韓璐++鄭姚閩++牛振國++王濱++宗雪

摘 要：以中國若爾蓋高原自然保護區(qū)群為研究對象，根據(jù)保護區(qū)發(fā)展生態(tài)旅游的實踐需要和旅游者的體驗需求設(shè)計開發(fā)自駕游平臺，其目標是整合流域內(nèi)自然保護區(qū)生態(tài)旅游資源和開發(fā)條件，達到既有助于保護區(qū)生態(tài)旅游的可持續(xù)發(fā)展，又能減輕保護區(qū)生態(tài)旅游管理者和經(jīng)營者的工作負擔的目的。該平臺具體由傳感器等硬件設(shè)施和GIS信息采集、數(shù)據(jù)存儲分析、數(shù)據(jù)展示、閾值報警提醒、虛擬自駕游、游客流量均衡等軟件功能模塊組成。

關(guān)鍵詞：若爾蓋高原；自然保護區(qū)；自駕游；信息管理系統(tǒng)

中圖分類號：X171.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.09.001

實踐證明，建立自然保護區(qū)是生物多樣性保護最有效的措施之一，而生態(tài)旅游是協(xié)調(diào)科學保護與合理開發(fā)關(guān)系的一種新型旅游模式，可以作為可持續(xù)發(fā)展的一種有效途徑。我國已經(jīng)初步形成以自然保護區(qū)為主體，以風景名勝區(qū)、地質(zhì)公園、森林公園、濕地公園、植物園、動物園和國家公園為補充的生態(tài)文明建設(shè)目標體系。生態(tài)旅游資源的合理開發(fā)被認為是增強人類保護自然意識、提高人類保護自然能力的有效手段之一。2011年，國家林業(yè)局、國家旅游局共同推出249號文件《關(guān)于加快發(fā)展森林旅游的意見》；2013年年初，《國民旅游休閑綱要2013—2020》出臺，明確提出了“支持汽車旅館、自駕車房車營地等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)”“鼓勵開展自駕車旅游”；2015年，中央推出一號文件《關(guān)于加大改革創(chuàng)新力度 加快現(xiàn)代化建設(shè)的若干意見》。這些文件從挖掘生態(tài)休閑、旅游觀光和文化教育價值，加大生態(tài)旅游基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)投入和制訂生態(tài)旅游用地、財政和金融扶持政策等方面為我國自然保護區(qū)發(fā)展生態(tài)旅游事業(yè)保駕護航。

我國生態(tài)旅游資源很豐富，但由于資源整合、服務供給等能力偏弱，無法滿足當前強大的旅游需求，導致我國大量游客外溢到日韓、新澳等地。自然保護區(qū)開展自駕游不僅能夠帶動社區(qū)經(jīng)濟發(fā)展，提高保護區(qū)的創(chuàng)收能力和保護成效，還能夠增強旅游者對自然保護區(qū)的認知。在此過程中，發(fā)揮旅游的口碑效應，加上媒體的宣傳作用，讓更多的人理解建立自然保護區(qū)的現(xiàn)實意義，從而擴大自然保護區(qū)的社會影響力。由于自然保護區(qū)的整體發(fā)展受到我國為發(fā)展中國家這一國情的制約，生態(tài)環(huán)境保護與生態(tài)旅游政策的結(jié)合為自然保護區(qū)自駕游發(fā)展提供了前所未有的機遇。在這樣的背景下，我們開展中國若爾蓋高原自然保護區(qū)群自駕游平臺設(shè)計與開發(fā)研究。

需要明確的是，自然保護區(qū)自駕游是一種限定于實驗區(qū)（限地）和非野生動物繁殖期（限時），游客數(shù)量限定于環(huán)境承載量（限量），體驗項目限定于極輕度干擾生態(tài)系統(tǒng)的程度（限項），交通工具限定于電動汽車和自行車（禁止“三廢一噪”），絕大多數(shù)收入投入生態(tài)恢復（反哺）的新型精品化生態(tài)旅游方式。

1 研究區(qū)概況

中國若爾蓋高原自然保護區(qū)群位于青藏高原東緣的若爾蓋高原，行政上隸屬四川省阿壩藏族羌族自治州若爾蓋縣、紅原縣、阿壩縣和甘肅省甘南藏族自治州瑪曲縣和碌曲縣。地理坐標為東經(jīng)100°45′～103°37′，北緯31°51′～34°50′，總面積為41 200 km2。

該自然保護區(qū)群擁有獨特的生態(tài)系統(tǒng)、星羅棋布的湖泊、分布廣泛的濕地、蜿蜒迂回的河流和豐富的野生動植物資源。它們不僅僅是旅游資源，還具有極高的美學價值和文化價值。世界上起源最晚的唯一高原鶴類、全球性珍稀瀕危物種黑頸鶴（國家I級重點保護動物）就集中棲息、繁殖在這里，因而這里被中國動物協(xié)會授譽為“中國黑頸鶴之鄉(xiāng)”。90%的鳥類的棲息地在距河岸150～170 m的范圍內(nèi)，人類也喜好棲水而居，由此形成了龐大的以水為核心的文化遺產(chǎn)。加之區(qū)內(nèi)濃郁的藏族文化，共同交織成一幅旖旎和諧的高原風光。

若爾蓋高原濕地是自第四紀喜馬拉雅造山運動以來處于低位發(fā)育的草本沼澤，蓄水總量近1.0×1010 m3，泥炭總儲量達7.0×109 m3，是世界上最大的一片高原泥炭沼澤，在調(diào)節(jié)氣候、保持水土、減少溫室效應等方面具有不可替代的作用。作為重要的水源涵養(yǎng)區(qū)，黃河流經(jīng)這里后，雨季徑流量增加29%，枯水季徑流量增加45%，素有“中華水塔”和“中國西部高原之腎”之譽。

該自然保護區(qū)群包括3個國家級自然保護區(qū)和7個地方級自然保護區(qū)，集生物多樣性保護、科學研究、宣傳教育、生態(tài)旅游和可持續(xù)利用為一體，是中國乃至世界上生物多樣性保護的關(guān)鍵地區(qū)之一。

由于該自然保護區(qū)群緊鄰世界級風景名勝區(qū)九寨溝和黃龍，是環(huán)大九寨溝生態(tài)旅游圈的重要組成部分。因此，選擇該自然保護區(qū)群作為研究對象，根據(jù)保護區(qū)發(fā)展生態(tài)旅游的實踐需要和旅游者的體驗需求而設(shè)計開發(fā)自駕游平臺。

2 平臺建設(shè)目標

經(jīng)過50 多年的發(fā)展，地理信息系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展成為包括地理信息科學、地理信息技術(shù)和地理信息應用的綜合高技術(shù)領(lǐng)域，在經(jīng)濟與社會發(fā)展、規(guī)劃與區(qū)域設(shè)計、衛(wèi)生與生命健康、資源與環(huán)境、災害與應急響應等領(lǐng)域得到了廣泛應用，成為當今信息社會不可或缺的重要組成部分。本文擬建立基于WebGIS的若爾蓋高原自然保護區(qū)自駕游平臺管理系統(tǒng)，整合自然保護區(qū)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，采取無線傳輸方式實時上報野外調(diào)查數(shù)據(jù)或者監(jiān)測設(shè)備采集到的數(shù)據(jù)信息，建立標準化、規(guī)范化的自然保護區(qū)數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)保護區(qū)地理信息系統(tǒng)、現(xiàn)有業(yè)務流程和監(jiān)控系統(tǒng)等互相融合、統(tǒng)一的運行工作，滿足若爾蓋高原自駕游全程的環(huán)境監(jiān)測、閾值報警、虛擬旅游、流量均衡、在線幫助以及保護區(qū)旅游資源管理的公告發(fā)布等切實需要，提高保護區(qū)自身的管理能力。

3 平臺開發(fā)

3.1 平臺總體框架設(shè)計

務的最大化共享，系統(tǒng)采用B/S結(jié)構(gòu)設(shè)計，即瀏覽器/服務器（Browser/Server，簡稱“B/S”）結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)分為四個層次，總體架構(gòu)如圖1所示。

物理層包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)遠傳兩個模塊，其中，數(shù)據(jù)采集用于采集保護區(qū)的自然信息和旅客流量，數(shù)據(jù)遠傳將收集到的數(shù)據(jù)傳送至Web服務器和數(shù)據(jù)庫。

數(shù)據(jù)層包括服務器和數(shù)據(jù)庫。其中，服務器配備Web服務和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)；數(shù)據(jù)庫包括用于存放傳感器數(shù)據(jù)的傳感器數(shù)據(jù)庫，用于存儲網(wǎng)站信息的網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫和用于存儲保護區(qū)地理信息的GIS數(shù)據(jù)庫。生態(tài)旅游資源分布圖和時空演變圖作為底圖存儲于GIS數(shù)據(jù)庫中。

自然保護區(qū)自駕游平臺GIS數(shù)據(jù)庫需要存儲、管理濕地的空間信息、屬性信息和錄像資料。錄像資料選擇使用文件形式存儲；空間信息和屬性信息以混合型結(jié)構(gòu)模型存儲，即用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲屬性數(shù)據(jù)，用文件存儲空間數(shù)據(jù)，再通過一種標識在兩者間建立連接。

功能層主要包括服務器提供的抽象功能，包括數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)更新和展示輸出。

應用層主要是根據(jù)保護區(qū)和游客的切實需要定制的功能模塊，包括環(huán)境檢測、閾值報警、虛擬旅游、流量均衡、在線幫助和公告發(fā)布。

3.2 平臺功能

3.2.1 環(huán)境監(jiān)測

若爾蓋高原自然保護區(qū)群的環(huán)境監(jiān)測主要涉及氣象監(jiān)測、生物多樣性監(jiān)測和地質(zhì)災害敏感性分析等。氣象監(jiān)測是以定位點為圓心觀測周圍溫度、濕度、風速、風向、氣壓、太陽總輻射量、降雨量、土壤濕度、紫外輻射、環(huán)境氣體等20項數(shù)據(jù)指標，為自駕游旅客提供詳細的全天候現(xiàn)場監(jiān)測信息，方便自駕游旅客及時應對突發(fā)天氣變化。生物多樣性監(jiān)測是以現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，通過定期清查動植物資源、抽樣調(diào)查等形式定期評估自然保護區(qū)內(nèi)的生物多樣性，并且對于生物遷徙，它總是朝著破碎程度小，對生物覓食等生命活動有利的、生境條件優(yōu)良的景觀類型中運動，以建立連通各棲息地斑塊的景觀格局，保證生命過程的連續(xù)性和完整性，有利于生物多樣性保護。通過運用建立物種分布模型和生態(tài)旅游區(qū)適宜性評價方法，能夠找到最適宜的生態(tài)旅游區(qū)。地質(zhì)災害敏感性分析則主要是通過分析坡度和坡向、地層巖性、溝壑切割三個可能導致項目區(qū)地質(zhì)災害的敏感要素單因子，運用層次分析法和地統(tǒng)計學方法，借助GIS平臺在以上單因子疊加的基礎(chǔ)上對整個研究區(qū)地質(zhì)災害敏感性進行的綜合評價。

以自駕游旅客為定位點，以平臺自動向用戶展示定位點為圓心，1 km半徑范圍內(nèi)的氣象監(jiān)測和生物多樣性監(jiān)測結(jié)果展現(xiàn)了若爾蓋高原迷人的風光和豐富的動植物。同時，用戶可以自選或搜索定位點查看所選位置的數(shù)據(jù)信息。另外，監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息可以為保護區(qū)管理人員提供參考，幫助管理人員規(guī)范游客和當?shù)鼐用竦幕顒?，預防不法分子偷獵、偷伐等破壞保護區(qū)生態(tài)環(huán)境的行為。

3.2.2 閾值報警

以現(xiàn)有數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，確定各項指標（氣象監(jiān)測20項數(shù)據(jù)，地質(zhì)災害發(fā)生概率、生物多樣性監(jiān)測中植被面積及動物種類、數(shù)量、活躍度等）的報警閾值。當發(fā)現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的行為時，自動以郵件、短信、微信等形式向保護區(qū)管理人員發(fā)出警告，以便保護區(qū)相關(guān)人員及時采取措施，防止情況進一步惡化，促進若爾蓋高原濕地保護區(qū)的良性發(fā)展。

3.2.3 虛擬旅游

虛擬旅游模塊為自駕游用戶的專屬模塊，虛擬現(xiàn)實的旅游體驗。以若爾蓋高原自然保護區(qū)群為整體藍本，利用三維技術(shù)和VR（Virtual Reality，“虛擬現(xiàn)實”）技術(shù)細致勾畫布局設(shè)計、交通、景觀、環(huán)境、服務站、人文等，虛擬現(xiàn)實保護區(qū)群內(nèi)的全部場景，構(gòu)建一個逼真的，具有視覺、聽覺、觸覺的保護區(qū)景觀，實現(xiàn)用戶自動漫游。同時，用戶不僅可以做出像在真實世界一樣的動態(tài)行為，還可以進行查詢、搜索等操作，使游客到達保護區(qū)之前就有身臨其境之感。平臺溫馨提醒用戶在出發(fā)之前盡可能地做好充分的準備，避免出現(xiàn)不檢查和不保養(yǎng)車輛、不熟悉道路，不攜帶應急修車工具、易損零配件等情況。另外，該模塊還包含自駕游攻略，將路況，沿途休息、吃飯、住宿地點，加油站、服務站等規(guī)劃在內(nèi)。

用戶到達保護區(qū)以后，移動操作終端平臺提供在線導航導游功能，推薦周邊的風景名錄，詳細介紹動植物特性。

3.2.4 流量均衡

自然保護區(qū)旅游資源的分布并不像人文景區(qū)那樣規(guī)律、易管理。自駕游一族要自己駕車完成部分或全部的旅行旅程，不僅要觀光，還有可能涉及探險。若爾蓋高原自然保護區(qū)群內(nèi)豐富的旅游資源可以滿足自駕游旅客的體驗需求。為避免保護區(qū)超負荷接待，在流量均衡方面并不單單是人員數(shù)量的約束，不可忽視的一點就是保護區(qū)泊車管理。在保護區(qū)人員數(shù)量控制方面，為避免出現(xiàn)保護區(qū)內(nèi)某一景點人員過多或過少的情況，向保護區(qū)管理人員發(fā)出提示，以及時疏導或引導游客；而在泊車管理方面，保護區(qū)可參觀區(qū)域規(guī)劃時要注意道路、停車場及其他服務設(shè)施的設(shè)計，不宜建設(shè)投資過大、占地大、污染嚴重的自駕車配套設(shè)施。自駕游平臺的建設(shè)可以提高保護區(qū)管理人員的工作效率，緩解保護區(qū)景點游客壓力，提升游客的旅游愉悅度。

自駕游這種高參與性的旅游模式并不是單一的觀光。這種休閑度假讓游客親自參與和親身體驗，在提供優(yōu)美的生態(tài)環(huán)境的同時，保護區(qū)建設(shè)人員也應該建立使自駕游旅客能夠參與的新型觀光結(jié)構(gòu)，完善旅游設(shè)施，提高服務水平，延長自駕游游客的停留時間。

3.2.5 在線幫助

建立游客與保護區(qū)服務人員、游客與游客間交流的小平臺，解決游客遇到突發(fā)情況，并配備相應的論壇和討論區(qū)，對大家遇到的問題進行解答，供遇到相似問題的游客參考；對游客旅行途中遇到的問題或提出的意見進行整理和歸納，根據(jù)各個景點游客數(shù)量給出建議。

3.2.6 公告發(fā)布

實時更新國家相關(guān)政策、法規(guī)和游區(qū)緊急通知等。目前，國家、地方和相關(guān)行業(yè)尚未出臺有關(guān)自駕車旅游的規(guī)范，旅行社和車行組織的自駕車旅游團在安全方面比較有保障，而對于網(wǎng)友自發(fā)組織的自駕活動，現(xiàn)在尚未出臺相關(guān)規(guī)定。因此，應針對自駕游組團行為出臺服務性規(guī)定，對自發(fā)組團行為給予相關(guān)指導。

自然保護區(qū)生態(tài)旅游存在社區(qū)與保護區(qū)、游客與自然生態(tài)環(huán)境、社區(qū)與游客、經(jīng)營者與生態(tài)環(huán)境、游客的需求與資源供給等一系列矛盾。為此，自然保護區(qū)內(nèi)部管理人員可以就保護區(qū)內(nèi)部的氣象統(tǒng)計數(shù)據(jù)、生物多樣性統(tǒng)計數(shù)據(jù)、游客流量數(shù)據(jù)、行政部門相關(guān)政策等綜合調(diào)控，發(fā)布相關(guān)公告信息，引導平臺用戶前往瀏覽保護區(qū)需要被關(guān)注的地方。同時，設(shè)置“愛心募捐”站點，網(wǎng)站“愛心募捐”與實體“愛心募捐”同時運行，例如“關(guān)注濕地，呵護‘地球之肺”“愛護黑頸鶴，留住生態(tài)美”等愛心捐助活動。自駕游用戶在完成一次感受濕地自然美的旅程之后，為若爾蓋高原的建設(shè)與保護貢獻一份力量。

該平臺還具備手機等移動操作終端應用推送功能。若爾蓋高原自然保護區(qū)群生態(tài)旅游科工作人員可以向科技扶持企業(yè)、自駕游俱樂部、汽車租賃部門、各大電商、戶外安全教育拓展中心、野生動植物保護協(xié)會等部門發(fā)出合作橄欖枝，尋求保護區(qū)建設(shè)與生態(tài)旅游齊頭并進。

3.3 平臺應用

對景區(qū)管理人員來說，該平臺的建立可以大大減少平時的工作量，不用人為定期監(jiān)測景區(qū)環(huán)境指標，特別是氣象監(jiān)測數(shù)據(jù)，全部自動收集完成；在游客管理方便也能發(fā)揮一定的優(yōu)勢，比如在線幫助和自助服務。游客可以通過該平臺獲得更大的便利，在計劃旅游時，該平臺為其提供如臨其境的感受，當置身其中時又能提供實實在在的幫助。此外，對游客和景區(qū)管理也有很大的幫助。

4 開發(fā)環(huán)境

4.1 開發(fā)技術(shù)

Iot（Internet of things）是下一代物聯(lián)網(wǎng)理念，融合了互聯(lián)網(wǎng)和嵌入式SoC。本設(shè)計采用樂鑫公司提供的Iot解決方案ESP8266。ESP8266 是一款高度集成的芯片。該芯片專門針對無線連接的需求而開發(fā)，是一個完整且自成系統(tǒng)的WiFi網(wǎng)絡解決方案。它能夠搭載軟件應用，也能通過另一個應用處理器卸載所有的WiFi網(wǎng)絡功能。ESP8266具備強大的片上處理和存儲功能，這使其可通過GPIO口集成傳感器及其他應用的特定設(shè)備，既縮短了前期開發(fā)時間，也最大限度地減少了運行中系統(tǒng)資源的占用。另外，ESP8266片內(nèi)高度集成，僅需極少的外部電路，而其包括前端模塊在內(nèi)的整個解決方案可將設(shè)計中PCB所占的空間降到最小。

WebGis和Web3D技術(shù)在網(wǎng)頁中實現(xiàn)虛擬顯示。Web3D技術(shù)是實現(xiàn)網(wǎng)頁中虛擬現(xiàn)實的一種新技術(shù)?；ヂ?lián)網(wǎng)3D圖形的開放標準為VRML，它是3D圖形和多媒體技術(shù)通用交換的文件格式，基于建模技術(shù)，描述交互式的3D對象和場景，不僅可以應用在互聯(lián)網(wǎng)上，還可以應用在本地客戶系統(tǒng)中，應用范圍極廣。由于網(wǎng)上傳輸?shù)氖悄Ｐ臀募?，因此其傳輸量小于視頻圖像。

4.2 開發(fā)平臺

安信可公司定制的Eclipse IDE采用C/C++作為嵌入式開發(fā)語言，并以官方提供的SDK作為二次開發(fā)；Apache 服務器軟件采用PHP作為網(wǎng)站開發(fā)語言。

4.3 數(shù)據(jù)庫平臺

數(shù)據(jù)庫平臺采用開源數(shù)據(jù)庫管理軟件MySQL。

5 關(guān)鍵技術(shù)

ESP8266的二次開發(fā)無疑是自駕游平臺的關(guān)鍵技術(shù)之一，涉及硬件通信的許多協(xié)議，比如IIC、SPI、UART、1-wire等，同時，還要求對網(wǎng)絡通信底層有一定的了解，以便將收集到的數(shù)據(jù)遠傳至服務器。

網(wǎng)頁虛擬現(xiàn)實技術(shù)，如何給用戶提供近似真實的感受，要考慮多種因素，而且景區(qū)的數(shù)學建模及完整、細致地展現(xiàn)景區(qū)也是一項巨大而艱巨的工程。隨著時間的推移，景區(qū)新增設(shè)施或改建都要求及時更新數(shù)據(jù)庫模型，且其后期維護是另一大難題。

將WebGIS作為基礎(chǔ)平臺，在地理信息系統(tǒng)中嵌入HTTP和TCP/IP作為標準的應用系統(tǒng)，實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下的空間信息管理。

利用遙感技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)和多媒體技術(shù)等技術(shù)實現(xiàn)空間距離與面積計算、不同圖層疊加顯示、拓撲分析、緩沖區(qū)分析、淹沒區(qū)分析、可視預分析、DEM分析等功能，并實現(xiàn)當前窗口地圖輸出與打印服務。通過DEM與遙感影像疊加，實現(xiàn)保護區(qū)三維漫游。

6 配套設(shè)施

當前，自然保護區(qū)生態(tài)旅游設(shè)施亟待完善。在景區(qū)需要監(jiān)測的節(jié)點上布置AC設(shè)備、WiFi傳感器、遠程服務器和PC-4型便攜式自動氣象站。AC設(shè)備既可以為WiFi傳感器提供接入點，還可以滿足游客時時上網(wǎng)的需要，提高旅游的愉悅度；遠程服務器用于用戶的Web請求和數(shù)據(jù)的存儲；PC-4型便攜式自動氣象站用于集成多項氣象要素的可移動觀測系統(tǒng)，開箱即可測量，測量位置靈活可變。

7 討論

自然保護區(qū)自駕游是新興事物，要嚴格執(zhí)行限地、限時、限量、限項等限制措施，禁止“三廢一噪”，并將絕大多數(shù)收入用于生態(tài)恢復中，否則會得不償失，因小失大。在執(zhí)行過程中，一定要本著“科學論證先行，平臺技術(shù)跟上和監(jiān)督機制引入”的原則。隨著計算機、互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，遙感、地理信息系統(tǒng)也蓬勃發(fā)展。在技術(shù)上，自然保護區(qū)自駕游平臺開發(fā)集成應用經(jīng)濟學、地理學、生態(tài)學等分析方法，將土地利用規(guī)劃、經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃、旅游規(guī)劃和保護區(qū)規(guī)劃等多種規(guī)劃統(tǒng)籌到一個網(wǎng)絡信息共享平臺上，旨在提高自然保護區(qū)的信息化、現(xiàn)代化水平，實現(xiàn)信息資源高度共享和綜合利用。該平臺不僅能夠?qū)崿F(xiàn)自然保護區(qū)信息的整合與分析，提高管理水平和分析決策能力，還能夠提供圖文并茂的旅游信息，吸引更多的人來觀光旅游。

加強自然保護區(qū)自駕游平臺的開發(fā)設(shè)計研究，可以促進自然保護區(qū)和生態(tài)旅游事業(yè)的蓬勃發(fā)展。因此，建立基于WebGIS技術(shù)的自然保護區(qū)自駕游平臺具有極大的現(xiàn)實意義。

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〔編輯：劉曉芳〕