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地质公园(Geopark)由联合国教科文组织(UNESCO)创立，世界地质公园与世界自然与文化遗产具有同等重要的意义，都是全人类共有的宝贵财富。中国国土资源部于2000年8月25日成立了国家地质遗迹保护（地质公园）领导小组和国家地质遗迹（地质公园）评审委员会，分别在2000年10月和2001年12月，批准建立了第一批11个和第二批33个国家地质公园，使我国的地质遗迹保护和地质公园建设有了一个良好的基础。
地质公园是一个生态、经济、社会的巨系统，地质公园的规划、建设应按照生态工程的原理，特别是整体、协调、自生、循环、因地制宜原理，以生态系统自组织，自我调节功能为基础，在少量人类辅助功能的帮助下，充分利用自然生态系统功能的过程。即“道法自然”，按照地质公园的自然条件、社会条件和经济条件等，优化组合成一个相互联系的统一的有机系统、达到多层次多目标分级利用物质，促进良性循环，同步增加与兼收经济、生态和社会效益。
美国是对地质遗迹保护得最早的国家，在美国通过成立国家公园(National Park)来保护地质遗迹和自然环境，现有的国家公园有300多处，有火山类国家公园(夏威夷)，溶洞类国家公园(Mitchel洞穴公园)，板块构造类国家公园(Sunset Crater，Great valley),地质灾害类国家公园(Joshua Tree-地震)等。自1995年以来，地理信息系统(GIS)在国家公园的应用重点是放在获取公园的地图数据、GIS培训、以及对日益庞大的GIS和GPS数据的技术与管理支持上面。目前有250多个国家公园在使用GIS。GIS的应用领域包括研究游客对公园的影响，以及协助历史遗迹的重建等各个方面。
一、美国国家公园中GIS的组织及管理 国家公园服务委员会（Nation Park Services）通过推动国家级的GIS合作以实现自然资源共享，现由信息通讯部来负责国家级的GIS管理，同时结合WebGIS技术和图书馆系统，扩展对GIS的支持。将GIS的应用从诸如文化资源、国土资源等方面扩展开来，所有与国家资源有关的项目都是属于GIS合作的内容。联邦政府对NPS中的GIS分三个层次进行管理：国家项目办公室，区域技术支持中心和公园GIS机构。
国家项目办公室的任务是提供对外的和对内的合作，并指导GIS应用。
国家GIS项目办公室与北卡罗莱纳州立大学（NCSC）有合作协议，提供国家级的支持、咨询并建立GIS培训制度。同时，他们开发GIS元数据和数据管理系统以及网络发布系统。
国家项目办公室的职责包括：协调GIS 在NPS中的执行；发展非联邦的伙伴关系；发展和维护与其它联邦机构的关系；海外空间数据交换中心；NPS地理数据委员会讲座；管理获得的GIS数据；发展项目计划和政策；管理项目预算和项目基金
；协调教育和培训机会；促进NPS中的GIS团体的交流
区域技术支持中心（RTSCs）的任务是建立和提供适合公园使用的GIS程序。他们提供公园间和国家项目间的协调与服务；他们为公园提供第一级的GIS技术支持。一些地方通过与院校间的合作协议得到GIS方面的支持，比如宾夕法尼亚州立大学、北卡罗莱纳州立大学，北亚利桑那州立大学、威斯康星州立大学、Madison－新墨西哥州立大学以及丹佛大学。
GIS需求、规划和项目建议由公园提出，然后与RTSCs合作，确定年度GIS预算和进行项目规划。RTSCs与公园一同规划怎样长期有效的实现GIS，怎样最好的提供技术支持。RTSCs按地方合作协议进行技术支持、协调伙伴关系，并成为公园间数据和信息交流中心。
区域技术支持中心的职责包括：协助公园各项目的规划、开发和改进GIS技术；通过NPS在各种GIS项目中保持联络；协调与其它机构和组织的伙伴关系；为公园创立主题数据层；促进与其它机构和组织在数据开发中进行合作；提供相关的GIS分析资源；帮助公园进行数据开发和集成（如，收集和输入GPS数据到GIS中）；为公园进行空间数据文档的组织； 促进公园内部或是公园之间的数据交换；提供公园GIS操作的技术支持；提供公园GIS培训；提供开发GIS应用服务和新产品以及其它的程序，包括对没有网络GIS能力的公园进行全面的GIS服务。
从公园管理的目的出发，公园管理者都希望开发可以直接实施的GIS系统，通过相关人员得到GIS支持，获得硬件和软件。GIS系统所需的数据和数据库结构由RTSCs提供，在所有的GIS系统的实施过程中，公园都会得到RTSCs工作人员的合作。对公园来说，GIS是多学科的综合应用工具，它为公园的各种服务和部门提供支持。
NPS的GIS程序对公园而言主要是提供存取资源数据的途径以及提供公园管理的决策分析。
公园GIS工作人员的职责包括：管理日常的计算机系统操作；协调数据收集和文档；开发数据库；集成、存档和分发数据（数据管理）；进行GIS应用、分析，将所得结果提交给公园管理者；建议和协助公园其它工作人员和合作者进行GIS应用和数据开发；促进和指导对公园工作人员与合作者的训练课程。
实施GIS需要有数据、计算机硬件、软件和工作人员。由自然资源部提供标准的国家公园1:24,000地形图、水文图、行政区划、和其它基础制图数据。由公园购买GIS硬件和软件以及维护UNIX工作站的协议。国家公园中最常用的GIS软件是ARC/INFO。ARC/INFO是由ESRI研制的，提供各种层次的GIS软件产品，从CAD（计算机辅助制图）到桌面的以及工作站或是Internet上的地图服务。
在国家公园中一般是采用台式个人计算机。部分工作人员可以通过网络（LAN）进入当地的系统或是其它的一台或多台台式计算机。比较大的公园设有GIS的UNIX工作站。
在国家公园中，GIS的操作水平参差不齐，应用范围各式各样。目前，有95个ArcInfo软件和大约250个ArcView软件和其它更复杂的GIS应用软件以及Oracle数据库，他们主要被用来协助公园、教育者和管理人员管理重要数据和在线的GIS工具。
二、GIS与国家公园 地图是进行自然管理的最佳工具，主要用于协助资源管理者间进行信息交流。地图协助资源管理者直观的找到何处有感兴趣的东西，比如，一条河流。一旦河流在地图上被确定，资源管理者就可以确定相关的东西，如，某一类与河流相关的植物。一旦这些都被确定后，资源管理者可以进行一些假定，比如，“如果河流改道后会对这些植物产生什么影响？”。这类的空间分析通过由地理信息系统创建的地图均可以实现。
地理信息系统（GIS）由计算机硬件、软件和与空间位置有关的数据构成。与空间位置有关的数据对应于在地球表面相应的点。GIS的功能包括输入、存储、操作、分析和输出空间数据。
GIS的优势在于它有能力将某个地点的属性与它代表的空间位置关连起来，并用图形显示它的地理分布和相关连的属性。
元数据是关于GIS数据的数据。它描述关于数据的属性等信息。这些属性包括数据质量、数据内容和数据条件。联邦地理数据委员会（FGDC）确定三种主要的元数据应用。首先，元数据帮助组织和保护对数据进行投资的投资者的利益；第二，它向数据交换中心提供数据的信息；最后，元数据可在数据转换时提供帮助。
元数据的出现是由于有越来越多的地理空间数据和各式各样不同数据格式的数据。在GIS中，数据的生成是非常花钱的，元数据可以帮助使用者决定某种已存在的数据集对自己特定的GIS分析是否是有用的。
NPS中地理信息系统（GIS）的目的是提供可用的地理数据和信息，地理信息系统，是公园资源和公园规划的科学管理的基础。70年代中期，当Yosemite和Great Smoky山脉国家公园中开始进行GIS项目时，NPS就开始使用GIS了。今天，大约有200个公园在使用GIS技术。通过GIS这个强有力的工具，公园管理者可以解决资源管理方面的难题。GIS允许公园管理者将那些看似不相关的数据结合起来，并找出其中的关系，这样公园管理者就可以很容易的发现资源是否发生了变化以及变化的模式和趋势。
每种资源都为许多环境变量所影响，例如，大角羊喜欢栖息在27－85度的倾坡、距水3.2公里有许多植物的区域。使用GIS，公园管理者可以考虑所有这些变量，以决定是否公园中有足够的栖息地可以供现有的大角羊繁衍生息。这种信息在管理大角羊种群数量和保护自然环境时是非常重要的。
NPS开发出一系列程序来帮助公园建立GIS数据库并可以为GIS使用者提供专门技术以进行公园管理的决策。这个GIS程序提供网络的技术支持和公园系统内的GIS应用合作。
以下是一些在NPS中的GIS应用实例。
① 夏威夷火山国家公园
公园中濒临灭绝的珍稀植物和无脊椎动物的分布图，与植被分布图、岩浆流动图和气候图叠加，得到栖息地分布图。从那些满足标准的区域中，挑选出相应物种的潜在栖息地分布图。
从1920-1996间的历史火灾图集和相关文档数据库提供曾发生的火灾的地点、火灾大小、起因，这些数据都与数字地图进行了链接。
从数字化的植被分布图中生成的详细的可燃物分布图，对制定控制火灾策略是非常有用的。
对野外收集的样本进行详细的编录，记载外来的和珍稀的植物并对他们进行地理编码，生成外来植物图和珍稀植物图。
对当地有蹄类动物，如绵羊、山羊和盘羊的分布资料，是通过直升机载GPS进行定位得到。生成有蹄类动物的种群数量与区域植物的关系，以及对该区域珍稀植物的影响。
通过直升机载GPS得到实时火灾情况图，并及时进入ArcView数据库中。火灾实时情况图与可燃物图、珍稀植物图、历史遗迹图、建筑物分布图等叠加，帮助制定控制火灾策略。
② 其它公园中GIS的应用：
在Santa Monica山脉国家公园，与已有的研究山猫分布的GIS系统结合确定潜在的山猫栖息地，还可用于评估山猫的生存能力；评估由于栖息地范围缩小对大型食肉类动物的影响，这个研究结果可帮助公园管理者确定面临危机的栖息地和需要保护或恢复的食肉类动物的活动走廊；评估人类活动模式和对小型哺乳类动物和鸟类的影响。对敏感植物和野生动物进行潜在栖息地分布模式的构建。志愿者、实习者和公园工作人员进行GPS的地图追踪和定位，得到的数据用于制作高精度的公园路径图、监测路径图并可进行未来建设路径的规划，评价由于道路建设造成的对公园资源的影响；土地分析以及制定土地保护计划，按标准确定土地等级等。
在lava beds，采用GPS确定外来植物范围，同时与相关的物种信息结合，提出对策，并评价策略实施的影响等；采用GPS定位的考古遗迹图；使用GPS和空间分析软件得到定制的、详细的地形图，以确定可能的考察路径并生成三维栅格坡度图，同时进行分水岭分析。游客可以制作自己的地图，并打印输出。
在Minute Man NHP，对连续分布的植物、历史遗迹、道路、景观等的关联性进行分析，确定优先发展的区域。
在PIC NSC，将联合建模技术用于寻找和救援失踪者的行动；建立三维洞穴模型。计算冰川来水的数量和鱼类栖息地模式。使用三维数字模型生成化石分布网，构造相关数据库，用于学术研究和提供公众了解。将建筑物分布图与历史遗迹分布图叠加，了解相应的范围变化。使用克里格法，通过自然热泉位置来预测热水的可能分布(建议引入不同的河流)，并了解对鲑鱼栖息地的影响等。
在kiosk，GIS数据可通过触摸屏介绍给游客，游客可了解到湖滨资源以及露营地的分布(Apostle岛NL，Acadia NPS)。
三、GIS与我国的国家（地质）公园建设 我国国家公园（国家级风景名胜区、国家级自然保护区、国家地质公园、国家森林公园等）的GIS建设和应用近几年也已进入了开创阶段。目前国内已有吉林长白山、云南西双版纳、四川九寨沟等等国家公园建立了地理信息系统，初步积累了一些经验。
笔者亲自组织和参加了九寨沟风景名胜区地理信息系统的建设和应用，这是四川省首个国家公园的地理信息系统。这个系统的空间数据库包括了旅游、环境、地理、地质、水文、地球物理与地球化学六大类共四十五个图层，以及和这些图层相连接的属性数据库。这些数据的采集主要是通过九寨沟风景区1:5万区域生态地质调查而收集的，同时也广泛收集了历史上已经形成的该区的各类科学图件和数据，例如植被分布图、土地利用图、土壤类型分布图、地球化学元素等值线图、TM卫星遥感图等等。
九寨沟GIS的空间数据库建立起来以后，我们针对景区的实际情况和管理者所关心的问题，从地下岩溶通道的分析、地质灾害危险区的预测和级别划分、水资源的预测分析这三个方面作了应用。采用的方法为模糊综合评价法，针对不同的应用目的分别建立了专业模型，并利用相关因子的图层和属性数据进行空间分析。通过岩性、构造、地貌等因子图层和数据综合分析得到的九寨沟地下岩溶通道发育程度图，与水化学、水的同位素地球化学观测数据所作的推断有很好的吻合，从而为水循环系统和水资源动态的分析提供了重要的基础；通过对坡度、岩性、第四系堆积物、植被、人工开挖面、古灾害体等因子图层和数据的综合分析，得出了九寨沟地质灾害发育程度分级图，为景区地质灾害的防治提供了科学依据。我们还利用九寨沟GIS的大量数据，面向大众开发了九寨沟多媒体信息系统，既在九寨沟游客中心通过电脑供游客查询，也已制成CD-ROM光盘，作为旅游购物品公开发行。
但与美国等国的国家公园GIS的建设和管理比较，我国国家公园的GIS工作还处于起步阶段。现存的主要问题是，与我国数量庞大的国家公园相比，应用GIS的国家公园还是凤毛麟角，而且既缺乏统一的国家公园GIS管理协调和促进机构，现已建GIS的国家公园本身也严重缺乏这方面的专业人材，致使已建成的GIS不能得到很好的使用和更新。因此可以说，我国的国家公园GIS在不同层次的管理和人才环境方面，都还处在相当初级的阶段，而这又是与我国国家公园保护与开发的迫切需要是极不适应的。
近两年我国开始建立的国家地质公园，特别强调提高保护、开发和管理的科学内涵与科学层次。因此应该抓住这一时机，选择有条件的国家地质公园，搞好GIS建设与应用的示范，从而推动我国国家公园科学保护、建设和管理水平的全面提高。
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发表于 2007-4-24 15:01:04
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