林业野外巡护采集信息北斗短报文编码设计及应用

黄 颖 ，唐小明 ，黄水生 ，李惺颖

（1.北京林业大学 水土保持学院，北京 100083；2.中国林业科学研究院资源信息研究所，北京 100091）

林业野外巡护采集信息北斗短报文编码设计及应用

黄 颖1，2，唐小明2，黄水生2，李惺颖2

（1.北京林业大学 水土保持学院，北京 100083；2.中国林业科学研究院资源信息研究所，北京 100091）

我国林业野外巡护范围广，涉及的业务多、规模大，北斗卫星导航系统提供的短报文功能具有双向通信能力，是解决林区常规通讯平台存在的盲区多、信息无法有效实时传输等问题的有效手段。基于北斗短报文的特点，本文根据林业野外巡护信息传输流程和巡护信息采集内容的分析结果，设计适应于北斗短报文要求且具有较强扩展性的巡护信息编码，并在此基础上，将该编码应用于林业野外巡护管理系统的开发实现。该系统包括信息编码解码、短报文传输、通信模式自适应和多媒体信息补发等功能，确保了北斗短报文在巡护终端和调度管理中心之间信息的及时传递。

北斗卫星导航系统；北斗短报文；编码；林业野外巡护；信息采集

林业野外巡护是巡护员在其管护责任区内巡逻，发现、报告和追踪林区内发生的各种影响森林健康现象的一种有组织的活动，具有涉及业务多（如护林防火、盗砍盗伐以及病虫害等）、参与人员规模大（我国巡护员有约160万人）等特点，是获取和快速了解森林状况、实现林业资源监管的主要途径之一。林业野外巡护过程中，巡护员与调度管理中心之间需要建立通讯联系以实现信息及时传输，因此林区内通讯情况是林业野外巡护采集信息获取和利用的关键[1]。我国林区通讯主要依靠移动通信、超短波电台等手段[2-4]，受到林区地域广、地形地貌复杂多变等因素影响，存在大量通讯盲区[2,5]，在发现森林火情和违法行为等紧急事件时，无法有效实现信息的快速发送和接收。

北斗卫星导航系统提供的北斗短报文功能[6-8]，具有我国区域全覆盖、24小时全天候服务、传送速度快、且不受地形条件和环境气候影响等特点，可用于解决偏远林区存在通讯盲区的情况下巡护信息实时通讯问题[5,9-10]。目前，北斗短报文已在自动气象站数据传输、水情自动测报系统数据传输以及预警信息传输等方面得到应用[5,11-12]。由于北斗卫星的资源有限，系统能容纳的最大用户数为540 000户/小时，且单次最多只能传输120个汉字长度，（一般情况下，只能传输60个汉字长度）[13-15]。因此，如何利用有限的北斗短报文传输资源，承载尽可能丰富的林业野外巡护信息，是应用北斗短报文实现林业野外巡护采集信息传输的关键问题。

本文在分析林业野外巡护信息传输流程和巡护信息采集与传输内容的基础上，设计适应于北斗短报文要求的巡护信息编码格式，并在林业野外巡护管理系统中应用该编码实现北斗短报文在巡护终端和调度管理中心的信息传递。

1 林业野外巡护信息传输流程分析

在林业资源监管体系中，林业野外巡护是直接作用于林业资源的基本环节，开展林业野外巡护的巡护员是整个体系的神经末梢。为实现林业资源监管体系的顺利运转，要求巡护员与林业野外巡护调度管理中心二者之间能够实现实时信息互通和管理互动。通常，巡护员通过巡护终端采集巡护信息并发送到调度管理中心，向各林业资源监管部门提供林区的动态信息，支持其快速响应和科学决策；相应地，调度管理中心也在必要时需要将巡护基础数据、巡护指令以及考勤命令等信息分发到相应的林业野外巡护终端上，以随时向巡护员下达指令、掌握巡护员动态，从而实现林业野外巡护调度、合理利用巡护资源、提高巡护工作效率。

林业野外巡护终端与调度管理中心之间的信息传输需要通过通讯平台来实现。目前应用于林业野外巡护的通讯平台主要包括移动通讯和超短波电台等，这些通讯平台的优点是传输带宽大，不仅能传输文字信息，还可传输各种多媒体信息，传输功耗低，缺点是通讯盲区大，特别在林区，许多信息无法及时传输。结合了北斗短报文通讯功能的林业野外巡护终端将可以弥补上述通讯手段存在的问题，为巡护终端提供24小时全天候、区域全覆盖传输服务，但是也存在传输带宽窄、单次传输能力有限、传输能耗大的问题。可以将这几种通讯平台集成到巡护终端上，并在不同环境下选择最优的通讯手段进行数据传输，充分发挥各自的优势，形成一个有机的整体（如图1）。

图1 林业野外巡护信息传输示意图Fig.1 Diagram of information transmission in forestry patrol

在林业野外巡护采集信息传输过程中，考虑到北斗短报文通讯能力有限，尤其是短报文的长度一般不足60个汉字，且连续发送的间隔时间比较长等局限性，要解决尽可能将必要的野外巡护采集信息发送给调度管理中心的问题，首先必须设计可扩展性好、适应于林业野外巡护多种业务目标需求的北斗短报文编码；另外，还应该探讨在林业野外巡护管理系统中，开发设计采集信息的自适应传输功能模块，以实现各种通讯平台的优势互补。

2 林业巡护采集信息内容

林业野外巡护结合了多个林业业务目标，巡护员在巡护过程中要担负多项职责，包括及时发现森林火情、病虫害、违法行为以及其他各种森林突发事件，因此巡护终端也应该支持各类数据的采集与发送。巡护终端采集信息有以下几方面：

（1）发送主体，即信息发送人，表明巡护信息采集、发送人的身份，巡护管理绩效考核必不可少信息。

（2）信息类型或业务类型，表示巡护信息所属的业务管理类型，目前包括资源林政、森林火灾、森林病虫害、野生动植物保护、天然林保护等，将来可以发展到造林营林、林下经营、森林景观等各种业务。

（3）发生事件，反映巡护中发现的自然、人类活动情况，如资源林政巡护中，有毁林事件、偷砍盗伐、林地侵占、非法收购木材、无证运输木材等事件；森林防火巡护中有生产用火、坟地祭奠用火、林火、火烧迹地、可燃物隐患情况等事件。

（4）数量，如毁林的面积、盗伐蓄积等，视事件的类型不同而不一，反映的有可能是面积、蓄积、高度、体积、重量等度量。

（5）事件发生的时间、地点。

（6）其它相关信息，如文字描述、照片、音频、视频等内容。

以上内容分为两种：紧急信息和非紧急信息。紧急信息需要利用北斗短报文及时发送（故需要设计良好的编码），其它信息利用地面移动通信补充发送。

3 北斗短报文编码与实例

北斗短报文数据传输格式包括指令、报文头信息、电文内容、校验和四个部分，如图2（a）所示，其中电文内容是林业巡护信息编码可用部分，长度为120字节。根据巡护信息内容分析，对短报文中的电文内容进行格式定义，如图2（b）所示。

图2 电文内容格式定义Fig.2 The format def i nition of Beidou short message

为使短报文电文内容能够表达更多的信息，对巡护状态、业务类型、事件类别、信息等级等信息进行编码如下：

（1）终端编号：北斗巡护终端的编号，此编号与管理中心存储的信息发送人信息一一对应，用6个字节表示。

（2）巡护状态：考虑林区巡护环境复杂，有可能出现紧急情况，所以巡护状态分为紧急状态和正常状态，用0.5字节表示。

（3）等待指示：标识巡护员是否在事件发生地点等待指挥中心指示，用0.5字节表示。

（4）业务类型：标识采集信息所属业务类型，用1个字节表示，可表达99种业务类型。

（5）事件类别：标识采集信息在所属业务类型下的具体事件，用1.5个字节表示，每种业务类型可包含999种事件。

（6）度量：针对不同事件类别的定量描述，根据事件类别的不同可能是面积、个数、长度等，用5个字节表示，其中用第一个字节标识单位。

（7）信息等级：标识野外巡护采集信息的紧急程度，用0.5个字节表示。

（8）时间：标识采集信息的具体时间。包括年、月、日、时、分、秒，分别使用一个字节表示，共6个字节。

（9）地点：标识事件发生地点的经纬度，分别采用范围（0.5字节）、度（1.5字节）、分（1字节）、秒（1字节）、百分之一秒（1字节）进行表示，共占10个字节。范围指经度范围和纬度范围，经度范围分为东经和西经，纬度范围分为南纬和北纬。

（10）多媒体标识：表示有照片、音频、视频类信息，用0.5字节表，具体的多媒体信息存放在北斗编码之外，以备有条件时通过移动通讯传输。

（11）文字信息：对事件的具体描述。

短报文电文内容支持汉字、代码（BCD码）两种传输方式。考虑到BCD码便于处理的特点，本文设计的短报文采用此方式进行传输。以森林火灾类业务中上传火情信息为例，信息编码如下：

通过编码，短报文中的25字节就可基本保证了林业巡护管理需要及时获取的核心信息，并留有扩充信息传输和信息扩展的余地。

4 北斗短报文编码应用

各种业务类型（如森林防火、病虫害、野生动植物保护、资源林政等）的巡护信息根据图2（b）所示的编码格式,按照表1的方式进行编码，从而形成整个林业野外巡护的应用编码。

基于文献[1,16]已建的林业野外巡护管理系统集成信息编码解码、短报文传输、通信传输自适应和多媒体信息补发等功能（图3虚线部分所示），以实现短报文编码在林业野外巡护中的应用。

表1 森林火灾类业务信息编码示例Table 1 Code example of forest fire message

图3 林业野外采集信息系统架构图Fig.3 Architecture diagram of forest information collection system

（1）信息编码解码。信息编码是对短报文包含的终端编码、巡护状态、业务类型等信息按照第3节定义的字段长度进行编码，再按照先后顺序组合成短报文编码。信息解码是编码的逆过程。

（2）通信传输自适应。通信传输自适应是数据传输模块根据所处林区的通讯状况自动选择一种适合的通信方式将巡护信息发送至林业应用管理中心。在巡护区域移动通信网络或超短波通信网络畅通的情况下，数据传输模块选择移动通信或超短波通信将采集到的巡护信息传送至林业管理中心；在巡护区域出现通讯盲区或通讯暂时中断的情况下，数据传输模块将通信网络自动切换至北斗短报文传输通道进行数据传输。

（3）短报文传输。该功能模块通过集成北斗短报文通信中间件实现移动终端和北斗卫星之间的信息传输。

（4）信息补发。照片、音频、视频等多媒体信息不使用短报文传输通道进行传输，只在短报文信息中标识，待移动通信网络信号畅通以后再进行多媒体信息补发。

系统通过试运行，结果表明本文设计的短报文格式和编码能够同时适用于移动通信和北斗短报文传输，实现两种通信方式的无缝衔接。并且增加了信息的数据容量和信息承载能力，能够满足林业野外信息采集的需要。

5 结论与展望

本文结合林业野外巡护的管理需求，分析了林业野外巡护信息传输流程和巡护信息采集内容,设计了满足多种业务管理需要、扩展性强的林业野外巡护北斗短报文编码。该编码中仅用25字节就能对终端编号、巡护状态、业务类型、事件类别等林业巡护管理中需要及时获取的核心信息进行传输，有效的压缩了短报文信息长度，扩充了短报文信息载量。

基于已有的林业野外巡护管理系统集成信息编码解码、短报文传输、通信传输自适应和多媒体信息补发等功能，实现了北斗短报文编码在林业野外巡护中的应用，为林业野外巡护业务信息及时传输提供了保障。有效弥补了林区现有移动通信传输、超短波通信传输存在的缺陷，充分发挥各种通讯平台的优势，实现林业巡护综合管理的时空覆盖。

在今后的研究中，可以对短报文信息中的业务类型和事件类别进行扩展，使其能得以更加广泛的应用。

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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

中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金“基于BD-2的林火扑救指挥关键技术研究”（IFRIT201102）

黄 颖（1989-），女，四川宜宾人，硕士研究生，主要研究方向：3S技术集成与开发

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

[本文编校：吴 彬]