基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)應(yīng)用研究＊
——以云南省桃花源旅游景區(qū)為例

佘先明

（湖南應(yīng)用技術(shù)學(xué)院，湖南 常德 415100）

云南省桃花源旅游景區(qū)在維護(hù)景區(qū)生態(tài)平衡的基礎(chǔ)上，借助其獨(dú)特的資源優(yōu)勢(shì)發(fā)展生態(tài)旅游，相繼建成了野象谷、望天樹(shù)、綠石林、雨林谷、夢(mèng)源奇景等生態(tài)旅游景區(qū)。通過(guò)構(gòu)建生態(tài)旅游景區(qū)，普及了自然科學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)了游客的自然保護(hù)意識(shí)，全國(guó)科普教育基地的功能和云南科普教育基地已經(jīng)完成。通過(guò)先進(jìn)的現(xiàn)代科技手段監(jiān)測(cè)景區(qū)生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)，獲取實(shí)時(shí)的景區(qū)生態(tài)環(huán)境信息，對(duì)于保護(hù)桃花源旅游景區(qū)生態(tài)權(quán)益、防災(zāi)減災(zāi)、保護(hù)景區(qū)生態(tài)環(huán)境具有重要意義。目前，隨著生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷成熟，桃花源旅游景區(qū)已開(kāi)發(fā)應(yīng)用了先進(jìn)的智能生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備，在維護(hù)景區(qū)生態(tài)環(huán)境穩(wěn)定方面發(fā)揮了重要作用。桃花源旅游景區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)設(shè)備普遍采用的數(shù)據(jù)傳輸管理系統(tǒng)為INMARSAT、ARGO。這些源自國(guó)外的系統(tǒng)，不僅保密性差，而且自主性低。中國(guó)北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(BDS)是中國(guó)自主研制的全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可快速功能定位、精確定時(shí)、發(fā)送和接收短消息。筆者設(shè)計(jì)了一種基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的桃花源旅游景區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將短報(bào)文通信與移動(dòng)通信相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)景區(qū)生態(tài)環(huán)境的遠(yuǎn)程、實(shí)時(shí)、自動(dòng)、全天候監(jiān)測(cè)，具有較高的穩(wěn)定性和安全性。

1 BDS與氣象及大氣環(huán)境

由于能提供“北斗一號(hào)”氣象保障服務(wù)，“北斗+”已經(jīng)被廣泛用于氣象領(lǐng)域。氣象數(shù)據(jù)的傳輸方式不一而足，使用最廣泛的當(dāng)屬以下三種：一是基于聯(lián)通和移動(dòng)通信技術(shù)的GPRS和4G模式；二是短波無(wú)線電；三是基于衛(wèi)星通信的VSAT通信站。目前，中國(guó)已經(jīng)建成了以北斗為基礎(chǔ)的氣象數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，由衛(wèi)星發(fā)射站、北斗系統(tǒng)以及國(guó)家和省級(jí)服務(wù)平臺(tái)組成。自動(dòng)氣象站采集的氣象數(shù)據(jù)將傳輸?shù)奖倍吠ㄐ沤K端。同時(shí)，基于北斗氣象數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)還具有特殊化的短報(bào)文通信功能，能有效傳輸偏遠(yuǎn)地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)。如果能掌握基本的天氣情況，地面主站就可以對(duì)遠(yuǎn)程站的北斗通信終端加以控制，對(duì)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)傳輸?shù)念l率加以調(diào)整。在氣象監(jiān)測(cè)預(yù)警方面，北斗系統(tǒng)包括氣象監(jiān)測(cè)、大氣探測(cè)。有利于消除衛(wèi)星位置的誤差變化，獲取信息，支持桃花源旅游景區(qū)生態(tài)氣象觀測(cè)有效和準(zhǔn)確的生態(tài)氣象數(shù)據(jù)。有學(xué)者利用北斗多軌特性，將反演系統(tǒng)與反射可見(jiàn)區(qū)MEO等衛(wèi)星聯(lián)合反演，可以降低噪聲誤差。BDS也被廣泛應(yīng)用于大氣探測(cè)領(lǐng)域，尤其是基于北斗鑄型機(jī)載區(qū)域氣象傳感器、探測(cè)器通過(guò)整合風(fēng)北斗衛(wèi)星定位模塊、無(wú)線傳輸模塊等，可實(shí)現(xiàn)儀器外線投籃后空氣數(shù)據(jù)檢測(cè)、采樣和數(shù)據(jù)傳輸，以獲取空氣的功能信息。此外，許多氣象站在水汽電離層監(jiān)測(cè)領(lǐng)域使用北斗系統(tǒng)，可以有效監(jiān)測(cè)區(qū)域性變化。在大氣環(huán)境方面，北斗系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)氣壓、溫度、濕度、降雨等氣象數(shù)據(jù)。徐博良等[1]提出了基于北斗系統(tǒng)的空氣質(zhì)量實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的解決方案，構(gòu)建了由氣壓采集模塊、溫濕度采集模塊、PM2三部分構(gòu)成的數(shù)據(jù)采集終端。在采集模塊、北斗模塊、交換板模塊作用下，可以將數(shù)據(jù)傳遞給客戶端以及服務(wù)器平臺(tái)。軟件界面的地圖通過(guò)調(diào)用百度地圖API實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)定位?，F(xiàn)有研究有效結(jié)合了BDS技術(shù)和ZigBee技術(shù)，在此基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)了環(huán)境參數(shù)實(shí)時(shí)采集系統(tǒng)，可以采集溫度、濕度、壓力、光強(qiáng)等參數(shù)，拓寬了監(jiān)測(cè)范圍，提升了監(jiān)測(cè)質(zhì)量和監(jiān)測(cè)效率。

2 系統(tǒng)功能和性能

基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)的桃花源旅游景區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要由生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)終端、信息綜合服務(wù)平臺(tái)構(gòu)成。北斗桃花源旅游景區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)終端同時(shí)兼具定位功能、通信功能、數(shù)據(jù)采集功能，能借助移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)將相應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)叫畔⒕C合服務(wù)平臺(tái)[2-5]。繼而由平臺(tái)統(tǒng)一分析處理接收的數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)。

基于北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)主要有以下功能：1）實(shí)時(shí)定位功能，實(shí)時(shí)定位桃花源旅游景區(qū)生態(tài)環(huán)境動(dòng)態(tài)。2）實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，實(shí)時(shí)監(jiān)控桃花源旅游景區(qū)生態(tài)環(huán)境參數(shù)，如溫度、鹽度、pH值、葉綠素、水質(zhì)變化等，并以用戶需求為依據(jù)，定制監(jiān)測(cè)內(nèi)容。3）數(shù)據(jù)處理功能，實(shí)時(shí)解析數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。4）信息警告功能，一旦監(jiān)控值超出正常范圍，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警告信息。同時(shí)，對(duì)比分析已收集的桃花源旅游景區(qū)生態(tài)數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)景區(qū)生態(tài)環(huán)境趨勢(shì)，幫助用戶及時(shí)準(zhǔn)確的定位潛在風(fēng)險(xiǎn)，以便用戶能預(yù)先采取有效化措施，從根源上杜絕風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性。5）電子圍欄功能，用戶可在特定區(qū)域內(nèi)放置生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)終端，一旦終端移動(dòng)出電子圍欄，系統(tǒng)會(huì)及時(shí)發(fā)出警告信息。6）數(shù)據(jù)概述功能，對(duì)收集到的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)處理，可通過(guò)終端監(jiān)控跟蹤，了解景區(qū)生態(tài)環(huán)境變化。7）用戶管理功能，個(gè)人用戶管理包括用戶基本信息、用戶權(quán)限，設(shè)備管理包括設(shè)備的基本信息綁定、解綁定等。平臺(tái)開(kāi)發(fā)采用B/S結(jié)構(gòu)，界面友好，方便用戶和系統(tǒng)交互。

平臺(tái)軟件包括數(shù)據(jù)處理、實(shí)時(shí)監(jiān)控、統(tǒng)計(jì)報(bào)告、異常報(bào)警和用戶管理模塊：1）數(shù)據(jù)處理模塊接收數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。2）實(shí)時(shí)監(jiān)控模塊顯示終端位置，監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和電子圍欄信息實(shí)時(shí)顯示電子海圖。3）統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊可以播放終端的歷史軌跡，也可以總結(jié)類別或時(shí)間的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。4）異常報(bào)警模塊設(shè)置報(bào)警信息和電子圍欄，在出現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超出正常范圍或終端移出電子圍欄情況時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)出預(yù)警信息。5）用戶管理模塊通常用于個(gè)人用戶管理、設(shè)備管理。在科學(xué)技術(shù)發(fā)展的帶動(dòng)下，生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)方式也不一而足。多數(shù)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)普遍存在智能化水平低、實(shí)時(shí)性能欠缺、遠(yuǎn)程通信技術(shù)盲區(qū)等問(wèn)題，許多研究以BDS、物聯(lián)網(wǎng)、云存儲(chǔ)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)出了實(shí)時(shí)性、功能齊全的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，能更高效而準(zhǔn)確地獲取景區(qū)生態(tài)環(huán)境參數(shù)。

“北斗+技術(shù)設(shè)備”構(gòu)建桃花源旅游景區(qū)的生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可分為浮標(biāo)單元系統(tǒng)、岸站單元系統(tǒng)。其中，浮標(biāo)單元系統(tǒng)以桃花源旅游景區(qū)生態(tài)浮標(biāo)為平臺(tái)，在平臺(tái)上集成傳感器模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和北斗用戶飛行器。同時(shí)岸站單元系統(tǒng)配備北斗終端、數(shù)據(jù)接收模塊，通過(guò)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)傳輸桃花源旅游景區(qū)生態(tài)環(huán)境參數(shù)?？諝赓|(zhì)量傳感器，優(yōu)化了傳統(tǒng)空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)模式，實(shí)現(xiàn)了空氣質(zhì)量的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3 結(jié)果與分析

3.1 沒(méi)有可依據(jù)的技術(shù)規(guī)程

筆者通過(guò)參考國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)資料發(fā)現(xiàn)，我國(guó)現(xiàn)階段還沒(méi)有制定旅游影響監(jiān)測(cè)的統(tǒng)一化技術(shù)法規(guī)/標(biāo)準(zhǔn)?！蹲匀槐Ｗo(hù)區(qū)生態(tài)旅游規(guī)劃技術(shù)規(guī)范》提出了自然保護(hù)區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)內(nèi)容主要包括保護(hù)區(qū)生物資源、保護(hù)區(qū)自然景觀、保護(hù)區(qū)水環(huán)境、保護(hù)區(qū)空氣環(huán)境、保護(hù)區(qū)土壤環(huán)境等，同時(shí)也明確界定了監(jiān)測(cè)指標(biāo)選擇標(biāo)準(zhǔn)，即 “生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)要以自然保護(hù)區(qū)生生態(tài)特征為主要依據(jù)，選擇一些象征性的景區(qū)事物來(lái)代表指數(shù)和固定位置，建立相應(yīng)的監(jiān)控程序，在一個(gè)森林類型旅游區(qū)，指標(biāo)可能包括植被結(jié)構(gòu)、土壤和動(dòng)植物種群等，不同的指標(biāo)需要對(duì)應(yīng)不同的監(jiān)測(cè)方法。”國(guó)內(nèi)外學(xué)者分別基于生態(tài)旅游對(duì)生態(tài)環(huán)境、動(dòng)植物影響機(jī)理的角度出發(fā)，深入探究分析了自然保護(hù)區(qū)生態(tài)旅游對(duì)當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)平衡、野生動(dòng)物行為的影響作用。這些研究對(duì)象明確，方法針對(duì)性強(qiáng)，對(duì)構(gòu)建生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)指標(biāo)體系具有較高的參考價(jià)值。

3.2 監(jiān)測(cè)的指標(biāo)具有指示性

桃花源旅游景區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以監(jiān)測(cè)風(fēng)景區(qū)、野生大象谷景區(qū)的活動(dòng)，桃花源旅游景區(qū)管理局根據(jù)云南省地方標(biāo)準(zhǔn)《自然保護(hù)區(qū)和國(guó)家公園的生物多樣性監(jiān)測(cè)技術(shù)法規(guī)》編制了桃花源旅游景區(qū)監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)。只有云南省桃花源旅游景區(qū)將“旅游影響監(jiān)測(cè)”列為生物多樣性監(jiān)測(cè)對(duì)象。監(jiān)測(cè)指標(biāo)和其他單獨(dú)設(shè)置的實(shí)現(xiàn)方法如下：根據(jù)景區(qū)的實(shí)際情況，采用跟蹤監(jiān)測(cè)的方法在景區(qū)設(shè)置樣帶，每年監(jiān)測(cè)一次。桃花源旅游景區(qū)的旅游影響生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)、熱帶雨林監(jiān)測(cè)指數(shù)，設(shè)立并實(shí)施監(jiān)測(cè)區(qū)域。熱帶雨林、可見(jiàn)樹(shù)木和亞洲象都被列為旅游影響監(jiān)測(cè)指標(biāo)。桃花源旅游景區(qū)旅游影響監(jiān)測(cè)指標(biāo)具有指示性和代表性。

3.3 監(jiān)測(cè)需進(jìn)一步補(bǔ)充完善

桃花源旅游景區(qū)的生態(tài)旅游影響著生態(tài)環(huán)境的監(jiān)測(cè)?；诒O(jiān)測(cè)地點(diǎn)、檢測(cè)指標(biāo)的角度而言，桃花源旅游景區(qū)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)只覆蓋了5個(gè)景點(diǎn)，僅僅收集了游客人數(shù)指標(biāo)。借助保護(hù)區(qū)的資源優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建生態(tài)旅游景區(qū)，開(kāi)展生態(tài)旅游活動(dòng)，可以向游客廣泛普及自然科學(xué)知識(shí)，潛移默化地培養(yǎng)游客的環(huán)保意識(shí)，強(qiáng)化游客環(huán)保行為，循序推進(jìn)保護(hù)區(qū)科普教育功能。布設(shè)了基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并嚴(yán)格遵循相關(guān)規(guī)定，多次聯(lián)合測(cè)試環(huán)境監(jiān)測(cè)終端以及綜合信息服務(wù)平臺(tái)，滿足了性能、功能設(shè)計(jì)要求。相比于其他環(huán)境檢測(cè)系統(tǒng)，基于北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)具有以下顯著特征：安全性、穩(wěn)定性、便捷性、實(shí)用性，發(fā)展前景較好。同時(shí)，中國(guó)自主研發(fā)北斗導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)目前已投入使用，在環(huán)境監(jiān)測(cè)方面卓有成效。