基于北斗系統的自然保護區創新應用設計

陳布澤，謝晶晶，敖星海

（福建農林大學 林學院，福建 福州350002）

1 引言

目前，我國自然保護區建設初具規模，已經接近2000個，總面積近1.5億hm2，接近國土面積的15%[1]。但自然保護區的建設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，建立保護區測距大等，這些問題阻礙了對野生動植物進一步的保護。當下，野生動植物數量銳減，不少物種已經走向滅絕，而瀕危物種恢復工作進展緩慢，可見保護區的管理措施還不夠完善。本文探討了利用北斗衛星系統和互聯網技術，構建無人化管理的保護區，使保護區管理更智能更科學。

本應用設計的意義在于：一是保護區的維護以及勘測需要大量的人力來進行，此應用設計能有效減少保護區人力資源的浪費；二是依據北斗衛星對動植物的監控，能對動植物達到更好的保護；三是為自然保護區信息化提供基礎。

2 設計方案

2.1 在自然保護區的資源測定功能

在自然保護區中進行常規測量存在諸多障礙，但北斗系統可以在此充分展現優勢，做到準確定位資源和測定面積以及種類數量，繪制精確的資源分布圖。在自然保護區中旅游景區規劃和外業調查中，使用常規測量工具耗時耗力且數據精度不夠，而利用北斗系統，不但快捷方便，還可實現精確定位。如劃定野生動物活動范圍，定期抽樣對重點保護動物進行北斗導航系統的腳環植入，在系統中實時反映受保動物的活動范圍，記錄其遷徙和活動區域，這能顯著減少測定群落最小面積的工作量。

2.2 在自然保護區景區旅游中的應用

利用微機、通信、導航與GIS技術結合，可將手持北斗接收機和電子地圖集為一體，開發出經濟便捷的旅游助理。這種具有北斗接收機的電子地圖具有定位功能，能提供經緯度坐標，在野外保持與外界的通信，同時還具有電子地圖、路線設定、景點概況等信息[2]。若在山野間迷失方向，可利用北斗接收機及電子地圖，通過衛星測定所在經緯度，如若體力不支，還可通過北斗系統的短信功能求援，等待人員前來營救。

導游服務伴隨著旅游業開始快速發展，利用RS結合GIS、北斗系統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據，同時滿足用戶的空間服務以及覆蓋全球的地理服務需求。這個系統包括：三維影像數字地圖檢索系統、GIS地理信息系統平臺開發和北斗導航、定位及其監測功能。

2.3 北斗系統在旅游中的導航、定位及其監測設備

在旅游景區開發使用過程中，可以借助北斗系統客戶端中的三維立體影像地圖滿足游客、政府部門及開發企業對于景區導航、定位及監測能力的需求，該功能只是在GIS三維地圖的基礎上二次開發，根據旅游者、政府部門和開發企業自身的需要合理地開發及利用（圖1）。

2.4 在自然保護區救災的應用

在汶川地震中，北斗導航系統為拯救生命爭取了寶貴時間。當前，自然保護區所受的災害主要為暴雨、山洪、滑坡、森林火災等。在自然保護區抗災救援中的應用主要體現在：定位、導航、通信。發現保護區內情況異常，管理者即設備使用者通過定位得知經緯度坐標，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，通過對大量相關地物的定位普查和統計分析，可以為救災與災后重建的各項工作提供依據，也有利于對災情及時上報和共享，特別是使用北斗系統的雙向傳送功能可以確保災區與外界的聯系。在災后重建中，北斗系統可應用于交通恢復、次生災害預防、保護區的重設計、施工和綜合治理等。

2.5 在自然保護區文物及野生動植物保護系統的建立與相關方面的應用

地理信息系統是由計算機硬件、軟件和相關的方法過程所組成，用以支持空間數據的采集、管理、處理、分析、建模和顯示，以便解決復雜的規劃和管理問題[3]。野生動植物保護系統是地理信息系統分支?；贕IS與北斗的三維立體影像地圖可集導航、定位、通訊、報警、防盜、遠程控制等功能于一體。有了這一系統，進行野外文物普查、保護標志設置、文物檔案記錄、保護范圍和監控地帶、保護界樁建立等工作量將大大減少，該系統可以準確確定和記錄文物、標志和界樁的正確位置，還可以對文物及動植物進行動態監測及變化趨勢進行預測[4]。對于解決我國各自然保護區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 實現珍稀動植物資源的查詢、統計、分析、定位、瀏覽功能的工作原理

將北斗導航系統和RS技術以及GIS技術相結合，借助信息處理與分析以及數學方法，全面提升北斗導航系統的應用水平。

首先利用RS來觀察自然保護區的土地利用現狀、植被、土壤、地質等以便來獲得土地利用現狀、坡度、坡向、高程等基礎數據（圖2）。在此之后，把遙感數據按需要進行分類，再按照類型邊界進行矢量化，進行開始勾繪圖斑邊界，最終直接應用矢量圖形。在矢量圖形上利用地理信息系統（GIS）的功能進行面積量算、統計、分析、制圖。最后，對數據整理可將準確、高效的獲取區域土地的高程、坡度、坡向、林地地面積及其群分布數據，以分類矢量化以后作為地理信息系統（GIS）的數據圖層。整理數據在GIS軟件的統一管理下，把各專題圖層按地理坐標配準，形成自然保護區數據庫。

在建立了自然保護區的數據庫之后，則開始對保護區內的珍稀植物進行調查、取樣、編號，并用北斗導航記錄采樣點的位置。將北斗導航系統測出采樣點的位置、海拔高度及其所屬種類信息導入到自然保護區的數據庫當中，實現對該區珍稀植物資源的查詢、定位、分析功能。

3.2 自然保護區作為旅游景區開發及資源利用，以及旅游導航和定位功能的工作原理

自然保護區北斗應用系統由管理平臺、業務平臺、通訊網絡以及各移動終端組成。其中管理平臺應建立人流量監控模塊，車輛調配模塊，管理人員監控模塊以及應急救援模塊（圖3、圖4）。

對于管理人員以及車輛可以統一配備移動終端，該終端具有接收北斗衛星信號能力，發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，利于保護區實時調配管理。

同時基于目前智能手機終端已經普及開來，對于游客則可以通過CDMA、GSM、WIFI等通訊網絡現場安裝自然保護區導游軟件。利用北斗衛星導航系統，實現對游客位置的動態獲取，提供景區內路線規劃、景點介紹等，并且通過提前提醒游客周邊的危險區域，盡全力的減少游客誤入危險區域的可能。同時內置求救功能，若突發危險，游客可在第一時間報警，管理平臺能夠及時準確獲知游客遇險位置，降低反應時間。

3.3 自然保護區景區防災及珍稀植物保護應用的可行性的工作原理

要實現對自然保護區的巡查，可利用自然保護區地理信息以及珍稀植物資源的數據庫，結合北斗系統對災害易發地區和珍稀植物進行重點巡查保護。利用管理人員的移動終端，及時跟蹤其所在位置，以此避免出現不到達巡護點而編造數據的現象。到達巡護位置之后，將位置信息反饋至管理平臺確認，同時可以通過北斗的短信功能匯報該點災害發生和珍稀植物的狀況，以便于及時了解并調整保護措施。在人工巡查的同時還可以利用衛星定位對地質災害進行實時觀測。在易發生滑坡、崩塌、崩崗等地質災害易發地區設置衛星定位觀測點，隨時監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、崩塌等地質災害的預判工作。

結合人工巡查和衛星定位兩項工作，基本可以做到對自然保護區內的地質災害點以及珍稀植物的監控保護工作。

4 創新點及應用

通過把北斗衛星導航系統與GIS、RS技術以及互聯網等相結合，在自然保護區建立以上系統，把對保護區珍稀動植物的監測和保護、游客的引導、保護區的日常管理與應急救援、地質災害預警等功能有機的結合起來，使自然保護區的運作更為高效，更好的發揮保護自然環境和生物群落的作用。

[1]陶克菲.綠劍斬濁流——監管國家級自然保護區[J].環境教育，2007（2）：24～27.

[2]章敏潔.旅游景區導游三維GIS設計與開發技術[D].南京：東南大學，2009.

[3]趙婷婷.基于GIS的城市消防應急信息系統的設計與實現[D].西安：長安大學，2010.

[4]周 吉.GPS技術在森林公園開發規劃和管理中的應用[J].中國新技術新產品，2009（13）：1～2.