基于北斗系統(tǒng)的生物多樣性的監(jiān)測(cè)與保護(hù)

陳琪煌 鄭炫 林以恒 陳俊杰 李雅珊 許藝娜

[摘要]經(jīng)濟(jì)的發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)提出了嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，在經(jīng)濟(jì)騰飛的同時(shí)也伴隨著生物多樣性的破壞和生態(tài)環(huán)境的污染，如何協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、生物三者的共同體關(guān)系成為了當(dāng)今社會(huì)進(jìn)步的痛點(diǎn)?；诒倍穼?dǎo)航系統(tǒng)在中國(guó)科技領(lǐng)域已逐漸成熟，并逐步將其應(yīng)用于生物保護(hù)領(lǐng)域，從而更好地實(shí)現(xiàn)生物多樣性發(fā)展的長(zhǎng)遠(yuǎn)目標(biāo)。采用文獻(xiàn)研究法、綜合分析法并結(jié)合對(duì)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)認(rèn)識(shí)，將其應(yīng)用于生物種類(lèi)調(diào)查、瀕危動(dòng)物跟蹤、生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)等。通過(guò)調(diào)查研究，能夠有效促進(jìn)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在生物多樣性保護(hù)中發(fā)揮關(guān)鍵性的作用。

[關(guān)鍵詞]北斗導(dǎo)航系統(tǒng);生物多樣性;保護(hù)

[中圖分類(lèi)號(hào)]X176

[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A

生物多樣性是生態(tài)環(huán)境高度發(fā)展的重要體現(xiàn)，改革開(kāi)放以后，中國(guó)在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，生態(tài)環(huán)境也遭受了巨大的破壞，生物的多樣性破壞尤為嚴(yán)重。最近幾年國(guó)家對(duì)生態(tài)環(huán)境保護(hù)的重視程度日益提高，如何更好的保護(hù)生物的多樣性的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和發(fā)展，是未來(lái)一段時(shí)間中國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展當(dāng)中必須解決的問(wèn)題，在這一過(guò)程中中國(guó)研發(fā)的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)必然會(huì)發(fā)揮非常重要的作用。因此，在生物多樣性保護(hù)當(dāng)中，必須充分的發(fā)揮北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的作用。

1北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介及生物多樣性的概念

1.1北斗導(dǎo)航系統(tǒng)簡(jiǎn)介

衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)是一個(gè)國(guó)家科技水平的綜合體現(xiàn)，美國(guó)率先研制出了全球定位系統(tǒng)GPS，俄國(guó)也建立了自己的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)GLONASS，在這種情況下，如果中國(guó)長(zhǎng)期使用GPS，必然會(huì)在經(jīng)濟(jì)發(fā)展當(dāng)中受美國(guó)的制約。為了擺脫這種制約，尤其是進(jìn)一步推動(dòng)中國(guó)國(guó)防領(lǐng)域的發(fā)展，從上世紀(jì)90年代開(kāi)始中國(guó)就著手進(jìn)行北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)和建設(shè)工作。從建設(shè)到現(xiàn)在北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)基本建設(shè)完成，根據(jù)預(yù)定計(jì)劃北斗導(dǎo)航系統(tǒng)將于2020年全面建成，切實(shí)將建成覆蓋全球的精準(zhǔn)導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS）已經(jīng)基本建設(shè)完成，并開(kāi)始在全球范圍之內(nèi)為客戶提供導(dǎo)航服務(wù)，目前共有在軌衛(wèi)星45顆，具備了為全球客戶提供精準(zhǔn)導(dǎo)航的能力。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是由空間段、地面段和用戶段，目前的定位精度已經(jīng)達(dá)到10m，測(cè)速精度為0.2m/s，授時(shí)精度為10ns，在各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)上均優(yōu)于GPS，與世界上其他導(dǎo)航系統(tǒng)相比，在成熟度和技術(shù)含量等方面也具有明顯的優(yōu)勢(shì)。

1.2生物多樣性的概念

生物多樣性是一個(gè)生物學(xué)上的概念，雖然在生物學(xué)研究當(dāng)中經(jīng)常提到這一概念，但是很少有學(xué)者對(duì)這一概念做出準(zhǔn)確、科學(xué)的界定。蔣志剛等人（1997）是國(guó)內(nèi)在研究中最早對(duì)這一概念做出定義的人，他們認(rèn)為生物多樣性是指： “生物多樣性是生物及其環(huán)境形成的生態(tài)復(fù)合體以及與此相關(guān)的各種生態(tài)過(guò)程的綜合，包括動(dòng)物、植物、微生物和它們所擁有的基因以及它們與其生存環(huán)境形成的復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)。”筆者也比較認(rèn)同這一概念，這一概念抓住了生物多樣性的本質(zhì)，那就是在自然狀態(tài)之下形成的所有擁有基因的生活及與生存環(huán)境之間的關(guān)系，并且將其定義為生態(tài)系統(tǒng)的一種形式。同時(shí)，生物多樣性應(yīng)該是自然狀態(tài)之下，在一定的環(huán)境條件及其因素之下，所能夠容納的生物結(jié)構(gòu)的最佳狀態(tài)和最合理的生存狀態(tài)，是生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展到很高水平的結(jié)果。雖然，很多學(xué)者闡述了這一概念，但是生物多樣性的標(biāo)準(zhǔn)及其層次劃分等并沒(méi)有形成一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。另外，在國(guó)際上生物多樣性是衡量的生態(tài)環(huán)境保護(hù)水平的重要標(biāo)準(zhǔn)和方法。

2BDS在生物多樣性保護(hù)上的應(yīng)用方法

2.1用BDS配合蝴蝶觀測(cè)了解生物多樣性保護(hù)及發(fā)展情況

要想更好的保護(hù)生物多樣性，就應(yīng)該對(duì)自然環(huán)境的生物多樣性進(jìn)行科學(xué)的調(diào)查和分析，這一過(guò)程中科學(xué)的觀測(cè)手段是必不可少的。一般來(lái)說(shuō)在生物多樣性觀測(cè)當(dāng)中都會(huì)選擇一些公認(rèn)生物多樣性監(jiān)測(cè)指示物種，通過(guò)物種的生活環(huán)境來(lái)分析生物多樣性發(fā)展?fàn)顩r。在這其中，蝴蝶是應(yīng)用最為廣泛，效果最明顯的一類(lèi)物種。以蝴蝶作為生物多樣性的監(jiān)測(cè)指示物種進(jìn)行觀測(cè)，就是蝴蝶觀測(cè)。英國(guó)是最早進(jìn)行蝴蝶觀測(cè)的國(guó)家，早在1976年英國(guó)就開(kāi)始了此項(xiàng)觀察，并在長(zhǎng)期運(yùn)動(dòng)中形成了一套非?？茖W(xué)和完善的觀測(cè)標(biāo)準(zhǔn)和方法。而現(xiàn)在，在生物多樣性觀測(cè)當(dāng)中，幾乎所有的發(fā)達(dá)國(guó)家都采用了這種方法。之所以會(huì)選擇蝴蝶進(jìn)行生物多樣性監(jiān)測(cè)，因?yàn)楹且环N對(duì)環(huán)境質(zhì)量要求非常高的物種，對(duì)環(huán)境變化非常敏感，非常適合觀測(cè)環(huán)境變化對(duì)生態(tài)多樣性的影響，以及人類(lèi)活動(dòng)對(duì)生物多樣性的干擾和影響。在使用蝴蝶進(jìn)行生物多樣性觀測(cè)的過(guò)程中，傳統(tǒng)的技術(shù)方法是GPS，利用GPS工具箱對(duì)觀測(cè)范圍內(nèi)的經(jīng)緯度長(zhǎng)度等進(jìn)行精確定位，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行打眼兒觀測(cè)。BDS建成以后，定位更加精準(zhǔn)，觀測(cè)數(shù)據(jù)也能更好的反應(yīng)生物多樣性的客觀情況，開(kāi)發(fā)利用BDS工具箱完全可以取代傳統(tǒng)的CPS工具箱。值得注意的是，BDS工具箱在建設(shè)和使用的過(guò)程中可以更加準(zhǔn)確地進(jìn)行氣象測(cè)量和打點(diǎn)，尤其是在生態(tài)環(huán)境變化對(duì)生物多樣性的影響進(jìn)行比對(duì)分析的過(guò)程中，比對(duì)分析的結(jié)果會(huì)更加可靠。當(dāng)然，在實(shí)際運(yùn)用的過(guò)程中，需要已觀測(cè)到的蝴蝶數(shù)量及其優(yōu)勢(shì)種類(lèi)等作為具體方法，主要是在觀測(cè)范圍之內(nèi)蝴蝶的數(shù)量級(jí)優(yōu)勢(shì)種類(lèi)，少見(jiàn)種類(lèi)是否為當(dāng)?shù)卮嬖诘鹊龋ㄟ^(guò)上述分析來(lái)判斷本地的生物多樣性情況。

2.2瀕危物種的觀測(cè)和保護(hù)

在生物多樣性保護(hù)當(dāng)中，瀕危物種的保護(hù)是非常重要的一項(xiàng)工作，因?yàn)橐坏┥餃缃^，生物多樣性必然受到影響。而在瀕危物種的保護(hù)當(dāng)中，自然觀測(cè)是一項(xiàng)非常重要的工作，監(jiān)測(cè)的方法和手段直接決定和影響到保護(hù)工作當(dāng)中的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的質(zhì)量和數(shù)量，進(jìn)而影響到瀕危物種的最終保護(hù)策略的制定及其實(shí)施，以及實(shí)施以后的實(shí)際效果。在別人物種的觀測(cè)和保護(hù)當(dāng)中，主要是通過(guò)收集這些物種活動(dòng)為點(diǎn)數(shù)據(jù)判斷物種的數(shù)量。在這一過(guò)程中，佩戴帶有定位系統(tǒng)的項(xiàng)圈是一種非常好的方法，尤其是在大型野生動(dòng)物的保護(hù)當(dāng)中。比如說(shuō)在非洲，很多國(guó)家就為一些瀕危物種佩戴了帶有GPS系統(tǒng)的項(xiàng)圈，利用GPS系統(tǒng)配合傳感器等電子設(shè)備完成記錄物種活動(dòng)位點(diǎn)的目的，還可以在項(xiàng)圈上安裝微型攝錄設(shè)備，記錄觀測(cè)野生動(dòng)物的野外生活情況。中國(guó)也在野生動(dòng)物的保護(hù)當(dāng)中，尤其在一些瀕危物種的保護(hù)當(dāng)中采用了這一技術(shù)。BDS在功能上與GPS有過(guò)之而無(wú)不及，在定位上更加精確、速度更快，通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用我記錄的瀕危野生動(dòng)物的活動(dòng)位點(diǎn)更加準(zhǔn)確。完全可以將其利用于瀕危野生動(dòng)物的觀測(cè)和保護(hù)工作當(dāng)中。實(shí)際上，這一點(diǎn)目前正在深入推進(jìn)。在BDS系統(tǒng)不斷成熟的前提之下，此項(xiàng)技術(shù)的開(kāi)發(fā)利用也步人了一個(gè)快速發(fā)展時(shí)期。目前，在大熊貓、黑天鵝等瀕危物種的保護(hù)當(dāng)中已經(jīng)開(kāi)始嘗試使用BDS項(xiàng)圈進(jìn)行活動(dòng)物體觀測(cè)，同時(shí)利用GIS系統(tǒng)和微型攝錄系統(tǒng)增強(qiáng)管事的效果，配合無(wú)線傳輸技術(shù)完成數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸整理和使用。應(yīng)該說(shuō)BDS在這一方面的優(yōu)勢(shì)還沒(méi)有充分展現(xiàn)出來(lái)，在未來(lái)一段時(shí)間之內(nèi)此項(xiàng)技術(shù)的逐漸成熟，期待瀕危物種觀測(cè)和保護(hù)當(dāng)中的作用也會(huì)日益明顯（圖1）。

2.3BDS是生物保護(hù)野外巡護(hù)當(dāng)中不可缺少的技術(shù)

在生物多樣性保護(hù)當(dāng)中，野外巡護(hù)是一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，通過(guò)野外巡護(hù)可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)，被保護(hù)生物生存和發(fā)展情況，排除一些危險(xiǎn)性因素對(duì)生物生存和發(fā)展的負(fù)面影響，尤其是在瀕危野生動(dòng)物的保護(hù)上野外巡護(hù)的重要性更加突出。這點(diǎn)在中國(guó)青藏高原的生物多樣性保護(hù)當(dāng)中最為突出，在青藏高原以及周?chē)貐^(qū)生活著很多野生動(dòng)物，而這些野生動(dòng)物大部分都是瀕危野生動(dòng)物。在這一過(guò)程中，計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息技術(shù)，以及BDS都是不可缺少的技術(shù)。在建設(shè)過(guò)程中需要解決巡護(hù)采集信息收集、分類(lèi)、編碼等諸多問(wèn)題。而在所有的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題當(dāng)中，野外巡護(hù)終端設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)是一個(gè)非常重要的組成部分。在建設(shè)的過(guò)程中北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無(wú)疑處于核心地位。終端系統(tǒng)必須配備更為精確的導(dǎo)航系統(tǒng)，就目前的商業(yè)化導(dǎo)航系統(tǒng)而言，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的技術(shù)優(yōu)越性毋庸置疑。另外，在野外進(jìn)行巡護(hù)還需要國(guó)家強(qiáng)制力量的支持，比如說(shuō)在西北地區(qū)野外巡視當(dāng)中，與解放軍等單位保持密切的溝通聯(lián)系，以便于能夠在發(fā)生意外以后及時(shí)組織救援，目前就解放軍使用的導(dǎo)航系統(tǒng)而言，基本上都已經(jīng)更換了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，從系統(tǒng)協(xié)調(diào)性和使用便捷性的角度來(lái)講，在野外巡護(hù)終端設(shè)計(jì)當(dāng)中也應(yīng)該采用這一系統(tǒng)。另外，從系統(tǒng)的穩(wěn)定性和抗干擾性的角度來(lái)講，北斗系統(tǒng)的技術(shù)更加先進(jìn)、抗干擾性更強(qiáng)，在建設(shè)過(guò)程中的測(cè)試實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)當(dāng)中可以明顯的看出來(lái)，基本上電磁干擾主要干擾源對(duì)其影響非常小，地磁影響對(duì)其精準(zhǔn)定位的影響更小。但是，在建設(shè)的過(guò)程中還需要與通信技術(shù)等真正的結(jié)合起來(lái)，這些技術(shù)的融合應(yīng)用是目前開(kāi)發(fā)應(yīng)用過(guò)程中需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

2.4生物多樣性生存與發(fā)展環(huán)境調(diào)查與監(jiān)測(cè)

生物多樣性水平與生存發(fā)展環(huán)境密切相關(guān)，可以說(shuō)環(huán)境制約了生物的多樣性，不管是動(dòng)物還是植物都是如此，甚至細(xì)菌和真菌等也是環(huán)境的重要組成部分。因此，在生物多樣性保護(hù)當(dāng)中，不僅要做好生物的保護(hù)工作，更要為其發(fā)展?fàn)I造一個(gè)良好地環(huán)境。而創(chuàng)造一個(gè)良好的環(huán)境，關(guān)鍵在于掌握生存發(fā)展環(huán)境的發(fā)展?fàn)顩r，這就需要采用一些先進(jìn)的技術(shù)進(jìn)行調(diào)查。在這一過(guò)程中BDS也有非常重要的作用，通過(guò)BDS的應(yīng)用可以更好地記錄觀察地點(diǎn)的生物生存與發(fā)展環(huán)境狀況。比如說(shuō)土壤狀況、污染狀況、水資源狀況等等。同時(shí)，還可以通過(guò)生物觀測(cè)的方式來(lái)記錄觀測(cè)范圍之內(nèi)的生物種類(lèi)及其數(shù)量，種群發(fā)展等情況。這些都可以以BDS為基礎(chǔ)進(jìn)行。當(dāng)然，相對(duì)于GPS，BDS在精度等方面上的優(yōu)勢(shì)，可以更好地保證觀測(cè)結(jié)果的客觀性，使觀測(cè)結(jié)果能夠真實(shí)地反映出生物的生存與發(fā)展環(huán)境，也為環(huán)境的綜合治理、調(diào)整和優(yōu)化創(chuàng)造更好的條件。

3BDS在生物多樣性保護(hù)應(yīng)用中需要注意的問(wèn)題

3.1需要重視BDS與其它技術(shù)之間的銜接應(yīng)用問(wèn)題

伴隨著B(niǎo)DS的逐漸成熟，為其在生物多樣性保護(hù)中的應(yīng)用創(chuàng)造了良好的條件和機(jī)會(huì)。但是，從應(yīng)用的角度來(lái)講，在生物多樣性保護(hù)上所用的技術(shù)有很多，包括的GPS、GIS、通信技術(shù)、信息技術(shù)等等，這些技術(shù)在實(shí)踐中已經(jīng)在技術(shù)上解決了彼此之間的銜接問(wèn)題，并且在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，這一點(diǎn)是GPS技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。就目前來(lái)看，BDS建設(shè)已經(jīng)步人尾聲，但是離真正的技術(shù)成熟還有一段距離，尤其是在開(kāi)發(fā)應(yīng)用上，與其它生物多樣性保護(hù)上的核心技術(shù)之間的技術(shù)銜接依然存在不少的問(wèn)題。這一點(diǎn)，需要長(zhǎng)期的技術(shù)實(shí)踐才能加以解決，如果不能解決好這一問(wèn)題，很難真正的將BDS技術(shù)應(yīng)用于生物多樣性的保護(hù)實(shí)踐。

3.2做好BDS程序及APP開(kāi)發(fā)應(yīng)用工作

將BDS應(yīng)用于生物的多樣性保護(hù)，需要解決的另外一個(gè)技術(shù)問(wèn)題就是程序開(kāi)發(fā)和APP的開(kāi)發(fā)。在前面的分析當(dāng)中提到的GPS之所以能夠應(yīng)用于蝴蝶觀測(cè)，一個(gè)非常重要的原因就是基于GPS的工具箱程序非常多，這些程序不僅僅可以安裝在電腦上，甚至可以集成到手機(jī)當(dāng)中，也可以集成到GPS的終端設(shè)備當(dāng)中，這無(wú)疑能夠?yàn)镚PS的生物多樣性保護(hù)當(dāng)中的應(yīng)用創(chuàng)造更好的條件和機(jī)會(huì)。但是，基于BDS的工具箱開(kāi)發(fā)應(yīng)用，目前來(lái)看國(guó)內(nèi)還比較少，真正可以用于商業(yè)以及生物多樣性保護(hù)的更少，別說(shuō)技術(shù)成熟度，有關(guān)企業(yè)這方面的開(kāi)發(fā)活動(dòng)都比較少，這一點(diǎn)是限制BDS在生物多樣性保護(hù)當(dāng)中應(yīng)用的一個(gè)重要因素。解決這一問(wèn)題的關(guān)鍵是鼓勵(lì)科技企業(yè)加大這方面的科研投入力度，盡快地拿出一款比較成熟的程序或者是APP，為其在生物多樣性保護(hù)當(dāng)中的應(yīng)用創(chuàng)造基本的條件。除此之外，芯片也是此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵，BDS芯片雖然已經(jīng)大量生產(chǎn)，并且就在汽車(chē)導(dǎo)航領(lǐng)域獲得不錯(cuò)的應(yīng)用效果。但是現(xiàn)有的芯片是否能夠滿足生物多樣性保護(hù)工作的需要，尤其是在與其他芯片配合使用的過(guò)程中是否能夠滿足要求，依然存在一定的不確定性。這一點(diǎn)依賴于相關(guān)的開(kāi)發(fā)企業(yè)，做好這一方面技術(shù)研發(fā)及試驗(yàn)工作，在充分論證的基礎(chǔ)上加以運(yùn)用。

4結(jié)語(yǔ)

BDS是中國(guó)國(guó)家安全戰(zhàn)略的重要組成部分，經(jīng)過(guò)多年的建設(shè)與發(fā)展技術(shù)上已經(jīng)逐漸成熟，整個(gè)的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)基本完成，這無(wú)疑為中國(guó)生物多樣性保護(hù)與發(fā)展提供更好的技術(shù)條件。當(dāng)然，生物多樣性保護(hù)當(dāng)中，也應(yīng)該注意生物安全，站在保護(hù)的角度來(lái)講，不論是BDS還是GPS都是保護(hù)中的核心技術(shù)手段，這種核心技術(shù)掌握在自己手中無(wú)疑更為安全。所以，各級(jí)政府及生態(tài)保護(hù)機(jī)構(gòu)必須重視BDS在生物多樣性保護(hù)中的應(yīng)用，真正利用好此項(xiàng)技術(shù)做好中國(guó)生物多樣性保護(hù)工作。

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[收稿日期]2020-08-20

[基金項(xiàng)目]2020年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202014046005X）;2020年國(guó)家級(jí)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（202014046004X）。

[作者簡(jiǎn)介]陳琪煌（1997-），男，福建漳州人，本科在讀。

[通訊作者]許藝娜（1986-），女，福建漳州人，講師，碩士，研究方向：農(nóng)村區(qū)域發(fā)展與管理、農(nóng)業(yè)多功能性與三產(chǎn)融合。