基于北斗系統(tǒng)的自然保護(hù)區(qū)創(chuàng)新應(yīng)用設(shè)計

陳布澤，謝晶晶，敖星海

（福建農(nóng)林大學(xué) 林學(xué)院，福建 福州350002）

1 引言

目前，我國自然保護(hù)區(qū)建設(shè)初具規(guī)模，已經(jīng)接近2000個，總面積近1.5億hm2，接近國土面積的15%[1]。但自然保護(hù)區(qū)的建設(shè)過程中依然存在一些問題尚待解決，如人為管理不便，人工損耗大，物種多樣性檢測困難，建立保護(hù)區(qū)測距大等，這些問題阻礙了對野生動植物進(jìn)一步的保護(hù)。當(dāng)下，野生動植物數(shù)量銳減，不少物種已經(jīng)走向滅絕，而瀕危物種恢復(fù)工作進(jìn)展緩慢，可見保護(hù)區(qū)的管理措施還不夠完善。本文探討了利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建無人化管理的保護(hù)區(qū)，使保護(hù)區(qū)管理更智能更科學(xué)。

本應(yīng)用設(shè)計的意義在于：一是保護(hù)區(qū)的維護(hù)以及勘測需要大量的人力來進(jìn)行，此應(yīng)用設(shè)計能有效減少保護(hù)區(qū)人力資源的浪費(fèi)；二是依據(jù)北斗衛(wèi)星對動植物的監(jiān)控，能對動植物達(dá)到更好的保護(hù)；三是為自然保護(hù)區(qū)信息化提供基礎(chǔ)。

2 設(shè)計方案

2.1 在自然保護(hù)區(qū)的資源測定功能

在自然保護(hù)區(qū)中進(jìn)行常規(guī)測量存在諸多障礙，但北斗系統(tǒng)可以在此充分展現(xiàn)優(yōu)勢，做到準(zhǔn)確定位資源和測定面積以及種類數(shù)量，繪制精確的資源分布圖。在自然保護(hù)區(qū)中旅游景區(qū)規(guī)劃和外業(yè)調(diào)查中，使用常規(guī)測量工具耗時耗力且數(shù)據(jù)精度不夠，而利用北斗系統(tǒng)，不但快捷方便，還可實現(xiàn)精確定位。如劃定野生動物活動范圍，定期抽樣對重點保護(hù)動物進(jìn)行北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的腳環(huán)植入，在系統(tǒng)中實時反映受保動物的活動范圍，記錄其遷徙和活動區(qū)域，這能顯著減少測定群落最小面積的工作量。

2.2 在自然保護(hù)區(qū)景區(qū)旅游中的應(yīng)用

利用微機(jī)、通信、導(dǎo)航與GIS技術(shù)結(jié)合，可將手持北斗接收機(jī)和電子地圖集為一體，開發(fā)出經(jīng)濟(jì)便捷的旅游助理。這種具有北斗接收機(jī)的電子地圖具有定位功能，能提供經(jīng)緯度坐標(biāo)，在野外保持與外界的通信，同時還具有電子地圖、路線設(shè)定、景點概況等信息[2]。若在山野間迷失方向，可利用北斗接收機(jī)及電子地圖，通過衛(wèi)星測定所在經(jīng)緯度，如若體力不支，還可通過北斗系統(tǒng)的短信功能求援，等待人員前來營救。

導(dǎo)游服務(wù)伴隨著旅游業(yè)開始快速發(fā)展，利用RS結(jié)合GIS、北斗系統(tǒng)和三維影像的地圖能夠為用戶提供更為直觀、更新時間更快的無縫拼接的地理數(shù)據(jù)，同時滿足用戶的空間服務(wù)以及覆蓋全球的地理服務(wù)需求。這個系統(tǒng)包括：三維影像數(shù)字地圖檢索系統(tǒng)、GIS地理信息系統(tǒng)平臺開發(fā)和北斗導(dǎo)航、定位及其監(jiān)測功能。

2.3 北斗系統(tǒng)在旅游中的導(dǎo)航、定位及其監(jiān)測設(shè)備

在旅游景區(qū)開發(fā)使用過程中，可以借助北斗系統(tǒng)客戶端中的三維立體影像地圖滿足游客、政府部門及開發(fā)企業(yè)對于景區(qū)導(dǎo)航、定位及監(jiān)測能力的需求，該功能只是在GIS三維地圖的基礎(chǔ)上二次開發(fā)，根據(jù)旅游者、政府部門和開發(fā)企業(yè)自身的需要合理地開發(fā)及利用（圖1）。

2.4 在自然保護(hù)區(qū)救災(zāi)的應(yīng)用

在汶川地震中，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)為拯救生命爭取了寶貴時間。當(dāng)前，自然保護(hù)區(qū)所受的災(zāi)害主要為暴雨、山洪、滑坡、森林火災(zāi)等。在自然保護(hù)區(qū)抗災(zāi)救援中的應(yīng)用主要體現(xiàn)在：定位、導(dǎo)航、通信。發(fā)現(xiàn)保護(hù)區(qū)內(nèi)情況異常，管理者即設(shè)備使用者通過定位得知經(jīng)緯度坐標(biāo)，快速獲取精確位置信息后，利用北斗短信功能向上級匯報，呼叫救援部隊等，確定目的地。此外，通過對大量相關(guān)地物的定位普查和統(tǒng)計分析，可以為救災(zāi)與災(zāi)后重建的各項工作提供依據(jù)，也有利于對災(zāi)情及時上報和共享，特別是使用北斗系統(tǒng)的雙向傳送功能可以確保災(zāi)區(qū)與外界的聯(lián)系。在災(zāi)后重建中，北斗系統(tǒng)可應(yīng)用于交通恢復(fù)、次生災(zāi)害預(yù)防、保護(hù)區(qū)的重設(shè)計、施工和綜合治理等。

2.5 在自然保護(hù)區(qū)文物及野生動植物保護(hù)系統(tǒng)的建立與相關(guān)方面的應(yīng)用

地理信息系統(tǒng)是由計算機(jī)硬件、軟件和相關(guān)的方法過程所組成，用以支持空間數(shù)據(jù)的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復(fù)雜的規(guī)劃和管理問題[3]。野生動植物保護(hù)系統(tǒng)是地理信息系統(tǒng)分支?；贕IS與北斗的三維立體影像地圖可集導(dǎo)航、定位、通訊、報警、防盜、遠(yuǎn)程控制等功能于一體。有了這一系統(tǒng)，進(jìn)行野外文物普查、保護(hù)標(biāo)志設(shè)置、文物檔案記錄、保護(hù)范圍和監(jiān)控地帶、保護(hù)界樁建立等工作量將大大減少，該系統(tǒng)可以準(zhǔn)確確定和記錄文物、標(biāo)志和界樁的正確位置，還可以對文物及動植物進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測及變化趨勢進(jìn)行預(yù)測[4]。對于解決我國各自然保護(hù)區(qū)普遍存在的資金不足，人員匱乏的問題具有重要作用。

3 工作原理及性能分析

3.1 實現(xiàn)珍稀動植物資源的查詢、統(tǒng)計、分析、定位、瀏覽功能的工作原理

將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)和RS技術(shù)以及GIS技術(shù)相結(jié)合，借助信息處理與分析以及數(shù)學(xué)方法，全面提升北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用水平。

首先利用RS來觀察自然保護(hù)區(qū)的土地利用現(xiàn)狀、植被、土壤、地質(zhì)等以便來獲得土地利用現(xiàn)狀、坡度、坡向、高程等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)（圖2）。在此之后，把遙感數(shù)據(jù)按需要進(jìn)行分類，再按照類型邊界進(jìn)行矢量化，進(jìn)行開始勾繪圖斑邊界，最終直接應(yīng)用矢量圖形。在矢量圖形上利用地理信息系統(tǒng)（GIS）的功能進(jìn)行面積量算、統(tǒng)計、分析、制圖。最后，對數(shù)據(jù)整理可將準(zhǔn)確、高效的獲取區(qū)域土地的高程、坡度、坡向、林地地面積及其群分布數(shù)據(jù)，以分類矢量化以后作為地理信息系統(tǒng)（GIS）的數(shù)據(jù)圖層。整理數(shù)據(jù)在GIS軟件的統(tǒng)一管理下，把各專題圖層按地理坐標(biāo)配準(zhǔn)，形成自然保護(hù)區(qū)數(shù)據(jù)庫。

在建立了自然保護(hù)區(qū)的數(shù)據(jù)庫之后，則開始對保護(hù)區(qū)內(nèi)的珍稀植物進(jìn)行調(diào)查、取樣、編號，并用北斗導(dǎo)航記錄采樣點的位置。將北斗導(dǎo)航系統(tǒng)測出采樣點的位置、海拔高度及其所屬種類信息導(dǎo)入到自然保護(hù)區(qū)的數(shù)據(jù)庫當(dāng)中，實現(xiàn)對該區(qū)珍稀植物資源的查詢、定位、分析功能。

3.2 自然保護(hù)區(qū)作為旅游景區(qū)開發(fā)及資源利用，以及旅游導(dǎo)航和定位功能的工作原理

自然保護(hù)區(qū)北斗應(yīng)用系統(tǒng)由管理平臺、業(yè)務(wù)平臺、通訊網(wǎng)絡(luò)以及各移動終端組成。其中管理平臺應(yīng)建立人流量監(jiān)控模塊，車輛調(diào)配模塊，管理人員監(jiān)控模塊以及應(yīng)急救援模塊（圖3、圖4）。

對于管理人員以及車輛可以統(tǒng)一配備移動終端，該終端具有接收北斗衛(wèi)星信號能力，發(fā)送短信功能以及緊急情況下的報警功能，可以實時感知自身的位置信息，并且將這些信息及時反饋至管理平臺，利于保護(hù)區(qū)實時調(diào)配管理。

同時基于目前智能手機(jī)終端已經(jīng)普及開來，對于游客則可以通過CDMA、GSM、WIFI等通訊網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)場安裝自然保護(hù)區(qū)導(dǎo)游軟件。利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，實現(xiàn)對游客位置的動態(tài)獲取，提供景區(qū)內(nèi)路線規(guī)劃、景點介紹等，并且通過提前提醒游客周邊的危險區(qū)域，盡全力的減少游客誤入危險區(qū)域的可能。同時內(nèi)置求救功能，若突發(fā)危險，游客可在第一時間報警，管理平臺能夠及時準(zhǔn)確獲知游客遇險位置，降低反應(yīng)時間。

3.3 自然保護(hù)區(qū)景區(qū)防災(zāi)及珍稀植物保護(hù)應(yīng)用的可行性的工作原理

要實現(xiàn)對自然保護(hù)區(qū)的巡查，可利用自然保護(hù)區(qū)地理信息以及珍稀植物資源的數(shù)據(jù)庫，結(jié)合北斗系統(tǒng)對災(zāi)害易發(fā)地區(qū)和珍稀植物進(jìn)行重點巡查保護(hù)。利用管理人員的移動終端，及時跟蹤其所在位置，以此避免出現(xiàn)不到達(dá)巡護(hù)點而編造數(shù)據(jù)的現(xiàn)象。到達(dá)巡護(hù)位置之后，將位置信息反饋至管理平臺確認(rèn)，同時可以通過北斗的短信功能匯報該點災(zāi)害發(fā)生和珍稀植物的狀況，以便于及時了解并調(diào)整保護(hù)措施。在人工巡查的同時還可以利用衛(wèi)星定位對地質(zhì)災(zāi)害進(jìn)行實時觀測。在易發(fā)生滑坡、崩塌、崩崗等地質(zhì)災(zāi)害易發(fā)地區(qū)設(shè)置衛(wèi)星定位觀測點，隨時監(jiān)控該點的位置移動情況，目前北斗定位精度可到1m，基本可以滿足對諸如滑坡、崩塌等地質(zhì)災(zāi)害的預(yù)判工作。

結(jié)合人工巡查和衛(wèi)星定位兩項工作，基本可以做到對自然保護(hù)區(qū)內(nèi)的地質(zhì)災(zāi)害點以及珍稀植物的監(jiān)控保護(hù)工作。

4 創(chuàng)新點及應(yīng)用

通過把北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)與GIS、RS技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)等相結(jié)合，在自然保護(hù)區(qū)建立以上系統(tǒng)，把對保護(hù)區(qū)珍稀動植物的監(jiān)測和保護(hù)、游客的引導(dǎo)、保護(hù)區(qū)的日常管理與應(yīng)急救援、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)警等功能有機(jī)的結(jié)合起來，使自然保護(hù)區(qū)的運(yùn)作更為高效，更好的發(fā)揮保護(hù)自然環(huán)境和生物群落的作用。

[1]陶克菲.綠劍斬濁流——監(jiān)管國家級自然保護(hù)區(qū)[J].環(huán)境教育，2007（2）：24～27.

[2]章敏潔.旅游景區(qū)導(dǎo)游三維GIS設(shè)計與開發(fā)技術(shù)[D].南京：東南大學(xué)，2009.

[3]趙婷婷.基于GIS的城市消防應(yīng)急信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].西安：長安大學(xué)，2010.

[4]周 吉.GPS技術(shù)在森林公園開發(fā)規(guī)劃和管理中的應(yīng)用[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品，2009（13）：1～2.