转载出处：解 焱、John Fellowes.
1996. GIS技术在保护区管理中的应用.《保护中国的生物多样性（二）》（汪松、谢彼德、解焱编辑）. 中国环境科学出版社. 北京.227-233页.
★前
言★GIS建立过程★GIS在保护区的应用面临的主要问题及对策(XIE
et al.,1998)★参考文献
1、中国科学院动物研究所 北京 100080
2、嘉道理农场暨植物园 香港
摘要：本文主要论述了GIS在生物多样性保护的应用过程和保护区GIS的建立过程，并就目前中国保护区GIS建设过程中存在的问题提出一些建议。特别针对保护区存在的严重忽略GIS技术在生物多样性编目、监测和分析中的应用问题，提出了相应的对策。
关键词：GIS、保护区、生物多样性
1 前 言
地理信息系统（GIS-Geographical Information System）是建立在地球科学和信息科学基础上的边缘科学。是地理学、地图学、计算机科学、遥感等涉及空间数据采集、处理和分析的多种学科与技术共同发展的结果。GIS把这些技术与学科有机地融合在一起，并与不同数据源的空间与非空间数据相结合，通过空间操作和模型分析，提供对规划、管理和决策有用的信息产品。
它萌芽于本世纪60年代初，90年代以来地理信息系统得到了空前迅速的发展，世界各地的政府部门、商业机构、学术团体已广泛地采用GIS，GIS已经成为一大型的工业部门，逐渐成为社会经济体系中运行的一个部分。发达国家和新兴工业化国家大多已建立了本国统一、规范和广泛共享的国家基础地理信息系统；积累了相当规模的数字化专业空间信息，多种形式的数字化地理信息产品广泛进入市场；相关的GIS产业已成为信息产业中的一个重要的分支。GIS的应用已经替代了一系列传统的信息管理、决策模式，在资源环境管理、农业估产、自然灾害防治、交通通信系统设计和管理、城市规划管理、经济决策以及商贸等各个领域产生了巨大的经济和社会效益，提高了整个国民经济系统运行的有效性。
GIS的应用范围正随着国家信息网的发展迅速扩大。以美国为例，由1:100万至1:2.4万的基础地理信息数字化产品和大批专业地学数字化信息产品已进入市场，以相当低廉的价格提供用户使用，约85%的联邦机构和7万多个地方政府机构使用GIS，每年GIS的应用项目达1万多个。90年代全球GIS产业以每年15%～40%的速度增长，预计2000年其产值将至少达500亿美元，成为信息产业中市场前景十分广阔，又相对独立的新兴产业（陈述彭，1992）。
我国的GIS起步较晚，从80年代初方开始，但至今已取得了一些重要成果。如初步建成了国家地理信息系统1:100万数据库，并开始提供使用；一些在资源调查、规划和环境、灾害监测等方面的专业地理信息系统研制成功，并在应用中取得了显著的经济和社会效益；城市和地区地理信息系统发展迅速，开始在决策规划中发挥重要作用；一批我国自行设计的GIS基础软件研制成功，相继投入使用；一些技术规范、标准已经研究或发布实施；一批从事GIS开发、应用的人才、机构和高科技企业在实践中成长；地理信息系统产业化进程正在加速（何建邦、蒋景瞳，1993）。
但是在农业可持续利用、森林和野生生物保护和管理中，GIS技术还是相当新的技术。GIS技术在野生生物和生物多样性管理方面的应用面临严峻的挑战。野生动物天生的躲避和藏匿行为使我们很难在野外观察到动物；由于季节、食物、栖息地、光照和其他原因，野生动物常常处于迁移状态，使野生动物很难准确定位；森林有着复杂的水平和垂直空间结构（草本层、灌木层和乔木层等）；由于树冠的覆盖，树冠下植被和动物物种的情况很难在卫星和航空图片中体现；物种之间有着或强或弱的相关性，这种相关性影响着物种的组成和数量……。这些复杂的生物多样性特征导致数据收集、分析和模拟的困难，从而限制了GIS技术在生物多样性监测和分析方面的作用。GIS技术在中国生物多样性研究方面的应用更是处于起步阶段。保护区使用GIS技术已有一些不错的开端，但远远不谈上真正在保护区规划、管理，特别是野生生物资源调查、监测、分析和管理中发挥作用。
少数保护区已经建立了GIS，据不完全统计，有长白山（森林火灾监控、生态旅游规划和区带划分）、梅花山（森林火灾监控系统、虎栖息地评估和区带划分）、神农架（区带划分）、卧龙（大熊猫栖息地评估）、盐城（丹顶鹤栖息地评估和区带划分）和西双版纳自然保护区（当地少数民族土地利用规划、砂仁种植土地利用评估）(Han
et al., 1997)。卧龙自然保护区利用GIS技术分析了大熊猫生境状况并为大熊猫的管理提供信息(Ouyang, Z. Y. and
Yang Z.Q.,1996)。西双版纳创建了包括高程、保护区边界、保护区划分区带、植被等30个主题层的GIS，涉及到生物多样性的有砂仁（Amomum
villosum）的分布、亚洲象（Elephas maximus）群的活动范围和少数民族分布地。他们通过GIS的重叠分析发现，有一半勐养的热带雨林在保护区核心区以外（David
Welch and Jean Poitevin，1997）。GIS在保护区开始应用是可喜的，但GIS技术要真正在中国的自然保护区生物多样性的管理上发挥作用，有些问题还值得探讨。
一个保护区的GIS的建立是个耗资巨大的工作，必须要认真规划设计，从长远考虑，以长期发挥GIS在保护区管理、资源监测和持续利用方面的功能。GIS建立费用将逐步得到回收并为保护区带来巨大效益。下面的图1就是该建立过程示意图。
2.1 规 划
这是最终建立的GIS能否发挥最大作用的关键。来自保护区和当地相关部门的工作人员与国内外的GIS技术人员一起讨论需要的GIS信息产品，列出所有的潜在信息产品清单，从中选择优先急需的产品，并确定能够接受的预算和需要购置的相应设备和软件等。
图1：保护区GIS建立过程示意图
2.2 基础设施购进
(a) 硬件（工作站或个人电脑）。随着Windows NT版本的GIS应用软件的上市应用，对保护区来说，价格昂贵而软件与普通微机不兼容的工作站并非必要。P586，32M内存和较大的硬盘（2G）配置的普通微机即可运行Windows
NT版本的ARC/INFO和ARC/VIEW。对于较大的数据处理工作，需要更高的配置，特别是要求硬盘较大，因为GIS数据可占据大量的空间。PC版本的ARC/INFO和ARC/VIEW要求配置可以更低，不过软件功能受到较大限制。
(b) 软件 除常规软件外，需要GIS软件（最常用的为ARC/INFO和ARC/VIEW，其它的还有IDRISI，SPANS，MAPINFO等）、图像处理软件（IDRISI提供的功能或ERDAS等）、数据管理软件（FOXPRO，ACCESS或DBASE等）；全球定位系统（GPS）以及其它外围和辅助设备。
2.3 GIS项目设计
确定数据主题及其划分等级（通常有高程、公路、保护区边界、管理站地点、保护区划分的区带、居民地、土壤、土壤湿度、温度气候及其季节性变化、植被、土地利用和物种分布、人类活动分布等）；确定数据要求的尺度、分辨率、空间范围等；工作开展的顺序和时间；数据库和系统的设计和建立。
2.4 基础资料获取
购买适当尺度的遥感卫星图片、航空照片。
2.5 地图资料的数字化和属性数据库的建立
根据保护区的需要建立相应的分析及预测模型。
2.6 人员培训
这是GIS发挥作用不可忽视的工作。
2.7 生物多样性信息长期监测
通常应由巡逻人员记录下巡逻时观察到的野生生物和人类活动情况，并输入到监测系统中。应定期在选定区域或整个保护区进行资源调查并录入监测系统中。
2.8 地图数据更新
土地利用、植被、道路、河流以及其它经过一定时间会发生变化的数据，应定期更新。对不同的主题可根据其变化速率制定相应的更新周期，以保证计算机中的GIS代表了当时当地的保护区现状。
2.9 对长期监测数据进行分析
分析或预测结果为保护区的规划和生物多样性保护策略服务。
3 GIS在保护区的应用面临的主要问题及对策(XIE et al.,1998)
已建立的为数不多的保护区GIS还存在许多值得推敲和改进的地方，特别是GIS在生物多样性编目、监测和分析过程中几乎没有发挥作用，十分可惜。在此对这些问题略作分析，并提出一些解决方案，供保护区管理和技术人员，以及生物多样性保护界同行参考。
3.1 GIS专门技术
中国保护区的GIS开展工作目前还主要由外资支持。例如西双版纳保护区由加拿大的国际发展研究中心（IDRC）资助建立的。正在云南六个保护区建立的GIS是由荷兰政府协助建立。大量的GIS建立工作由研究院校的研究和技术人员完成。虽然有技术培训工作，然而保护区管理人员仍然缺乏对GIS作用的认识，而且保护区严重缺乏熟练运用GIS技术的人员。这些因素大大限制了已建立的GIS的作用。建议：
3.2 编目、监测和分析系统
建立的GIS没有给予物种的编目、监测和分析工作以足够的重视。涉及到的物种少，而且没有建立起开展日常的、长期的物种监测和录入GIS系统的工作。野外鉴定物种从来是很困难的事。涉及几乎所有分类门类的生物多样性监测工作，对于缺少分类知识的保护区人员来讲更加困难。多数保护区人员对拉丁学名，甚至中文学名不太熟悉。
3.3 基础信息
大部分保护区缺乏基本信息，不懂保护的重要性和保护区生物多样性的分布与现状。这是野生生物致危因素科学分析和物种管理保护规划准确制定的前提。
如有可能最好在GIS和生物多样性监测系统建立应用之后不久，开展一次有生物学家和数据库专家参加的，涉及保护区全范围的生物资源普查工作。这样的工作将为保护区刚刚建立起来的GIS提供较为系统的保护区内生物多样性信息，帮助保护区管理和技术人员熟悉生物的分类、名称、物种鉴定、数据录入和GIS技术应用等工作，以便生物多样性编目、监测和分析工作的长期正常进行。
3.4 设备
目前许多保护区还没有能力建立GIS，但是那些有计算机的保护区一般也没有成分地利用这些设备。
有计算机的单位，应开始使用简单的数据库管理软件（EXCEL, ACCESS, FOXPRO, 甚至DBASE），将有关物种的观察记录卡片上的信息录入计算机中，并可使用这些简单的软件开展基本的统计和分析工作。这样做的目的，一是为将来GIS提供物种的信息，二是通过这种方式促进生物多样性信息的监测工作的长期顺利进行，三是逐渐提高保护区的数据库管理能力。不过在鼓励所有保护区开展这项工作之前，应该制定一个适用于所有保护区的工作框架，提供应收集的信息的统一标准，提高数据的兼容能力
3.5 生物多样性或生态系统完整性的指示物
大部分保护区没有明确的管理目标和相应的监测指标。
管理的目标应强调并监测受到大众关注的物种和生态系统。对于许多还没有开展物种监测工作的保护区，应首先选择几个重要的"旗帜"式物种，开展有系统的、长期的监测和管理。例如卧龙保护区的大熊猫的分析研究就是一个较好的例证。通过几个物种来熟悉和掌握物种监测、数据库管理和GIS技术，以及这些技术在保护区管理和生物多样性保护决策中的作用。在条件成熟之后，开展涉及大多数物种的编目、监测工作将变得较为容易。
3.6 人类影响的指示物
生物多样性监测的工作十分重要，但对人类活动的监测工作也应得到相应的重视。人类活动可能给生物多样性保护带来威胁或机会，而这些正好可以对管理做出反应。由于目前很多保护区的生态旅游业正在蓬勃发展，游客数量也就需要给予特殊的注意。
监测不同季节、节假日和工作日、不同时间、不同地点的旅游人员流动量，并根据保护区内的承载量，调节和限制旅游人数。结合生物多样性监测分析结果，可制定相应的旅游路线，避免对保护区内生物多样性脆弱区域带来过分干扰。这种工作将对保护区资源的持续利用和管理发挥重要作用。
3.7 控制数据的质量
没有科学监测的经验是很容易曲解数据的。如果结论被曲解，即使有最先进的设备也无济于事。
为培训和充分发挥收集的数据和GIS的作用，建议一定时期应邀请生物多样性方面的GIS和数据库专家检查数据质量，并与保护区管理人员一起，根据保护区管理，特别是生物多样性监测和保护方面的新的需要，对已有信息进行分析，一方面帮助制定新的决策，另一方面根据保护区新的需求，扩大或改变信息监测范围，开拓新的GIS应用领域。
3.8 背景信息
缺乏对背景生态的研究会限制生物多样性监测和管理的效力。我们应该充分理解生态系统中的生物分布和物种与栖息地之间的相互影响。
保护区应鼓励大学和其他研究机构在保护区利用GIS中的信息开展研究工作，他们的研究结果和收集的数据可以为保护区所用。并应有意识地促进保护区之间的数据交换和技术交流。
3.9 公众意识
目前，中国保护区的环境教育水平还很底。直到现在，GIS等形象的信息工具还未用于教育。
GIS建立后，还应充分发挥其信息收集和系统化的功能，为把保护区变为生物多样性保护和中 小学生生物学实践的重要基地发挥作用。
保护区GIS的建立工作最近几年取得了一些进展，但总的说来该工作与发达国家和生物多样性保护的迫切需要相比还差得很远。例如加拿大的所有国家级保护区在二十年前就开始建立GIS，现在都已有相当的GIS软硬件设备，以及如高程、公路、保护区边界、植被等基本的GIS数字化地图。我国计算机在保护区正在逐渐普及，在国内外保护界的帮助下，建立GIS，使长期而系统的生物多样性资源编目、监测和分析的工作迅速开展起来。GIS技术将为我国的生物多样性保护发挥重要作用。
参考文献
陈述彭. 1992. 《地学的探索》第四卷--地理信息系统. 北京：科学出版社.4-52.
何建邦, 蒋景瞳. 1993. 中国地理信息系统发展的回顾. 见《地理信息系统的发展与前景》（林晖主编）. 北京：科学出版社. 12-17.
David Welch and Jean Poitevin. 1997.
Geographic Information Systems for Biodiversity Conservation and Sustainable
Development in Xishuangbanna Biosphere Reserve, Yunnan Province, Peoples' Republic
of China. Parks Canada. Ottawa.
Han, N.Y., Yao B.J. and Zeng B.X. 1997. GIS Application for Improving Biosphere
Reserve Management. CHINA-MAB NEWSLETTER, No. 1.
Ouyang, Z. Y. and Yang Z.Q. 1996. Application of Geographical Information System
in the Study and Management in Wolong Biosphere Reserve. China's Biosphere Reserves.
Special issue: 47-55.
Tomlinson, Associates Ltd. 1994. GIS User Needs Analysis and Implementation
Strategy for Jasper National Park. Parks Canada. Ottawa.
XIE, Y., Jean Poitevin, David Welch and Roger Suffling. 1998. A Survey of GIS-based
Biodiversity Application in National Parks in Canada. Parks Canada. Ottawa.