基于北斗系统的自然保护区创新应用设计

陈布泽，谢晶晶，敖星海

（福建农林大学 林学院，福建 福州350002）

1 引言

目前，我国自然保护区建设初具规模，已经接近2000个，总面积近1.5亿hm2，接近国土面积的15%[1]。但自然保护区的建设过程中依然存在一些问题尚待解决，如人为管理不便，人工损耗大，物种多样性检测困难，建立保护区测距大等，这些问题阻碍了对野生动植物进一步的保护。当下，野生动植物数量锐减，不少物种已经走向灭绝，而濒危物种恢复工作进展缓慢，可见保护区的管理措施还不够完善。本文探讨了利用北斗卫星系统和互联网技术，构建无人化管理的保护区，使保护区管理更智能更科学。

本应用设计的意义在于：一是保护区的维护以及勘测需要大量的人力来进行，此应用设计能有效减少保护区人力资源的浪费；二是依据北斗卫星对动植物的监控，能对动植物达到更好的保护；三是为自然保护区信息化提供基础。

2 设计方案

2.1 在自然保护区的资源测定功能

在自然保护区中进行常规测量存在诸多障碍，但北斗系统可以在此充分展现优势，做到准确定位资源和测定面积以及种类数量，绘制精确的资源分布图。在自然保护区中旅游景区规划和外业调查中，使用常规测量工具耗时耗力且数据精度不够，而利用北斗系统，不但快捷方便，还可实现精确定位。如划定野生动物活动范围，定期抽样对重点保护动物进行北斗导航系统的脚环植入，在系统中实时反映受保动物的活动范围，记录其迁徙和活动区域，这能显著减少测定群落最小面积的工作量。

2.2 在自然保护区景区旅游中的应用

利用微机、通信、导航与GIS技术结合，可将手持北斗接收机和电子地图集为一体，开发出经济便捷的旅游助理。这种具有北斗接收机的电子地图具有定位功能，能提供经纬度坐标，在野外保持与外界的通信，同时还具有电子地图、路线设定、景点概况等信息[2]。若在山野间迷失方向，可利用北斗接收机及电子地图，通过卫星测定所在经纬度，如若体力不支，还可通过北斗系统的短信功能求援，等待人员前来营救。

导游服务伴随着旅游业开始快速发展，利用RS结合GIS、北斗系统和三维影像的地图能够为用户提供更为直观、更新时间更快的无缝拼接的地理数据，同时满足用户的空间服务以及覆盖全球的地理服务需求。这个系统包括：三维影像数字地图检索系统、GIS地理信息系统平台开发和北斗导航、定位及其监测功能。

2.3 北斗系统在旅游中的导航、定位及其监测设备

在旅游景区开发使用过程中，可以借助北斗系统客户端中的三维立体影像地图满足游客、政府部门及开发企业对于景区导航、定位及监测能力的需求，该功能只是在GIS三维地图的基础上二次开发，根据旅游者、政府部门和开发企业自身的需要合理地开发及利用（图1）。

2.4 在自然保护区救灾的应用

在汶川地震中，北斗导航系统为拯救生命争取了宝贵时间。当前，自然保护区所受的灾害主要为暴雨、山洪、滑坡、森林火灾等。在自然保护区抗灾救援中的应用主要体现在：定位、导航、通信。发现保护区内情况异常，管理者即设备使用者通过定位得知经纬度坐标，快速获取精确位置信息后，利用北斗短信功能向上级汇报，呼叫救援部队等，确定目的地。此外，通过对大量相关地物的定位普查和统计分析，可以为救灾与灾后重建的各项工作提供依据，也有利于对灾情及时上报和共享，特别是使用北斗系统的双向传送功能可以确保灾区与外界的联系。在灾后重建中，北斗系统可应用于交通恢复、次生灾害预防、保护区的重设计、施工和综合治理等。

2.5 在自然保护区文物及野生动植物保护系统的建立与相关方面的应用

地理信息系统是由计算机硬件、软件和相关的方法过程所组成，用以支持空间数据的采集、管理、处理、分析、建模和显示，以便解决复杂的规划和管理问题[3]。野生动植物保护系统是地理信息系统分支。基于GIS与北斗的三维立体影像地图可集导航、定位、通讯、报警、防盗、远程控制等功能于一体。有了这一系统，进行野外文物普查、保护标志设置、文物档案记录、保护范围和监控地带、保护界桩建立等工作量将大大减少，该系统可以准确确定和记录文物、标志和界桩的正确位置，还可以对文物及动植物进行动态监测及变化趋势进行预测[4]。对于解决我国各自然保护区普遍存在的资金不足，人员匮乏的问题具有重要作用。

3 工作原理及性能分析

3.1 实现珍稀动植物资源的查询、统计、分析、定位、浏览功能的工作原理

将北斗导航系统和RS技术以及GIS技术相结合，借助信息处理与分析以及数学方法，全面提升北斗导航系统的应用水平。

首先利用RS来观察自然保护区的土地利用现状、植被、土壤、地质等以便来获得土地利用现状、坡度、坡向、高程等基础数据（图2）。在此之后，把遥感数据按需要进行分类，再按照类型边界进行矢量化，进行开始勾绘图斑边界，最终直接应用矢量图形。在矢量图形上利用地理信息系统（GIS）的功能进行面积量算、统计、分析、制图。最后，对数据整理可将准确、高效的获取区域土地的高程、坡度、坡向、林地地面积及其群分布数据，以分类矢量化以后作为地理信息系统（GIS）的数据图层。整理数据在GIS软件的统一管理下，把各专题图层按地理坐标配准，形成自然保护区数据库。

在建立了自然保护区的数据库之后，则开始对保护区内的珍稀植物进行调查、取样、编号，并用北斗导航记录采样点的位置。将北斗导航系统测出采样点的位置、海拔高度及其所属种类信息导入到自然保护区的数据库当中，实现对该区珍稀植物资源的查询、定位、分析功能。

3.2 自然保护区作为旅游景区开发及资源利用，以及旅游导航和定位功能的工作原理

自然保护区北斗应用系统由管理平台、业务平台、通讯网络以及各移动终端组成。其中管理平台应建立人流量监控模块，车辆调配模块，管理人员监控模块以及应急救援模块（图3、图4）。

对于管理人员以及车辆可以统一配备移动终端，该终端具有接收北斗卫星信号能力，发送短信功能以及紧急情况下的报警功能，可以实时感知自身的位置信息，并且将这些信息及时反馈至管理平台，利于保护区实时调配管理。

同时基于目前智能手机终端已经普及开来，对于游客则可以通过CDMA、GSM、WIFI等通讯网络现场安装自然保护区导游软件。利用北斗卫星导航系统，实现对游客位置的动态获取，提供景区内路线规划、景点介绍等，并且通过提前提醒游客周边的危险区域，尽全力的减少游客误入危险区域的可能。同时内置求救功能，若突发危险，游客可在第一时间报警，管理平台能够及时准确获知游客遇险位置，降低反应时间。

3.3 自然保护区景区防灾及珍稀植物保护应用的可行性的工作原理

要实现对自然保护区的巡查，可利用自然保护区地理信息以及珍稀植物资源的数据库，结合北斗系统对灾害易发地区和珍稀植物进行重点巡查保护。利用管理人员的移动终端，及时跟踪其所在位置，以此避免出现不到达巡护点而编造数据的现象。到达巡护位置之后，将位置信息反馈至管理平台确认，同时可以通过北斗的短信功能汇报该点灾害发生和珍稀植物的状况，以便于及时了解并调整保护措施。在人工巡查的同时还可以利用卫星定位对地质灾害进行实时观测。在易发生滑坡、崩塌、崩岗等地质灾害易发地区设置卫星定位观测点，随时监控该点的位置移动情况，目前北斗定位精度可到1m，基本可以满足对诸如滑坡、崩塌等地质灾害的预判工作。

结合人工巡查和卫星定位两项工作，基本可以做到对自然保护区内的地质灾害点以及珍稀植物的监控保护工作。

4 创新点及应用

通过把北斗卫星导航系统与GIS、RS技术以及互联网等相结合，在自然保护区建立以上系统，把对保护区珍稀动植物的监测和保护、游客的引导、保护区的日常管理与应急救援、地质灾害预警等功能有机的结合起来，使自然保护区的运作更为高效，更好的发挥保护自然环境和生物群落的作用。

[1]陶克菲.绿剑斩浊流——监管国家级自然保护区[J].环境教育，2007（2）：24～27.

[2]章敏洁.旅游景区导游三维GIS设计与开发技术[D].南京：东南大学，2009.

[3]赵婷婷.基于GIS的城市消防应急信息系统的设计与实现[D].西安：长安大学，2010.

[4]周 吉.GPS技术在森林公园开发规划和管理中的应用[J].中国新技术新产品，2009（13）：1～2.