生物多样性野外调查地理信息管理、路线精细设计和精确导航方法

doi:10.17520/biods.2015283

摘要/Abstract

摘要：

野外调查是生物多样性研究和保护的基础工作。在野外调查中, 自然地理环境十分复杂, 对相关地理信息的掌握程度、调查路线的设计质量和导航的准确性, 直接影响调查工作的成效, 甚至调查人员的人身安全。使用谷歌地球软件及相关数据转换工具, 能获取海量遥感影像和地形数据, 能将各种地理信息转换、编辑、叠加到三维地球模型上形成地理信息库, 进而精细设计野外考察路线、调查点和调查样方, 并以kml或kmz文件格式保存和分发设计结果。使用Android智能终端设备安装OruxMaps软件, 可以将多种网络地图下载制作成离线地图, 在卫星图上精确显示当前位置、记录走过的轨迹、导入kml或kmz文件进行导航。综合使用这些工具, 可以实现良好的地理信息管理、精细的生物多样性野外调查路线设计和高精度现场导航实施, 有效提高野外调查工作的成效和安全性。

关键词: 野外调查, 地理信息管理, 路线设计, 导航, 谷歌地球, OruxMaps

Abstract

Field surveys are basic methods for biodiversity research and conservation. During field surveys, geographic conditions are usually complex, knowledge about local geographical information, design of routes for surveying, and the precision of field navigation directly influence the efficiency of fieldwork, and even personal security. Using Google Earth, we can convert and edit various geographic data and overlay these onto a 3 dimensional model of the Earth, to create a comprehensive geo-database. Then, we can choose the location of plots and design the routes of field surveys. By using OruxMaps, which can be installed on an Android mobile device, we can download and compile online maps into offline maps, find current locations, auto-record track logs, display designed routes onto the maps and precisely navigate to target locations. By using these tools interactively, we can easily manage the geographic data, design the routes in field survey and precisely navigate in the field. Thus, we not only enhance the efficiency of fieldwork but also improve personal safety during field surveys.

Key words: field survey, geographic data management, route design, navigation, Google Earth, OruxMaps

陈彬 (2016) 生物多样性野外调查地理信息管理、路线精细设计和精确导航方法. 生物多样性, 24, 701-708. DOI: 10.17520/biods.2015283.

Bin Chen (2016) Geographic data management, refined route design and precise navigation in biodiversity field surveys. Biodiversity Science, 24, 701-708. DOI: 10.17520/biods.2015283.

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图/表 8

图1 谷歌地球软件界面。(A)地图浏览区: 通过鼠标移动和缩放地图, 操作地标数据; (B)地标数据编辑和测量工具: 点击可调用相关工具进行操作; (C)地标数据管理区: 在“我的地点”上点击鼠标右键进入操作菜单, 可以建立多级目录结构, 保存和管理用户地理数据; (D)谷歌在线数据管理区: 可勾选浏览显示谷歌服务器提供的各种数据。

Fig. 1 The interface of Google Earth. (A) Map browser zone: to move or zoom in/out the map and control data items by mouse operations; (B) Place mark data editor and ruler: to select and use by mouse clicks on icons; (C) Geo-data management area: right click on “My places” to enter quick menu to create folders, save and manage user geo-data; (D) Google Earth data layer management area: to choose and display data transferred from Google’s servers.

图2 在卫星图上叠加地标数据。(A)全国部分山峰和省会城市; (B)浙江西部局部山峰及县级行政地名; (C)浙江开化县古田山及周围乡镇。

Fig. 2 Adding place-marks onto satellite maps. (A) Mountains and provincial capitals of China; (B) Mountains and county names of western Zhejiang Province; (C) The Gutian Mountain and nearby towns in Kaihua County, western Zhejiang Province.

图3 以古田山大样地为中心, 由内向外半径分别为1 km、2 km、3 km、4 km、5 km、10 km、20 km和50 km的圆, 可用于区域生物多样性调查规划和路线设计。

Fig. 3 The circles with radius of 1 km, 2 km, 3 km, 4 km, 5 km, 10 km, 20 km, 50 km and with center points in the 24 ha Gutianshan Forest Plot. These are useful for regional biodiversity survey planning and route design.

图4 在谷歌地球中与卫星图相叠加的古田山大样地样方网格

Fig. 4 The plot grids of the 24 ha Gutian Mountain Forest Plots displayed upon satellite map by Google Earth

图5 古田山国家级自然保护区纸质图件在谷歌地球卫星图上叠加、校正, 叠加公里网格, 识别并标注地名信息。

Fig. 5 To overlay and correct digitized printed map, kilometer grids of Gutianshan National Nature Reserve on Google Earth, then recognize and mark the location names.

图6 2015年6月7日中国植物园联盟植物分类培训班天目山野外实习调查路线设计。浮玉山庄是实习路线出发点, 三条不同颜色的路线代表了三条实习路线, 外部圆圈半径为1 km。

Fig. 6 The route design for the Tianmu Mountain field exercise of the Plant Taxonomy Training Course of Chinese Union of Botanical Garden on June 7th, 2015. The Fuyu Hotel is the start point, the three lines with different colors are three routes to different directions, the outer ring with radius 1 km confines the area of field exercise.

图7 OruxMaps 5.5.22软件主要菜单界面

Fig. 7 The main interface of the software OruxMaps 5.5.22

Box 1 OruxMaps 5.5.22版软件的主要功能、使用方法及其在生物野外调查中的应用

功能名称	使用步骤	生物野外调查中的应用
浏览在线地图并制作离线地图	在移动设备上安装OruxMaps软件, 使用Wifi连接互联网; 运行OruxMaps软件, 依次点击“地图”菜单→“切换地图”→“Online”→选择一个地图→移动地图, 找到拟考察的目标区域; 依次点击“地图”菜单→“下载地图”→点击对角点选定目标区域范围→打勾确定→勾选所需的地图图层→输入离线地图名字→下载	可以下载谷歌地球的卫星图, 单个离线地图包的数据量可达1 GB, 地图包数量不限。在开展野外调查工作之前, 可以对考察区域制作多个不同分辨率的离线地图包, 包括一个较低分辨率但地理范围较大的和若干较高分辨率但地理范围较小的地图包。地图包可以拷出进行备份和共享。
浏览使用离线地图	依次点击“地图”菜单→“切换地图”→“Offline”→点选所需的离线地图包	在野外工作时, 不需要通信流量即可使用高精度离线地图数据。程序会根据当前位置, 自动切换合适的离线地图包。
GPS定位	依次点击“轨迹”菜单→“开启GPS”	野外工作时在地图上定位, 确定当前位置。
记录GPS轨迹	依次点击“轨迹”菜单→“开始记录”	记录野外工作轨迹, 记录走过的路线, 可以转换为导航路线, 用于原路返回导航; 将调查路线存档, 可用于今后回访调查导航。
GPS轨迹数据导出	依次点击“路线”菜单→“管理”→点选目标轨迹→“导出为”→“GPX”	GPS轨迹中包含一系列轨迹点, 每个轨迹点包含时间、经度、纬度、海拔等信息, 可用于调查路线存档、展示和通过时间匹配计算相关调查数据的GPS坐标。
创建路点	依次点击“路点”菜单→“创建”→填写路点信息→保存	创建一条包含经纬度坐标、名称、类型、描述等信息的路点数据, 并在地图上显示。可以定制路点的类型、图标和存储目录, 用于野外数据采集。
创建照片路点	依次点击“路点”菜单→“照片路点”→拍照→保存	创建一条包含照片的路点数据。
导入kml/kmz数据进行导航	将在谷歌地球上设计好的调查路线或者历史调查轨迹保存为kml或kmz文件, 拷入手机OruxMaps\Tracklogs目录; 依次点击“路线”菜单→“载入文件”→选择拷入的kml/kmz/gpx等格式文件→确认导航选项	通过这个功能, 可以在卫星图上随时浏览设计好的野外工作路线或历史调查轨迹, 进行准确导航。

Box 1 OruxMaps 5.5.22版软件的主要功能、使用方法及其在生物野外调查中的应用

功能名称	使用步骤	生物野外调查中的应用
浏览在线地图并制作离线地图	在移动设备上安装OruxMaps软件, 使用Wifi连接互联网; 运行OruxMaps软件, 依次点击“地图”菜单→“切换地图”→“Online”→选择一个地图→移动地图, 找到拟考察的目标区域; 依次点击“地图”菜单→“下载地图”→点击对角点选定目标区域范围→打勾确定→勾选所需的地图图层→输入离线地图名字→下载	可以下载谷歌地球的卫星图, 单个离线地图包的数据量可达1 GB, 地图包数量不限。在开展野外调查工作之前, 可以对考察区域制作多个不同分辨率的离线地图包, 包括一个较低分辨率但地理范围较大的和若干较高分辨率但地理范围较小的地图包。地图包可以拷出进行备份和共享。
浏览使用离线地图	依次点击“地图”菜单→“切换地图”→“Offline”→点选所需的离线地图包	在野外工作时, 不需要通信流量即可使用高精度离线地图数据。程序会根据当前位置, 自动切换合适的离线地图包。
GPS定位	依次点击“轨迹”菜单→“开启GPS”	野外工作时在地图上定位, 确定当前位置。
记录GPS轨迹	依次点击“轨迹”菜单→“开始记录”	记录野外工作轨迹, 记录走过的路线, 可以转换为导航路线, 用于原路返回导航; 将调查路线存档, 可用于今后回访调查导航。
GPS轨迹数据导出	依次点击“路线”菜单→“管理”→点选目标轨迹→“导出为”→“GPX”	GPS轨迹中包含一系列轨迹点, 每个轨迹点包含时间、经度、纬度、海拔等信息, 可用于调查路线存档、展示和通过时间匹配计算相关调查数据的GPS坐标。
创建路点	依次点击“路点”菜单→“创建”→填写路点信息→保存	创建一条包含经纬度坐标、名称、类型、描述等信息的路点数据, 并在地图上显示。可以定制路点的类型、图标和存储目录, 用于野外数据采集。
创建照片路点	依次点击“路点”菜单→“照片路点”→拍照→保存	创建一条包含照片的路点数据。
导入kml/kmz数据进行导航	将在谷歌地球上设计好的调查路线或者历史调查轨迹保存为kml或kmz文件, 拷入手机OruxMaps\Tracklogs目录; 依次点击“路线”菜单→“载入文件”→选择拷入的kml/kmz/gpx等格式文件→确认导航选项	通过这个功能, 可以在卫星图上随时浏览设计好的野外工作路线或历史调查轨迹, 进行准确导航。

参考文献 8

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