基于北斗導航系統的生態環境監測應用研究＊
——以云南省桃花源旅游景區為例

佘先明

（湖南應用技術學院，湖南 常德 415100）

云南省桃花源旅游景區在維護景區生態平衡的基礎上，借助其獨特的資源優勢發展生態旅游，相繼建成了野象谷、望天樹、綠石林、雨林谷、夢源奇景等生態旅游景區。通過構建生態旅游景區，普及了自然科學知識，增強了游客的自然保護意識，全國科普教育基地的功能和云南科普教育基地已經完成。通過先進的現代科技手段監測景區生態環境動態，獲取實時的景區生態環境信息，對于保護桃花源旅游景區生態權益、防災減災、保護景區生態環境具有重要意義。目前，隨著生態環境監測技術的不斷成熟，桃花源旅游景區已開發應用了先進的智能生態環境監測設備，在維護景區生態環境穩定方面發揮了重要作用。桃花源旅游景區生態環境監測設備普遍采用的數據傳輸管理系統為INMARSAT、ARGO。這些源自國外的系統，不僅保密性差，而且自主性低。中國北斗衛星導航系統(BDS)是中國自主研制的全球衛星導航系統，可快速功能定位、精確定時、發送和接收短消息。筆者設計了一種基于北斗衛星導航系統的桃花源旅游景區生態環境監測系統，將短報文通信與移動通信相結合，能夠實現對景區生態環境的遠程、實時、自動、全天候監測，具有較高的穩定性和安全性。

1 BDS與氣象及大氣環境

由于能提供“北斗一號”氣象保障服務，“北斗+”已經被廣泛用于氣象領域。氣象數據的傳輸方式不一而足，使用最廣泛的當屬以下三種：一是基于聯通和移動通信技術的GPRS和4G模式；二是短波無線電；三是基于衛星通信的VSAT通信站。目前，中國已經建成了以北斗為基礎的氣象數據傳輸系統，由衛星發射站、北斗系統以及國家和省級服務平臺組成。自動氣象站采集的氣象數據將傳輸到北斗通信終端。同時，基于北斗氣象數據傳輸系統還具有特殊化的短報文通信功能，能有效傳輸偏遠地區的氣象數據。如果能掌握基本的天氣情況，地面主站就可以對遠程站的北斗通信終端加以控制，對數據采集、數據傳輸的頻率加以調整。在氣象監測預警方面，北斗系統包括氣象監測、大氣探測。有利于消除衛星位置的誤差變化，獲取信息，支持桃花源旅游景區生態氣象觀測有效和準確的生態氣象數據。有學者利用北斗多軌特性，將反演系統與反射可見區MEO等衛星聯合反演，可以降低噪聲誤差。BDS也被廣泛應用于大氣探測領域，尤其是基于北斗鑄型機載區域氣象傳感器、探測器通過整合風北斗衛星定位模塊、無線傳輸模塊等，可實現儀器外線投籃后空氣數據檢測、采樣和數據傳輸，以獲取空氣的功能信息。此外，許多氣象站在水汽電離層監測領域使用北斗系統，可以有效監測區域性變化。在大氣環境方面，北斗系統可以監測氣壓、溫度、濕度、降雨等氣象數據。徐博良等[1]提出了基于北斗系統的空氣質量實時監測系統的解決方案，構建了由氣壓采集模塊、溫濕度采集模塊、PM2三部分構成的數據采集終端。在采集模塊、北斗模塊、交換板模塊作用下，可以將數據傳遞給客戶端以及服務器平臺。軟件界面的地圖通過調用百度地圖API實現實時定位。現有研究有效結合了BDS技術和ZigBee技術，在此基礎上開發了環境參數實時采集系統，可以采集溫度、濕度、壓力、光強等參數，拓寬了監測范圍，提升了監測質量和監測效率。

2 系統功能和性能

基于北斗導航衛星系統的桃花源旅游景區生態環境監測系統主要由生態環境監測終端、信息綜合服務平臺構成。北斗桃花源旅游景區生態環境監測終端同時兼具定位功能、通信功能、數據采集功能，能借助移動通信網絡將相應數據傳輸到信息綜合服務平臺[2-5]。繼而由平臺統一分析處理接收的數據，構建數據庫，存儲數據，發送數據。

基于北斗導航衛星系統主要有以下功能：1）實時定位功能，實時定位桃花源旅游景區生態環境動態。2）實時監控功能，實時監控桃花源旅游景區生態環境參數，如溫度、鹽度、pH值、葉綠素、水質變化等，并以用戶需求為依據，定制監測內容。3）數據處理功能，實時解析數據，分析數據，存儲數據。4）信息警告功能，一旦監控值超出正常范圍，系統會及時發出警告信息。同時，對比分析已收集的桃花源旅游景區生態數據，預測景區生態環境趨勢，幫助用戶及時準確的定位潛在風險，以便用戶能預先采取有效化措施，從根源上杜絕風險發生的可能性。5）電子圍欄功能，用戶可在特定區域內放置生態環境監測終端，一旦終端移動出電子圍欄，系統會及時發出警告信息。6）數據概述功能，對收集到的監控數據信息進行統計處理，可通過終端監控跟蹤，了解景區生態環境變化。7）用戶管理功能，個人用戶管理包括用戶基本信息、用戶權限，設備管理包括設備的基本信息綁定、解綁定等。平臺開發采用B/S結構，界面友好，方便用戶和系統交互。

平臺軟件包括數據處理、實時監控、統計報告、異常報警和用戶管理模塊：1）數據處理模塊接收數據，分析數據，并存儲數據。2）實時監控模塊顯示終端位置，監控數據和電子圍欄信息實時顯示電子海圖。3）統計報表模塊可以播放終端的歷史軌跡，也可以總結類別或時間的監測數據。4）異常報警模塊設置報警信息和電子圍欄，在出現監測數據超出正常范圍或終端移出電子圍欄情況時，系統會自動發出預警信息。5）用戶管理模塊通常用于個人用戶管理、設備管理。在科學技術發展的帶動下，生態環境監測方式也不一而足。多數的生態環境監測系統普遍存在智能化水平低、實時性能欠缺、遠程通信技術盲區等問題，許多研究以BDS、物聯網、云存儲技術為基礎，設計出了實時性、功能齊全的環境監測系統，能更高效而準確地獲取景區生態環境參數。

“北斗+技術設備”構建桃花源旅游景區的生態環境監測系統結構可分為浮標單元系統、岸站單元系統。其中，浮標單元系統以桃花源旅游景區生態浮標為平臺，在平臺上集成傳感器模塊、數據采集模塊和北斗用戶飛行器。同時岸站單元系統配備北斗終端、數據接收模塊，通過數據通信技術，實時采集、實時傳輸桃花源旅游景區生態環境參數。空氣質量傳感器，優化了傳統空氣質量監測模式，實現了空氣質量的實時監測。

3 結果與分析

3.1 沒有可依據的技術規程

筆者通過參考國內相關文獻資料發現，我國現階段還沒有制定旅游影響監測的統一化技術法規/標準。《自然保護區生態旅游規劃技術規范》提出了自然保護區生態環境監測內容主要包括保護區生物資源、保護區自然景觀、保護區水環境、保護區空氣環境、保護區土壤環境等，同時也明確界定了監測指標選擇標準，即 “生態環境監測要以自然保護區生生態特征為主要依據，選擇一些象征性的景區事物來代表指數和固定位置，建立相應的監控程序，在一個森林類型旅游區，指標可能包括植被結構、土壤和動植物種群等，不同的指標需要對應不同的監測方法。”國內外學者分別基于生態旅游對生態環境、動植物影響機理的角度出發，深入探究分析了自然保護區生態旅游對當地生態平衡、野生動物行為的影響作用。這些研究對象明確，方法針對性強，對構建生態環境監測指標體系具有較高的參考價值。

3.2 監測的指標具有指示性

桃花源旅游景區生態環境監測系統可以監測風景區、野生大象谷景區的活動，桃花源旅游景區管理局根據云南省地方標準《自然保護區和國家公園的生物多樣性監測技術法規》編制了桃花源旅游景區監測業務。只有云南省桃花源旅游景區將“旅游影響監測”列為生物多樣性監測對象。監測指標和其他單獨設置的實現方法如下：根據景區的實際情況，采用跟蹤監測的方法在景區設置樣帶，每年監測一次。桃花源旅游景區的旅游影響生態環境監測、熱帶雨林監測指數，設立并實施監測區域。熱帶雨林、可見樹木和亞洲象都被列為旅游影響監測指標。桃花源旅游景區旅游影響監測指標具有指示性和代表性。

3.3 監測需進一步補充完善

桃花源旅游景區的生態旅游影響著生態環境的監測。基于監測地點、檢測指標的角度而言，桃花源旅游景區生態環境監測系統只覆蓋了5個景點，僅僅收集了游客人數指標。借助保護區的資源優勢，構建生態旅游景區，開展生態旅游活動，可以向游客廣泛普及自然科學知識，潛移默化地培養游客的環保意識，強化游客環保行為，循序推進保護區科普教育功能。布設了基于北斗衛星導航系統的環境監測系統，并嚴格遵循相關規定，多次聯合測試環境監測終端以及綜合信息服務平臺，滿足了性能、功能設計要求。相比于其他環境檢測系統，基于北斗衛星導航系統具有以下顯著特征：安全性、穩定性、便捷性、實用性，發展前景較好。同時，中國自主研發北斗導航衛星系統目前已投入使用，在環境監測方面卓有成效。