北斗卫星导航在湖北林业中的应用前景分析

2015-05-30袁传武郑京津孙亮黄光体

湖北林业科技 2015年1期

袁传武郑京津孙亮黄光体

摘要：本文介绍卫星导航在湖北林业中的应用现状，分析北斗卫星导航在湖北林业核心业务应用需求、营造林工程管理、生态环境建设、林业产业发展、林业灾害监控与应急管理、碳汇计量和林业信息化建设等方面的应用前景，指出北斗卫星导航应用将带动湖北北斗卫星的产业化，产生巨大的经济、生态和社会效益。

关键词：北斗卫星导航系统;应用前景;湖北林业

中图分类号：S757.2文献标识码：A文章编号：1004-3020（2015）01-0055-05

北斗卫星导航系统是我国自主研制的全球卫星导航系统。在测绘、电信、水利、交通运输、勘探和国家安全等行业领域得到广泛应用[1-10]。湖北林业资源丰富，每年造林、营林、护林任务艰巨，林业执法监管任务繁重，具有特殊的应用环境和工作状态，对卫星导航终端专用设备有较大的需求潜力。北斗卫星导航系统所具备的精度、集成度、成本、功耗等性能均可满足湖北林业的应用需求，在湖北生态林业、民生林业建设方面具有广阔的应用前景。

1卫星导航在湖北林业中的应用现状

湖北省卫星导航主要采用美国的全球卫星导航定位系统GPS，主要进行湖北森林资源连续清查（一类清查）、森林资源规划设计调查（二类调查）以及造林作业调查设计与伐区调查规划设计（三类调查）等，具体体现在森林资源监测、森林防火、野生动植物保护等3个方面。

1.1在森林资源调查应用方面

主要涉及林业样地监测、二类调查区划、小班调绘、荒界落界与测图、林业野外调查等。在2009年和2014年湖北省的一类清查中，通过确定样地中心桩实际位置，监测样地的初设与导航复位，导航复位率高。在林场界、林班界的二类调查区划中，精确定位林班界与林班桩。在小班调绘上，通过GPS并结合航片的勾绘，对照地形图，确定所处的小班位置，减少调查员工作量，提高调绘的准确性。在荒界线现地落界与测图中，避免由于现地与图上位置不符而造成的两荒界线纠纷。

1.2在森林防火应用方面

主要涉及火源、火场及扑火队伍的定位，火场与指挥中心的通讯，掌握一线人员的动态位置等。在湖北省森林防火扑救指挥中，采用GPS设备对火源、火场进行精确定位，同时为参加林火扑救的队伍进行精确的定位导航，保证在林火发生时能使得扑救队伍能够选择最佳路径在最短时间内抵达火场并实施扑救;此外，为扑救队员与森林防火指挥中心之间提供有效的通信手段，保證指挥中心下达的各种指挥调度信息能够准确及时地传达到各级扑救指战员，同时使得扑救一线的火场火势以及其他信息能够及时有效地上报到指挥中心，为指挥人员进行科学合理地决策提供准确的信息。在森林防火的日常巡护巡查过程中，采用GPS定位和通信手段，保持流动巡护人员及时准确到位，并与指挥中心保持流畅的通信联络以及时传递巡查过程中发现的各种有效信息。

1.3在野生动植物保护应用方面

主要涉及植被类型调查、野生珍稀动物的调查研究、生物多样性分析与评价应用研究等。在湖北省植被类型调查中，结合GIS、RS技术进行森林的分类、植被变化、林地的生态调查、植被类型的分类等研究。同时利用3S技术，分析植被覆盖率和植被指数的关系，得出植被覆盖率，提高GPS技术在植被分布调查与研究中的定量化发展。在野生珍稀动物的调查研究中，利用遥感大范围、全天候的动态监测特点和GPS的实时导航、准确定位功能，结合实地调查进行野生珍稀动物生境及其栖息地状况（包括地形、土壤、拓扑关系、水源供给、植被覆盖特征、人类活动影响等因素）的研究与分析，利用数据层的生成、栖息地描述、分布预测，建立栖息地模型等，实现对研究区域野生珍稀动物的生物多样性信息的实时调查。在生物多样性分析与评价中的应用中，利用RS、GPS提供的多层次、多时相的动态监测功能获得数据，通过对TM 图像和GIS对原有生物多样性保护图和数据分析处理，进行相关数据的实时更新，给出生物多样性变化数据，建立分析模型，开展生物多样性分析与评价。

2北斗卫星导航在湖北林业中的应用前景

北斗卫星导航系统兼具导航定位和通讯功能，在湖北林业生态建设方面具有巨大的应用潜力。

2.1北斗导航终端在湖北林业核心业务应用需求方面

目前，湖北省林业应用的主要卫星导航产品为GPS，占有率达到95%左右，过于严重依赖国外技术与产品，难于自主制定应用发展，在林业卫星导航应用数量快速增加的同时，应用广度与深度也严重滞后，难于适应湖北林业大量业务对卫星导航技术的迫切应用要求。湖北林业资源分布广、面积大，资源监测、管理和保护工作多在树冠浓密的林内或偏远地区开展，尤其在峡谷地带、林冠层厚度较大或郁闭度0.8以上的林下，GPS卫星导航定位信号较易受到影响，需要大量卫星导航技术和设备支持，来提高湖北林业工作效率、监测精度和管理水平。北斗卫星导航系统具备的优点在湖北林业核心业务应用上将得到广泛的推广。据统计，未来几年，湖北省在森林资源调查、森林资源管护、森林防火监控和应急指挥、森林病虫害防治等业务方面对卫星导航设备的需求量约35 000台套。其中：在森林资源调查市场需求量约15 000台套，在森林资源管护市场需求量约12 000台套、森林防火监控和应急指挥市场需求量约5 000台套、森林病虫害防治市场需求量约2 500台套。

2.2北斗卫星导航在湖北营造林工程管理方面

当前，湖北省正在实施“绿满荆楚行动”，计划用3年时间，实现全省宜林地、无立木林地、通道绿化地、村庄绿化地应绿尽绿，新增有林地面积56.84万hm2以上，森林覆盖率达到40.5%，森林蓄积量达到3.2亿m3，林地保有量达到860.67万hm2，提升生态承载能力和生态产品供给能力，初步形成结构分布合理、林分系统稳定的六大森林生态安全体系[11]。为加强造林工程的科学管理，利用北斗卫星导航技术，结合GIS、移动网络、物联网等先进技术，建立一套覆盖省、市、县三级的湖北营造林工程管理系统，实现重点营造林工程的规划、计划、作业设计、进度控制、检查验收和统计上报等各环节的一体化监管，及时掌握营造林建设现状和发展动态，从根本上解决“林子造在哪里”的问题，实现营造林工程综合信息网上查询和发布，为营造林工程小班地理位置核查、营造林工程质量核查、营造林成果分析及决策提供依据，真正实现对重点人工造林、退耕还林（还草）等林业工程的科学管理。

2.3北斗卫星导航在湖北生态环境保护方面

生态环境保护涉及到湖北森林资源、湿地资源、石漠化、生物多样性、林業生态综合监测、林业灾害监测和林业政务管理等具体内容。利用北斗卫星导航技术、大数据、云计算、物联网、移动互联网等新一代计算机技术，以湖北林业基础信息资源为核心，以湖北林业资源监管、林业灾害监控与应急管理等业务应用为重点，建成覆盖湖北林业主体业务的、贯穿上下的信息化体系规范、科学网络化的生态环境保护信息化工程，全面提高林业支撑国家宏观决策、协同其他业务部门、服务社会和林农的基本能力，有效地保护和管理湖北生态环境资源，逐步形成具有湖北省特色的现代林业管理创新体系。

当前，生态系统服务价值愈来愈受到人们的重视，其研究提高公众认知森林的生态地位，促使将环境成本纳入国民经济核算体系。森林生态服务价值也是发布森林资源清查结果新增的亮点，生态价值的定位监测和生态效益的分析评价成为评估的重要手段。利用北斗导航技术，对湖北省典型森林、湿地和荒漠生态系统的主要环境因子和生物群落及其生态过程进行长期连续定位观测，并结合资源清查结果，依据相关技术规范和标准，评估湖北省生态系统服务功能。同时，围绕湖北省林业生态工程实施情况，开展林业生态工程效益的定点监测与评价，正确科学评估湖北林业生态建设成效。

2.4北斗卫星导航在湖北林业产业发展方面

近几年来，湖北林业产业的快速发展，导致传统林区可采资源趋于枯竭，木材供需矛盾日益尖锐，资源短缺已成为湖北省林业产业发展的瓶颈。为提高湖北省林业产业发展预测、预警能力，做好重点林产品的监测分析、林业行业重点企业、市场的动态监控、林产品市场产销存预警、预报等工作，利用北斗卫星导航的精确定位技术，建立全省林业产业基础数据库，规范产业基础信息采集和应用，建立公平、透明、开放的林业产业信息交流平台，提供丰富的网站交互功能，为林农、林产品供应商、林产品销售商等提供林产品流通相关信息服务。建立林产品市场信息连通机制，为形成区域林产品流通市场，实现交易集约化和市场规模化，保证市场高度的透明性和公平性提供信息服务，全面掌握全省林业产业发展的新情况和新动态，为湖北林业产业化管理提供信息支撑服务。

2.5北斗卫星导航在林业灾害监控与应急管理方面

利用航空遥感无人机、视频监控设备、移动智能终端、卫星导航技术等手段，进行湖北灾害监测、预警预报、应急处理、损失评估和灾后重建等研究，是今后湖北省开展林业灾害监控与应急工作的趋势。在应急防火方面，应用北斗卫星导航及相关技术，在全省各级公共基础数据库、林业基础数据库和防火数据库的支持下，建立集森林火险预警预报、森林火灾监测、扑火指挥和损失评估等功能为一体的湖北林业森林防火监测管理平台，实现湖北森林防火信息上报和指令下达。在有害生物防治方面，基于GIS技术和北斗卫星导航定位监测技术，建立湖北省林业有害生物管理平台，综合管理全省各级林业有害生物，包括林业有害生物调查、监测预报与预警、预防与除治、灾害监测与评估、检疫及追溯信息等，实时监测与评估全省林业有害生物的整体发生发展情况，形成全省突发林业有害生物应急管理和应急指挥体系。在野生动物疫源疫病监测方面，利用北斗卫星导航技术对湖北野生动物疫源疫病进行严密定位监测，及时准确掌握野生动物疫源疫病发生及流行动态，实现市县监测站（点）的例行数据上报以及本区域范围内野生动物疫源疫病实时、有效、多尺度的定点监测。

2.6北斗卫星导航在湖北林业碳汇计量方面

湖北是国家7个碳排放权交易试点省市之一以及全国17个林业碳汇计量监测体系建设试点省市之一，也是全国首个在全省层面推广森林碳汇开发的试点区域。根据湖北碳排放权交易中心公布的数据，截至今年8月10日，湖北省碳配额累计成交量505万吨，累计成交额1.2亿元，分别占全国总量的43.5%和27.1%，居全国第一，湖北森林固碳总量和应对气候变化的能力得到显著增强[12]。然而，湖北独特的地理环境使得在大尺度计量与评价森林植被类型的碳储量变得十分迫切。利用北斗导航技术、地理信息技术和遥感技术，针对湖北林业碳汇管理的功能要求，分别建立碳汇计量分析模型库和碳汇监测计量空间数据库，分析林业各种经营管理活动、灾害、林地征占用引起的二氧化碳变化情况，提供林业碳汇现状、分布和变化数据。通过建立模型，估算森林植被类型的蓄积量，计算出森林碳汇量，同时，建设和完善长期的连续观测系统及区域监测网络系统，降低森林碳汇估算方法中的不确定性，为大尺度湖北林业碳汇估算提供合理的参数和数据分析基础。

2.7北斗卫星导航在湖北林业公共服务平台方面

目前，湖北省林业业务信息系统建设普遍存在目标单一、资源割据、共享困难、效能低下、重复建设等问题，导致林业信息化资源得不到充分、合理、有效地利用，一定程度地制约了林业信息化健康、协调、可持续发展。卫星导航技术在林业的广泛应用，需要统筹规划，建立综合平台，提供公共服务，共享各类信息资源，发挥北斗卫星导航对林业各项业务的支撑能力。北斗卫星导航技术的应用，一是需要与GIS、RS以及通讯技术等紧密结合，共同为林业业务信息化提供支撑，二是需要统一规划、综合考虑与业务系统建设的融合，才能更好的发挥卫星导航技术优势，提升业务管理水平。

为加强全省林业应用系统资源整合，促进资源数据大集中、网络共建共享和业务协同，为全省林业业务应用系统提供一体化的管理平台，根据湖北林业信息化建设基本情况，在全省林业专业网、数据中心基础上，建设湖北林业公共服务平台，为各业务应用系统提供一体化平台支撑。平台分为综合监控服务平台、数据管理与服务支撑平台以及GIS服务平台等3个平台。通过共享交换功能，实现全省各级林业部门和外部业务部门横向、纵向的信息资源共享服务。通过应用接口，可以快速构建林业业务应用系统。全省林业各部门可以基于北斗导航空间服务和GIS服务、林业基础服务进行专题应用建设。通过数据共享服务和业务应用集成，统一入口，统一用户管理，集中与整合信息资源、业务应用，实现林业信息资源的全方位共享服务。

3结论与讨论

3.1北斗卫星导航系统在湖北林业上具有广阔的应用前景

北斗卫星导航系统兼具导航定位和通讯功能，既能为为林业资源一、二类调查及专项调查、森林防火和应急指挥、林业工程建设监管和病虫害监测防治等林业核心业务方面提供实时准确的位置定位信息、范围信息和导航服务，又能实现应急救灾的人员调度、后勤保障、灾后的损失评估等功能，还能确保应急指挥系统所需大比例尺基础地理数据和高分辨率遥感影像数据、受害范围程度等关键信息传输安全。因此，北斗卫星导航在湖北林业核心业务应用、营造林工程管理、生态环境建设、林业产业发展、林业灾害监控与应急管理、碳汇计量和林业信息化建设等方面具有广阔的应用前景。

3.2北斗卫星导航示范应用将对湖北北斗卫星产业化产生巨大作用

北斗卫星导航的示范应用将带动湖北林业行业对北斗导航设备的需求，推动北斗卫星的产业化产生巨大作用。湖北省人民政府2013年12月印发了《湖北省北斗卫星导航应用产业发展规划（2014～2020年）》，提出要利用北斗导航技术、3S技术、自动识别技术、多媒体视频技术、物联网、移动互联网等建立感应层，结合林业基础地理信息数据库构建林业智慧感知体系，搭建林业智能巡检系统，全天候、立体化的实时监控林区状况，提高林区保护力度和利用程度。同时指出，发展北斗产业是湖北省产业结构调整和发展方式转变的主要路径。

因此，加强北斗卫星导航系统在林业上的示范应用，提高森林资源的监测、管理和保护水平，必将带动荒漠化监测、湿地资源监测、野生动植物监测、森林旅游、营造林管理、碳汇计量监测、林业产业、生态环境建设等领域的北斗卫星导航技术广泛应用，同时带动湖北林业行业对北斗导航设备的需求，推动北斗卫星的产业化产生巨大作用，为实施“五个湖北”战略、促进湖北北斗产业发展提供强大动力。

3.3北斗卫星导航系统将给湖北带来巨大的经济、生态和社会效益

北斗卫星导航系统将带动国产北斗导航及位置服务技术的推广应用，产生巨大的经济、生态和社会效益。首先，根据湖北省最新开展的森林资源二类调查成果，湖北省森林面积983.14万hm2。利用北斗导航设备和森林资源调查业务系统成果，以每公顷节约人力成本20元钱计算，一次确权工作将节省费用1.96亿元。在森林管护工作中，利用北斗导航通信集成设备和业务系统成果，及时发现火灾或滥砍滥伐行政案件，能够及时处理，将每年节约资金至少在2 000万元左右。在森林防火方面，利用北斗森林防火设备和业务系统，能有效指挥森林火灾扑救，实现“打早、打小、打了”的目标，较少人员伤亡和财产损失，每年可减少森林火灾损失约5 000万元。因此，北斗卫星导航系统有利于带动国产北斗导航及位置服务技术的推广应用，逐步替代国外卫星导航及位置服务，从而节约大量购置国外技术和设备的费用，同时带动国产北斗卫星产业链的发展，从而产生极大经济效益。

其次，利用北斗卫星导航技术，可以为湖北森林资源调查、森林管护、森林防火提供有效的通信手段，提高工作规范程度和效率，提升森林火灾、病虫害等灾害的发现和控制能力，提升湖北森林资源管护水平。同时，还可以形成基于国产北斗卫星导航技术的位置服务技术和产品及典型示范，为国产卫星技术在湖北林业和其他行业应用树立成功典范，带动湖北产业发展的同时，减低对国外卫星导航技术的依赖程度，保障国家安全。

第三，通过利用北斗卫星导航技术，可以提升森林资源管理和保护水平，为湖北各级林业主管部门提供决策信息，有助于湖北林业部门更好、更科学地进行林业资源的管理开发

与保护，构建稳定的生态系统，促进人与自然的和谐，创建和谐社会环境，进一步彰显出林业在“五个湖北”建设中的重要地位和作用。

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