智慧自然保护区信息监测平台建设解决方案
一、项目背景
自然保护区是生物多样性保护的核心区域，是自然保护地体系的重要组成部分，是推进生态文明、建设美丽中国的重要载体，在涵养水源、保持土壤、防风固沙、调节气候和保护珍稀特有物种资源、典型生态系统及珍贵自然遗迹等方面具有重要作用。
建立自然保护区是保护生态环境、自然资源的有效措施，是保护生物多样性、建设生态文明的重要载体，是保护生物多样性最直接、最有效的方式之一，是加快转变经济发展方式、实现可持续发展的积极手段。提高林业自然保护区理决策的科学性和准确性。建立起功能齐备、互通共享、高效便捷、稳定安全的林业自然保护区信息化体系，借助信息化的先进手段推动现代林业自然保护区建设，对促进我国生态文明建设具有重大意义。
二、总体思路
智慧自然保护区信息监测平台建设项目的总体设计思路是：以国家林业和草原局关于信息化建设的要求为指导，以先进的信息技术为依托，结合自然保护区国家级自然保护区的具体情况，建立保护区资源管护业务的基础平台，将自然保护区国家级自然保护区的传统管理模式转变为数字化的管理模式，变粗放管理为精细管理。实现自然保护区国家级自然保护区分布“一张图”、管理“一张网”、数据信息“一个库”，加快推进自然保护区治理体系和治理能力现代化，为构建自然保护区国家级自然保护区生态文明建设提供详实、可靠的科学管理数据。
三、建设目标
智慧自然保护区信息监测平台建设项目是以自然保护区森林资源管理信息系统数据库为基础，专门针对保护区管理、资源监测管理和生物多样性监测管理业务而建设的一套保护区综合信息管理平台，可为自然保护区自然保护区信息化管理提供一个基础信息平台，实现对整个自然保护区自然保护区的各种数据信息和管护业务进行精确而快速的综合处理与分析，并接入保护区已经建成和将要建设的野生动物监测、森林防火、气象信息监测、野外巡护监测等系统，在自然保护区自然保护区管护局，就可实现整个自然保护区的综合信息查询、巡护人员信息管理及位置查询、森林资源湿地资源管理、生物多样性管理、森林防火、野生动物监测视频监控查看、保护区气象信息查询、无人机监测管理等功能。
保护区的外业调查人员和巡护监测人员通过携带的巡护终端（调查终端），可实现GPS定位、动植物物种识别、野外调查记录上报、巡护报告及图片文字上传。保护区的科研监测人员通过登录野生动植物智能识别管理系统，可实现对保护区红外相机监测数据中所包含的野生动物进行智能识别和分类，极大的减轻保护区科研监测人员的劳动强度。
通过实施本项目，最终实现自然保护区国家级自然保护区管理工作的科学化、规范化、信息化、数字化。
高普乐案例分享-内蒙古乌素图国家森林公园项目
四、标准规范原则
在自然保护区自然保护区管护局监测管理中心建设、视频监控前端点建设各环节，在应用系统设计、开发、改造、应用等环节，在网络连通、应用、管理等环节，在项目建设、运行、维护、安全管理等环节按照国家标准和项目标准开展各项工作。系统设计应符合信息系统的基本要求和标准；数据类型、编码、图式符号应符合现有的国家标准和行业规范。基础空间数据库建设应遵循和执行国家的统一标准和规范，数据分层、分类与编码、精度、符号等标准尽可能参照已有的标准。
4.1数据可靠性原则
各个系统中基础数据的采集、使用、更新、管理过程中，严格执行规程、规范的要求，保证数据的质量，维护数据的准确性、权威性。
4.2 适度超前性原则
在保证可操作性的前提下，在系统设计上尽可能采用目前成熟的设备和技术，在设施建设、设备配置方面适度超前，保持技术先进性，使新建立的系统能够最大限度地适应技术的发展和系统建设要求。系统设计和开发的思路适应软件行业的发展趋势。加强与其他行业、部门的协作，充分吸纳和采用系统建设和管理的科学方法，积极引进先进技术和成果，全面适应技术发展系统建设的要求。
4.3 实用性原则
主要针对本期建设的软件系统，保证系统间互为依托、相互兼容、各有侧重、相互统一，确保与已有系统畅通连接。系统建设在组织、技术和实施等方面以兼容、简便、实用为原则，做到宏观性与微观性的高度结合，进行动态管理。
4.4 可扩展和共享性原则
系统建设要保证数据具有良好的安全性，保证网络系统和数据的安全运行，把系统故障降低到最低程度。留足接口，方便数据共享和信息交换，形成易于移植的开放性系统，同时可根据需要进行扩展。
4.5 统一设计、分步实施原则
在统一的标准规范指导下，分级、分步骤开展系统建设。有计划地组织从前端视频监控点、监测管理中心的建设工作，同时根据各方面需要各自组织建设，为系统投入运行进行必要的准备，做到边建设、边应用。
五、系统平台功能架构
5.1无人机监测系统
无人机技术，指飞机不需要驾驶员，人在陆地上即可通过程序实现对飞机的远程遥控。且可通过飞机上带的任务载荷，如可见光相机、多光谱相机及视频等传感器，完成对目标地区的监控。无人机技术具备的成本低、操作简单、便捷运输且风险性低等特点，将无人机技术应用于保护区，不仅可有效减低人工作业量，还可以有效预防林业火灾及意外自然灾害等现象的产生，从而提高保护区的工作效率。还可提高执法管理人员的技术水平，有效保护森林资源。
无人机在林业资源调查、森林病虫害防护、森林防火、林业执法管理等方面有独特的优势，可对山林快速实施巡查监测，获取森林资源准确信息，及时发现偷盗砍伐森林等违法行为，是保护区管理的“空中保护伞”。
5.2 森林资源调查
森林调查是为及时掌握森林资源的数量、质量和生产、消亡的动态规律及其与自然环境和经济、经营等条件之间的关系，便于国家制定和调整林业政策，编制林业计划，以保证森林资源在国民经济建设中得到充分利用。
林业调查工作量大，爬山涉水困难大，强度高，且一般林业调查周期要求更短，数据要求更精细，无人机遥感系统具备机动、灵活，可快速到达作业区域，受地形、天气环境影响较小，可实时获取森林资源的高清航拍数据，基本承担样地调查任务的能力。无人机可获取高分辨率的正射影像，调查人员无需户外，即可获取林木类别、分布范围、面积等准确数据，有效减少外业工作时间，降低劳动强度，提高工作效率。
森林面积计算
5.3森林病虫害监测
利用无人机航拍技术，可从获取的高分辨率影像中，精确定位枯死木，变色树，异常林分布，辅助判断森林健康、受损程度等级，确定林业受病虫害的影响范围，面积等情况，具有高效快速，检测范围大，识别方位准确，组织实施灵活等优点，尤其对于山高路险等人员难以到达的复杂地域的检测具有不可替代的优势。
病虫害监测影像图
5.4 造林面积核查
通过无人机获取的高清晰航拍影像可获取湿地和荒漠化沙化土地范围，精确计算植树造林面积，株树，还可通过死亡株树及总株数获取计算成活率与死亡率，用于林业管理的成本计算及造林规划，且通过正射影像还能定位到需要补植的树木位置。
5.5林业执法管理
无人机搭载视频传感器、可见光相机，可用于森林资源的日常巡检，其快速响应能力，可大大提高林业执法部门的作业效率。如在接到盗伐林木案件，可携带无人机快速赶到现场，对盗伐林木进行航拍，精确获取盗伐滥伐的面积，株树，加强对非法采伐的监控。
5.6保护区监测管理中心建设
本项目设计在自然保护区国家级自然保护区管护局四层中控室，建设自然保护区信息化监测管理中心，目前安装有原有4套防火监控的存储系统、液晶显示屏、LED显示屏、控制电脑等设备，本项目通过对中控室进行装修改造和综合布线，整合利用现有的显示、存储和网络设备，并安装大屏幕综合显示系统、计算应用和存储设备、视频监控管理系统等设备，建设一个集普通会议、信息综合展示、多功能视频会议、保护区资源监测、信息上传下达、数据集中处理、突发事件应急处置于一体的监测管理指挥中心。
5.7保护区综合数据库建设
保护区自然资源信息化监测管理数据库，是整个保护区自然资源信息化监测管理平台建设的重要组成部分包括基础地理数据、社会经济数据、森林资源数据、森林防火数据库、综合应用数据库和系统管理数据库。完成保护区自然资源信息化监测管理数据库的建设，可实现对海量、大范围连续空间数据进行高效存储管理和按分幅的数据在逻辑上无缝组织，并保证在整个空间数据库范围内进行快速浏览和查询，实现其高效存储和管理，为保护区资源监管工作提供信息基础。
5.8日常巡护
系统平台录入保护区所有管护人员的详细信息，包括：姓名、年龄、性别、照片、所属保护站、所属保护点、所负责的管护区域和面积、日常管护路线、联系方式（手机、座机、对讲机频段）等综合信息。通过系统的信息查询功能，可在地图上查询保护区某一区域的资源情况及所属的管护人员信息。
管护人员及管护区域信息
5.9 巡护信息管理
系统平台可接入目前主流的智能巡护终端，在系统平台可读取智能巡护终端的编号、ID、巡护人员姓名、智能巡护终端实时坐标等信息，还可实现智能巡护终端的历史监测轨迹查询功能。并且历史的巡护、监测数据可一键导出（EXCEL文件格式）。
5.10动态监测信息管理子系统
动态监测信息管理支持接入多种动态监测数据，包括自然环境监测信息、气象监测信息、无人机监测信息、野生动物及防火视频监测信息等。
5.11 无人机监测管理
无人机监测管理功能，支持接入多轴旋翼式无人机、固定翼无人机，可实现无人机的视频码流获取、无人机基本控制、无人机GPS坐标获取、无人机状态信息获取、无人机监测区域展示和无人机飞行轨迹管理等功能。
无人机视频获取: 在与无人机网络通信建立的条件下，系统可实时获取无人机所观测的林区的视频图像，在地理信息系统窗口中显示，并显示无人机的飞行位置、航向、观测区域等信息。
5.12监测区域展示
在与无人机网络通信建立的条件下，系统可读取无人机上所装载的数字云台的观测角度信息，包括：水平角度和俯仰角度，系统通过结合无人机的GPS信息、航向等信息，即可计算并在地图上展示出无人机当前所观测的区域、面积、林地资源等信息。
5.13 自然环境信息管理
支持接入安装在林区的前端气象监测站，实时读取各个监测点的气象信息，包括温度、湿度、风力、风向、降水、气压等信息。根据获得的气象信息生成气象专题图与森林火险等级图。
5.14三维地理信息系统
三维地理信息系统是常用的一种实地地形的模拟，其特点是逼真形象的实地地形的仿真，更直观的观察理解地形地貌。主要功能有：林区三维场景浏览、三维矢量地图叠加和显示、雨雪环境模拟、三维标注、通视区域分析；二维（三维）地图同步、三维漫游飞行、三维场景地名搜索定位。
5.15三维地图的检索
系统提供了多种三维地图检索方式，例如经纬度查询、地名查询、居民点查询、山峰查询、小班查询、扑火资源空间检索、图层查询、缓冲区分析查询等，方便地图的管理及查询。用户可以指定所要检索的图种/图层，查询结果自动调整为适合的比例尺显示。
5.16野生动植物智能识别系统
基于人工智能技术的野生植动物智能识别系统实现全省主要野生动植物物种的智能识别，识别方式支持巡护（调查）终端所上传的图片识别、实时视频监控信号识别和红外相机监测数据识别，此类应用属于人工智能视觉识别类型的应用。具体功能包括：
可获取监控摄像头传回的实时监控图像；
用人工智能算法对监控图像进行辨识，并自动感知目标动物的出现；
在2秒钟内，将检测信息以消息或报警提示的方式通知用户，并将监测的时间地点以及截图进行保存；
将监测地点信息存入GIS地理信息系统数据库，成为历史存档数据，可进行调用、数据分析和展示；
各保护区用户登录系统后，将红外触发相机和其它设备采集的照片和视频等监测数据上传至服务器，实现对海量红外相机监测数据、照片和视频中包含的野生动物的智能识别，并将识别的物种自动分类保存；
读取移动巡护（调查）终端上传的图片数据和识别请求，智能识别图片中的野生动植物物。
