智慧自然保护地白皮书-27正式版

中国林业科学院森林生态环境与自然保护研究所世界自然保护联盟（IUCN）中国代表处华为技术有限公司编写单位目录中国林业科学院森林生态环境与自然保护研究所世界自然保护联盟（IUCN）中国代表处华为技术有限公司主编人员李迪强 张 琰 曾 铭 郑夏平致谢在《智慧自然保护地》白皮书编写过程中，得到欧阳志云、雷光春、朱春全、王鸿加、何廷美、刘德铭、孙鸿雁、徐卫华、张文明、卢勇等专家的支持和指导（排名不分先后），在此一并致谢。

序言01自然保护地智慧化趋势02自然保护地智慧化发展洞察04自然保护地智慧化面临的关键挑战09自然保护地智慧化蓝图12智慧自然保护地关键场景13智慧自然保护地的特征15自然保护地智慧化阶段17自然保护地智慧化方案18智慧自然保护地方案架构19智慧自然保护地建设方案27智慧自然保护地建设实践34自然保护地智慧化建设建议 42建设路径43打造智慧自然保护地生态圈44序言 智慧自然保护地白皮书序言生态文明建设，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。中国生态学学会名誉理事长01自然保护地智慧化趋势自然保护地智慧化发展洞察自然保护地智慧化面临的关键挑战02

智慧自然保护地白皮书我国经过60多年的努力，已建立数量众多、类型丰富、功能多样的各级各类自然保护地，在保护生物多样性、保存自然遗产、改善生态环境质量和维护国家生态安全方面发挥了重要作用。自1956年建立第一个自然保护区以来，截至目前，中国已建立各级各类自然保护地近万处，约占陆域国土面积的18%1。中共中央办公厅、国务院办公厅《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》提出加快建立以国家公园为主体的自然保护地体系，明确指出2020年构建统一的自然保护地分类分级管理体制；2025年初步建成以国家公园为主体的自然保护地体系；2035年自然保护地规模和管理达到世界先进水平，全面建成中国特色自然保护地体系。按照自然生态系统原真性、整体性、系统性及其内在规律，依据管理目标与效能并借鉴国际经验，我国将自然保护地按生态价值和保护强度高低依次分为3类。①国家公园：是指以保护具有国家代表性的自然生态系统为主要目的，实现自然资源科学保护和合理利用的特定陆域或海域，是我国自然生态系统中最重要、自然景观最独特、自然遗产最精华、生物多样性最富集的部分，保护范围大，生态过程完整，具有全球价值、国家象征，国民认同度高。②自然保护区：是指保护典型的自然生态系统、珍稀濒危野生动植物种的天然集中分布区、有特殊意义的自然遗迹的区域。具有较大面积，确保主要保护对象安全，维持和恢复珍稀濒危野生动植物种群数量及赖以生存的栖息环境。③自然公园：是指保护重要的自然生态系统、自然遗迹和自然景观，具有生态、观赏、文化和科学价值，可持续利用的区域。确保森林、海洋、湿地、水域、冰川、草原、生物等珍贵自然资源，以及所承载的景观、地质地貌和文化多样性得到有效保护。包括森林公园、地质公园、海洋公园、湿地公园等各类自然公园。为构建统一规范高效的中国特色国家公园体制，建立分类科学、保护有力的自然保护地体系，从2015年起，全国陆续开展了东北虎豹、祁连山、大熊猫、三江源、海南热带雨林、武夷山、神农架、普达措、钱江源、南山等10处国家公园体制试点工作，试点区涉及12个省份，总面积超过22万平方公里，约占我国陆域国土面积2.3%。2021年10月12日，在昆明举行的《生物多样性公约》第十五次缔约方大会上，习近平主席宣布中国正式设立三江源、大熊猫、东北虎豹、海南热带雨林、武夷山等第一批国家公园，保护面积达23万平方公里，涵盖近30%的陆域国家重点保护野生动植物种类。中国正在加快构建以国家公园为主体的自然保护地体系，逐步把自然生态系统最重要、自然景观最独特、自然遗传最精华、生物多样性最富集的区域纳入国家公园体系。以国家公园为主体，以自然保护区为基础，以自然公园为补充的自然保护地体系的建设和管理可能面临监测数据多样、应对情景复杂、管理面积庞大以及实现功能多元等挑战。智慧化手段给自然保护地建设和管理提供了新的思路：利用云计算、物联网、移动互联网、大数据、人工智能等新一代数字技术，对自然保护地自然资源保护、利用及其服务过程进行数字化表达、智能化控制和精细化管理，使数据获取和交互感知化、数据传输联接化、数据分析和管理智能化，从而为自然保护地实现资源有效保护、合理利用和永续发展提供有力支撑。《中国的生物多样性保护》白皮书，2021年10月03自然保护地智慧化趋势

智慧自然保护地白皮书图：以国家公园为主体的自然保护地政策演进自然保护地智慧化发展洞察新环境：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”。

201320152017201920202025203520252035

提出任务开展试点总体布局明确主体完成试点初步建成全面建成初步建成全面建成

》见意建立国家公园体制届中央委员会第三指次全体会议的系提出建立国家公园体制，作为党全面深化改革的重点改革任务体地护国务院批转《发展保在9个省份开展国家公园体制试点中共中央国务院印然改革委关于2015自发《生态文明体制年深化经济体制改的建立资源环境承载能力监测预警机制改革总体方案》体革重点工作意见》主为园建成统一规范高效的中国特色国家公园体制国务院办公厅联合家国构建国家公园自然资源基础数据库及统计分析平台地以园体制总体方案》立护建保于然关《自建成中国特色的以国家公园为主体的自然保护地体系，推慧、发动各类自然保护地科学设置，建立自然生态系统保护的新智厅印体制新机制新模式，建设健康稳定高效的自然生态系统设办公大“建央办重升中院护提共务保量中国物到2020年，提出国家公园及各类自然保护地总体布局和发展植质动规划，完成国家公园体制试点，设立一批国家公园和生野定、及稳部设政建到2025年，健全国家公园体制，完成自然保护地整合归统财地系、护并优化态委保初步建成以国家公园为主体的自然保护地体系”革然生改自地发园护家公到2035年，显著提高自然保护地管理效能和生态产品供给能保国家、国力，自然保护地规模和管理达到世界先进水平，全面建成中然局《国特色自然保护地体系自原发进草部印和村合“推业农联划林业规家农设国、建部程源工资到2025年，有序推进国家公园设立，初步建成以国家公然自园为主体的自然保护地体系-(20212035年到2035年，国家公园等自然保护地和野生动植物保护管》理达到世界先进水平,基本实现国家公园等自然保护地治)理体系和治理能力现代化,全面建成中国特色的以国家公园为主体的自然保护地体系

加强对国家公园试点的指导，建立国家公园体制建立资源环境监测预警数据库和信息技术平台设建地护保然自强加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、智能化系体测监建设各类各级自然保护立 建测网络体系依托生态环境监管平台护 和大数据，运用云计算、保种 物联网等信息化手段，物 与设 据集成分析和综合应用建地护保然全国自然保护地面积占陆自强 加国家重点保护陆生野生动物种数保护率达到75%,植物种数保护率达到8O%自然保护地总面积占比稳定在陆域国土面积的18%以上国家重点保护陆生野生动物和陆生野生植物种数保护率均达到85%2022

制度探索

”国家林业和草原局印发《国家公园管理暂行办法》

为我国国家公园在相关法律正式颁布前得过渡期开展保护、建设和管理工作提供了基本遵循应当充分运用现代化技术手段，推动国家公园实现智慧管理和服务

国家林业和草原局印发《国家公园法（草案）》（征求意见稿）

确保国家公园保护管理有法可依建立全国国家公园天空地一体化监测体系，实现国家公园的动态监测和智慧管理04 05自然保护地智慧化趋势新要求：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。06

智慧自然保护地白皮书新动力：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”。图：双循环驱动自然保护地智慧化政府（监管机构）高精度传感器地理信息系统（中央、地方）公益机构自然保护地物联网AR/VR管理机构游客（中央、地方）数字有线/孪生应用无线网络需求技术志愿者驱动算力驱动态势网络感知社区居民科研工作者无人机低空AI遥感技术特许经营者（投资商、企业）学术机构高分辨率大数据卫星遥感技术07自然保护地智慧化趋势图：主要相关方关注内容及智慧化需求主要关注内容行使自然资源资产所有权开展生态保护修复指导和支持自然保护地管理守护自然生态系统健康稳定提供全民共享公共服务保障日常管理高效运行保护地科学、有效的管理获得更多优质科研成果科研成果应用转化，辅助管理生态旅游资源开发改善当地经济收入、生活水平更多本地经营与就业机会保护当地的生态系统和文化资源高质量的游憩和科普教育体验保障个人生命健康安全科学高效的志愿工作管理

相关方中央和地方政府自然保护地管理机构+科研工作者社区居民+特许经营者+游客+公益机构志愿者

智慧化需求实现自然资源的精确化登记和管理实时监管自然保护地及其所在行政区现状及发展预测提升生态修复、科研监测等服务能力和成效提高生态执法效能建立高效防灾减灾应急机制评估保护地保护和服务成效实现协同移动办公和人员管理评价获取实时准确的本底数据访问多部门集成的数据库提高科研效率，推动科研成果产品化提升自然保护地的管理水平动态分析本地产业发展状况及影响开发数字生态产品与游客服务，及时获悉就业机会获取游客容量、项目需求、政策动态等信息，为经营者评估最优的经营决策连接自然保护地预约系统和外部旅游分销平台，提供一站式旅游服务分析游客容量承载力，规划游憩路线，通过手机APP等多形式享有互动式科普教育机会提升安全事件监测及预警能力，并通过实时定位、视频监控、自动报警等功能保障应急救援效率打造智能化管理的线上办公及活动任务分配平台

智慧自然保护地白皮书自然保护地智慧化面临的关键挑战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2，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。2009年2月，国家林业局正式颁发《全国林业信息化建设纲要（2008-2020年）》和《全国林业信息化建设技术指南（2008-2020年）》08

09自然保护地智慧化趋势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。

智慧自然保护地白皮书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。图：自然保护地智慧化建设需求及现状现状当前较普及的红外相机、声纹采集器和遥感技术不能完全满足对野生动物种群（如数量、分布）的精确监测需求需定期从红外相机和声纹采集器等终端设备收集信息，需人工获取通信盲区设备数据，可能要花费数月时间红外相机的空拍率高、分辨率低、拍摄速度不足以及难以区分野生动物与环境，声纹信息解读困难等现状，导致依赖人工识别采集数据，工作量大难以监测及跟踪外来入侵物种种类组成、区系特征和危害程度等信息，并依此开展管理和治理自然保护地面积广袤，地形多样，施工难度、网络部署费用等因素导致网络覆盖不足，难以支持所有终端设备数据的实时传输森林防火监测火点信息存在监测不及时的情况，影响早期火情处置；同时，各监控指挥平台尚未互联互通，对早期火情调度也存在影响众多自然保护地应用场景（如物种识别、森林防火指挥等）的智慧化需依托算法支持，当前算法的适用性、精准度未能满足不断拓展的智慧场景需求无法全方位监测非法进入、滥伐林木、侵占土地、非法采矿等人为干扰活动，未能有效开展人为活动监管部分自然保护地存在设置终端设备多，数据零散分布，采集数据量大，亟需寻求有效数据存储方式以替换碎片化的零散存储，进一步挖掘数据价值

感知联接分析管理

需求感知物理世界生态特征信息数字化需求数据高效传输传输无障碍需求高效可靠数据存储协同数字化平台数据汇总分析与呈现信息智能分析需求高精度算法支持自然保护地智能化管理和运行机制

1生态感知能力本底数据难以满足实际应用：缺乏地理空间、物种及其生境和气象监测等本底数据，已有数据在精度、范围和时效性方面均有不足。感知体系缺乏统一标准：未能明确监测对象的指向性特征，反映实际生态特征的生态因子、样本数据、样地选择等监测标准有待统一。连续的时空分布数据获取难度大：终端设备及技术无法对大范围、精细化的地物信息或生态指标信息进行连续时空分布监测。智慧终端难以适应野外环境：现有终端设自然保护地施无法适应野外温度低等环境条件，关键挑战存在充电受阻等问题，且要求设备本身不应对环境、物种产生负面影响。3数据分析能力缺乏数据融合标准：现有自然保护地多种类的基础数据库在大数据、云计算方面无统一标准，融合程度不够。尚需寻找有效数据存储方案：自然保护地设置终端设备多，数据零散分布，采集数据量大，亟需寻求有效数据存储方式替换碎片化零散存储，以提升数据价值。缺乏成熟算法支持数据应用：智能识别、AI等技术对众多信息筛选、归类、摒弃空白和噪音的能力尚未得到全面应用，且自然保护地物种多样性、业务场景多元化，亟需结合业务场景、生物多样性定制化开发算法。

2网络联接能力数据难以实时传输：终端缺乏传输功能，且受山区地形、地貌、森林覆盖率等影响，通信网络难以实现全域覆盖，影响部分紧急数据的时效性。尚需设定综合联接方案：部分联接方案尚未综合考虑场景实际数据传输需求（数据传输量、速度和时效等），方案成本较高。4运营管理能力存在“重投入轻运营现象”：自然保护地智慧化系统前期建设过程投入充足，但对后期运营的重视有待提高，人才和技术储备不足，基层管护人员以及其知识水平有待提升，系统尚未达到自主运营水平。10

11自然保护地智慧化趋势自然保护地智慧化蓝图智慧自然保护地关键场景智慧自然保护地的特征自然保护地智慧化阶段12

智慧自然保护地白皮书智慧自然保护地关键场景《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3、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/T3188—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。3S技术是遥感技术(Remotesensing，RS)、地理信息系统(Geographyinformationsystems，GIS)和全球定位系统(Globalpositioningsystems，GPS)的统称。13自然保护地智慧化蓝图图：智慧自然保护地关键场景

智慧自然保护地白皮书智慧自然保护地的特征珍人稀污为濒破危染坏物种案保护处专置项整日治常监外察生态系内业服统部务理生护态理执业法人务兽管管理突理运公维众/社社参外病偷立虫采来设害盗入识防猎侵标物护防护种护保防护生护物多保保样观源性景资保质文护地人生态保护与修复

源资然理自产资

记登权确记源资地湿源记草生确局管查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：图：智慧自然保护地特征图多维度生态感知 多网络融合通信 大数据智慧使能 多场景辅助运营与区管理与全信息开运行公社生态移民管社区社区调控人类经发展营活动管理台搭建社区文化教育文化教育平

智慧自然保护地关键场景

资源管理

定资理巡管理巡护护巡护设备

利用影像设备、无人灵活选用无线网络、以高性能计算和云计智慧自然保护地未来机、传感器及物联网传输专网、光纤网算为基础，依托大数状态更多依赖人工智技术，将自然保护地络、窄带通信网等通据和AI技术，精准能及数据，管理人的的物理信息数字化。讯手段的有效组合，识别和有效利用海行动，并实现系统的开展生态类型与生态将多来源、多维度、量数据，对自然保护迭代和演化。对自然因子感知，主动监测跨领域的数据联接，地进行全场景实时保护地进行精细化管境游资游憩然资源监测数量质量监测析然环境自科研生物分布及动态析监测多变化样监测理性化客科普关监测生境监游度理物种物种监理理观测生客务基态生因游服监理生普行普科气为害测测科科研物空和预监场监种气馆现在场体外管测水线警野文监生预理力气在测载象线承自污在监资然生监资物测料统监库建交基类测信析度测端体终互建及14

及感知数据变化，实实现全数据的跨域融分析。利用人工智理，如辅助开展生态现自然保护地内监测合。并以此为基础形能为生态系统的原宣教与公众服务，更数据可立体感知、目成不同智慧保护场真性、完整性保护好地利用人工智能与标状态可视、发展趋景，各场景在拥有提供考量依据和智数据，更加依赖于智势可预测、入侵及干个性化应用功能的同能管理。能管理，减少人工干扰事件可管控、工作时，通过场景要素的预，在各场景实现开放、及人员可管理的数据协同作用，为内外部融合目标。基础。相关方提供支撑。感知联接分析管理“天空地”一体利用通讯手段的有效利用大数据和AI智能管理保护、化生态感知系统组合，实现从终端到技术实现数据的修复、巡护、预智慧平台的互联分析和利用警等系列动作15自然保护地智慧化蓝图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。图：自然保护地智慧化蓝图1以数字技术使能自然保护地管理信息化、智慧化，支撑自然保个目标护地实现“保护自然生态系统的原真性、完整性”目标4个特征多维度生态感知 多网络融合通信 大数据智慧使能 多场景辅助运营各场景横向打通，基于数据逐步实现自我管理、自我演进和优化7每个场景垂直建设联接各场景的解决方案个应用生态资源科研科普游憩社区管理保护与管理监测教育体验发展与运行修复打造一套标准体系，七大应用于纵向场景保持一致3数据获取网络联接智能分析天空地一体化监测稳定可靠连续的多数据智能分析个手段网络覆盖卫星遥感、视频监控、野保相机、光网络、微波、超短波、云计算、大数据、AI智能识声学监测设备、无人机等3G/4G/5G、Wi-Fi、卫星宽带等别及分析等

智慧自然保护地白皮书自然保护地智慧化阶段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。单场景数字化阶段多场景智慧化阶段全场景智慧化阶段建设基础设施多方位智能感知数字融合全场景应用开启数字化管理推进多场景智慧化管理实现全场景智慧化管理运营初步开展信息化建设，以网络、数据对大量自然保护地核心价值数据进行具有完备的数据采集、存储、计算、辅助等信息基础设施为支撑，利用遥感技采集、分析和融合，指导自然保护地挖掘能力，以数据融合应用为核心，特征术、地理信息技术和全球定位系统进管理和建设。实现智能数据共享和智能管理分析。行信息的采集和监测。智慧聚焦单场景推进数字化应用，并与运多场景可基于数字进行智能分析及协使能全场景基于数字进行自主管理与决策营管理等少数基础场景实现初步协同同管理特征生态感实现单场景的核心数据采集利用多样化感知设备推进多场景核通过多维度、跨领域的全面感知对为单场景搭建稳定的网络联接，实心数据采集数据进行智能采集知与网现部分数据的实时传输利用多种通讯手段提高核心场景网融合广泛铺设公网和针对性建设专络融合特征通过传统数据处理技术，对单场景络覆盖率，实现多场景的数据融合网实现全场景的网络覆盖的数据进行简单存储、运算与可视通过云计算和大数据等技术，对海在实现端边云的协同计算基础上，化分析量数据进行收集、分析、处理及设将云计算能力下沉，提升端侧AI打造数字化信息库计展示算力打造多场景融合大数据智慧平台打造全场景互通互联的综合智慧管理平台全场景智慧化阶段生行态运保与重生护理生管态修保态种工生物度受态种统护单场景数字化阶段受保复块和经济活动监测理管员人客游游信息电子标识社集解说平台游人区全科普信息展示客流调预客承路台分游憩互动教学云课堂游端测憩监体研验科AR/VR科普教育科普教育16 17自然保护地智慧化蓝图自然保护地智慧化方案

智慧自然保护地白皮书智慧自然保护地方案架构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（Informationandcommunicationstechnology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、管理与运行等业务。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。智慧自然保护地方案架构智慧自然保护地建设方案34 智慧自然保护地建设实践

用应能智应用层枢中准 能 平台服务标 智度 策政基础设施接连能智边缘计算网络层互交能智感知层

生态保护与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修复AI大数据GIS融合通信IoT卫星遥感服务集成服务障保维基础数据矢量数据遥感数据资源数据影像数据专题库......运全安云基础服务物种识别烟火识别人流量监控人/车识别视频接入声音识别边缘智能无线公网2/3/4/5G微波/LTE传输专网光纤网络窄带通信网物联网Wi-Fi网络卫星 无人机双光谱生态监测声学 小气象 水质 巡护 移动 病虫害 .../有人机摄像机摄像机监测仪监测站监测仪 终端 监测车监测仪18

19自然保护地智慧化方案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+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需求布设监测点位，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、区域内生物多样性和生态系统及其环境各类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。20

智慧自然保护地白皮书无线公网2G/3G分别指第二、三代无线通信技术，其中2G以数字语音传输技术为核心，3G能够同时传送声音及数据信息。4G/5G指第四、第五代无线通信技术，具有高速传输速率、低时延、高接入性能等优点，4G/5G为当前自然保护地主要的无线通信技术，5G相对4G具有更高的传输速率，更低时延，每平方米更多的设备连接数（5G连接数为100万个，4G为10万个），但建设成本也相对较高，可结合当地特点、建设成本等因素，采用合适的技术。性能指标4G5G平均速率25Mbit/s100Mbit/s峰值速率300Mbit/s20Gbit/s延迟10~50ms1ms用户可移动速度<350km/h>500km/h5G与4G主要性能指标对比典型优势：高速传输速率、低时延、高接入性能。典型限制：由于自然保护地所处位置往往远离居民和商业区，无线基站覆盖较少，需要其他技术的配合和补充。21自然保护地智慧化方案微波/LTE传输专网在运营商公网暂时无法覆盖的区域，可采用微波/LTE（LongTermEvolution，长期演进）自组网方式实现保护区内数据回传、无线通信。微波传输专网微波是直接使用微波作为介质进行的无线通信手段，波长范围为0.1毫米-1米。在保护区典型应用场景为监控站点数据传输等。典型优势：容量大、传输性能稳定、成本低、抗灾害能力强，可满足雷电探测、气象自动预报、数据处理、计算机联网等多种通信要求，增强了林区森林防火、通信指挥和生产调度能力，还可以配合卫星通信技术，利用卫星作为中继站转发微波信号，解决了偏远山区布线困难、野外无信号、林下部分遮挡带来的实况数据传输受阻的问题。典型限制：点对点微波通信容易受到遮挡限制，需要满足一定视通条件。LTE传输专网LTE是3G技术的演进，它改进并增强了3G的空中接入技术，在20MHz频谱带宽下可提供下行100Mbit/s与上行50Mbit/s的峰值速率。LTE技术主要存在时分双工（TDD）和频分双工（FDD）两种主流模式，两种模式各具特色。其中FDD-LTE在国际应用广泛，而TD-LTE在国内较为常见。在保护区典型应用场景为监控站点视频传输、终端通信、野保相机监测数据实时传输等。针对西南、华南等区域的保护区密林场景，可因地制宜采用LTE400Mhz、700Mhz等相对低频频谱通信，以实现更高的穿透性和更广的覆盖。光纤网络指使用光纤作为主要传输介质、光线路终端（opticallinetermination,OLT）、光网络单元（opticalnetworkunit，ONU）等设备组成的广域网、城域网、新建的大范围的局域网或者野外监测站点到指挥中心专线传输。典型优势：光网络能够提供大容量、高速率的通信，具有损耗低、传输容量大、重量轻、体积小、抗电磁干扰等诸多优点，在理想状况下能够在自然保护地内实现大范围的千兆超宽接入，目前网络建设条件相对比较好的自然保护地可考虑将光纤作为传输主动脉。典型限制：成本较高，在陡峭的山区铺设光纤难度较大。22

智慧自然保护地白皮书卫星通信卫星通信是指设置在地球上的无线电通信站之间、利用人造地球卫星作为中继站的两个或多个站之间的通信。无线通信站包括地面、空中、水面和水下的各种站型，统称为地球站，地球站可能处于固定、机动和移动各种状态。在保护区典型应用场景为应急情况下救援等。典型优势：覆盖范围广、受地形影响因素小，通信容量大，信道条件比较好。典型限制：卫星轨道距离地面比较高，信号传播时延较大，信号在雨雪天气会有一定衰减，整体建网和使用成本较高。超短波指利用频率为30-300MHz，相应波长为1m-10m范围内电磁波的通信手段。在保护区典型应用场景为低功耗监测设备数据回传等。典型优势：覆盖范围广、设备组网较简单，抗毁性强，成本较低。典型限制：数据传输速率较低，噪声较大。物联网物联网（InternetofThings，简称IoT）是指通过各种信息传感器、射频识别技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息。在保护区典型应用场景为生态感知，例如传感器结合物联网网关实时监测自然保护地内光照度、温湿度、土壤墒情、树径增长、水质等数据。典型优势：低功耗、广覆盖、低成本。典型限制：传输距离较短，数据传输量少，传输速率较低。23自然保护地智慧化方案Wi-Fi网络Wi-Fi是由IEEE(IEEE802.11)定义的无线网络通信的工业标准，Wi-Fi无线网络4G/5G移动通讯网共同组成了自然保护地生态旅游区的通讯网络。在保护区典型应用场景为游憩体验、科普教育等场景，例如在游客中心、科普教育馆，给游客提供免费的Wi-Fi网络，部分有条件景区可升级到Wi-Fi6网络，支持高密度移动终端接入，提供更大网络带宽容量，更快速、稳定网络体验。典型优势：高带宽、低功耗。典型限制：信号容易受到干扰、覆盖距离短。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。边缘计算主要是适用于局部性、短期数据的实时处理和分析。在野外网络条件较差的区域，数据传到后端平台处理时会影响数据处理的实时性，因此前端的设备需要具备一定的处理能力。在自然保护地范围内部分偏远保护区域的卡口监测、生态监测设备，每天需要实应用场景1 时处理大量视频，可在保护区就近部署人/车识别、物种识别、声音识别等算法应用，视频流无需回传到云端处理，提高处理效率和节约带宽资源。在森林保护场景中，对火险的预警实时性要求比较高，需要终端生态监测摄像机具备一定的处理能力。在这些场景下，边缘终端可在本地进行快速运算，并将结应用场景2果实时反馈给前端，以支撑本地的业务实施、智能化和管理的执行，并突破野外网络传输信号的限制。24

智慧自然保护地白皮书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。云计算技术可以实现海量信息管理、运输、定位等功能，比较适合用全局性、非实时、长周期的大数据来处理数据，并可集成不同应用系统，联接不同数据源，实现应用、数据集成，各项数据服务，适用于构建智慧自然保护地集成管理平台。云计算在智慧保护地的建设中，一方面可以帮助自然保护地的管理者，通过对海量数据的收集、分析与处理，应对自然保护地的管理需求并进行有效改进。另一方面，游客、社区人员等相关方可通过云计算平台获取自然保护地的相关信息，如最佳的观景时机、某区域的游憩设施或某展馆的解说服务等，以提升游憩体验。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。25自然保护地智慧化方案AI平台算力、算法、数据是AI的三大核心要素，AI平台是自然保护地智能化方案的核心引擎。通过AI平台，构筑集数据标注、模型训练、模型发布、模型推理部署等能力于一体的平台服务，快速实现业务智能化的闭环。AI平台建议优先选用国产自主可控技术，计算层采用国产化的CPU、AI训练芯片和推理芯片，框架层采用国产化的编程框架，软件层采用国产化的一体化开发平台，形成从芯片到应用开发全栈国产化AI能力。AI平台可灵活采用本地化或者云上部署方式，通过数据本地化采集，算法本地化或者云上训练、算法本地化部署的方式，有效保证了数据安全性、算法安全性和业务安全性。基于AI平台，快速构筑出具有地域特色的AI算法模型库，在珍稀动植物识别、智能森林火灾、地质灾害风险预警等方面落地智能算法。大数据大数据（BigData）即大量有价值的数据，并且数据规模巨大到无法通过主流工具软件在合理时间内进行处理和分析，加工成对部门或企业有更大利用价值的信息数据。大数据具有以下四个特性：更大的容量（Volume），TB级跃升至PB级，甚至EB级；更高的多样性（Variety），包括结构化、半结构化和非结构化数据；更快的生成速度（Velocity）；前面三个的组合推动了第四个因素—价值（Value）。随着物联网、3S和移动互联网等信息技术的演进和应用，自然保护地数据的来源和种类不断增多，除了传统的遥感、GIS和数字采集终端等数据源外，传感、多媒体、空间、地理位置服务数据已经成为自然保护地数据的新来源。大数据背景下，自然保护地数据的空间分布范围更广、时间尺度更为多变，时效性更强，数据量更大，处理速度更快，数据量呈指数级增长将常态化。大数据关键技术主要包括：并行计算技术、流式计算技术、遥感技术、可视化技术、数据挖掘技术、分布式技术等。根据数据的生成方式和结构特点不同，将数据分析划分为7个关键技术领域，即结构化数据分析、物联感知数据分析、Web分析、多媒体分析、社交网络分析与移动分析。大数据技术可优先应用于提高自然保护地精准决策能力，数据资源的整合共享。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。26

智慧自然保护地白皮书智慧自然保护地建设方案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。图：不同类型自然保护地智慧化建设的场景比较园核心目标主要功能附属功能主要管理场景公家保护生态系统的保护具有国家代科研、宣教、生态保护与修复、国完整性和原真性表性的大面积自游憩资源管理、科研然生态系统，更监测、科普教育、注重对生态系统游憩体验、社区完整性和原真性发展和管理与运区的保护行七大场景护保然自强调主要保护对严格保护生态系科研、宣教、生物多样性与自然象的科学保护统和物种等生物生态旅游遗迹的保护、科学多样性，自然遗研究、科普教育、迹，农业近源种生态旅游，社区共管、管理运行园公然自在保护生态系统森林、草原、湿宣教、旅游生态保护与修复，服务的前提下，地、地质自然资科普宣教，旅游开展可持续利用源、文化与自然景观资源保护和可持续利用27自然保护地智慧化方案图：智慧自然保护地落地场景领域分类 落地领域 典型应用场景举例生态系统监测管理火灾防护智慧生态系统保护病虫害防护偷采盗猎防护生态保护与修复重点保护物种种群监测管理智慧生物多样性保护重点保护物种种群趋势分析恢复、修复等措施制定智慧生态恢复成效追踪自然资源资产管理自然资源确权登记线上管理生态产品合理开发与培育生态产品价值实现林草碳汇精准计量与动态监测资源管理林草碳汇交易平台搭建巡护任务规划巡护人员管理智能管护防火预警智能卡口管理实时信息追踪科研监测智慧分析数据快速分析大数据平台搭建自然资源数据分享科普教育上云科普教育智慧科普智能景点解说VR和AR交互式体验门票预约管理游憩体验智慧游憩游客容量承载力分析游憩路线规划获取游憩设施数据保障游客安全社区公众环境教育人兽冲突管理社区发展 智慧治理人类经营活动管理安全事件监测预警管理咨询与信息公开种群动态和预测综合数据及信息分析管理与运行 智慧管理自然保护地线上办公和人员管理自然保护地信息共享自然保护地生态效益评估28

智慧自然保护地白皮书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。图：森林防火监测预警系统智能平台应用野外森林高点站监测火灾预报预警平台巡护管理系统应用平台服务AI大数据GIS融合通信IoT卫星遥感服务集成服务智能数据层基础数据矢量数据时空遥感数据气象数据影像数据中枢基础设施云基础服务混合云私有云公有云智能边缘计算视频接入烟火识别连接网络层微波传输专网光纤网络窄带通信网智能感知层北斗卫星定位系统地理信息系统人脸车辆卡口摄像机双光谱防火摄像机林下小气象传感器一体化杆站交互29自然保护地智慧化方案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。图：智慧巡护系统智能平台应用巡护管理平台巡护APP应用平台服务AI大数据GIS融合通信IoT卫星遥感服务集成服务智能数据层基础数据矢量数据时空遥感数据气象数据影像数据中枢基础设施云基础服务混合云私有云公有云边缘计算视频接入物种识别人流量监控智能连接网络层 微波传输专网 光纤网络 窄带通信网 Wi-Fi网络智能感知层北斗卫星定位系统地理信息系统无人机/有人机单兵宽带移动设备巡护终端交互30

智慧自然保护地白皮书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、微波传输专网、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。图：物种监测系统智能平台应用动物智能识别系统珍稀动植物远程视频监控系统野生动物红外相机监测系统生境指数信息采集系统应用平台服务 AI 大数据 GIS 融合通信 IoT 卫星遥感服务 集成服务智能数据层基础数据矢量数据时空遥感数据野外声音数据动物踪迹数据气象数据影像数据中枢基础设施云基础服务混合云私有云公有云智能边缘计算视频接入物种识别人/车识别连接网络层无线公网2/3/4/5G微波传输专网光纤网络窄带通信网智能感知层北斗卫星定位系统地理信息系统触发式红外相机高清云台摄像机野生动物声学监测仪无人机/有人机交互31自然保护地智慧化方案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。图：生态执法管理系统智能平台应用生态执法工作平台应用平台服务AI大数据GIS融合通信IoT卫星遥感服务集成服务智能数据层基础数据矢量数据时空遥感数据野外声音数据人员动态数据影像数据执法业务等专题数据中枢基础设施云基础服务混合云私有云公有云智能边缘计算视频接入物种识别人流量监控人/车识别连接网络层微波传输专网光纤网络Wi-Fi网络智能感知层北斗卫星定位系统地理信息系统无人机/有人机单兵宽带移动设备巡护终端交互32

智慧自然保护地白皮书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。图：智慧科普教育体验系统智能平台应用智慧科普展示区VR/AR体验区智能标识导视系统网络远程宣传应用平台服务AI大数据GIS融合通信IoT卫星遥感服务集成服务智能数据层基础数据矢量数据时空遥感数据野外声音数据气象数据影像数据动植物等专题数据中枢基础设施云基础服务混合云私有云公有云智能边缘计算视频接入物种识别人流量监控连接网络层无线公网2/3/4/5G微波传输专网光纤网络Wi-Fi网络智能感知层北斗卫星定位系统地理信息系统无人机/有人机单兵宽带移动设备巡护终端交互33自然保护地智慧化方案智慧自然保护地建设实践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。34

智慧自然保护地白皮书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（青海片区）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，上述园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