GPS在自然保护区管理工作中的应用

杨 振，王西峰，麻应太，邵建斌

（陕西牛背梁国家级自然保护区管理局，西安 710100）

GPS（全球定位系统）与GIS（地理信息系统）、RS（遥感）统称为“3S”系统，“3S”技术就是在RS、GIS、GPS三者优势互补的基础上的有机结合体［1］。“3S”技术在现代林业管理中得到了广泛应用，大力推动了现代林业的发展步伐。GPS作为“3S”技术中最基础的系统与工具，以其精度高、观测时间短、操作简便、全天候等优点，在生产生活中充分发挥了其强大的作用，极大地推进了科技发展和生产效率的提高［3－4］。随着科学的发展，GPS技术的应用前景将更加广阔。自然保护区作为林业主体的一分子，在生态建设中的地位日益得到提升，已成为我国社会经济可持续发展的重要事业之一。位于秦岭东段的陕西牛背梁国家级自然保护区，作为“秦岭自然保护区群”的重要成员，镇守着秦岭地区生物多样性保护与生态建设的边缘阵地。经过二十多年的建设与发展，取得了较为显著的成就，野生动物种群数量稳步增长，栖息地生境不断得到改善。就牛背梁保护区目前发展现状来看，如何有效加强自然保护区的管理工作，充分发挥其生态功能，努力提高综合管理水平是我们面临的新的课题。本文在对牛背梁保护区管理现状分析的基础上，就GPS在保护区日常管理工作中的应用问题进行了探讨。

1 GPS的应用前景

GPS 为全球定位系统（Global Positioning System）的简称。它是美国从20世纪70年代开始研制，历时20多年，于1994年全面建成的新一代卫星导航与定位系统［5－6］。由空间卫星系统、地面监控系统、用户接收系统三大子系统构成。GPS通过同时对多颗卫星进行伪距离测量来计算接收机的位置，实现全球、全天候、高清晰度的定位。它作为一种现代化的技术手段，现已成为全球公用信息资源，在军事和民用等众多领域得到广泛研究和应用。目前，我国在这方面的应用与研究也得到了迅猛发展。

GPS的问世标志着电子导航技术发展到了一个更加辉煌的时代。GPS 系统与其他导航系统相比，具有定位精度高、观测时间短、执行操作简便、全球全天候作业、功能多应用广、抗干扰性能好、保密性强等优点［1］。

GPS技术已发展成多领域（陆地、海洋、航空航天）、多模式（GPS、DGPS、LADGPS、WADGPS等）、多用途（在途导航、精密定位、精确定时、卫星定轨、灾害监测、资源调查、工程建设、市政规划、海洋开发、交通管制等）、多机型（测地型、定时型、手持型、集成型、车载式、船载式、机载式、星载式、弹载式等）的国际性高新技术产业［8］。

GPS技术作为先进的测量手段和新的生产力，已经融入到国民经济建设、国防建设和社会发展的各个领域。特别是在现代林业建设中，GPS技术的应用也日益广泛，它通过与RS、GIS等技术平台的有机结合，在森林资源调查、森林资源动态监测、森林资源经营管理、森林病虫害监测及防治、森林防火、林业专题图的绘制、野生动物资源调查、植被分类调查、森林资源档案管理、规划设计，以及林业生态工程等方面得到了高效应用，极大的推动了林业产业的发展与数字化林业的建设步伐［9］。随着科学的发展，绝大多数的GPS已经内置了电子地图，使得GPS的功能更加强大，应用前景更加广阔。

2 牛背梁保护区管理现状与存在问题

2.1 保护区管理现状

牛背梁保护区自1987年6月筹建以来，经历了一个漫长的发展过程。从保护区建设初期的筹建处，到如今的保护区管理局，牛背梁保护区在建设与发展中大致历经了三个发展阶段：一是1987～2000年为基本建设阶段。这一时期为保护区建设与发展的初始阶段，主要围绕组织机构建设、基础设施建设、初步设计、勘界立标等开展了大量的基础性的工作，完成了保护区一期工程建设任务。通过这些基本建设任务的相继完成，确保了保护区机构与职能的正常运转；二是2000～2006年为单一保护阶段。该阶段以确保资源安全为工作核心，最大限度的减少资源的破坏与消耗，积极促进自然资源的恢复与增长。保护区管理局在继续完善组织机构建设、规章制度建设与各类基础设施建设的同时，始终坚持以“保护为根本”的指导方针，积极开展岗位培训，不断加大巡护、执法、宣传与资源保护工作力度，顺利完成了二期工程建设目标任务，为自然资源的持续发展与可持续利用打下了坚实的基础；三是自2006年起牛背梁保护区进入了可持续发展阶段。资源保护与科研监测、开发利用并举，以牛背梁保护区生态功能的充分发挥与资源的可持续利用为最终发展目标。

牛背梁保护区经过20多年的建设与发展，全面完成了工作重心由严防死守的单一保护型向永续利用的保护科研型的转移。经过多年来的努力，牛背梁保护区组织机构完善，规章制度健全，人员配备到位，权属清楚，资源保护管理体系完善，站点布局合理，各类基础设施能够满足保护管理工作的需要，各项业务工作得到有序开展，生物多样性资源得到了全面保护，野生动植物栖息地得到有效恢复与改善，种群数量稳步增长。

2.2 管理工作中存在的问题

牛背梁自然保护区的前身是四个国营林场的经营区，长期的商业性采伐和人为活动干扰，致使该区域原生生境遭到严重破坏，野生动植物栖息地生境破碎化，甚至造成局部生境丧失。保护区建立后，首要的任务就是如何有效遏制对自然资源与生境的破坏行为，确保资源安全，其次就是积极促进遭受破坏的野生动植物栖息地生境恢复与森林生态功能的修复。与全国众多保护区的建设背景及发展历程一样，牛背梁保护区为这一保护管理目标的实现经历了相当漫长的历史时期，通过艰苦努力，不仅使得保护区自然资源与生境得到了恢复与增长，而且顺利完成了工作重心的转移，牛背梁保护区已基本迈上了正常化、规范化管理的轨道。虽然牛背梁保护区在资源保护管理工作中取得了显著的成绩，但是，受诸多因素的综合影响，保护区管理工作中也暴露出了许多问题与矛盾，直接影响与制约着保护事业的快速发展与科学化管理水平的进一步提高，主要体现在：

（1）长期以来，受基本建设资金与工作经费的限制，保护区的基础工作仍然十分薄弱，总体发展速度缓慢。最根本的问题是牛背梁保护区及其周边地区的自然资源综合考察工作至今未能开展，资源家底还不十分清楚，严重制约了保护区资源保护管理工作的有效深入开展。

（2）资源保护工作突出，但资源管理工作薄弱。从而导致资源保护管理工作科学性、针对性不强，反映在保护工作实践中，有时还会出现盲目性，许多工作经常处于被动地位，更不能适应社区经济环境变化的实际情况。

（3）科研监测工作严重滞后，现有的调查研究与实践应用有脱节现象，许多方面现存的威胁和影响还未开展过系统的研究和监测。随着保护区周边社会经济的迅猛发展，人为活动对自然资源的干扰日趋强烈和多样。因此，面对复杂多变的社区经济环境，科研监测工作不能只着眼于资源本身，更应着重于研究探索可行的应对措施，尽可能降低人类活动干扰对生态系统自我修复造成的压力，最大限度的保护自然生态过程的完整性和连续性。

（4）资源保护与科研监测设备陈旧，工作效率低下。在日常巡护监测工作中，使用的基本为罗盘、海拔仪、卷尺和地形图等原始的工具与仪器，误差大，技术要求高，操作繁复。近年来虽然也为各保护站配备了一些GPS手持机，但由于其精度低，功能不全，而未能充分发挥其应有的作用。

（5）管理落后，缺乏现代化的科学管理手段。野外巡护没有固定的路线和长度，无规律的巡护工作无法统计出人为干扰的强度及季节性变化特点，收集的资料可用性不强，在工作安排方面缺乏针对性并带有盲目性。而在资源监测中虽有固定的样线与频次规定，但其完成情况仅靠管理人员的抽样来检查，监督工作的难度很大，以致巡护监测工作中的补贴发放、考核等很难做到规范、准确，极大的阻碍了保护区现代化管理水平的提高。

（6）巡护监测数据的作用发挥不够。由于数字化信息管理系统尚未建立，繁多的数据只能靠手工统计分析，各类数据间不能做到有机整合，巡护监测工作广而泛之、没有重点，就巡护而巡护，就监测而监测，结果缺乏系统的统计分析，不能及时有效指导保护工作实践。

3 GPS在保护区管理工作中的应用

GPS是“3S”技术的基础和数据收集的重要工具。GPS卫星接收机是GPS系统的用户终端，GPS技术在日常生产生活中的应用，其实质就是GPS卫星接收机的操作与应用，以手持型与车载式为主。

GPS的出现为广大林业工作者的野外工作提供了导向、定位、测距等最精准的工具与极大的便利。对自然保护工作者而言，它不仅是自然保护区日常巡护、科研监测、森林防火、规划设计等项业务工作有效开展的基础和保障，而且是自然保护区进行现代化、科学化管理的重要技术与手段。GPS在自然保护区日常管理工作中主要应用在以下几个方面：

3.1 在资源管护工作中的应用

定位、导航、测距是GPS最基本和最常用的功能。在资源管护中，确定位置是野外工作有效开展的第一步，也是导航、测距等一系列工作的前提。利用GPS的定位功能，外业工作中可以将各类数据采集地点的位置信息精确记录储存下来，从而避免在地形图识别与现地判别上的失误，提高定位准确率。利用GPS的导航功能，根据预设位点，既可以顺利到达目的地或进行原始观察记录点的复查，节省人力、物力、财力，降低工作人员的体能消耗，提高工作效率。此外，GPS 还可以测定任意两个定位点之间的距离，从而有效解决了利用测绳或记步器等传统测距方法中或是难以实现或是误差较大的问题，减少了工作量，省时省力。同时，GPS的定向功能也使得野外工作中的方向辨别问题迎刃而解。将GPS这一先进的测量技术应用于保护区资源日常管理工作中，不但能提高野外数据采集的准确率，而且能提高巡护员的野外工作能力、工作效率和外业工作的安全性。

3.2 在科研监测工作中的应用

科研监测工作是自然保护区的基本工作任务和一项经常性的工作，科研监测工作的成败也是衡量一个保护区综合管理能力与发展能力的关键。自然保护区的科研监测工作包括资源调查、动态监测与专题研究几个方面。科研监测工作中利用GPS，可以方便的进行样线与样方的初始布设，引导工作人员在规定的样线样方内开展调查工作，采集数据，而且不论环境如何变化，都可以对样线与样方进行100%的精确复位。同时，利用GPS的运动轨迹存储功能，对调查研究范围、植物群落、野生动物栖息活动范围、人为干扰范围等进行精确定位，并方便的求出各类面积大小。此外，GPS在资源监测体系建设、森林病虫害监测预报与防治等工作中充分发挥它的优越性。

3.3 在森林防火工作中的应用

森林防火工作是森林资源保护管理工作的头等大事。森林火灾具有突发性强、蔓延迅速的特点，利用GPS技术与计算机技术，可以建立一个高效、实时、实用的林火信息管理系统。森林火灾一旦发生，不但可以对森林火灾进行实时监控，迅速、准确地对火灾现场进行定位，以便制定有效的扑火方案，为防火指挥部门提供决策依据。同时，对扑火队伍进行实时定位与导向，从而及时、准确到达火场，组织扑救工作。另外，利用GPS技术还可以简单精确地测定火灾面积，评定火灾等级，对灾后损失进行评估，从而有效指导森林防火工作的开展。

3.4 在保护区管理工作中的应用

利用GPS技术不仅可以促进各项业务工作的有效开展与高质量完成，大大减少人力、物力、财力的消耗，降低工作成本，而且利用GPS技术可以对各项工作进行全程跟踪与监管，提高监督管理工作的实效性。特别是对各保护站日常巡护监测工作的管理问题，长期以来主要依靠查看工作报告与报表、巡护监测工作记录表，辅助现地抽查等传统的管理方法来进行，各个环节的人为影响因素太多，管理效果较差。GPS中可以方便的存储野外巡护监测工作的时间、位置、海拔、里程等详细数据，并能清楚直观地显示在电脑屏幕上，利用GPS技术来进行管理，可以代替现地抽查，发挥全程跟踪、现场监督的作用，及时纠正工作失误，减少矛盾，使监督管理工作更加科学、规范、有效，使管理工作逐步走向规范化，制度化，科学化管理的轨道。同时，GPS技术在自然保护区项目规划设计与工程建设中具有巨大的优势，从而改变传统的作业方式方法，使规划设计更加精细，工程建设更加到位，设计建设一步到位。

3.5 在数字化信息管理系统建设中的应用

数字化信息管理系统是3S 技术中GPS 与GIS技术两者有机结合的产物，是对于保护区各类自然资源信息、科研成果信息、巡护监测动态信息，以及组织机构信息等数据信息实行数字化实时动态管理，提高管理的高效、快速和科学化的重要手段。GPS中记录储存的数据可以与GIS系统的数据进行格式转换，双向交流。GPS作为数据采集的基础工具为GIS系统及时提供数据支持，并对各类数据进行实时更新。GIS系统作为信息数据数字化处理平台，对各类信息按照管理需求进行整合与叠加，综合分析，直观显示，并提供模拟工作方案，反馈给管理者与一线工作人员，来直观指导管理工作，对各项工作进行有效性评价。并在管理局科室与科室、科室与站点、站点与站点之间方便快捷的实现信息资源共享。

［1］ 刘俊芬.“3S”技术在林业中的应用［J］.内蒙古林业调查设计，2006，29（3）：31－33.

［2］ 常建国.3S技术在林业中的应用及发展趋势［J］.山西林业科技，2005（2）：25－27.

［3］ 庾晓红，李贤伟，白降丽.“3S”技术在林业上的应用现状及发展趋势展望［J］.林业调查规划，2005（3）：6－8，12.

［4］ 王得军，黄生，王志宏.基于“3S”技术的森林资源管理信息系统建设［J］.南京林业大学学报：自然科学版，2005（2）：98－100.

［5］ 王蕾，黄华国，张晓丽，等.3S技术在森林病虫害动态监测中的应用研究［J］.世界林业研究，2005（2）：52－57.

［6］ 温小荣，彭世揆，佘光辉，等.地理信息系统在我国林业上应用的进展［J］.南京林业大学学报：自然科学版，2005（2）：76－81.

［7］ 苏顺，邵保华.“3S”技术在森林资源连续清查中的应用［J］.林业科技，2005（4）：27－28.

［8］ 肖化顺.森林资源监测中林业3S技术的应用现状与展望［J］.林业资源管理，2004（2）：54－59.

［9］ 杨军.3S技术及在林业工程中的应用［J］.四川林勘设计，2003（4）：6－10.