基于北斗系統(tǒng)的生物多樣性的監(jiān)測與保護(hù)研究

高尚贊 陶美娟 劉士華

摘要 隨著我國城市化建設(shè)的高速發(fā)展和國民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了破壞自然資源和污染生態(tài)環(huán)境的一系列問題，在一定程度上制約了社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，因此，加強(qiáng)對生物多樣性的監(jiān)測與保護(hù)研究已成為各國普遍關(guān)注的問題之一。而隨著北斗系統(tǒng)的日益完善，生物保護(hù)等方面對其利用率越來越廣泛，且取得了顯著的成效。基于此，就基于北斗系統(tǒng)的生物多樣性的監(jiān)測與保護(hù)進(jìn)行了探究分析，以期為推動生物多樣性的長遠(yuǎn)發(fā)展提供參考。

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

中圖分類號：Q16 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：2095–3305（2023）04–0016-03

生物多樣性是社會生存發(fā)展的重要基礎(chǔ)，衣、食、住、行，包括社會進(jìn)步衍生的物質(zhì)文化等許多領(lǐng)域與生物多樣性密切相關(guān)。而我國的生物較為豐富，且在世界上占據(jù)獨(dú)特的地位，但是受到改革開放后經(jīng)濟(jì)發(fā)展的影響，忽視了對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，出現(xiàn)了水資源污染、森林面積減少等問題。近年來，隨著可持續(xù)發(fā)展理念的不斷深入，我國社會越來越重視對生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，因此，如何充分發(fā)揮出北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢，加強(qiáng)對生物多樣性的監(jiān)測與保護(hù)成為目前亟需解決的一大問題[1]。

1 北斗系統(tǒng)的概述

北斗系統(tǒng)即北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（BDS），是我國建設(shè)的一種全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，可為全球用戶在定位導(dǎo)航方面提供高精度、全天候、全天時的服務(wù)，屬于非常重要的一種時空基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)目的在于滿足國家安全與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要。

我國從20世紀(jì)后期開始研究適合我國國情發(fā)展的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)，并建立了發(fā)展戰(zhàn)略。分別于2000年年末、2012年年末與2020年建設(shè)北斗一號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、北斗二號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、北斗三號衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（圖1），先從中國開始，然后在亞太地區(qū)甚至全球范圍提供服務(wù)[2]。其遠(yuǎn)景目標(biāo)是在2035年前不斷完善與優(yōu)化北斗系統(tǒng)，并建設(shè)成為融合度更高、智能化更強(qiáng)的綜合時空體系。北斗系統(tǒng)的組成包含空間段、用戶段及地面段。與世界上其他衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)比較，北斗系統(tǒng)的優(yōu)勢在于：第一，空間段由3種軌道衛(wèi)星構(gòu)成，屬于混合星座，因而高軌衛(wèi)星數(shù)量較多，且具備較強(qiáng)的抗遮擋力，尤其是低緯度區(qū)域性能優(yōu)勢更加顯著。第二，導(dǎo)航信號頻點(diǎn)較多，利用多頻信號組合形式能促進(jìn)服務(wù)精度的提升[3]。第三，通信和導(dǎo)航有所創(chuàng)新與融合，因此其定位導(dǎo)航在授時、增強(qiáng)星基、增強(qiáng)地基、單點(diǎn)定位精密、國際搜救等方面的服務(wù)能力更強(qiáng)。因此，北斗系統(tǒng)目前已被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、水文監(jiān)測、農(nóng)林漁業(yè)、氣象測報、電力調(diào)度、通信授時、公共安全、救災(zāi)減災(zāi)等領(lǐng)域[4]。

2 生物多樣性的定義

生物多樣性的概念較為廣泛，且不同學(xué)者對其有不同定義。比如，國外的學(xué)者Wilson等認(rèn)為，生物多樣性即生命形式的多樣性，我國學(xué)者孫儒泳[5]（2001）認(rèn)為，地球上所有生命的變異即生物多樣性。蔣志剛等[6]（1997）提出，生物多樣性指的是生物同環(huán)境所組成的復(fù)合體，包括與其有關(guān)聯(lián)的微生物、植物、動物的基因及其生存環(huán)境共同形成的生態(tài)系統(tǒng)。綜合來看，生物多樣屬于是一種生態(tài)系統(tǒng)形式，且是在自然狀態(tài)和一定條件下可容納的生物結(jié)構(gòu)的最佳生存狀態(tài)，同時也是生態(tài)系統(tǒng)不斷發(fā)展到一定程度產(chǎn)生的結(jié)果，然而至今還沒有關(guān)于生物多樣性層次劃分的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)[7]。

3 北斗系統(tǒng)在生物多樣性監(jiān)測與保護(hù)中的應(yīng)用

3.1 用于保護(hù)瀕危物種

保護(hù)瀕危物種屬于保護(hù)生物多樣性的一項重要工作，如果生物出現(xiàn)滅絕，便會直接影響生物的多樣性發(fā)展。而自然觀測在保護(hù)瀕危物種中具有非常重要的意義，監(jiān)測手段和方法對基礎(chǔ)數(shù)據(jù)數(shù)量與質(zhì)量具有直接的影響，進(jìn)而會對瀕危物種保護(hù)方案的最終制訂和實(shí)施效果產(chǎn)生影響。尤其是在保護(hù)一些體型較大的野生動物時，工作人員一般會在動物身上佩戴項圈，該項圈具有定位功能，通過定位系統(tǒng)與傳感器等設(shè)備的有效配合，可詳細(xì)記錄動物活動位置和范圍，還可將微小的攝錄設(shè)備安裝至項圈，便于對野生動物的實(shí)際生活狀況進(jìn)行觀測記錄。

3.2 用于野外巡護(hù)

野外巡護(hù)是保護(hù)生物多樣性的一個重要環(huán)節(jié)，尤其是保護(hù)瀕危野生動物時，加強(qiáng)野外巡護(hù)具有非常重要的意義。我國在保護(hù)青藏高原地區(qū)生物多樣性中對BDS的應(yīng)用較為突出，因為該地區(qū)有不少野生動物，且很多野生動物屬于瀕危動物，通過為其佩戴BDS項圈，便于通過BDS傳感模塊詳細(xì)采集記錄其位點(diǎn)活動與生存環(huán)境，并利用遠(yuǎn)程計算機(jī)技術(shù)與信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的有效分析。其中，面臨著巡護(hù)信息采集、信息分類與編碼等一系列問題，且野外巡護(hù)終端設(shè)計開發(fā)屬于關(guān)鍵技術(shù)問題之一，而北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的精確度可作為有力的支撐，促進(jìn)終端系統(tǒng)的有效建設(shè)。此外，野外巡護(hù)工作離不開國家強(qiáng)大的力量支持，對于西北區(qū)域野外巡視來說，需要與人民解放軍等邊境守護(hù)單位保持聯(lián)系，且有意外情況出現(xiàn)，可獲得及時救援。因為解放軍目前使用的都是北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，不論是從系統(tǒng)便捷性、還是協(xié)調(diào)性來說，將該系統(tǒng)被應(yīng)用于野外巡護(hù)工作的終端設(shè)計都是非常有必要的。

3.3 用于監(jiān)測生物生存發(fā)展環(huán)境

生物多樣性的程度與人們生存環(huán)境存在非常密切的聯(lián)系，同時生態(tài)環(huán)境也制約著生物多樣性，無論是動物、植物，還是細(xì)菌等微生物，都屬于生存環(huán)境的關(guān)鍵部分。因此，要想保護(hù)好生物多樣性，除了保護(hù)好生物外，為其生存發(fā)展創(chuàng)建一個優(yōu)良的環(huán)境也是十分重要的。而優(yōu)良環(huán)境創(chuàng)建的關(guān)鍵在于及時掌握生物生存和發(fā)展?fàn)顩r，同時需要應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)做好生物生存發(fā)展?fàn)顩r的調(diào)查工作。通過應(yīng)用北斗系統(tǒng)便能實(shí)現(xiàn)對生物生存環(huán)境狀況的觀察記錄，如土壤、水資源及污染狀況等。另外，還應(yīng)借助生物觀測手段來對所需范圍的生物數(shù)量、種類、種群發(fā)展?fàn)顩r等進(jìn)行觀測記錄，通過BDS便能很好地開展這一工作，且有助于保障觀測結(jié)果的精準(zhǔn)度和客觀性，真實(shí)反映出生物發(fā)展環(huán)境，為實(shí)現(xiàn)環(huán)境治理與優(yōu)化提供有力的數(shù)據(jù)支持。

4 北斗系統(tǒng)應(yīng)用于生物多樣性監(jiān)測與保護(hù)的案例分析

4.1 瀕危野生動物的保護(hù)

研究人員曾將裝載了北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)的項圈佩戴在了可可西里地區(qū)的藏羚羊身上，并實(shí)時跟蹤了解了這些藏羚羊，包括其所在羊群的活動范圍與時間（圖2）。動物學(xué)家經(jīng)過科學(xué)分析和深入研究，掌握了藏羚羊在遷徙過程中的起始地點(diǎn)、時間、精準(zhǔn)路徑，包括藏羚羊的大致活動范圍，最終實(shí)現(xiàn)了對藏羚羊的有效保護(hù)。除此之外，為了增加野生大熊貓數(shù)量，由人工繁殖的一些大熊貓待野化訓(xùn)練之后，要予以放歸。然而，大熊貓多在人跡罕至、樹林密集的山地環(huán)境中生存，環(huán)境非常惡劣，為有效解決熊貓野化訓(xùn)練后的放歸監(jiān)管問題，研究人員將北斗定位項圈戴在大熊貓身上，以完成對大熊貓在密林條件下的精準(zhǔn)定位。借助這類跟蹤方式，不但能為動物學(xué)家提供可靠的數(shù)據(jù)，而且不會危害野生動物和生存環(huán)境，這樣能在達(dá)成原位監(jiān)測目標(biāo)的基礎(chǔ)上，不會對野生動物自由活動產(chǎn)生影響。

4.2 自然生態(tài)的保護(hù)

神農(nóng)架林區(qū)屬于湖北省及華中區(qū)域的最大林區(qū)，其林地面積在我國國土面積中的占比為96.5%，且森林覆蓋率為91.1%。2017年開始，神農(nóng)架國家公園便利用北斗巡護(hù)終端系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了公園資源網(wǎng)格化管護(hù)工作中的信息化全面覆蓋，也是第一家通過北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)生態(tài)巡護(hù)過程中信息全面覆蓋的自然保護(hù)區(qū)。神農(nóng)架全地區(qū)配備了共1 530臺北斗巡護(hù)手持終端，并通過構(gòu)建信息指揮中心、北斗定位、無人機(jī)巡航、視頻監(jiān)控四大系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測，實(shí)現(xiàn)了立體管護(hù)一體化網(wǎng)絡(luò)（圖3）。

4.3 河湖水域的保護(hù)

工作人員通過北斗系統(tǒng)，在浙江省金華市搭建了關(guān)于河湖管理的數(shù)字化平臺，并升級了大壩監(jiān)測系統(tǒng)，不但能精密且連續(xù)監(jiān)測大壩形變情況，還能被廣泛用于保護(hù)河湖水庫、防御水災(zāi)害等業(yè)務(wù)，以促進(jìn)水利管理能力的提高，通過“云監(jiān)管”建設(shè)美麗生態(tài)，實(shí)現(xiàn)對生物多樣性的監(jiān)測保護(hù)（圖4）。

5 生物多樣性保護(hù)應(yīng)用中需要注意的問題

5.1 BDS與其他先進(jìn)技術(shù)的銜接問題

隨著BDS的不斷完善，將其應(yīng)用于生物多樣性保護(hù)中的優(yōu)勢越來越明顯。然而，除了BDS技術(shù)外，信息技術(shù)、通信技術(shù)、GIS、GPS等技術(shù)也得到了成熟發(fā)展，且能很好地解決這些技術(shù)在實(shí)踐中存在的銜接問題，這也是GPS技術(shù)的一大優(yōu)勢。從當(dāng)下的情況來看，BDS建設(shè)幾乎步入尾聲，要想促進(jìn)該技術(shù)的真正成熟，還需要一個過程，尤其是在開發(fā)應(yīng)用方面，如果將其與保護(hù)生物多樣性中的其他核心技術(shù)相銜接，還存在很多問題。因此，這一點(diǎn)需要經(jīng)過長時間的技術(shù)實(shí)踐來解決，否則難以將其在生物多樣性保護(hù)實(shí)踐工作中的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來。

5.2 做好BDS程序開發(fā)應(yīng)用工作

當(dāng)下，BDS工具箱研發(fā)速度較慢，國內(nèi)應(yīng)用較少，大部分被應(yīng)用于軍隊，所以涉及商業(yè)和生物多樣化的保護(hù)很少。因此，有關(guān)部門要鼓勵與扶持這類科技企業(yè)進(jìn)行全方位的科技研究，并提供資金支持，使有關(guān)研究單位盡快研制出較為成熟的程序或APP，將程序或APP安裝至各個電子系統(tǒng)，從而為應(yīng)用檢測和保護(hù)生物多樣化奠定基礎(chǔ)。在研制APP或者程序時，要注意對芯片的研制，雖然我國現(xiàn)在已經(jīng)研制出很多BDS芯片并已經(jīng)量產(chǎn)，但實(shí)際上只在汽車導(dǎo)航領(lǐng)域獲得了非常不錯的成果，其他領(lǐng)域并沒有得到良好的應(yīng)用效果。如果想要更好地運(yùn)用BDS檢測生物多樣性保護(hù)，就需要科研人員對芯片進(jìn)行升級和改進(jìn)，可以將BDS芯片與一些專用芯片相結(jié)合使用。雖然這種方法有很多的不確定因素，但這樣的結(jié)合會形成與GP相同的蝴蝶觀測。此時，就需要相關(guān)研發(fā)企業(yè)在研發(fā)過程中做好實(shí)驗與論證。

6 結(jié)束語

生物多樣性的保護(hù)對社會發(fā)展具有十分重要的意義，因此國家有關(guān)部門要加強(qiáng)北斗系統(tǒng)在野生動物保護(hù)、自然生態(tài)和江湖水域等生物多樣性中的監(jiān)測與保護(hù)，同時要加大BDS芯片的研發(fā)和改進(jìn)力度，為生物多樣性監(jiān)測與保護(hù)提供有力的技術(shù)支持。

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責(zé)任編輯：黃艷飛

AbstractWith the rapid development of Chinas urbanization and the continuous improvement of the national economy， a series of problems have emerged that damage natural resources and pollute the ecological environment， which to a certain extent restricts the sustainable development of social economy. Therefore， strengthening the monitoring and protection of biodiversity had become one of the issues of universal concern. With the improvement and maturity of the Beidou system， biological protection and other aspects had made more and more extensive use of it， and achieved remarkable results. In this regard， the monitoring and protection of biodiversity based on the Beidou system were explored and analyzed as follows， hoping to provide reference for promoting the long-term development of biodiversity.

Key words Beidou navigation system; Bio-diversity; Protection

作者簡介 高尚贊（1982—），男，山東曹縣人，副高級工程師，主要從事環(huán)境監(jiān)測工作。