黃 穎 ，唐小明 ，黃水生 ，李惺穎

（1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所，北京 100091）

林業(yè)野外巡護(hù)采集信息北斗短報(bào)文編碼設(shè)計(jì)及應(yīng)用

黃 穎1，2，唐小明2，黃水生2，李惺穎2

（1.北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院，北京 100083；2.中國林業(yè)科學(xué)研究院資源信息研究所，北京 100091）

我國林業(yè)野外巡護(hù)范圍廣，涉及的業(yè)務(wù)多、規(guī)模大，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的短報(bào)文功能具有雙向通信能力，是解決林區(qū)常規(guī)通訊平臺存在的盲區(qū)多、信息無法有效實(shí)時(shí)傳輸?shù)葐栴}的有效手段?；诒倍范虉?bào)文的特點(diǎn)，本文根據(jù)林業(yè)野外巡護(hù)信息傳輸流程和巡護(hù)信息采集內(nèi)容的分析結(jié)果，設(shè)計(jì)適應(yīng)于北斗短報(bào)文要求且具有較強(qiáng)擴(kuò)展性的巡護(hù)信息編碼，并在此基礎(chǔ)上，將該編碼應(yīng)用于林業(yè)野外巡護(hù)管理系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)包括信息編碼解碼、短報(bào)文傳輸、通信模式自適應(yīng)和多媒體信息補(bǔ)發(fā)等功能，確保了北斗短報(bào)文在巡護(hù)終端和調(diào)度管理中心之間信息的及時(shí)傳遞。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)；北斗短報(bào)文；編碼；林業(yè)野外巡護(hù)；信息采集

林業(yè)野外巡護(hù)是巡護(hù)員在其管護(hù)責(zé)任區(qū)內(nèi)巡邏，發(fā)現(xiàn)、報(bào)告和追蹤林區(qū)內(nèi)發(fā)生的各種影響森林健康現(xiàn)象的一種有組織的活動(dòng)，具有涉及業(yè)務(wù)多（如護(hù)林防火、盜砍盜伐以及病蟲害等）、參與人員規(guī)模大（我國巡護(hù)員有約160萬人）等特點(diǎn)，是獲取和快速了解森林狀況、實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源監(jiān)管的主要途徑之一。林業(yè)野外巡護(hù)過程中，巡護(hù)員與調(diào)度管理中心之間需要建立通訊聯(lián)系以實(shí)現(xiàn)信息及時(shí)傳輸，因此林區(qū)內(nèi)通訊情況是林業(yè)野外巡護(hù)采集信息獲取和利用的關(guān)鍵[1]。我國林區(qū)通訊主要依靠移動(dòng)通信、超短波電臺等手段[2-4]，受到林區(qū)地域廣、地形地貌復(fù)雜多變等因素影響，存在大量通訊盲區(qū)[2,5]，在發(fā)現(xiàn)森林火情和違法行為等緊急事件時(shí)，無法有效實(shí)現(xiàn)信息的快速發(fā)送和接收。

北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)提供的北斗短報(bào)文功能[6-8]，具有我國區(qū)域全覆蓋、24小時(shí)全天候服務(wù)、傳送速度快、且不受地形條件和環(huán)境氣候影響等特點(diǎn)，可用于解決偏遠(yuǎn)林區(qū)存在通訊盲區(qū)的情況下巡護(hù)信息實(shí)時(shí)通訊問題[5,9-10]。目前，北斗短報(bào)文已在自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)傳輸、水情自動(dòng)測報(bào)系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸以及預(yù)警信息傳輸?shù)确矫娴玫綉?yīng)用[5,11-12]。由于北斗衛(wèi)星的資源有限，系統(tǒng)能容納的最大用戶數(shù)為540 000戶/小時(shí)，且單次最多只能傳輸120個(gè)漢字長度，（一般情況下，只能傳輸60個(gè)漢字長度）[13-15]。因此，如何利用有限的北斗短報(bào)文傳輸資源，承載盡可能豐富的林業(yè)野外巡護(hù)信息，是應(yīng)用北斗短報(bào)文實(shí)現(xiàn)林業(yè)野外巡護(hù)采集信息傳輸?shù)年P(guān)鍵問題。

本文在分析林業(yè)野外巡護(hù)信息傳輸流程和巡護(hù)信息采集與傳輸內(nèi)容的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)適應(yīng)于北斗短報(bào)文要求的巡護(hù)信息編碼格式，并在林業(yè)野外巡護(hù)管理系統(tǒng)中應(yīng)用該編碼實(shí)現(xiàn)北斗短報(bào)文在巡護(hù)終端和調(diào)度管理中心的信息傳遞。

1 林業(yè)野外巡護(hù)信息傳輸流程分析

在林業(yè)資源監(jiān)管體系中，林業(yè)野外巡護(hù)是直接作用于林業(yè)資源的基本環(huán)節(jié)，開展林業(yè)野外巡護(hù)的巡護(hù)員是整個(gè)體系的神經(jīng)末梢。為實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源監(jiān)管體系的順利運(yùn)轉(zhuǎn)，要求巡護(hù)員與林業(yè)野外巡護(hù)調(diào)度管理中心二者之間能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)信息互通和管理互動(dòng)。通常，巡護(hù)員通過巡護(hù)終端采集巡護(hù)信息并發(fā)送到調(diào)度管理中心，向各林業(yè)資源監(jiān)管部門提供林區(qū)的動(dòng)態(tài)信息，支持其快速響應(yīng)和科學(xué)決策；相應(yīng)地，調(diào)度管理中心也在必要時(shí)需要將巡護(hù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、巡護(hù)指令以及考勤命令等信息分發(fā)到相應(yīng)的林業(yè)野外巡護(hù)終端上，以隨時(shí)向巡護(hù)員下達(dá)指令、掌握巡護(hù)員動(dòng)態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)林業(yè)野外巡護(hù)調(diào)度、合理利用巡護(hù)資源、提高巡護(hù)工作效率。

林業(yè)野外巡護(hù)終端與調(diào)度管理中心之間的信息傳輸需要通過通訊平臺來實(shí)現(xiàn)。目前應(yīng)用于林業(yè)野外巡護(hù)的通訊平臺主要包括移動(dòng)通訊和超短波電臺等，這些通訊平臺的優(yōu)點(diǎn)是傳輸帶寬大，不僅能傳輸文字信息，還可傳輸各種多媒體信息，傳輸功耗低，缺點(diǎn)是通訊盲區(qū)大，特別在林區(qū)，許多信息無法及時(shí)傳輸。結(jié)合了北斗短報(bào)文通訊功能的林業(yè)野外巡護(hù)終端將可以彌補(bǔ)上述通訊手段存在的問題，為巡護(hù)終端提供24小時(shí)全天候、區(qū)域全覆蓋傳輸服務(wù)，但是也存在傳輸帶寬窄、單次傳輸能力有限、傳輸能耗大的問題?？梢詫⑦@幾種通訊平臺集成到巡護(hù)終端上，并在不同環(huán)境下選擇最優(yōu)的通訊手段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，充分發(fā)揮各自的優(yōu)勢，形成一個(gè)有機(jī)的整體（如圖1）。

圖1 林業(yè)野外巡護(hù)信息傳輸示意圖Fig.1 Diagram of information transmission in forestry patrol

在林業(yè)野外巡護(hù)采集信息傳輸過程中，考慮到北斗短報(bào)文通訊能力有限，尤其是短報(bào)文的長度一般不足60個(gè)漢字，且連續(xù)發(fā)送的間隔時(shí)間比較長等局限性，要解決盡可能將必要的野外巡護(hù)采集信息發(fā)送給調(diào)度管理中心的問題，首先必須設(shè)計(jì)可擴(kuò)展性好、適應(yīng)于林業(yè)野外巡護(hù)多種業(yè)務(wù)目標(biāo)需求的北斗短報(bào)文編碼；另外，還應(yīng)該探討在林業(yè)野外巡護(hù)管理系統(tǒng)中，開發(fā)設(shè)計(jì)采集信息的自適應(yīng)傳輸功能模塊，以實(shí)現(xiàn)各種通訊平臺的優(yōu)勢互補(bǔ)。

2 林業(yè)巡護(hù)采集信息內(nèi)容

林業(yè)野外巡護(hù)結(jié)合了多個(gè)林業(yè)業(yè)務(wù)目標(biāo)，巡護(hù)員在巡護(hù)過程中要擔(dān)負(fù)多項(xiàng)職責(zé)，包括及時(shí)發(fā)現(xiàn)森林火情、病蟲害、違法行為以及其他各種森林突發(fā)事件，因此巡護(hù)終端也應(yīng)該支持各類數(shù)據(jù)的采集與發(fā)送。巡護(hù)終端采集信息有以下幾方面：

（1）發(fā)送主體，即信息發(fā)送人，表明巡護(hù)信息采集、發(fā)送人的身份，巡護(hù)管理績效考核必不可少信息。

（2）信息類型或業(yè)務(wù)類型，表示巡護(hù)信息所屬的業(yè)務(wù)管理類型，目前包括資源林政、森林火災(zāi)、森林病蟲害、野生動(dòng)植物保護(hù)、天然林保護(hù)等，將來可以發(fā)展到造林營林、林下經(jīng)營、森林景觀等各種業(yè)務(wù)。

（3）發(fā)生事件，反映巡護(hù)中發(fā)現(xiàn)的自然、人類活動(dòng)情況，如資源林政巡護(hù)中，有毀林事件、偷砍盜伐、林地侵占、非法收購木材、無證運(yùn)輸木材等事件；森林防火巡護(hù)中有生產(chǎn)用火、墳地祭奠用火、林火、火燒跡地、可燃物隱患情況等事件。

（4）數(shù)量，如毀林的面積、盜伐蓄積等，視事件的類型不同而不一，反映的有可能是面積、蓄積、高度、體積、重量等度量。

（5）事件發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)。

（6）其它相關(guān)信息，如文字描述、照片、音頻、視頻等內(nèi)容。

以上內(nèi)容分為兩種：緊急信息和非緊急信息。緊急信息需要利用北斗短報(bào)文及時(shí)發(fā)送（故需要設(shè)計(jì)良好的編碼），其它信息利用地面移動(dòng)通信補(bǔ)充發(fā)送。

3 北斗短報(bào)文編碼與實(shí)例

北斗短報(bào)文數(shù)據(jù)傳輸格式包括指令、報(bào)文頭信息、電文內(nèi)容、校驗(yàn)和四個(gè)部分，如圖2（a）所示，其中電文內(nèi)容是林業(yè)巡護(hù)信息編碼可用部分，長度為120字節(jié)。根據(jù)巡護(hù)信息內(nèi)容分析，對短報(bào)文中的電文內(nèi)容進(jìn)行格式定義，如圖2（b）所示。

圖2 電文內(nèi)容格式定義Fig.2 The format def i nition of Beidou short message

為使短報(bào)文電文內(nèi)容能夠表達(dá)更多的信息，對巡護(hù)狀態(tài)、業(yè)務(wù)類型、事件類別、信息等級等信息進(jìn)行編碼如下：

（1）終端編號：北斗巡護(hù)終端的編號，此編號與管理中心存儲(chǔ)的信息發(fā)送人信息一一對應(yīng)，用6個(gè)字節(jié)表示。

（2）巡護(hù)狀態(tài)：考慮林區(qū)巡護(hù)環(huán)境復(fù)雜，有可能出現(xiàn)緊急情況，所以巡護(hù)狀態(tài)分為緊急狀態(tài)和正常狀態(tài)，用0.5字節(jié)表示。

（3）等待指示：標(biāo)識巡護(hù)員是否在事件發(fā)生地點(diǎn)等待指揮中心指示，用0.5字節(jié)表示。

（4）業(yè)務(wù)類型：標(biāo)識采集信息所屬業(yè)務(wù)類型，用1個(gè)字節(jié)表示，可表達(dá)99種業(yè)務(wù)類型。

（5）事件類別：標(biāo)識采集信息在所屬業(yè)務(wù)類型下的具體事件，用1.5個(gè)字節(jié)表示，每種業(yè)務(wù)類型可包含999種事件。

（6）度量：針對不同事件類別的定量描述，根據(jù)事件類別的不同可能是面積、個(gè)數(shù)、長度等，用5個(gè)字節(jié)表示，其中用第一個(gè)字節(jié)標(biāo)識單位。

（7）信息等級：標(biāo)識野外巡護(hù)采集信息的緊急程度，用0.5個(gè)字節(jié)表示。

（8）時(shí)間：標(biāo)識采集信息的具體時(shí)間。包括年、月、日、時(shí)、分、秒，分別使用一個(gè)字節(jié)表示，共6個(gè)字節(jié)。

（9）地點(diǎn)：標(biāo)識事件發(fā)生地點(diǎn)的經(jīng)緯度，分別采用范圍（0.5字節(jié)）、度（1.5字節(jié)）、分（1字節(jié)）、秒（1字節(jié)）、百分之一秒（1字節(jié)）進(jìn)行表示，共占10個(gè)字節(jié)。范圍指經(jīng)度范圍和緯度范圍，經(jīng)度范圍分為東經(jīng)和西經(jīng)，緯度范圍分為南緯和北緯。

（10）多媒體標(biāo)識：表示有照片、音頻、視頻類信息，用0.5字節(jié)表，具體的多媒體信息存放在北斗編碼之外，以備有條件時(shí)通過移動(dòng)通訊傳輸。

（11）文字信息：對事件的具體描述。

短報(bào)文電文內(nèi)容支持漢字、代碼（BCD碼）兩種傳輸方式?？紤]到BCD碼便于處理的特點(diǎn)，本文設(shè)計(jì)的短報(bào)文采用此方式進(jìn)行傳輸。以森林火災(zāi)類業(yè)務(wù)中上傳火情信息為例，信息編碼如下：

通過編碼，短報(bào)文中的25字節(jié)就可基本保證了林業(yè)巡護(hù)管理需要及時(shí)獲取的核心信息，并留有擴(kuò)充信息傳輸和信息擴(kuò)展的余地。

4 北斗短報(bào)文編碼應(yīng)用

各種業(yè)務(wù)類型（如森林防火、病蟲害、野生動(dòng)植物保護(hù)、資源林政等）的巡護(hù)信息根據(jù)圖2（b）所示的編碼格式,按照表1的方式進(jìn)行編碼，從而形成整個(gè)林業(yè)野外巡護(hù)的應(yīng)用編碼。

基于文獻(xiàn)[1,16]已建的林業(yè)野外巡護(hù)管理系統(tǒng)集成信息編碼解碼、短報(bào)文傳輸、通信傳輸自適應(yīng)和多媒體信息補(bǔ)發(fā)等功能（圖3虛線部分所示），以實(shí)現(xiàn)短報(bào)文編碼在林業(yè)野外巡護(hù)中的應(yīng)用。

表1 森林火災(zāi)類業(yè)務(wù)信息編碼示例Table 1 Code example of forest fire message

圖3 林業(yè)野外采集信息系統(tǒng)架構(gòu)圖Fig.3 Architecture diagram of forest information collection system

（1）信息編碼解碼。信息編碼是對短報(bào)文包含的終端編碼、巡護(hù)狀態(tài)、業(yè)務(wù)類型等信息按照第3節(jié)定義的字段長度進(jìn)行編碼，再按照先后順序組合成短報(bào)文編碼。信息解碼是編碼的逆過程。

（2）通信傳輸自適應(yīng)。通信傳輸自適應(yīng)是數(shù)據(jù)傳輸模塊根據(jù)所處林區(qū)的通訊狀況自動(dòng)選擇一種適合的通信方式將巡護(hù)信息發(fā)送至林業(yè)應(yīng)用管理中心。在巡護(hù)區(qū)域移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)或超短波通信網(wǎng)絡(luò)暢通的情況下，數(shù)據(jù)傳輸模塊選擇移動(dòng)通信或超短波通信將采集到的巡護(hù)信息傳送至林業(yè)管理中心；在巡護(hù)區(qū)域出現(xiàn)通訊盲區(qū)或通訊暫時(shí)中斷的情況下，數(shù)據(jù)傳輸模塊將通信網(wǎng)絡(luò)自動(dòng)切換至北斗短報(bào)文傳輸通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

（3）短報(bào)文傳輸。該功能模塊通過集成北斗短報(bào)文通信中間件實(shí)現(xiàn)移動(dòng)終端和北斗衛(wèi)星之間的信息傳輸。

（4）信息補(bǔ)發(fā)。照片、音頻、視頻等多媒體信息不使用短報(bào)文傳輸通道進(jìn)行傳輸，只在短報(bào)文信息中標(biāo)識，待移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)信號暢通以后再進(jìn)行多媒體信息補(bǔ)發(fā)。

系統(tǒng)通過試運(yùn)行，結(jié)果表明本文設(shè)計(jì)的短報(bào)文格式和編碼能夠同時(shí)適用于移動(dòng)通信和北斗短報(bào)文傳輸，實(shí)現(xiàn)兩種通信方式的無縫銜接。并且增加了信息的數(shù)據(jù)容量和信息承載能力，能夠滿足林業(yè)野外信息采集的需要。

5 結(jié)論與展望

本文結(jié)合林業(yè)野外巡護(hù)的管理需求，分析了林業(yè)野外巡護(hù)信息傳輸流程和巡護(hù)信息采集內(nèi)容,設(shè)計(jì)了滿足多種業(yè)務(wù)管理需要、擴(kuò)展性強(qiáng)的林業(yè)野外巡護(hù)北斗短報(bào)文編碼。該編碼中僅用25字節(jié)就能對終端編號、巡護(hù)狀態(tài)、業(yè)務(wù)類型、事件類別等林業(yè)巡護(hù)管理中需要及時(shí)獲取的核心信息進(jìn)行傳輸，有效的壓縮了短報(bào)文信息長度，擴(kuò)充了短報(bào)文信息載量。

基于已有的林業(yè)野外巡護(hù)管理系統(tǒng)集成信息編碼解碼、短報(bào)文傳輸、通信傳輸自適應(yīng)和多媒體信息補(bǔ)發(fā)等功能，實(shí)現(xiàn)了北斗短報(bào)文編碼在林業(yè)野外巡護(hù)中的應(yīng)用，為林業(yè)野外巡護(hù)業(yè)務(wù)信息及時(shí)傳輸提供了保障。有效彌補(bǔ)了林區(qū)現(xiàn)有移動(dòng)通信傳輸、超短波通信傳輸存在的缺陷，充分發(fā)揮各種通訊平臺的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)林業(yè)巡護(hù)綜合管理的時(shí)空覆蓋。

在今后的研究中，可以對短報(bào)文信息中的業(yè)務(wù)類型和事件類別進(jìn)行擴(kuò)展，使其能得以更加廣泛的應(yīng)用。

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BeiDou Short Message Encoding Design and Application for Collected Informationin Forestry Patrol

HUANG Ying1,2, TANG Xiao-ming2, HUANG Shui-sheng2, LI Xing-ying2
(1. School of Soil and Water Conservation, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China;2. Research Institute of Forest Resources and Information Techniques, Chinese Academy of Forestry, Beijing 100091, China)

Forestry patrol in China is characterized by large outside range, involving plenty of works and large scale. The short message provided by BeiDou satellite navigation system have two-way communication ability, which is an eff i cient solution to both the blind area transmission problem and real-time transmission problem that existed in conventional platforms of forestry communication. Considering the features of BeiDou short message, we designed an highly extensible coding information message that adapted to the BeiDou short message according to the processes of forestry patrol information transmission and the content of patrol information collection. And on this basis, the code was implemented in the forestry fi eld patrol management system, which includes information encoding and decoding function, short message transmission function, communication mode self-adaptive function and multimedia information retransmission function and so on. The whole system ensured timely and effectively transmission of the short message between the terminal device and the dispatching management center.

BeiDou short message;code design;forestry outside patrol

S778

A

1673-923X(2014)08-0106-05

2014-03-07

中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金“基于BD-2的林火撲救指揮關(guān)鍵技術(shù)研究”（IFRIT201102）

黃 穎（1989-），女，四川宜賓人，碩士研究生，主要研究方向：3S技術(shù)集成與開發(fā)

唐小明（1959-），男，湖南人，研究員。主要研究方向：森林資源信息管理；E-mail：tangxm@caf.ac.cn

[本文編校：吳 彬]