基于北斗系統的生物多樣性的監測與保護

陳琪煌 鄭炫 林以恒 陳俊杰 李雅珊 許藝娜

[摘要]經濟的發展對生態環境的保護提出了嚴峻的挑戰，在經濟騰飛的同時也伴隨著生物多樣性的破壞和生態環境的污染，如何協調經濟、生態、生物三者的共同體關系成為了當今社會進步的痛點?；诒倍穼Ш较到y在中國科技領域已逐漸成熟，并逐步將其應用于生物保護領域，從而更好地實現生物多樣性發展的長遠目標。采用文獻研究法、綜合分析法并結合對北斗導航系統的技術認識，將其應用于生物種類調查、瀕危動物跟蹤、生態環境監測等。通過調查研究，能夠有效促進北斗導航系統在生物多樣性保護中發揮關鍵性的作用。

[關鍵詞]北斗導航系統;生物多樣性;保護

[中圖分類號]X176

[文獻標識碼]A

生物多樣性是生態環境高度發展的重要體現，改革開放以后，中國在經濟快速發展的同時，生態環境也遭受了巨大的破壞，生物的多樣性破壞尤為嚴重。最近幾年國家對生態環境保護的重視程度日益提高，如何更好的保護生物的多樣性的基礎上實現生態環境的保護和發展，是未來一段時間中國經濟社會發展當中必須解決的問題，在這一過程中中國研發的北斗導航系統必然會發揮非常重要的作用。因此，在生物多樣性保護當中，必須充分的發揮北斗導航系統的作用。

1北斗衛星導航系統簡介及生物多樣性的概念

1.1北斗導航系統簡介

衛星導航系統是一個國家科技水平的綜合體現，美國率先研制出了全球定位系統GPS，俄國也建立了自己的衛星導航系統GLONASS，在這種情況下，如果中國長期使用GPS，必然會在經濟發展當中受美國的制約。為了擺脫這種制約，尤其是進一步推動中國國防領域的發展，從上世紀90年代開始中國就著手進行北斗衛星導航系統的研發和建設工作。從建設到現在北斗衛星導航系統已經基本建設完成，根據預定計劃北斗導航系統將于2020年全面建成，切實將建成覆蓋全球的精準導航系統。目前，北斗導航系統（BDS）已經基本建設完成，并開始在全球范圍之內為客戶提供導航服務，目前共有在軌衛星45顆，具備了為全球客戶提供精準導航的能力。北斗導航系統是由空間段、地面段和用戶段，目前的定位精度已經達到10m，測速精度為0.2m/s，授時精度為10ns，在各項技術指標上均優于GPS，與世界上其他導航系統相比，在成熟度和技術含量等方面也具有明顯的優勢。

1.2生物多樣性的概念

生物多樣性是一個生物學上的概念，雖然在生物學研究當中經常提到這一概念，但是很少有學者對這一概念做出準確、科學的界定。蔣志剛等人（1997）是國內在研究中最早對這一概念做出定義的人，他們認為生物多樣性是指： “生物多樣性是生物及其環境形成的生態復合體以及與此相關的各種生態過程的綜合，包括動物、植物、微生物和它們所擁有的基因以及它們與其生存環境形成的復雜的生態系統。”筆者也比較認同這一概念，這一概念抓住了生物多樣性的本質，那就是在自然狀態之下形成的所有擁有基因的生活及與生存環境之間的關系，并且將其定義為生態系統的一種形式。同時，生物多樣性應該是自然狀態之下，在一定的環境條件及其因素之下，所能夠容納的生物結構的最佳狀態和最合理的生存狀態，是生態系統發展到很高水平的結果。雖然，很多學者闡述了這一概念，但是生物多樣性的標準及其層次劃分等并沒有形成一個統一的標準。另外，在國際上生物多樣性是衡量的生態環境保護水平的重要標準和方法。

2BDS在生物多樣性保護上的應用方法

2.1用BDS配合蝴蝶觀測了解生物多樣性保護及發展情況

要想更好的保護生物多樣性，就應該對自然環境的生物多樣性進行科學的調查和分析，這一過程中科學的觀測手段是必不可少的。一般來說在生物多樣性觀測當中都會選擇一些公認生物多樣性監測指示物種，通過物種的生活環境來分析生物多樣性發展狀況。在這其中，蝴蝶是應用最為廣泛，效果最明顯的一類物種。以蝴蝶作為生物多樣性的監測指示物種進行觀測，就是蝴蝶觀測。英國是最早進行蝴蝶觀測的國家，早在1976年英國就開始了此項觀察，并在長期運動中形成了一套非?？茖W和完善的觀測標準和方法。而現在，在生物多樣性觀測當中，幾乎所有的發達國家都采用了這種方法。之所以會選擇蝴蝶進行生物多樣性監測，因為蝴蝶是一種對環境質量要求非常高的物種，對環境變化非常敏感，非常適合觀測環境變化對生態多樣性的影響，以及人類活動對生物多樣性的干擾和影響。在使用蝴蝶進行生物多樣性觀測的過程中，傳統的技術方法是GPS，利用GPS工具箱對觀測范圍內的經緯度長度等進行精確定位，在此基礎上進行打眼兒觀測。BDS建成以后，定位更加精準，觀測數據也能更好的反應生物多樣性的客觀情況，開發利用BDS工具箱完全可以取代傳統的CPS工具箱。值得注意的是，BDS工具箱在建設和使用的過程中可以更加準確地進行氣象測量和打點，尤其是在生態環境變化對生物多樣性的影響進行比對分析的過程中，比對分析的結果會更加可靠。當然，在實際運用的過程中，需要已觀測到的蝴蝶數量及其優勢種類等作為具體方法，主要是在觀測范圍之內蝴蝶的數量級優勢種類，少見種類是否為當地存在等等，通過上述分析來判斷本地的生物多樣性情況。

2.2瀕危物種的觀測和保護

在生物多樣性保護當中，瀕危物種的保護是非常重要的一項工作，因為一旦生物滅絕，生物多樣性必然受到影響。而在瀕危物種的保護當中，自然觀測是一項非常重要的工作，監測的方法和手段直接決定和影響到保護工作當中的基礎數據的質量和數量，進而影響到瀕危物種的最終保護策略的制定及其實施，以及實施以后的實際效果。在別人物種的觀測和保護當中，主要是通過收集這些物種活動為點數據判斷物種的數量。在這一過程中，佩戴帶有定位系統的項圈是一種非常好的方法，尤其是在大型野生動物的保護當中。比如說在非洲，很多國家就為一些瀕危物種佩戴了帶有GPS系統的項圈，利用GPS系統配合傳感器等電子設備完成記錄物種活動位點的目的，還可以在項圈上安裝微型攝錄設備，記錄觀測野生動物的野外生活情況。中國也在野生動物的保護當中，尤其在一些瀕危物種的保護當中采用了這一技術。BDS在功能上與GPS有過之而無不及，在定位上更加精確、速度更快，通過此項技術的應用我記錄的瀕危野生動物的活動位點更加準確。完全可以將其利用于瀕危野生動物的觀測和保護工作當中。實際上，這一點目前正在深入推進。在BDS系統不斷成熟的前提之下，此項技術的開發利用也步人了一個快速發展時期。目前，在大熊貓、黑天鵝等瀕危物種的保護當中已經開始嘗試使用BDS項圈進行活動物體觀測，同時利用GIS系統和微型攝錄系統增強管事的效果，配合無線傳輸技術完成數據的及時傳輸整理和使用。應該說BDS在這一方面的優勢還沒有充分展現出來，在未來一段時間之內此項技術的逐漸成熟，期待瀕危物種觀測和保護當中的作用也會日益明顯（圖1）。

2.3BDS是生物保護野外巡護當中不可缺少的技術

在生物多樣性保護當中，野外巡護是一個非常重要的環節，通過野外巡護可以及時發現，被保護生物生存和發展情況，排除一些危險性因素對生物生存和發展的負面影響，尤其是在瀕危野生動物的保護上野外巡護的重要性更加突出。這點在中國青藏高原的生物多樣性保護當中最為突出，在青藏高原以及周圍地區生活著很多野生動物，而這些野生動物大部分都是瀕危野生動物。在這一過程中，計算機技術和信息技術，以及BDS都是不可缺少的技術。在建設過程中需要解決巡護采集信息收集、分類、編碼等諸多問題。而在所有的關鍵技術問題當中，野外巡護終端設計與開發是一個非常重要的組成部分。在建設的過程中北斗衛星導航系統無疑處于核心地位。終端系統必須配備更為精確的導航系統，就目前的商業化導航系統而言，北斗導航系統的技術優越性毋庸置疑。另外，在野外進行巡護還需要國家強制力量的支持，比如說在西北地區野外巡視當中，與解放軍等單位保持密切的溝通聯系，以便于能夠在發生意外以后及時組織救援，目前就解放軍使用的導航系統而言，基本上都已經更換了北斗導航系統，從系統協調性和使用便捷性的角度來講，在野外巡護終端設計當中也應該采用這一系統。另外，從系統的穩定性和抗干擾性的角度來講，北斗系統的技術更加先進、抗干擾性更強，在建設過程中的測試實驗數據當中可以明顯的看出來，基本上電磁干擾主要干擾源對其影響非常小，地磁影響對其精準定位的影響更小。但是，在建設的過程中還需要與通信技術等真正的結合起來，這些技術的融合應用是目前開發應用過程中需要解決的一個重要問題。

2.4生物多樣性生存與發展環境調查與監測

生物多樣性水平與生存發展環境密切相關，可以說環境制約了生物的多樣性，不管是動物還是植物都是如此，甚至細菌和真菌等也是環境的重要組成部分。因此，在生物多樣性保護當中，不僅要做好生物的保護工作，更要為其發展營造一個良好地環境。而創造一個良好的環境，關鍵在于掌握生存發展環境的發展狀況，這就需要采用一些先進的技術進行調查。在這一過程中BDS也有非常重要的作用，通過BDS的應用可以更好地記錄觀察地點的生物生存與發展環境狀況。比如說土壤狀況、污染狀況、水資源狀況等等。同時，還可以通過生物觀測的方式來記錄觀測范圍之內的生物種類及其數量，種群發展等情況。這些都可以以BDS為基礎進行。當然，相對于GPS，BDS在精度等方面上的優勢，可以更好地保證觀測結果的客觀性，使觀測結果能夠真實地反映出生物的生存與發展環境，也為環境的綜合治理、調整和優化創造更好的條件。

3BDS在生物多樣性保護應用中需要注意的問題

3.1需要重視BDS與其它技術之間的銜接應用問題

伴隨著BDS的逐漸成熟，為其在生物多樣性保護中的應用創造了良好的條件和機會。但是，從應用的角度來講，在生物多樣性保護上所用的技術有很多，包括的GPS、GIS、通信技術、信息技術等等，這些技術在實踐中已經在技術上解決了彼此之間的銜接問題，并且在技術上已經非常成熟，這一點是GPS技術的優勢。就目前來看，BDS建設已經步人尾聲，但是離真正的技術成熟還有一段距離，尤其是在開發應用上，與其它生物多樣性保護上的核心技術之間的技術銜接依然存在不少的問題。這一點，需要長期的技術實踐才能加以解決，如果不能解決好這一問題，很難真正的將BDS技術應用于生物多樣性的保護實踐。

3.2做好BDS程序及APP開發應用工作

將BDS應用于生物的多樣性保護，需要解決的另外一個技術問題就是程序開發和APP的開發。在前面的分析當中提到的GPS之所以能夠應用于蝴蝶觀測，一個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當中，也可以集成到GPS的終端設備當中，這無疑能夠為GPS的生物多樣性保護當中的應用創造更好的條件和機會。但是，基于BDS的工具箱開發應用，目前來看國內還比較少，真正可以用于商業以及生物多樣性保護的更少，別說技術成熟度，有關企業這方面的開發活動都比較少，這一點是限制BDS在生物多樣性保護當中應用的一個重要因素。解決這一問題的關鍵是鼓勵科技企業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當中的應用創造基本的條件。除此之外，芯片也是此項技術應用的關鍵，BDS芯片雖然已經大量生產，并且就在汽車導航領域獲得不錯的應用效果。但是現有的芯片是否能夠滿足生物多樣性保護工作的需要，尤其是在與其他芯片配合使用的過程中是否能夠滿足要求，依然存在一定的不確定性。這一點依賴于相關的開發企業，做好這一方面技術研發及試驗工作，在充分論證的基礎上加以運用。

4結語

BDS是中國國家安全戰略的重要組成部分，經過多年的建設與發展技術上已經逐漸成熟，整個的網絡建設已經基本完成，這無疑為中國生物多樣性保護與發展提供更好的技術條件。當然，生物多樣性保護當中，也應該注意生物安全，站在保護的角度來講，不論是BDS還是GPS都是保護中的核心技術手段，這種核心技術掌握在自己手中無疑更為安全。所以，各級政府及生態保護機構必須重視BDS在生物多樣性保護中的應用，真正利用好此項技術做好中國生物多樣性保護工作。

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[收稿日期]2020-08-20

[基金項目]2020年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（202014046005X）;2020年國家級大學生創新創業訓練計劃項目（202014046004X）。

[作者簡介]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：農村區域發展與管理、農業多功能性與三產融合。