北斗系統在林業和草原行業應用及思考

文 | 劉鵬舉

中國林業科學研究院資源信息研究所

一、引言

林業和草原行業是生態文明建設的主體，在2018年的國務院機構改革中，國家林業和草原局正式組建，形成了對森林、草原、濕地、荒漠等自然生態系統和陸生野生動植物資源進行統一監管和系統治理，對國家公園等各類自然保護地進行統一管理的新格局。目前，全國擁有林地、草地、濕地、沙地等自然生態系統面積超過100億畝，各類自然保護地達1.18萬處，占國土面積70%以上，還有豐富的野生動植物資源，這些自然資源是我國重要的生態資源，是保障國家綠色發展的戰略資源，在維護國家生態安全、促進經濟社會發展等方面發揮著不可替代的作用。

按照黨中央、國務院的系列決策部署，著力構建系統完備、科學規范、運行有效的林草制度體系，全面提升系統治理、依法治理、綜合治理、源頭治理的能力，為林草事業現代化建設提供堅實保障，更好地推動生態文明和美麗中國建設。為促進林草行業高質量發展戰略，2020年3月，國家林業和草原局發布了《國家林業和草原局關于在林業草原行業推廣北斗衛星導航系統應用的意見》（簡稱《意見》）。《意見》中指出，在林業草原行業推動北斗系統應用，是落實國家安全戰略和促進經濟社會發展的重要舉措，是新時期推進林草行業高質量發展和現代化建設的迫切需要。到2022年，建成林草北斗系統應用綜合服務平臺，形成標準化、規模化、產業化的林草北斗系統應用技術支撐體系；到2025年，實現林草重點領域北斗系統應用全覆蓋，推進林草行業北斗系統應用規模和管理水平大幅提升。

本文介紹了北斗衛星導航系統在林草行業的應用現狀及存在的問題，指出林草行業有望實現北斗應用全覆蓋，并為林草行業提升系統治理、依法治理、綜合治理、源頭治理提供更高精度、更為可靠、更加多樣的服務和保障。

二、北斗衛星導航系統在林業和草原行業的應用現狀

衛星導航系統作為林業和草原管理的基本工具得到廣泛應用，尤其在我國林業工程的測繪、資源調查、林業災害監測與應急處理等工作中發揮了非常重要的作用。近年來以GPS為代表的衛星導航技術在林業和草原業務中應用廣泛，并且發展迅速，用戶量已達到10萬以上。林業當中涉及到導航功能的業務主要有野外調查、勘界測量、野外巡護、動物跟蹤、機載導航、火情跟蹤監測和林產品跟蹤等。

2015年國家林業局實施了“北斗衛星導航在林業中的示范應用工程項目”，針對林業需求，在廣西、湖北、新疆三個省（自治區）示范區開展了森林資源調查、森林管護、森林防火監控和應急指揮、森林病蟲害防治等方面的應用。2017年國家林業局批準實施“林業生態建設與保護北斗示范應用系統工程建設項目”，在全國10個示范省（自治區）開展森林資源監管、森林防火監控與應急指揮和野生動植物保護三大業務，涉及林業手持巡護型終端、林業手持智能型終端、林業勘界測量型終端、林業車載型終端、林業應急指揮型終端和北斗林業RD通信終端六類終端。通過該項目的建設，建立了基于云平臺架構的北斗林業和草原應用體系，為進一步應用推廣與業務擴展奠定了基礎（圖1）。

圖1 林業北斗示范應用通信鏈路圖

根據林業各種業務的需求不同，業務應用中采取對北斗定位導航、北斗短報文通信以及移動互聯網等多種技術進行組合的方式，以實現北斗衛星導航技術在林業應用中的多種應用模式。第一種模式為林業調查類應用，這類應用主要是使用北斗導航定位，采集數據無需通過實時回傳，保存本地即可。此類應用包括林業資源調查監測、有害生物調查、野生動植物等專項調查等。在一些要求更為嚴格的業務中，如一類、二類、三類森林資源調查，以及森林資源更新調查，其數據需要與互聯網隔離，這類業務系統更需采用此種方式。第二類為基于移動通信的巡護類應用，這類應用需要將野外采集的數據實時回傳，并記錄軌跡，如森林資源管護、自然保護區巡護。森林資源管護是林業生產中的重要一環，野外巡護移動端獲取終端經緯度數據，實現巡護監控和基于位置的數據采集，并通過移動互聯網實時將數據回傳給數據中心，系統按照優先級進行處理，如火警會第一時間發送給森林防火指揮中心服務平臺，其他數據接收存貯后進行統計分析與展示。第三類為應急指揮類應用，對數據的實時性要求嚴格。這類應用主要用于突發事件的處置與救援，特別是森林火警、森林火災撲救、森林旅游中的傷員救治等。由于這類應用的特殊性，需要在地面移動互聯網通信狀況不好，或者無網的情況下，也要與相隔很遠的指揮中心進行通信，所以采用北斗短報文通信的功能，可以實現在地面無移動互聯網通信情況下的實時通信，將現場采集的數據回傳或者發送撲救指令。以上三種應用模式在林業生態建設與保護北斗應用示范系統中均已實現（圖2）。第一種模式的示范應用為林地年度更新應用，第二種模式的示范應用為自然保護區巡護與林政執法應用，第三種模式為森林火災撲救與應急指揮應用。

圖2 林業生態建設與保護北斗示范應用系統

三、北斗衛星導航在林業和草原應用中存在的問題與思考

北斗雙模導航在我國林業中的應用具有極大潛力，在上述三種應用模式中都能滿足業務需求。特別是北斗短報文應用，相對于GPS彌補了在地面無移動互聯網通信的缺陷，使救援等突發事件能得到及時處置，拓展了應用范圍。盡管北斗衛星導航在林業中的應用能方便實現，但仍然有許多問題需要解決。

1）進一步提高北斗終端的接收能力和容錯能力，即在應用系統層面上，通過軟件的過濾等功能，剔除無效數據，以提高定位精度。

2）林業和草原行業衛星導航應用仍然面臨應用分散、不成規模、沒有統一的用戶管理維護、缺少北斗衛星導航系統在林業和草原應用的標準規范的問題。

3）林業各業務對導航定位技術的應用模式與要求各異，各業務之間相對獨立又彼此存在一定的關聯性，存在大量重復購置。

4）業務系統彼此獨立，大量公共、基礎信息難于共享。

5）各類測量設備之間以及業務流程涉及業務協同時，信息互動效率低。

針對北斗衛星導航在林業和草原應用中存在的問題，提出以下幾點思考。

1.統籌規劃

國家林業和草原局已經成立北斗衛星林業草原應用領導小組，全面負責林業草原行業北斗系統應用的推廣、建設、協調和管理工作。主持開展林業草原行業北斗系統應用頂層設計，加快編制林業草原北斗系統應用建設方案，切實增強應用建設方案的科學性、實用性和前瞻性。通過加強行業統籌，形成指導業務系統建設、信息資源整合、應用安全和運維體系建設的技術指南。

2.制定標準

針對林業和草原行業衛星導航應用缺少標準的問題，國家林業和草原局已經加強林業草原北斗系統應用相關標準制修訂工作，制定了《林業草原北斗綜合服務平臺建設標準》，《北斗林業終端-平臺數據傳輸協議》《北斗林業巡護業務APP接口》等標準研制工作已經立項。同時隨著林業北斗示范項目的完成，服務平臺建設、終端技術、應用數據交換和信息服務標準將逐步形成，建立行業北斗系統應用標準體系，指導北斗衛星導航系統在全行業的推廣應用。

3.建立一體化北斗服務體系

傳統林業衛星導航應用缺少整體規劃，部門間業務缺少溝通問題比較突出，導致重復建設與低效建設。通過升級完善現有林業草原北斗服務平臺，整合其他平臺和業務系統，建立由國家、省、市、縣等多級用戶構成的一體化北斗服務體系，開發北斗導航、定位、通信和數據分析服務功能，實現各層級信息資源的縱向聯通及各部門數據資源的共享集成，形成有效的運行與服務機制，為林業草原行業業務系統、公眾用戶提供高效的北斗系統導航信息服務，從而解決林業和草原行業“信息孤島”的弊端，為大數據時代公共管理問題提供支撐，實現政府理念的創新、政府職能的轉變、政府流程的再造。

4.技術融合，協同發展

林業和草原各業務部門應用分散，導致目前林業衛星導航應用數量快速增加的同時應用廣度與深度滯后，難于適應林業大量業務對衛星導航技術的迫切應用要求。通過充分利用北斗系統的位置服務信息，與現有林業草原行業中成熟應用的遙感、地理信息技術等深度融合，鼓勵多種技術的集成創新，培育新型應用技術體系，拓展應用服務模式，促進各種技術協同發展，共同服務林業草原業務應用。

通過與其他行業合作，利用其他行業已有的基準站、參考站等設施，提高北斗系統在林業草原行業的應用精度。針對部分地區偏僻和信息傳輸不暢等狀況，借鑒其他行業成熟的北斗應用經驗，共同開發關鍵技術，提高林業草原行業定位導航數據的連續性和準確性。建立行業內各領域基于北斗系統的位置數據共享機制，打破各部門間的數據隔閡，促進生態保護修復、林業草原改革發展等各項工作對位置數據的共建共用。

四、結語

隨著《國家林業和草原局關于在林業草原行業推廣北斗衛星導航系統應用的意見》的發布和北斗林業示范系統建設的實施，未來不僅需要深化北斗系統在森林資源監測、管護、防火、病蟲害防治、公益林管理、重大生態工程監測中的全面應用，還可推廣到整個林業與草原生態系統的監管、保護及開發利用，包括草原、濕地、荒漠、陸生野生動植物、自然保護地監測和管理中的應用，實現生態環境的高效監管與保護。