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1、基于北斗的林业应用系统解决方案 / 目 录1.系统概述12.国外研究发展现状与趋势22.1北斗卫星导航技术与应用现状22.2林业信息化的发展现状32.3导航终端在林业的应用43.系统建设目标与容53.1系统建设目标53.2建设原则53.3建设容64.系统总体设计74.1系统主要功能74.2系统组成74.3系统总体结构84.4系统工作流程95.分系统设计95.1北斗林业应用终端分系统95.2数据存储与管理分系统145.3智能监控调度与管理分系统161. 系统概述地区以牧草地和林地面积最大，近年来，随着“精准林业”研究的不断深入，卫星导航定位技术在其中的应用领域不断扩展，同时对于定位的精度要求也不
2、断提高，简单的单机定位已经不能满足现实工作的需要。北斗多模导航系统可以同时接收北斗二代、GLONASS、GPS等导航卫星信号，实现多系统联合导航定位、测速、定时功能，将比GPS有更高的定位精度和更好的完整性状态。北斗多模卫星导航定位技术的出现与不断发展，使其在森林资源调查、造林决策、森林防火等方面的应用更加深入广泛。将北斗多模卫星导航定位这一先进技术应用在林业工作中，能够快速、高效、准确地提供点、线、面要素的精密坐标，完成森林调查与管理中各种境界线的勘测与放样落界，成为森林资源调查与动态监测的有力工具。多模卫星导航定位技术在确定林区面积，估算木材量，计算可采伐木材面积，确定原始森林、道路位置，
3、对森林火灾周边测量，寻找水源和测定地区界线等方面可以发挥其独特的重要的作用。北斗多模卫星导航定位技术能够为森林提供基础控制网，通过优化布网设计，改进观测方法、提高精度标准，以建立林区具有足够精度和密度的基础控制网，为建立林区北斗多模卫星导航基准站、林业测量提供已知数据。通过引入卫星导航定位增强系统，对多模卫星导航定位网格技术，多模卫星导航精密单点定位技术，多模卫星导航定位网络RTK技术等研究，可以使多模卫星导航定位技术用于面积的实时监测和土方量的测算。另外，把北斗多模导航技术应用到林业信息化中，进行面向林业的北斗多模导航终端的研制将突破终端集成技术，将促进北斗系统的大规模产业化推广应用，带动芯
4、片、设备、终端、软件集成等一系列高新技术产业的发展，对推动我国经济结构的战略性调整，加快转变经济发展方式具有重要意义。2. 国外研究发展现状与趋势2.1北斗卫星导航技术与应用现状北斗卫星导航系统Beidou（COMPASS）Navigation-SatelliteSystem是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航定位系统，是我国重要的空间基础设施。系统旨在建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。对改变我国在全球定位领域受制于人的局面，
5、加速我国国防和国民经济建设，保障国家安全、和平发展，提升我国的国际地位具有重大意义。在党中央、国务院和军委领导的高度重视下，我国的北斗卫星导航系统建设稳步推进，目前已覆盖我国全境与亚太地区，2011年12月27日起，开始向我国与亚太地区提供连续无源定位、导航、授时等试运行服务，具备了向我国国防、公安、交通、能源、海洋、环保、减灾等关系国家安全和社会经济发展的重点领域提供服务的能力。系统服务包括开放、授权两种方式，开放服务是向用户免费提供定位、测速和授时服务。授权服务是为用户提供高精度、高可靠性的定位、测速、授时和通信服务。2012年12月27日起，北斗系统在继续保留北斗卫星导航试验系统有源定位
6、、双向授时和短报文通信服务基础上，向亚太地区正式提供连续无源定位、导航、授时等服务。我国政府高度重视北斗卫星导航系统的应用与推广工作，先后制定了中华人民国国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要、国家中长期科学和技术发展规划纲要(20062020年)、高技术产业发展“十一五”规划、航天发展“十一五”规划以与关于促进卫星应用产业发展的若干意见等文件，明确提出：“对于涉与国家经济、公共安全的重要行业领域须逐步过渡到采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统的服务体制，鼓励其它行业和领域采用北斗卫星导航兼容其它卫星导航系统的服务体制。”目前，卫星导航已作为新兴产业列入中华人民国国民经济和社会发展第十二个五年
7、规划纲要，政策支持力度不断加大，这必将推进空间基础设施建设,促进卫星与其应用产业发展,未来卫星产业有望获得更多的政策支持,带动整个行业的大发展。在中央的统一协调下，国家正在大力优化整合军地资源，加快推进北斗卫星应用产业化，构建具有中国特色、与国际接轨的北斗卫星导航应用体系。在国防领域，军交运输部，正在开展基于北斗军用车辆调度指挥与安全监控系统的建设工作，利用自主的北斗卫星导航系统，实时调度指挥军用车辆，实现一体化作战指挥和动态监管，有效提升作战指挥和后勤保障能力。在交通运输领域，交通部已经完成重点运输过程监控管理服务示系统工程的立项并开始示工程建设，主要实现对“两客一危”运输车辆的监管。在气象
8、探测领域，中国气象局已经完成了基于北斗导航卫星的大气海洋和空间监测预警应用示工程的立项。利用自主北斗卫星导航系统，开展基于新型观测手段和灾害预警能力建设，提高天气预报、灾害预警能力。2.2林业信息化的发展现状森林资源具有生态、经济和社会多重效益。林业现代化要走可持续的生态林业之路，如何高效率地利用地球上极为有限的宝贵森林资源，“在最小的资源投入和环境危害的条件下创造最大的产出”已经成为全人类必须面对的、迫切需要解决的重大课题。在这种深远历史背景的推动下，美国等发达国家继低投入可持续林业(LISF)以后，为适应信息化社会发展要求对林业发展提出了“精准林业”这一新的课题。所谓精准林业（Precis
9、ionForestry），是指尽可能的采用高新科学技术（如林木遗传工程、以全球卫星导航定位技术为代表的“3S”技术、数字通讯、林业机械自动化、传感器技术建立森林土壤分析类型、林地适应性评价、立地类型与立地条件分析、森林生态环境模拟、林木育种、施肥、生长监测病虫火害防治与森林收获等）建立一体化、智能化、数字化的现代林业技术体系。进而使森林最大限度的发挥生态、经济、社会效益、实现森林可持续经营和区域可持续发展。精准林业的核心是森林的生长实现精准的计测和监测。其技术核心是利用RS、GIS、GNSS、ES、BEIDOU建立林地管理、营林区管理、林班管理、小班管理、土壤数据、小班坡向、坡度、坡位、自然条
10、件、立地分析、造林模式决策支持、森林光谱数据、病虫害信息、森林生长与空间结构信息系统，研究森林生长的空间结构性和空间差异性，采取优化的森林空间结构调整理论和方法处方消除和减少这些差异，实现森林的健康和可持续经营。2.3导航终端在林业的应用目前，全球卫星导航定位技术在林业上的研究还集中在GPS系统上。美国从20世纪80年代起就开始发展GPS，其技术现在已经十分成熟，并且应用极为广泛，全球95%以上的卫星定位用户使用该系统。由于GPS技术具有实时、动态、自动、全天候确定空间三维位置与运行速率的功能，因而在森林资源调查监测、导航、定位、地图数据更新、森林面积精准监测、飞播造林、森林病虫害监测、林火监
11、测、林界划分、资源管理等方面可以发挥重要作用。我国林地多处山区，由于山地地形、林冠、树干等干扰因子的影响，使GPS在森林中的定位研究受到很大的局限性：定位时间延长、定位精度降低，定位结果可信度差，某些情况下会出现定位失灵。为此，国外学者广泛开展了GPS用于林区、山区的定位实验研究。近年来我国学者对山区、林冠下的GPS进行了系列研究，如手持式GPS用于森林固定样地定位，学者进行的实验林3S集成研究。美国学者对林冠、测程、地形、复测次数影响GPS定位精度的研究，日本学者对于GPS用于森林监测的研究，加拿大学者对土地面积应用差分GPS配合气压计的测量研究。这些研究均建立在单机定位或事后处理基础上，几
12、乎所有研究都局限在林冠下的重复实验中，对于机理问题、误差模型的分离研究未见实质性进展。国学者也广泛从事实时差分GPS研究。1997年开始研究林冠、山地与其它森林环境对GPS卫星信号和电台信号的影响研究，提出了地形对GPS的影响主要表现是可见卫星减少，导致不能定位或者定位精度降低的思路，建立了相应的精化数学模型；提出林冠对GPS的影响主要表现在多路径效应和GPS卫星信号弱化和失真，并建立了相应的精化数学模型（仲科等，19992003）。但是在林区某些条件下RTD技术难以实现，会因树干、叶、枝影响载波相位而使整周模糊度失锁，导致整个定位系统失灵。有学者曾进行过GPS+GLONASS双星系统实现林区
13、定位的相关研究。目前，国外将多模卫星导航定位技术和多模卫星定位连续运行服务系统应用到林业领域的相关研究还很少见。3. 系统建设目标与容3.1系统建设目标系统将面向林业行业应用提供北斗终端、系统整体解决方案，开发终端智能监控调度与管理平台软件，设计开发适合林业行业特点的北斗终端，通过系统建设，具备对林业资源调查与监测、古树名木管理、森林防火等应用的实时监控和动态评价分析能力，以与对突发性林业事件的应急响应和协调指挥能力。3.2建设原则1、开放性和标准化原则在总体设计中应用开放式、模块化设计体系，使网络结构简单集中，有适应外界环境变化的能力，易于调整、扩充和组合，最大限度满足业务要求。同时，尽可能
14、采用行业或国家相关标准，或基于相关标准的基础之上进行扩充，使其一方面符合相关标准，同时又针对具体业务和管理要求具备一定的灵活性。要使系统的硬件终端系统、通讯系统、软件系统、操作平台之间的相互依赖减至最小。保证网络的互联、互通和综合业务应用。2、可靠性和安全性原则安全可靠的运行是整个系统建设的基础。数据传输和联网技术方案的设计，要充分考虑到数据传输的可靠性、可逆性和可跟踪性，确保数据传输和通讯稳定可靠；同时，在数据传输和通信过程中，采用严格的安全鉴权机制和数据校验机制，保证数据和通讯的安全，避免非法入侵，确保系统数据的准确性、数据传输的正确性。监控中心平台要求系统要有较高的安全性，要具备容错、备
15、份、自诊断与灾难恢复设计，便于快速判断故障点并排除。要配置严密的数据安全体系，避免非法入侵，确保系统数据的准确性、数据传输的正确性，防止异常情况的发生。3、前瞻性和可扩充性原则在满足系统功能要求和相关技术规的前提下，要充分考虑到系统后期延续发展的需要，充分考虑对现有信息平台与资源的充分利用和对后期系统建设的需要，从网络结构、数据传输和通讯流程、数据存储和组织等方面尽可能采用少耦合的设计方法，保证系统的可扩充性。在满足实用性的基础上，技术起点要高，尽量选用先进的软硬件和网络技术与通信设施，同时要从经济性着眼，保护原有投资，整合系统资源，减少重复建设。3.3建设容系统针对林业信息化业务需求，研究北
16、斗导航通信系统在林业的应用，具体建设以下容：1)北斗林业应用终端设备建设北斗林业野外导航通信手持终端和监控中心北斗指挥终端，实现林业现场信息的采集、野外工作人员定位监控以与工作人员与监控中心的通信。2)北斗林业应用终端软件研制基于北斗多模导航技术、支持Android操作系统林业终端软件。软件集成定位与通讯技术、PDA技术和移动GIS于一体，开发位置显示、路径规划、地图匹配、报警、轨迹回放等常规导航功能模块。结合林业领域业务需求，实现野外数据采集空间定位信息的自动获取，与其他属性信息数据一体化存储关联，实现图形与属性信息的动态连接。通过开发与之相匹配的桌面后台智能监控调度与管理软件，方便的实现数据转换、处理、同步更新、全程监控与共享等任
