定期统一发布生态环境状况监测评估报告。对自然保护地内基础设施建设、矿产资源开发等人类活动实施全面监控”。

自然保护地智慧化发展历程

自然保护地智慧化的发展可以追溯到自然保护区的智慧化发展过程。从数字化到信息化再到智慧化，自然保护地智慧需求随着以国家公园为主体的自然保护地体系建设逐步深化。整体而言，根据智慧化建设的主要工作，自然保护地智慧化的发展可以分为三个阶段。

第一阶段是数据库建设阶段，保护区将基础地理信息、基本生物资源资料、主要管理档案进行数字化管理，将其边界、功能区划、主要保护物种、植被、水文及主要威胁和保护活动在地图上标示出来，利用地理信息系统软件建立自然保护区基于地理空间信息系统，如在国家级自然保护区规划中要求上述资料作为附图（自然保护区总体规划技术指南，2011；自然保护区建设标准，2018），在早期全球环境基金（GEF）项目支持的中国保护区管理项目都将保护区资料数字化，建立生态本底图作为重要内容，如林业可持续发展项目—自然保护区管理，开展项目的保护区有湖北神农架、四川唐家河等，广西保护区管理项目中保护区生态本底图建设制作，国家级的风景名胜区也提出了数字化具体要求。

第二阶段是信息系统建设阶段，这一阶段随着国家信息化规划，原国家林业局在十一五、十二五、十三五规划中，以及2011、2012、2013年相继出台的政策中加强了林业信息化的规定¹ ，逐步建立起功能齐备、互通共享、高效便捷、稳定安全的林业信息化体系，促进林业管理科学化、办公规范化、监督透明化和服务便捷化，提升林业信息化水平。自然保护区信息化也被纳入其中，并开始利用信息化平台，将监测数据建设为异构信息系统和保护区信息化管理平台，如青海湖保护区与中国科学院合作建立了监测和科学研究数据系统。这一阶段代表性工作是长青、大青山、长白山、卧龙等保护区的自然保护区信息系统平台。

第三阶段是智慧化管理试点阶段，2015年，林业“十三五规划”基本上明确了“互联网+”林业的发展模式，也就是智慧林业的发展模式，充分利用云计算、物联网、移动互联网、大数据等新一代信息技术与林业各项业务深度融合、创新发展，打造林业建设和创新的新模式。2021年野生动植物保护与自然保护地建设工程规划中，将天空地一体化监测作为国家公园和保护区的核心建设目标。很多自然保护区如卧龙、青海湖、后河开始了智慧化管理尝试。国家公园试点都将智慧化管理作为其中的核心内容，极大地促进了智慧国家公园的发展。三江源、大熊猫、东北虎豹、海南热带雨林、武夷山等5个正式成立的国家公园都将信息化、智慧化管理作为国家公园的优先工作。

自然保护地智慧化现状

近年来，中国已开始使用智慧化手段实现对自然保护地的精细管理，各国家公园也积极开展信息化建设，探索智慧化手段应用，尤其通过创新的监测技术和监测网络，使数据的感知和获取取得到了改善，自然资源监测监管已经进入大数据和人工智能时代。未来，各自然保护地管理机构也计划通过智慧化手段实时掌握辖内的具体情况，编制更科学精细的管理计划，并以此提高管理效率，提升保护成效与价值，以及科研质量和水平。在增强数据感知的基础上，辅助自然保护地管理机构联结、分析、管理，补足在这些方面的差距。

自然保护地智慧化关键挑战

目前，各自然保护地均积极部署智能设备设施，并不同程度地利用信息化手段或智慧化技术开展管理和治理。然而，不同于较为成熟的城市/人居环境智能化建设，由于业务和管理对象不同，自然环境下的智能化建设在基础数据获取、标准化体系构建、网络传输、AI应用分析等方面存在诸多挑战。同时，各个自然保护地的核心资源和保护对象不同，所在地域环境复杂多样，各种应用场景所需的技术手段亦有所区别，这也增加了智慧化的技术、手段及设施在自然保护地建设和管理中的试验和落地的难度。

《关于建立以国家公园为主体的自然保护地体系的指导意见》指出“运用云计算、物联网等信息化手段，加强自然保护地监测数据集成分析和综合应用，全面掌握自然保护地生态系统构成、分布与动态变化，及时评估和预警生态风险”。

《全国自然保护地发展规划（2021-2035年）》提出建设自然保护地监督管理平台，结合3S技术¹、数字化、网络、人工智能和可视化等技术，融合云计算、物联网、大数据等信息手段，纳入应急救援与指挥调度等系统，按照自然保护地级别由高到低，依次推进天空地一体化监测监管平台建设，构建“国家-省-保护地”三级监测平台。通过数据传输实现自然保护地生态监测站点获得的实时监测数据、野生动植物资源及其栖息地监测本底数据、监测影像数据等信息与国家、省两级监管平台全面对接和实时调阅，形成自然保护地“一套数、一张图”。逐步达到看得到野生动植物、管得住人的全新“互联网＋自然保护地”的数字化、智能化管理模式。

国家公园的首要功能是重要自然生态系统的原真性、完整性保护，同时兼具科研、教育、游憩等综合功能；《国家公园总体规划技术规范》（LY/T 3188—2020）在生态保护与修复、资源管理、科研监测、科普教育、游憩体验、社区发展、管理与运行等方面提出规划管理及具体发展目标。在国家公园建设与管理中引入云计算、物联网、移动互联网、大数据、人工智能等技术手段，是通过应用各种智慧化技术、配套制度与标准，推动国家公园建设和管理向智能化、精细化方向发展，共同助力实现国家公园保护的目标。

自然保护地智慧化建设应紧密围绕规划目标，为管理者及相关方需求提供最佳解决方案。基于目前信息化、数字化技术在自然保护地的应用基础、终端设备的功能基础，对智慧化技术和终端功能在未来自然保护地的建设、管理和服务过程中的数字化表达、智能化管控，以及泛在化服务的设想，我们梳理了自然保护地现在或未来积极拥抱数字化、智慧化技术的纵向应用场景。

智慧自然保护地以技术驱动，从需求出发，立足自然保护地重要自然生态系统的原真性、完整性保护的定位，将数字化技术全面赋能自然保护地建设场景。基于智慧自然保护地的关键挑战、相关方需求，以及数字技术的应用潜力，我们尝试梳理出未来智慧自然保护地的关键特征：

未来的智慧自然保护地是运用数字化融合技术，以全面感知和泛在联接为基础，实现人、自然、设备的全面融合与端到端计算；以数字平台打破物理性和逻辑性数据孤岛，连通跨场景协作，支撑自然保护地全场景智慧化的实现；以一体化平台进行顶层设计，实现各场景应用系统与各端侧皆具备更强的分析能力和交互能力，通过辅助管理实现自然保护地的智慧化管理。

综上所述，新兴技术在自然保护地的应用场景复杂多样，同时相关方的核心诉求亦呈现多元化、差异化趋势，通过制定智慧自然保护地蓝图框架，可全面展示自然保护地智慧化需求及其发展方向，为全社会关心、支持的智慧自然保护地建设工作提供有益启示。

智慧自然保护地建设无法一蹴而就。目前，业界尚未出台统一的自然保护地智慧化评估标准，我们尝试基于未来智慧自然保护地蓝图及智慧化建设能力需求，制定智慧自然保护地成熟度模型，用于评估和比较不同发展阶段自然保护地智慧化的成熟度，并为不同发展阶段设定智慧化建设目标。

智慧自然保护地解决方案基于4G/5G、自组网、云计算、物联网、移动互联网、大数据等ICT技术（Information and communications technology信息与通信技术），涵盖生态保护与修复、资源管理、科研监测、科普教育、游憩体验、社区发展、综合管理等业务。

整体解决方案架构采用“七横两纵”逻辑架构，七横主要包括感知层、网络层、边缘计算层、基础设施层、数据层、平台层、应用层，两纵是指政策制度标准体系、安全运维保障体系，横纵之间相互联系、相互支撑，实现信息系统可信、可控、可管。

感知层

利用视频监测、声学监测、气象水质监测、卫星、无人机/有人机、巡护终端、移动监测车等多种智能监测设备、巡护设备、传感器，实现自然保护地内野生动植物信息采集、气候水文等各项生态因子获取，以及灾害的预警、人文活动的实时、准确监测，结合智能终端展示，实现对自然保护地的全面感知和深度感知。

• “森林火情卫星遥感监测”：森林火情卫星遥感监测服务以现代地理学、大气科学、林学、火灾科学等为理论基础，以卫星遥感（静止卫星+极轨卫星）、地理信息系统、数字高程模型、全球定位系统、空间决策支持系统以及计算机网络等为技术支撑，突破传统的林火监测和扑救模式，对森林防火信息管理，林火监测、火险预报、扑火方案辅助管理、林火损失评估等工作提供帮助。
• “生物多样性监测”：在野生动物活动频繁的区域及栖息地参考科学布局和监测要求布设监测点位，架设红外相机、触发式或超短波传输生态监测摄像机、具有激光夜视仪功能的变焦高清双光谱摄像机等，实现白天夜晚都可对物种进行清晰的移动追踪。同时，使用全天候野外动物声学监测仪等仪器，记录野外各种动物的鸣叫声，实现鸣声远距离传输和声谱分析；通过无人机搭载摄像机等方式对在空间上移动的目标进行实时监控，采集野生动物种群数据、野生动物栖息地数据、野生植物物种数据、野生动物分布数据等属性数据，掌握种群的分布动态。

• “生态要素与生态系统监测”：通过采集气象监测站、空气监测站、水文监测站、土壤监测站和生物要素与生长数据，形成环境与生物、生态系统分析模型。通过卫星、无人机等大环境监测与生物多样性及生态系统监测相结合，可以推进保护区内各类资源和环境的监测调查、典型物种和生态系统监测、区域内各类生物多样性和生态系统及其环境基础数据的收集和数字化，全面掌握资源现状，了解保护地发展方向和限制因子，有助于作为评估生态效益和保护成效的依据。

  目前中国已通过我国成功发射的全球大气二氧化碳监测科学试验卫星（TanSat），结合多源遥感数据，监测分析全球及重点地区的碳源、碳汇的时空分布状况，为评估生态系统的碳吸收固碳能力提供有效的科学数据。

网络层

网络传输是智慧自然保护地的脉搏，在智慧化建设过程中，根据当地自然保护地的地形、地势、森林覆盖程度和已有的公用网络覆盖基础，灵活选用无线公网、传输专网、光纤网络、窄带通信网、物联网、Wi-Fi网络等通讯手段的有效组合，让整体网络克服各类野外遮挡物和崎岖地势的限制，以经济的成本实现高效的通讯。

网络融合解决方案

受限于地理环境、气候环境、设备供电条件、部分核心保护区生态保护法律法规及成本投入等因素，自然保护地难以效仿城市场景实现网络全覆盖，因此需对比不同的通讯技术优劣势，利用现有网络资源，因地制宜制定符合本保护区特点的网络建设方案。

边缘计算

边缘计算在靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储能力，就近提供智能互联服务。边缘计算是对云计算的一种补充和优化，边缘计算和云计算平台的组合是目前自然资源保护中比较理想的运算方案。

基础设施

云基础服务是依托云计算技术对大数据托管服务通过网络交付的过程，云计算平台具有按需使用、动态扩展的特性，可使用虚拟资源提供计算、存储和信息资源服务，并由称为云基础设施的虚拟平台提供支持。

数据层

以统一的数据标准，将所有涉及森林资源、野生动植物、林火、林业有害生物、巡护管护等监管对象的空间、时间、属性、音视频、多媒体等多源信息，融合到以保护地资源数据为基础的综合“一张图”上，建立自然保护地地理时空数据库，实现数据清洗、处理、聚合、治理、应用服务,实现统一服务平台上的信息共享、业务敏捷开发和战略创新。

平台层

包含AI、大数据、GIS、融合通信、IoT物联网、卫星遥感服务、集成服务，为监测体系云平台的应用系统提供科学、智能、协同、包容、开放的统一支撑平台，负责整个系统的信息加工、海量数据处理、业务流程规范、数表模型分析、智能管理、预测分析等，为实现自然资源监测、应急指挥、智能诊断等提供平台化的支撑服务和插件式的敏捷开发模式。

应用层

赋能七大场景：

基于平台层的数据，构建各类智慧应用赋能自然保护地七大场景——“生态保护与修复”“资源管理”“科研监测”“科普教育”“游憩体验”“社区发展”和“管理与运行”，实现各场景下的工作目标，让自然保护地各利益相关方，包括科研人员、保育人士、教育工作者、社区居民、游客等通过智慧应用对接自然保护地各项资源，最优化各场景下的体验。

智慧化管理手段：

通过底层大数据系统提供的各项智能应用，以及自然保护地管理办公室的可视化数据大屏、各管理者的中屏、小屏，重构管理手段，优化管理流程、使能管理创新，助力实现自然保护地建设目标。

随着技术手段和基础设施的日益完备，自然保护地的各细分场景可逐步实现智慧化应用落地，且应用愈发丰富，将逐步覆盖自然保护地的方方面面。本小节选取了火灾预警、物种监测、巡护管护及智慧科普教育的主要应用场景，具体分析智慧自然保护地的落地实践。

自然保护地中国家公园、自然保护区和自然公园定位不同，智慧化建设的核心应用场景也各有差异。国家公园着眼于生态系统完整性和原真性的系统保护和全面保护，以保护旗舰物种和生态系统服务；自然保护区以主要保护对象的保护为主要目标，开展科学研究，进行科学研究、宣传教育和社区共管，自然公园以可持续利用为主要目标，核心应用场景有所不同。

森林防火监测预警系统

根据自然保护地森林覆盖的实际情况，设置切实可行的森林防火系统，通过数据的互联互通，实现从前端采集点到后端远程监控的一体化调度、互联互通、统一指挥。

全面感知

利用前端监控设备及采集点，实时采集现场多角度数据。通过双光谱防火摄像机、低照度透雾摄像机等获取监控现场数据；对前端摄像机和云台进行操作和控制获得实时角度数据回传；结合GIS系统实现火灾发生点的精确定位；同时，前端设置的气象传感器，可以实时了解监控点的风力、风向、温湿数据。

数据融合

前端监控设备通过有线或无线传输系统，将采集图像传输至云端或监控中心。部署具有边缘计算能力的摄像机，在摄像机端进行一次识别，然后将图片和视频传输到云端进行二次识别，提高火灾识别的精准性。由于通信专网建设往往面临基站、光纤建设运营成本高的问题，多推荐采用微波传输。针对地市级林草系统数据格式未统一规范，相互之间没有联通的“烟囱式”的信息化建设，数据无法整合、汇聚到省层面这一问题，可通过搭建数据平台，将应用、数据集中统一管理，基于平台实现林草数据的数据仓库、数据湖管理，以便进一步数据挖掘发挥更多的价值。

智能分析

通过传输系统获得多画面现场实时图像，将数据汇总在云平台，基于计算机视觉技术森林烟火识别算法，精准识别火灾情况，并通过智能平台进行持续的训练提升算法精准度。利用大数据和云计算进行分析并做出合理的处置策略和管理部门调度策略，为管理提供支撑依据。

辅助管理

通过前端采集、传输、智能AI识别等，将较高准确性的图片、视频信息实时传回监控中心，实时监控火灾情况，为指挥中心远程指挥调度提供保障。同时，火灾监控预警系统可与野外巡护系统等高效联动，监控中心做出合适的处置并推送给巡护人员，调配巡护人员到现场开展工作。

智慧巡护系统

野外巡护是国家公园和自然保护区最重要的管护手段，自然公园的巡护工作主要围绕生态旅游区域的管理。野外巡护工作存在移动性、突发性、紧急性、危险性等特点，需建设人员管护与自然资源监测的巡护管理系统，协助实现人员管理、路线设定、任务管理、数据采集、现场调度等闭环式管理。

全面感知

通过配备具有定位和通讯功能的智能终端，如北斗智能巡护终端，实现对巡护人员的实时跟踪、定位，准确了解其位置信息及巡护执法情况；结合定位、语音录入等技术，实现资源调查野外观测定点、调查表填写、实体勾绘、面图绘制、拍照记录、调查路线采集等工作全流程信息化，为野外资源调查技术人员提供快速、准确、便捷的数据采集支撑服务；同时实现调查资料内业准备、野外数据采集、内业资料整理三个环节无缝对接。

数据融合

提供基于云端环境的巡护管理系统，将现有的巡护工作从单一的数据管理向统一格式的数字化管理模式转变。将人员轨迹、采集数据/图像、人员记录内容等数据融合，运用云端大数据分析处理能力，挖掘深层次数据价值。同时，发挥高速网络的优势改善管理流程，将过程与结果及时反馈到管理部门，提升事件解决效率。

智慧分析和辅助管理

指挥中心可以通过终端定位对所辖区域巡护员巡护位置和轨迹精准定位，实现对巡护员巡护实时监管和指挥调度，并可基于网络条件下实时监控现场图像和高清视频，进行远程监控和管理，帮助快速有效地制止各类威胁环境和物种安全的行为。

物种监测系统

国家公园和自然保护地的物种保护工作非常重要，国家公园和野生动物和生态系统类型的自然保护区生物多样性丰富，珍稀物种较多、保护级别高，需充分利用智慧技术实现物种个体及群体活动轨迹跟踪、生境变化的连续监测、重点物种种群分布及变化分析，并远程监控一些违规干扰动物的行为等，为野生动植物及其栖息地保护管理提供有力的技术支撑。

全面感知

利用GPS、GIS和现代通讯技术，在关键位置架设触发式或超短波传输红外相机，自动拍摄物种照片。应用高清云台摄像机、视频录像机等，通过远程操控实现对动植物的远程观测和自动记录。在野生动物活动比较频繁的区域，架设具有激光夜视仪功能的变焦高清摄像机，支持智能移动跟踪，白天夜晚都可对物种进行清晰追踪。通过无人机搭载摄像机等方式对在空间上移动的目标进行实时监控，采集野生动物种群数据、野生动物栖息地数据、野生植物物种数据、野生动物分布数据等属性数据，掌握种群的分布动态。使用全天候野外动物声学监测仪等仪器，记录野外某地的各种动物的鸣叫声，实现鸣声远距离传输和声谱分析。

数据融合

通过无线公网、微波通信专网、光纤网络、窄带通信网等系统将红外触发相机等终端采集的数据传输到最近的边缘计算节点中，利用AI算法进行在线实时分析，以对物种进行快速、智能的识别和分类，并通过大数据自动处理归类入库。同时，通过云端达到数据与多部门间的共享，优化物种数据的使用与管理。

智慧分析和辅助管理

依托GIS信息及物种信息，实现物种数据可视化、属性数据动态更新、定位查询、辅助管理与共享应用。通过重点保护物种保护系统，实现对重点保护物种或某个特定种群生物学、生态学、行为学等特性的大数据分析，并协助预测种群的演变和发展趋势、干扰行为监控预防等，为规划调整、科普科研、生物廊道建设等工作的开展提供有力支撑，通过生成智能综合分析报告为管理提供参考。

生态执法管理系统

生态执法是国家公园、自然保护区和自然公园管理的重要保障手段。需对生态系统现状和生态环境整治情况进行巡查，形成沟通顺畅、信息灵敏、反应迅速、运转高效的保护执法工作平台，防止偷采偷挖、偷牧过牧、盗猎等偷盗自然资源和破坏生态环境的违法行为，并为打击违法行为提供技术支撑，保障和维护自然保护地生态安全。

全面感知

通过前端监测设备，对自然保护地草原、森林、湿地、水源地、冰川和野生动植物等的保护进行监管，利用卫星遥感影像实现对生态红线、违规建筑、资源变化的监测。同时，结合如案件查处信息等历史数据对各类案件高发区域进行纵向核查，利用北斗通信系统，通过配备智能执法巡护终端，准确了解业务人员的位置信息及巡护执法情况，实现执法过程中的拍照记录、执法巡护路线记录等工作的信息化管理。

数据融合

通过无线公网、微波通信专网、Wi-Fi网络等系统实现数据传输，利用 AI 算法进行在线实时分析，甄别例如国家公园核心保护区内的偷伐盗猎等违法行为，并通过大数据自动处理归类入库。同时，通过云端达到数据在生态环境、自然资源、林草、水利、农业农村等多部门间的共享。

智慧分析和辅助管理

管理者可通过生态执法工作平台实现指挥调度，并可基于网络条件下实时监控现场图像和高清视频，进行远程监控和管理，辅助执法巡察工作，快速有效地制止各类破坏自然资源违法行为。

智慧科普教育体验系统

国家公园、自然保护区和自然公园应兼顾科普教育的功能，通过智慧科普教育体验平台，打造沉浸式体验，让自然保护地各类资源的科研成果、科学价值支撑研学教育等活动，实现生态保护与社会发展的双赢。

智慧科普教育体验平台前端选取高清摄像机等监测设施采集影像数据，或与其他场景平台打通，实现数据的串联及一网展示。科研机构、游客等相关方通过网址、IP可登陆场景平台查看，或通过手机APP、微信公众号以及新媒体平台等多种形式了解保护地植物多样性和野生动物的日常活动。

自然保护地区域内可采用智能标识导视系统，景点介绍牌智能识别游客经过情况，通过佩戴景点讲解耳机或手机终端，实现景点的自助语音介绍。在科普展览馆内，可以通过实体、图片、场景模拟等形式，结合声、光、电、影像技术、动画技术、数字音频和数字视频技术、全息投影技术、虚拟现实技术互动技术等，形成新的交互和体验方式，重构虚拟的自然保护地户外场景，游客佩戴VR眼镜或AR终端等可体验身临其境的自然教育。

国家公园及原国家公园体制试点区智慧化建设案例

2021年，十个国家公园试点任务已经基本结束，并已宣布成立三江源、大熊猫、东北虎豹、海南热带雨林、武夷山等第一批国家公园。各国家公园和原国家公园体制试点区把生态保护摆在第一位，将各级各类自然保护地整合，实行统一管理、整体保护和系统修复，基于自身自然资源等实际因素，围绕 “生态保护与修复”“资源管理”“科研监测”“科普教育与游憩体验”“社区发展”“管理与运行”等场景制定响应措施，明确重点发展方向，并已经取得明显成效。

截至2021年6月，各国家公园试点阶段均已根据各自价值资源、侧重保护领域以及信息化基础，开始通过数字化、智能化手段赋能国家公园建设和管理。十个国家公园的试点工作进展顺利，并在几大应用场景均有特色创新之处。

生态保护与修复

近年来各国家公园及原国家公园体制试点区均逐步开展空间治理数字化平台建设工作，如使用红外相机进行物种鉴定、在核心保护区边界设置电子围栏和实时监控设备等，实现生态文明建设“保育、管控、转化”。据了解，钱江源国家公园体制试点区对珍稀野生动物的主要活动区域、活动时间、活动频率等进行大数据分析，形成一张活动“热力图”；除此之外，试点区还建立了自动化的自然资源调查凭证管理、鉴定和信息服务体系。

资源管理

各国家公园及原国家公园体制试点区已逐步构建“天空地一体化”监测和管护网络，深化生物多样性本底调查，加强珍稀濒危特有物种专项调查和评估，构建多样性多维度数据信息系统，逐步实现对公园的数字化管理。武夷山国家公园已建立智慧管理平台，综合运用智能化技术，采用无人机、红外相机、巡护记录仪等设备进行网格化巡护，实现对国家公园“天空地”全方位、全天候监测管理，提升生态资源保护和管理能力。祁连山国家公园体制试点区（青海片区）打造智能管护系统，系统包括 web 端及手机 APP，按照端边云三级体系构建，将业务权限下沉至管护站一级，实现业务流程的快速流转，利用北斗通信系统提供的定位服务实现森林、湿地、草原、动植物等自然资源的调查与巡护，实现巡护人员巡护过程全方位监管，实时掌握资源巡护状况，及时了解巡护人员工作情况，巡护事件情况，及时进行事件处置，为管护员安全、任务派发、在线监测等工作提供支撑，确保资源安全，提高巡护监管水平。

科研监测

为更好地保护生物多样性，国家公园、原国家公园体制试点区及自然保护区实施了数码相机、无人机、红外相机等现代化科技监测系统建设，有效提升了科研监测工作的时效性，不断推进科研监测成果。如武夷山国家公园对生物资源、生境要素等开展全方位全天候监测和服务，并将资源监测、巡护执法、森林覆盖率等信息通过“一张图”管理展示。

科普教育与游憩体验

各国家公园及原国家公园体制试点区采取多种举措，多形式、全方面地开展自然科普教育活动，实现为公众提供亲近自然、体验自然、了解自然以及作为国民福利的游憩机会。普达措国家公园体制试点区逐步打造全息博物馆项目，为游客提供沉浸式游览体验。

社区发展

将当地居民生产生后的区域纳入整体规划布局，通过多种方式积极探索可持续的社区发展机制。如普达措国家公园体制试点区创新共建共管共享的社区发展模式：一是初步建立社区产业发展长效扶持机制；二是不断完善旅游收益反哺社区发展机制；三是继续发展社区优先就业扶持机制。

管理与运行

逐步将自然资源监测与管理系统覆盖整个国家公园及原国家公园体制试点区，建立“互联网+生态”的国家公园自然资源信息化、智能化管理模式。如祁连山国家公园体制试点区上线“智慧祁连山”平台，实现林业生态全面感知、风险预警可控、林地动态监管、物种实时保护。

基于不同国家公园及原国家公园体制试点区的保护资源特征以及其智慧化建设进程和建设特色，本文选取大熊猫国家公园（卧龙片区）和祁连山国家公园体制试点区（青海片区）作为国家公园智慧化建设案例，上述国家公园及原国家公园体制试点区均基于自身信息化、智慧化基础，开展了一系列智慧化试点建设工作，希望借各国家公园的创新实践为国家公园智慧化建设带来参考。

自然保护区智慧管理案例

由于自然保护区建设的目的不同，主要的管理场景与国家公园有所区别。自然保护区主要关注保护对象的动态变化，围绕保护对象威胁设计和开展保护活动，智慧自然保护区主要围绕保护对象的保护、科学研究、宣传教育和自然体验开展智慧化建设。

由于不同自然保护地信息化、数字化程度不同，保护的资源价值和野外环境有别，使不同自然保护地的智慧化建设落地方案和节奏存在差异。但首先要明确的是，智慧自然保护地的建设不应是单个智慧场景的堆砌，而是需要顶层设计，在统一的方案架构下，依据自然保护地的特点、运营管理现状和目标落地实施，从而避免重复投资、重复建设、信息孤岛等系列问题。自然保护地的智慧化建设工作也并非一蹴而就，而是不断迭代的过程，通过统一标准的数字架构作为底层支撑，满足智慧自然保护地的技术和规划迭代更新的需求，逐步打通各垂直应用场景，以更好地服务自然保护地的建设和管理。

1. 推进数据标准统一工作，打造自然资源“一张图”

为落实自然资源“一张图”工作，自然保护地智慧化建设需要加大力度推进数据标准的统一，解决数据汇聚整合难题，消除数据孤岛。通过不同系统的数据汇聚，各个自然保护地可构建融合共享的信息平台，为接入自然资源“一张图”做好数据准备，即基于针对自然资源调查监测体系建设提出的“六个统一”原则统一总体设计和工作规划、统一制度和机制建设、统一标准制定和指标设定、统一组织实施和质量管控、统一数据成果管理应用、统一信息发布和共享服务等。在此背景下，针对自然保护地现状，可聚焦于数据基础夯实和数据成果管理，考虑：

推进感知体系标准统一：

在业务端通过对生态类型、生态价值进行量化评估，指导并形成统一的生态因子的选取，样本数据选择、样地选择及生态因子采集的技术手段标准，从而反映实际生态特征，解决监测数据无法对比问题。

推进数据标准的统一：

在数据端需针基于业务端的监测指标建立统一的信息化标准体系，规范数据格式，解决数据无法整合问题，保障各数据效益的最大化。

推进数据接口的统一：

在信息平台规划阶段，明确数据接口标准和接入方式，如 API 协议、物联网、VPN 专网等方式，解决跨系统数据对接问题。

2. 提升终端设备及技术能力，强化生态感知能力

自然保护地智慧化建设需首先提升自身的生态感知能力，加大终端设备及技术的研发投入的同时，自然保护地也需进一步加大相关设备的部署及维护，以更好适应野外环境，为推进“天空地一体化”监测网络体系的建设奠定基础：

改善感知设备性能：

感知设备如声学传感器、光敏传感器、温度传感器等，需突破单一功能设备在数据采集范围、精度、效率或成本等方面存在的局限，并减少气候、地理环境、时间等因素对传感器的影响，提高感知设备适应性。

提升感知设备野外适应性：

采用超低功耗设计，保障长时间的待机工作，提升设备续航能力；增设感知设备防水防湿功能，并防止高低温老化问题，保障设备的可靠性；或内置无线通信模块，实现子母机自组网功能、数据的实时回传功能，并应对野外环境无网（弱信号）、无电、无光（弱光）、无现场运维人员等困难。

3. 选择适用性高的传输方案，充分平衡传输需求及成本

基于各个自然保护地的自然条件复杂多样，自然保护地需要结合成本、可靠性、安全性等因素综合评估，选择不同环境、不同监测需求下所采用的通信技术，制定一套多技术融合、适用性高、可靠安全的传输方案，减少通信专网建设受自然条件、气象因素的限制和干扰以及维护困难的问题。

针对林下传输、高差传输等现有技术难题，自然保护地需加大技术研发投入，突破传输干扰大、传输距离远、传输效率慢等瓶颈，为自然保护地管理提供安全可靠的实时信息。

4. 加大生态场景应用开发力度，提升智能管理能力

推动大数据提升自然保护地管理，促进自然保护地及其相关利益方的数据共享共建，通过大数据平台，建立基于大数据的绩效评价，保护和服务成效评估指标和报告体系，实现智慧自然保护地对运营管理的辅助决策，自然保护地需加大在保护和修复、科研监测、资源管理等主要场景的开发应用：

提升现有智慧场景分析能力：

各自然保护地目前正在积极开发科研监测、资源管理等主要应用场景，未来需进一步加强数据采集，通过大量基础数据样本推进机器学习、训练和积累，提升AI识别能力、算力、敏感度和准确性，锤炼智慧自然保护地管理平台的智能管理能力。

开发其他重要智慧场景：

建议各自然保护地按步骤逐步开发多样化的智慧应用场景，并横向打通各场景，形成统一的管理平台，用于提升自然保护地管理效能，如新增开发生态执法管理系统、智慧游憩系统、智慧社区治理系统等。

5. 挖掘数据价值，打造共享平台

自然保护地还需加强生态伙伴的联合，进一步挖掘市场潜在需求，开发出多元数字产品，实现数据价值的转化。如自然保护地可将保护区内监测、分析得出的信息，转化开发出兼具互动性和科普性的生态教育、自然体验等场景应用，打造支持和传承传统文化及人地和谐的生态产业模式；或民营卫星企业结合自身遥感技术优势，利用自然保护地智慧平台共享的数据，研发出针对偷采盗猎防护、人兽冲突管理、社区文化教育等场景应用，吸引更多政府部门和社会公众使用，创造更多经济效益。

6. 完善全民共享机制，体现全民公益性

自然保护地的建设需积极引导公众参与，关注社会层面如媒体、社区居民、公众等社会人士的体验需求。自然保护地的智慧化建设应着力于持续提升保护区内各类场景应用的相关方体验，加大以全民公益性为导向的社会公共服务供给，将保护区内的生态体验资源与公众体验需求进行有机结合，推动自然保护地成为国民共建共治共享的福地。同时，通过构建、完善信息传播与信息交流机制，更直观、更深入地将自然保护地里丰富的自然与人文价值传递给公众，让公众更好地亲近自然、体验自然、了解自然。

自然保护地要实现有效保护、世代传承和全民共享三大功能，建设智慧自然保护地是必行的途径。智慧自然保护地的建设涉及众多应用场景，而这些场景一方面需要如生物多样性、物种保护和修复、自然保护地生态保护等不同领域的专家及保护区管理人员的介入，为自然保护地清晰智慧化需求，并提供数据采集来源、分析方法等专业指导。

另一方面，这些场景需要研发及融入多种不同基础设施及技术，参与者发挥其资源优势、专业优势共同建设，从而形成自然保护地智慧化生态圈。在不断创新与实践的过程中，需要不同相关内容的互通与融合，实现各个专业运营服务生态的接入，发展共享、共用、供应的生态合作系统。例如，实现生态类型、生态价值、生态修复、生态灾害等自然空间内容的可视化呈现，在本底数据不断积累后，将资源整合，形成科研数据的共享服务机制。科研团队可共享针对同一个区域的基础监测数据，横向地把成果进行拉通和共享，整合信息化建设和科研建设。在管理与运行层面，实现自然保护地管理的业务呈现，以信息化手段支撑自然保护地管理局管理。在特许经营层面上，向公众提供生态信息服务，并通过互联网思维，依托智慧化手段扩大产业化场景和商业模式，引入社会资本推动社区共建的合作机制。