GPS在自然保護區(qū)管理工作中的應(yīng)用

楊 振，王西峰，麻應(yīng)太，邵建斌

（陜西牛背梁國家級自然保護區(qū)管理局，西安 710100）

GPS（全球定位系統(tǒng)）與GIS（地理信息系統(tǒng)）、RS（遙感）統(tǒng)稱為“3S”系統(tǒng)，“3S”技術(shù)就是在RS、GIS、GPS三者優(yōu)勢互補的基礎(chǔ)上的有機結(jié)合體［1］。“3S”技術(shù)在現(xiàn)代林業(yè)管理中得到了廣泛應(yīng)用，大力推動了現(xiàn)代林業(yè)的發(fā)展步伐。GPS作為“3S”技術(shù)中最基礎(chǔ)的系統(tǒng)與工具，以其精度高、觀測時間短、操作簡便、全天候等優(yōu)點，在生產(chǎn)生活中充分發(fā)揮了其強大的作用，極大地推進了科技發(fā)展和生產(chǎn)效率的提高［3－4］。隨著科學的發(fā)展，GPS技術(shù)的應(yīng)用前景將更加廣闊。自然保護區(qū)作為林業(yè)主體的一分子，在生態(tài)建設(shè)中的地位日益得到提升，已成為我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要事業(yè)之一。位于秦嶺東段的陜西牛背梁國家級自然保護區(qū)，作為“秦嶺自然保護區(qū)群”的重要成員，鎮(zhèn)守著秦嶺地區(qū)生物多樣性保護與生態(tài)建設(shè)的邊緣陣地。經(jīng)過二十多年的建設(shè)與發(fā)展，取得了較為顯著的成就，野生動物種群數(shù)量穩(wěn)步增長，棲息地生境不斷得到改善。就牛背梁保護區(qū)目前發(fā)展現(xiàn)狀來看，如何有效加強自然保護區(qū)的管理工作，充分發(fā)揮其生態(tài)功能，努力提高綜合管理水平是我們面臨的新的課題。本文在對牛背梁保護區(qū)管理現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，就GPS在保護區(qū)日常管理工作中的應(yīng)用問題進行了探討。

1 GPS的應(yīng)用前景

GPS 為全球定位系統(tǒng)（Global Positioning System）的簡稱。它是美國從20世紀70年代開始研制，歷時20多年，于1994年全面建成的新一代衛(wèi)星導(dǎo)航與定位系統(tǒng)［5－6］。由空間衛(wèi)星系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)、用戶接收系統(tǒng)三大子系統(tǒng)構(gòu)成。GPS通過同時對多顆衛(wèi)星進行偽距離測量來計算接收機的位置，實現(xiàn)全球、全天候、高清晰度的定位。它作為一種現(xiàn)代化的技術(shù)手段，現(xiàn)已成為全球公用信息資源，在軍事和民用等眾多領(lǐng)域得到廣泛研究和應(yīng)用。目前，我國在這方面的應(yīng)用與研究也得到了迅猛發(fā)展。

GPS的問世標志著電子導(dǎo)航技術(shù)發(fā)展到了一個更加輝煌的時代。GPS 系統(tǒng)與其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，具有定位精度高、觀測時間短、執(zhí)行操作簡便、全球全天候作業(yè)、功能多應(yīng)用廣、抗干擾性能好、保密性強等優(yōu)點［1］。

GPS技術(shù)已發(fā)展成多領(lǐng)域（陸地、海洋、航空航天）、多模式（GPS、DGPS、LADGPS、WADGPS等）、多用途（在途導(dǎo)航、精密定位、精確定時、衛(wèi)星定軌、災(zāi)害監(jiān)測、資源調(diào)查、工程建設(shè)、市政規(guī)劃、海洋開發(fā)、交通管制等）、多機型（測地型、定時型、手持型、集成型、車載式、船載式、機載式、星載式、彈載式等）的國際性高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)［8］。

GPS技術(shù)作為先進的測量手段和新的生產(chǎn)力，已經(jīng)融入到國民經(jīng)濟建設(shè)、國防建設(shè)和社會發(fā)展的各個領(lǐng)域。特別是在現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)中，GPS技術(shù)的應(yīng)用也日益廣泛，它通過與RS、GIS等技術(shù)平臺的有機結(jié)合，在森林資源調(diào)查、森林資源動態(tài)監(jiān)測、森林資源經(jīng)營管理、森林病蟲害監(jiān)測及防治、森林防火、林業(yè)專題圖的繪制、野生動物資源調(diào)查、植被分類調(diào)查、森林資源檔案管理、規(guī)劃設(shè)計，以及林業(yè)生態(tài)工程等方面得到了高效應(yīng)用，極大的推動了林業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展與數(shù)字化林業(yè)的建設(shè)步伐［9］。隨著科學的發(fā)展，絕大多數(shù)的GPS已經(jīng)內(nèi)置了電子地圖，使得GPS的功能更加強大，應(yīng)用前景更加廣闊。

2 牛背梁保護區(qū)管理現(xiàn)狀與存在問題

2.1 保護區(qū)管理現(xiàn)狀

牛背梁保護區(qū)自1987年6月籌建以來，經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程。從保護區(qū)建設(shè)初期的籌建處，到如今的保護區(qū)管理局，牛背梁保護區(qū)在建設(shè)與發(fā)展中大致歷經(jīng)了三個發(fā)展階段：一是1987～2000年為基本建設(shè)階段。這一時期為保護區(qū)建設(shè)與發(fā)展的初始階段，主要圍繞組織機構(gòu)建設(shè)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、初步設(shè)計、勘界立標等開展了大量的基礎(chǔ)性的工作，完成了保護區(qū)一期工程建設(shè)任務(wù)。通過這些基本建設(shè)任務(wù)的相繼完成，確保了保護區(qū)機構(gòu)與職能的正常運轉(zhuǎn)；二是2000～2006年為單一保護階段。該階段以確保資源安全為工作核心，最大限度的減少資源的破壞與消耗，積極促進自然資源的恢復(fù)與增長。保護區(qū)管理局在繼續(xù)完善組織機構(gòu)建設(shè)、規(guī)章制度建設(shè)與各類基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的同時，始終堅持以“保護為根本”的指導(dǎo)方針，積極開展崗位培訓(xùn)，不斷加大巡護、執(zhí)法、宣傳與資源保護工作力度，順利完成了二期工程建設(shè)目標任務(wù)，為自然資源的持續(xù)發(fā)展與可持續(xù)利用打下了堅實的基礎(chǔ)；三是自2006年起牛背梁保護區(qū)進入了可持續(xù)發(fā)展階段。資源保護與科研監(jiān)測、開發(fā)利用并舉，以牛背梁保護區(qū)生態(tài)功能的充分發(fā)揮與資源的可持續(xù)利用為最終發(fā)展目標。

牛背梁保護區(qū)經(jīng)過20多年的建設(shè)與發(fā)展，全面完成了工作重心由嚴防死守的單一保護型向永續(xù)利用的保護科研型的轉(zhuǎn)移。經(jīng)過多年來的努力，牛背梁保護區(qū)組織機構(gòu)完善，規(guī)章制度健全，人員配備到位，權(quán)屬清楚，資源保護管理體系完善，站點布局合理，各類基礎(chǔ)設(shè)施能夠滿足保護管理工作的需要，各項業(yè)務(wù)工作得到有序開展，生物多樣性資源得到了全面保護，野生動植物棲息地得到有效恢復(fù)與改善，種群數(shù)量穩(wěn)步增長。

2.2 管理工作中存在的問題

牛背梁自然保護區(qū)的前身是四個國營林場的經(jīng)營區(qū)，長期的商業(yè)性采伐和人為活動干擾，致使該區(qū)域原生生境遭到嚴重破壞，野生動植物棲息地生境破碎化，甚至造成局部生境喪失。保護區(qū)建立后，首要的任務(wù)就是如何有效遏制對自然資源與生境的破壞行為，確保資源安全，其次就是積極促進遭受破壞的野生動植物棲息地生境恢復(fù)與森林生態(tài)功能的修復(fù)。與全國眾多保護區(qū)的建設(shè)背景及發(fā)展歷程一樣，牛背梁保護區(qū)為這一保護管理目標的實現(xiàn)經(jīng)歷了相當漫長的歷史時期，通過艱苦努力，不僅使得保護區(qū)自然資源與生境得到了恢復(fù)與增長，而且順利完成了工作重心的轉(zhuǎn)移，牛背梁保護區(qū)已基本邁上了正常化、規(guī)范化管理的軌道。雖然牛背梁保護區(qū)在資源保護管理工作中取得了顯著的成績，但是，受諸多因素的綜合影響，保護區(qū)管理工作中也暴露出了許多問題與矛盾，直接影響與制約著保護事業(yè)的快速發(fā)展與科學化管理水平的進一步提高，主要體現(xiàn)在：

（1）長期以來，受基本建設(shè)資金與工作經(jīng)費的限制，保護區(qū)的基礎(chǔ)工作仍然十分薄弱，總體發(fā)展速度緩慢。最根本的問題是牛背梁保護區(qū)及其周邊地區(qū)的自然資源綜合考察工作至今未能開展，資源家底還不十分清楚，嚴重制約了保護區(qū)資源保護管理工作的有效深入開展。

（2）資源保護工作突出，但資源管理工作薄弱。從而導(dǎo)致資源保護管理工作科學性、針對性不強，反映在保護工作實踐中，有時還會出現(xiàn)盲目性，許多工作經(jīng)常處于被動地位，更不能適應(yīng)社區(qū)經(jīng)濟環(huán)境變化的實際情況。

（3）科研監(jiān)測工作嚴重滯后，現(xiàn)有的調(diào)查研究與實踐應(yīng)用有脫節(jié)現(xiàn)象，許多方面現(xiàn)存的威脅和影響還未開展過系統(tǒng)的研究和監(jiān)測。隨著保護區(qū)周邊社會經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，人為活動對自然資源的干擾日趨強烈和多樣。因此，面對復(fù)雜多變的社區(qū)經(jīng)濟環(huán)境，科研監(jiān)測工作不能只著眼于資源本身，更應(yīng)著重于研究探索可行的應(yīng)對措施，盡可能降低人類活動干擾對生態(tài)系統(tǒng)自我修復(fù)造成的壓力，最大限度的保護自然生態(tài)過程的完整性和連續(xù)性。

（4）資源保護與科研監(jiān)測設(shè)備陳舊，工作效率低下。在日常巡護監(jiān)測工作中，使用的基本為羅盤、海拔儀、卷尺和地形圖等原始的工具與儀器，誤差大，技術(shù)要求高，操作繁復(fù)。近年來雖然也為各保護站配備了一些GPS手持機，但由于其精度低，功能不全，而未能充分發(fā)揮其應(yīng)有的作用。

（5）管理落后，缺乏現(xiàn)代化的科學管理手段。野外巡護沒有固定的路線和長度，無規(guī)律的巡護工作無法統(tǒng)計出人為干擾的強度及季節(jié)性變化特點，收集的資料可用性不強，在工作安排方面缺乏針對性并帶有盲目性。而在資源監(jiān)測中雖有固定的樣線與頻次規(guī)定，但其完成情況僅靠管理人員的抽樣來檢查，監(jiān)督工作的難度很大，以致巡護監(jiān)測工作中的補貼發(fā)放、考核等很難做到規(guī)范、準確，極大的阻礙了保護區(qū)現(xiàn)代化管理水平的提高。

（6）巡護監(jiān)測數(shù)據(jù)的作用發(fā)揮不夠。由于數(shù)字化信息管理系統(tǒng)尚未建立，繁多的數(shù)據(jù)只能靠手工統(tǒng)計分析，各類數(shù)據(jù)間不能做到有機整合，巡護監(jiān)測工作廣而泛之、沒有重點，就巡護而巡護，就監(jiān)測而監(jiān)測，結(jié)果缺乏系統(tǒng)的統(tǒng)計分析，不能及時有效指導(dǎo)保護工作實踐。

3 GPS在保護區(qū)管理工作中的應(yīng)用

GPS是“3S”技術(shù)的基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)收集的重要工具。GPS衛(wèi)星接收機是GPS系統(tǒng)的用戶終端，GPS技術(shù)在日常生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，其實質(zhì)就是GPS衛(wèi)星接收機的操作與應(yīng)用，以手持型與車載式為主。

GPS的出現(xiàn)為廣大林業(yè)工作者的野外工作提供了導(dǎo)向、定位、測距等最精準的工具與極大的便利。對自然保護工作者而言，它不僅是自然保護區(qū)日常巡護、科研監(jiān)測、森林防火、規(guī)劃設(shè)計等項業(yè)務(wù)工作有效開展的基礎(chǔ)和保障，而且是自然保護區(qū)進行現(xiàn)代化、科學化管理的重要技術(shù)與手段。GPS在自然保護區(qū)日常管理工作中主要應(yīng)用在以下幾個方面：

3.1 在資源管護工作中的應(yīng)用

定位、導(dǎo)航、測距是GPS最基本和最常用的功能。在資源管護中，確定位置是野外工作有效開展的第一步，也是導(dǎo)航、測距等一系列工作的前提。利用GPS的定位功能，外業(yè)工作中可以將各類數(shù)據(jù)采集地點的位置信息精確記錄儲存下來，從而避免在地形圖識別與現(xiàn)地判別上的失誤，提高定位準確率。利用GPS的導(dǎo)航功能，根據(jù)預(yù)設(shè)位點，既可以順利到達目的地或進行原始觀察記錄點的復(fù)查，節(jié)省人力、物力、財力，降低工作人員的體能消耗，提高工作效率。此外，GPS 還可以測定任意兩個定位點之間的距離，從而有效解決了利用測繩或記步器等傳統(tǒng)測距方法中或是難以實現(xiàn)或是誤差較大的問題，減少了工作量，省時省力。同時，GPS的定向功能也使得野外工作中的方向辨別問題迎刃而解。將GPS這一先進的測量技術(shù)應(yīng)用于保護區(qū)資源日常管理工作中，不但能提高野外數(shù)據(jù)采集的準確率，而且能提高巡護員的野外工作能力、工作效率和外業(yè)工作的安全性。

3.2 在科研監(jiān)測工作中的應(yīng)用

科研監(jiān)測工作是自然保護區(qū)的基本工作任務(wù)和一項經(jīng)常性的工作，科研監(jiān)測工作的成敗也是衡量一個保護區(qū)綜合管理能力與發(fā)展能力的關(guān)鍵。自然保護區(qū)的科研監(jiān)測工作包括資源調(diào)查、動態(tài)監(jiān)測與專題研究幾個方面?？蒲斜O(jiān)測工作中利用GPS，可以方便的進行樣線與樣方的初始布設(shè)，引導(dǎo)工作人員在規(guī)定的樣線樣方內(nèi)開展調(diào)查工作，采集數(shù)據(jù)，而且不論環(huán)境如何變化，都可以對樣線與樣方進行100%的精確復(fù)位。同時，利用GPS的運動軌跡存儲功能，對調(diào)查研究范圍、植物群落、野生動物棲息活動范圍、人為干擾范圍等進行精確定位，并方便的求出各類面積大小。此外，GPS在資源監(jiān)測體系建設(shè)、森林病蟲害監(jiān)測預(yù)報與防治等工作中充分發(fā)揮它的優(yōu)越性。

3.3 在森林防火工作中的應(yīng)用

森林防火工作是森林資源保護管理工作的頭等大事。森林火災(zāi)具有突發(fā)性強、蔓延迅速的特點，利用GPS技術(shù)與計算機技術(shù)，可以建立一個高效、實時、實用的林火信息管理系統(tǒng)。森林火災(zāi)一旦發(fā)生，不但可以對森林火災(zāi)進行實時監(jiān)控，迅速、準確地對火災(zāi)現(xiàn)場進行定位，以便制定有效的撲火方案，為防火指揮部門提供決策依據(jù)。同時，對撲火隊伍進行實時定位與導(dǎo)向，從而及時、準確到達火場，組織撲救工作。另外，利用GPS技術(shù)還可以簡單精確地測定火災(zāi)面積，評定火災(zāi)等級，對災(zāi)后損失進行評估，從而有效指導(dǎo)森林防火工作的開展。

3.4 在保護區(qū)管理工作中的應(yīng)用

利用GPS技術(shù)不僅可以促進各項業(yè)務(wù)工作的有效開展與高質(zhì)量完成，大大減少人力、物力、財力的消耗，降低工作成本，而且利用GPS技術(shù)可以對各項工作進行全程跟蹤與監(jiān)管，提高監(jiān)督管理工作的實效性。特別是對各保護站日常巡護監(jiān)測工作的管理問題，長期以來主要依靠查看工作報告與報表、巡護監(jiān)測工作記錄表，輔助現(xiàn)地抽查等傳統(tǒng)的管理方法來進行，各個環(huán)節(jié)的人為影響因素太多，管理效果較差。GPS中可以方便的存儲野外巡護監(jiān)測工作的時間、位置、海拔、里程等詳細數(shù)據(jù)，并能清楚直觀地顯示在電腦屏幕上，利用GPS技術(shù)來進行管理，可以代替現(xiàn)地抽查，發(fā)揮全程跟蹤、現(xiàn)場監(jiān)督的作用，及時糾正工作失誤，減少矛盾，使監(jiān)督管理工作更加科學、規(guī)范、有效，使管理工作逐步走向規(guī)范化，制度化，科學化管理的軌道。同時，GPS技術(shù)在自然保護區(qū)項目規(guī)劃設(shè)計與工程建設(shè)中具有巨大的優(yōu)勢，從而改變傳統(tǒng)的作業(yè)方式方法，使規(guī)劃設(shè)計更加精細，工程建設(shè)更加到位，設(shè)計建設(shè)一步到位。

3.5 在數(shù)字化信息管理系統(tǒng)建設(shè)中的應(yīng)用

數(shù)字化信息管理系統(tǒng)是3S 技術(shù)中GPS 與GIS技術(shù)兩者有機結(jié)合的產(chǎn)物，是對于保護區(qū)各類自然資源信息、科研成果信息、巡護監(jiān)測動態(tài)信息，以及組織機構(gòu)信息等數(shù)據(jù)信息實行數(shù)字化實時動態(tài)管理，提高管理的高效、快速和科學化的重要手段。GPS中記錄儲存的數(shù)據(jù)可以與GIS系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，雙向交流。GPS作為數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)工具為GIS系統(tǒng)及時提供數(shù)據(jù)支持，并對各類數(shù)據(jù)進行實時更新。GIS系統(tǒng)作為信息數(shù)據(jù)數(shù)字化處理平臺，對各類信息按照管理需求進行整合與疊加，綜合分析，直觀顯示，并提供模擬工作方案，反饋給管理者與一線工作人員，來直觀指導(dǎo)管理工作，對各項工作進行有效性評價。并在管理局科室與科室、科室與站點、站點與站點之間方便快捷的實現(xiàn)信息資源共享。

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