基于北斗系統的生物多樣性的監測與保護研究

高尚贊 陶美娟 劉士華

摘要 隨著我國城市化建設的高速發展和國民經濟的不斷發展，出現了破壞自然資源和污染生態環境的一系列問題，在一定程度上制約了社會經濟的可持續發展，因此，加強對生物多樣性的監測與保護研究已成為各國普遍關注的問題之一。而隨著北斗系統的日益完善，生物保護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，就基于北斗系統的生物多樣性的監測與保護進行了探究分析，以期為推動生物多樣性的長遠發展提供參考。

關鍵詞 北斗導航系統；生物多樣性；保護

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

生物多樣性是社會生存發展的重要基礎，衣、食、住、行，包括社會進步衍生的物質文化等許多領域與生物多樣性密切相關。而我國的生物較為豐富，且在世界上占據獨特的地位，但是受到改革開放后經濟發展的影響，忽視了對生態環境的保護，出現了水資源污染、森林面積減少等問題。近年來，隨著可持續發展理念的不斷深入，我國社會越來越重視對生態環境的保護，因此，如何充分發揮出北斗系統的優勢，加強對生物多樣性的監測與保護成為目前亟需解決的一大問題[1]。

1 北斗系統的概述

北斗系統即北斗衛星導航系統（BDS），是我國建設的一種全球衛星導航系統，可為全球用戶在定位導航方面提供高精度、全天候、全天時的服務，屬于非常重要的一種時空基礎設施，其建設目的在于滿足國家安全與社會經濟發展的需要。

我國從20世紀后期開始研究適合我國國情發展的衛星導航系統，并建立了發展戰略。分別于2000年年末、2012年年末與2020年建設北斗一號衛星導航系統、北斗二號衛星導航系統、北斗三號衛星導航系統（圖1），先從中國開始，然后在亞太地區甚至全球范圍提供服務[2]。其遠景目標是在2035年前不斷完善與優化北斗系統，并建設成為融合度更高、智能化更強的綜合時空體系。北斗系統的組成包含空間段、用戶段及地面段。與世界上其他衛星導航系統比較，北斗系統的優勢在于：第一，空間段由3種軌道衛星構成，屬于混合星座，因而高軌衛星數量較多，且具備較強的抗遮擋力，尤其是低緯度區域性能優勢更加顯著。第二，導航信號頻點較多，利用多頻信號組合形式能促進服務精度的提升[3]。第三，通信和導航有所創新與融合，因此其定位導航在授時、增強星基、增強地基、單點定位精密、國際搜救等方面的服務能力更強。因此，北斗系統目前已被廣泛應用于交通運輸、水文監測、農林漁業、氣象測報、電力調度、通信授時、公共安全、救災減災等領域[4]。

2 生物多樣性的定義

生物多樣性的概念較為廣泛，且不同學者對其有不同定義。比如，國外的學者Wilson等認為，生物多樣性即生命形式的多樣性，我國學者孫儒泳[5]（2001）認為，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境所組成的復合體，包括與其有關聯的微生物、植物、動物的基因及其生存環境共同形成的生態系統。綜合來看，生物多樣屬于是一種生態系統形式，且是在自然狀態和一定條件下可容納的生物結構的最佳生存狀態，同時也是生態系統不斷發展到一定程度產生的結果，然而至今還沒有關于生物多樣性層次劃分的統一標準[7]。

3 北斗系統在生物多樣性監測與保護中的應用

3.1 用于保護瀕危物種

保護瀕危物種屬于保護生物多樣性的一項重要工作，如果生物出現滅絕，便會直接影響生物的多樣性發展。而自然觀測在保護瀕危物種中具有非常重要的意義，監測手段和方法對基礎數據數量與質量具有直接的影響，進而會對瀕危物種保護方案的最終制訂和實施效果產生影響。尤其是在保護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，通過定位系統與傳感器等設備的有效配合，可詳細記錄動物活動位置和范圍，還可將微小的攝錄設備安裝至項圈，便于對野生動物的實際生活狀況進行觀測記錄。

3.2 用于野外巡護

野外巡護是保護生物多樣性的一個重要環節，尤其是保護瀕危野生動物時，加強野外巡護具有非常重要的意義。我國在保護青藏高原地區生物多樣性中對BDS的應用較為突出，因為該地區有不少野生動物，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傳感模塊詳細采集記錄其位點活動與生存環境，并利用遠程計算機技術與信息技術實現對數據的有效分析。其中，面臨著巡護信息采集、信息分類與編碼等一系列問題，且野外巡護終端設計開發屬于關鍵技術問題之一，而北斗導航系統的精確度可作為有力的支撐，促進終端系統的有效建設。此外，野外巡護工作離不開國家強大的力量支持，對于西北區域野外巡視來說，需要與人民解放軍等邊境守護單位保持聯系，且有意外情況出現，可獲得及時救援。因為解放軍目前使用的都是北斗導航系統，不論是從系統便捷性、還是協調性來說，將該系統被應用于野外巡護工作的終端設計都是非常有必要的。

3.3 用于監測生物生存發展環境

生物多樣性的程度與人們生存環境存在非常密切的聯系，同時生態環境也制約著生物多樣性，無論是動物、植物，還是細菌等微生物，都屬于生存環境的關鍵部分。因此，要想保護好生物多樣性，除了保護好生物外，為其生存發展創建一個優良的環境也是十分重要的。而優良環境創建的關鍵在于及時掌握生物生存和發展狀況，同時需要應用先進技術做好生物生存發展狀況的調查工作。通過應用北斗系統便能實現對生物生存環境狀況的觀察記錄，如土壤、水資源及污染狀況等。另外，還應借助生物觀測手段來對所需范圍的生物數量、種類、種群發展狀況等進行觀測記錄，通過BDS便能很好地開展這一工作，且有助于保障觀測結果的精準度和客觀性，真實反映出生物發展環境，為實現環境治理與優化提供有力的數據支持。

4 北斗系統應用于生物多樣性監測與保護的案例分析

4.1 瀕危野生動物的保護

研究人員曾將裝載了北斗衛星定位系統的項圈佩戴在了可可西里地區的藏羚羊身上，并實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）。動物學家經過科學分析和深入研究，掌握了藏羚羊在遷徙過程中的起始地點、時間、精準路徑，包括藏羚羊的大致活動范圍，最終實現了對藏羚羊的有效保護。除此之外，為了增加野生大熊貓數量，由人工繁殖的一些大熊貓待野化訓練之后，要予以放歸。然而，大熊貓多在人跡罕至、樹林密集的山地環境中生存，環境非常惡劣，為有效解決熊貓野化訓練后的放歸監管問題，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定位。借助這類跟蹤方式，不但能為動物學家提供可靠的數據，而且不會危害野生動物和生存環境，這樣能在達成原位監測目標的基礎上，不會對野生動物自由活動產生影響。

4.2 自然生態的保護

神農架林區屬于湖北省及華中區域的最大林區，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，神農架國家公園便利用北斗巡護終端系統實現了公園資源網格化管護工作中的信息化全面覆蓋，也是第一家通過北斗系統實現生態巡護過程中信息全面覆蓋的自然保護區。神農架全地區配備了共1 530臺北斗巡護手持終端，并通過構建信息指揮中心、北斗定位、無人機巡航、視頻監控四大系統進行遠程監測，實現了立體管護一體化網絡（圖3）。

4.3 河湖水域的保護

工作人員通過北斗系統，在浙江省金華市搭建了關于河湖管理的數字化平臺，并升級了大壩監測系統，不但能精密且連續監測大壩形變情況，還能被廣泛用于保護河湖水庫、防御水災害等業務，以促進水利管理能力的提高，通過“云監管”建設美麗生態，實現對生物多樣性的監測保護（圖4）。

5 生物多樣性保護應用中需要注意的問題

5.1 BDS與其他先進技術的銜接問題

隨著BDS的不斷完善，將其應用于生物多樣性保護中的優勢越來越明顯。然而，除了BDS技術外，信息技術、通信技術、GIS、GPS等技術也得到了成熟發展，且能很好地解決這些技術在實踐中存在的銜接問題，這也是GPS技術的一大優勢。從當下的情況來看，BDS建設幾乎步入尾聲，要想促進該技術的真正成熟，還需要一個過程，尤其是在開發應用方面，如果將其與保護生物多樣性中的其他核心技術相銜接，還存在很多問題。因此，這一點需要經過長時間的技術實踐來解決，否則難以將其在生物多樣性保護實踐工作中的優勢充分發揮出來。

5.2 做好BDS程序開發應用工作

當下，BDS工具箱研發速度較慢，國內應用較少，大部分被應用于軍隊，所以涉及商業和生物多樣化的保護很少。因此，有關部門要鼓勵與扶持這類科技企業進行全方位的科技研究，并提供資金支持，使有關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，從而為應用檢測和保護生物多樣化奠定基礎。在研制APP或者程序時，要注意對芯片的研制，雖然我國現在已經研制出很多BDS芯片并已經量產，但實際上只在汽車導航領域獲得了非常不錯的成果，其他領域并沒有得到良好的應用效果。如果想要更好地運用BDS檢測生物多樣性保護，就需要科研人員對芯片進行升級和改進，可以將BDS芯片與一些專用芯片相結合使用。雖然這種方法有很多的不確定因素，但這樣的結合會形成與GP相同的蝴蝶觀測。此時，就需要相關研發企業在研發過程中做好實驗與論證。

6 結束語

生物多樣性的保護對社會發展具有十分重要的意義，因此國家有關部門要加強北斗系統在野生動物保護、自然生態和江湖水域等生物多樣性中的監測與保護，同時要加大BDS芯片的研發和改進力度，為生物多樣性監測與保護提供有力的技術支持。

參考文獻

[1] 張奮，賈小林，姬劍鋒，等.北斗系統應用趨勢分析[J].衛星應用，2021（8）：43-47.

[2] 孫輝，王遼杰，陳洪卿.北斗系統時BDT解析[J].宇航計測技術，2014（1）：42-45.

[3] 謝軍，莊建樓，康成斌.基于北斗系統的物聯網技術與應用[J].南京航空航天大學學報，2021，53（3）：329-337.

[4] 蔡雨寒，王天文，祝會忠.北斗系統多頻觀測值差分定位模型實現[J].水利技術監督，2022（10）：69-72.

[5] 孫儒泳.生物多樣性的喪失和保護[J].大自然探索，2001（9）：44-45.

[6] 蔣志剛，王祖望.行為生態學的起源、發展和前景[J].自然雜志，1997（1）：43-46.

[7] 陳琪煌，鄭炫，林以恒，等.基于北斗系統的生物多樣性的監測與保護[J].農村經濟與科技，2020，31（19）：17-19.

責任編輯：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，主要從事環境監測工作。