北斗系统在林业和草原行业应用及思考

文 | 刘鹏举

中国林业科学研究院资源信息研究所

一、引言

林业和草原行业是生态文明建设的主体，在2018年的国务院机构改革中，国家林业和草原局正式组建，形成了对森林、草原、湿地、荒漠等自然生态系统和陆生野生动植物资源进行统一监管和系统治理，对国家公园等各类自然保护地进行统一管理的新格局。目前，全国拥有林地、草地、湿地、沙地等自然生态系统面积超过100亿亩，各类自然保护地达1.18万处，占国土面积70%以上，还有丰富的野生动植物资源，这些自然资源是我国重要的生态资源，是保障国家绿色发展的战略资源，在维护国家生态安全、促进经济社会发展等方面发挥着不可替代的作用。

按照党中央、国务院的系列决策部署，着力构建系统完备、科学规范、运行有效的林草制度体系，全面提升系统治理、依法治理、综合治理、源头治理的能力，为林草事业现代化建设提供坚实保障，更好地推动生态文明和美丽中国建设。为促进林草行业高质量发展战略，2020年3月，国家林业和草原局发布了《国家林业和草原局关于在林业草原行业推广北斗卫星导航系统应用的意见》（简称《意见》）。《意见》中指出，在林业草原行业推动北斗系统应用，是落实国家安全战略和促进经济社会发展的重要举措，是新时期推进林草行业高质量发展和现代化建设的迫切需要。到2022年，建成林草北斗系统应用综合服务平台，形成标准化、规模化、产业化的林草北斗系统应用技术支撑体系；到2025年，实现林草重点领域北斗系统应用全覆盖，推进林草行业北斗系统应用规模和管理水平大幅提升。

本文介绍了北斗卫星导航系统在林草行业的应用现状及存在的问题，指出林草行业有望实现北斗应用全覆盖，并为林草行业提升系统治理、依法治理、综合治理、源头治理提供更高精度、更为可靠、更加多样的服务和保障。

二、北斗卫星导航系统在林业和草原行业的应用现状

卫星导航系统作为林业和草原管理的基本工具得到广泛应用，尤其在我国林业工程的测绘、资源调查、林业灾害监测与应急处理等工作中发挥了非常重要的作用。近年来以GPS为代表的卫星导航技术在林业和草原业务中应用广泛，并且发展迅速，用户量已达到10万以上。林业当中涉及到导航功能的业务主要有野外调查、勘界测量、野外巡护、动物跟踪、机载导航、火情跟踪监测和林产品跟踪等。

2015年国家林业局实施了“北斗卫星导航在林业中的示范应用工程项目”，针对林业需求，在广西、湖北、新疆三个省（自治区）示范区开展了森林资源调查、森林管护、森林防火监控和应急指挥、森林病虫害防治等方面的应用。2017年国家林业局批准实施“林业生态建设与保护北斗示范应用系统工程建设项目”，在全国10个示范省（自治区）开展森林资源监管、森林防火监控与应急指挥和野生动植物保护三大业务，涉及林业手持巡护型终端、林业手持智能型终端、林业勘界测量型终端、林业车载型终端、林业应急指挥型终端和北斗林业RD通信终端六类终端。通过该项目的建设，建立了基于云平台架构的北斗林业和草原应用体系，为进一步应用推广与业务扩展奠定了基础（图1）。

图1 林业北斗示范应用通信链路图

根据林业各种业务的需求不同，业务应用中采取对北斗定位导航、北斗短报文通信以及移动互联网等多种技术进行组合的方式，以实现北斗卫星导航技术在林业应用中的多种应用模式。第一种模式为林业调查类应用，这类应用主要是使用北斗导航定位，采集数据无需通过实时回传，保存本地即可。此类应用包括林业资源调查监测、有害生物调查、野生动植物等专项调查等。在一些要求更为严格的业务中，如一类、二类、三类森林资源调查，以及森林资源更新调查，其数据需要与互联网隔离，这类业务系统更需采用此种方式。第二类为基于移动通信的巡护类应用，这类应用需要将野外采集的数据实时回传，并记录轨迹，如森林资源管护、自然保护区巡护。森林资源管护是林业生产中的重要一环，野外巡护移动端获取终端经纬度数据，实现巡护监控和基于位置的数据采集，并通过移动互联网实时将数据回传给数据中心，系统按照优先级进行处理，如火警会第一时间发送给森林防火指挥中心服务平台，其他数据接收存贮后进行统计分析与展示。第三类为应急指挥类应用，对数据的实时性要求严格。这类应用主要用于突发事件的处置与救援，特别是森林火警、森林火灾扑救、森林旅游中的伤员救治等。由于这类应用的特殊性，需要在地面移动互联网通信状况不好，或者无网的情况下，也要与相隔很远的指挥中心进行通信，所以采用北斗短报文通信的功能，可以实现在地面无移动互联网通信情况下的实时通信，将现场采集的数据回传或者发送扑救指令。以上三种应用模式在林业生态建设与保护北斗应用示范系统中均已实现（图2）。第一种模式的示范应用为林地年度更新应用，第二种模式的示范应用为自然保护区巡护与林政执法应用，第三种模式为森林火灾扑救与应急指挥应用。

图2 林业生态建设与保护北斗示范应用系统

三、北斗卫星导航在林业和草原应用中存在的问题与思考

北斗双模导航在我国林业中的应用具有极大潜力，在上述三种应用模式中都能满足业务需求。特别是北斗短报文应用，相对于GPS弥补了在地面无移动互联网通信的缺陷，使救援等突发事件能得到及时处置，拓展了应用范围。尽管北斗卫星导航在林业中的应用能方便实现，但仍然有许多问题需要解决。

1）进一步提高北斗终端的接收能力和容错能力，即在应用系统层面上，通过软件的过滤等功能，剔除无效数据，以提高定位精度。

2）林业和草原行业卫星导航应用仍然面临应用分散、不成规模、没有统一的用户管理维护、缺少北斗卫星导航系统在林业和草原应用的标准规范的问题。

3）林业各业务对导航定位技术的应用模式与要求各异，各业务之间相对独立又彼此存在一定的关联性，存在大量重复购置。

4）业务系统彼此独立，大量公共、基础信息难于共享。

5）各类测量设备之间以及业务流程涉及业务协同时，信息互动效率低。

针对北斗卫星导航在林业和草原应用中存在的问题，提出以下几点思考。

1.统筹规划

国家林业和草原局已经成立北斗卫星林业草原应用领导小组，全面负责林业草原行业北斗系统应用的推广、建设、协调和管理工作。主持开展林业草原行业北斗系统应用顶层设计，加快编制林业草原北斗系统应用建设方案，切实增强应用建设方案的科学性、实用性和前瞻性。通过加强行业统筹，形成指导业务系统建设、信息资源整合、应用安全和运维体系建设的技术指南。

2.制定标准

针对林业和草原行业卫星导航应用缺少标准的问题，国家林业和草原局已经加强林业草原北斗系统应用相关标准制修订工作，制定了《林业草原北斗综合服务平台建设标准》，《北斗林业终端-平台数据传输协议》《北斗林业巡护业务APP接口》等标准研制工作已经立项。同时随着林业北斗示范项目的完成，服务平台建设、终端技术、应用数据交换和信息服务标准将逐步形成，建立行业北斗系统应用标准体系，指导北斗卫星导航系统在全行业的推广应用。

3.建立一体化北斗服务体系

传统林业卫星导航应用缺少整体规划，部门间业务缺少沟通问题比较突出，导致重复建设与低效建设。通过升级完善现有林业草原北斗服务平台，整合其他平台和业务系统，建立由国家、省、市、县等多级用户构成的一体化北斗服务体系，开发北斗导航、定位、通信和数据分析服务功能，实现各层级信息资源的纵向联通及各部门数据资源的共享集成，形成有效的运行与服务机制，为林业草原行业业务系统、公众用户提供高效的北斗系统导航信息服务，从而解决林业和草原行业“信息孤岛”的弊端，为大数据时代公共管理问题提供支撑，实现政府理念的创新、政府职能的转变、政府流程的再造。

4.技术融合，协同发展

林业和草原各业务部门应用分散，导致目前林业卫星导航应用数量快速增加的同时应用广度与深度滞后，难于适应林业大量业务对卫星导航技术的迫切应用要求。通过充分利用北斗系统的位置服务信息，与现有林业草原行业中成熟应用的遥感、地理信息技术等深度融合，鼓励多种技术的集成创新，培育新型应用技术体系，拓展应用服务模式，促进各种技术协同发展，共同服务林业草原业务应用。

通过与其他行业合作，利用其他行业已有的基准站、参考站等设施，提高北斗系统在林业草原行业的应用精度。针对部分地区偏僻和信息传输不畅等状况，借鉴其他行业成熟的北斗应用经验，共同开发关键技术，提高林业草原行业定位导航数据的连续性和准确性。建立行业内各领域基于北斗系统的位置数据共享机制，打破各部门间的数据隔阂，促进生态保护修复、林业草原改革发展等各项工作对位置数据的共建共用。

四、结语

随着《国家林业和草原局关于在林业草原行业推广北斗卫星导航系统应用的意见》的发布和北斗林业示范系统建设的实施，未来不仅需要深化北斗系统在森林资源监测、管护、防火、病虫害防治、公益林管理、重大生态工程监测中的全面应用，还可推广到整个林业与草原生态系统的监管、保护及开发利用，包括草原、湿地、荒漠、陆生野生动植物、自然保护地监测和管理中的应用，实现生态环境的高效监管与保护。