1、基于北斗卫星和 GIS 系统的野外自助旅游系统构建 朱兵 刘先玲 幸相宇 段欣艺 绵阳师范学院城乡建设与规划学院 摘 要： 传统的固定线路与跟团旅游已经无法满足现代人的出行需求, 自由行、野外探险出行越来越多.不熟悉地形、环境或因偶然事故等带来的“驴友”遇险事件时有发生.文章基于北斗卫星系统和 GIS 系统设计的野外自助旅游系统, 具有旅游地图、线路导航及识别旅游线路与目的地周边环境等功能, 还能够依托“短报文”等技术实现快速求救与精准救援, 对于提高野外自助游的可行性和安全性具有重要作用.同时, 本系统提供的开发平台为二次产品开发提供了便利, 有利于实现游客体验、系统可持续运营、商业价值的多
2、赢.关键词： 北斗卫星; 地理信息系统 (GIS) ; 野外旅游; 应急救援; 作者简介：朱兵 (1975) , 男, 四川三台人, 博士, 副教授, 研究方向:区域发展与城乡规划.收稿日期：2017-06-11基金：绵阳师范学院教改项目“基于学生自主学习的实践教学体系构建” (Mnu-JY1212) Outdoor Self-help Tourism System Based On BDS Abstract： Traditional group travel cannot meet the modern travel needs, while people increasingly pref
3、er traveling freely. At the same time, many people are not familiar with the terrain and environment, which makes it unavoidable to bring “ ALICE“ distress incidents. Based on the system of the Beidou satellite system and GIS application module, the outdoor self-help tourism system can be used to id
4、entify surroundings and avoid risks with its function of tourism map and navigation features. Moreover, you can also rely on the “ short message“ and other technology to achieve fast and accurate rescue. It is vital to improve field Walks feasibility and safety. At the same time, this system provide
5、s a development platform for the secondary product development, which is conducive to the realization of visitors experience, the system sustainable operations and the commercial value.Keyword： BDS; GIS; DIY travel; Rescue; Received： 2017-06-111 背景及意义根据 2015 国际旅游度假目的地论坛的数据, 我国国内旅游市场年出游已达 40亿人次, 但通过旅
6、行社安排出行的旅游不到 4%1.45 岁以下的游客占到中国游客比重的 90%.越来越多的年轻人倾向于自主做出旅行决策, 自助安排旅游行程, 享受自由行带来的轻松和随意.年轻人也倾向于在社交网络上结交旅行伴侣, 搜集目的地资料和旅行攻略, 探索景区外的旅游目的地.部分年轻人甚至独自背包去野外探险旅行2.与此同时, 不幸也时有发生.2011 年底, 复旦大学 18 名学生“驴友”拼团前往黄山探险, 因为准备不充分迷路.经当地警方全力搜救, 全部“驴友”安全脱险, 但黄山年轻民警张宁海却在搜救中不幸遇难3.有调查显示, 户外环境不熟悉、安全意识缺乏是野外旅游事故发生的主要原因.对发生事故游客的营救往
7、往需要调动大量的人力、物力、财力, 社会资源消耗巨大, 因此户外旅游安全性备受关注4.北斗卫星系统是我国自主研制开发的三维卫星定位通信系统, 是世界上第三个成熟的卫星定位导航系统, 具有一定的安全、保密、抗干扰能力, 目前已发展至“北斗二号”5.北斗卫星不仅可以提供高质量的实时三维坐标、导航、精密授时, 还可以提供“短报文”、有源定位服务, 这是北斗与 GPS、GLONASS 相比具有的实时、精确、有效等优势.地理信息系统 (Geographic Information System, 简称 GIS) 是以地理空间信息数据库为基础, 由计算机软硬件系统组成, 具有数据采集、存储、管理、运算、分
8、析、显示和描述等功能6, 在国土管理、资源调查、交通运输、邮电通讯、城市规划、军事搜索、灾害预测、环境评估等方面应用广泛.利用基于北斗卫星和 GIS 系统的户外自助旅游系统, 游客可以通过游客型用户机预览旅游目的地地形地貌、环境危险信息提示等, 通过北斗导航规避危险地带, 更好的规划路线7;每台游客型用户机配备专属 ID号, 游客将个人身份信息输入到用户机管理系统, 有利于用户识别, 便于管理和搜救;在涉险时通过短报文主动呼救、定位, 有利于救援工作的展开.2 系统的功能需求和相关技术2.1 游客需求分析近年来, 户外运动持续升温, 越来越多的人加入到户外运动的队伍之中, 成为“驴友”.对于户
9、外旅游来说, 地图、导航是必不可少的条件, 遇险求救则是保证生命安全的必要措施之一.但是普通的电子地图无法详细展示出有关野外旅游地的地形、危险区等有针对性的信息, 也没有提示、预警等功能8;另外, 目前市场上导航设备与呼救设备分离, 呼救系统多局限于对讲机, 具有较大的局限性.基于北斗卫星和 GIS 系统设计的户外自助旅游系统可以较好的解决上述问题.2.2 国家方针政策支持2014 年 8 月, 国家出台关于促进旅游业改革发展的若干意见;2015 年 7 月, 国家出台关于进一步促进旅游投资和消费的若干意见;2016 年 11 月, 国家出台关于促进自驾车旅居车旅游发展的若干意见.2017 年
10、 3 月, 国务院总理李克强在第十二届全国人民代表大会第五次会议所作的政府工作报告, 至少有六处涉及旅游产业的发展, 其中“大力发展全域旅游”成为了 2017 年重点工作任务之一.同时, 北斗卫星导航系统是国家科技发展的重大战略.2017 年, 国家将继续推进北斗卫星系统示范应用项目建设, 特别是对支撑配网智能化的技术方案、应用场景进行归纳总结, 形成典型经验, 推出应用成果9.如, 利用北斗卫星通信高度安全性特点, 实现对配电设备遥控;或组织开发北斗终端无线网络功能, 实现北斗平台与北斗移动终端的应急通信, 应对自然灾害等原因导致公网通信瘫痪的状况.2.3 系统相关技术的发展北斗导航卫星是中
11、国自主研发, 能够独立运作的导航系统, 由用户、地面基站以及空间卫星组成10.2003 年, 北斗卫星第一代正式向人们开放.利用北斗导航卫星定位能够提供较高的定位精度、短报文技术以及授时等功能.2012 年, 其定位的精度可以达到 10 m, 差分定位技术定位精度能够达到 1 m, 其授时精度是 10ns11.授时服务能够为用户提供精确的定位以及通信导航信息.北斗卫星的短报文技术可以在没有任何基站的情况下, 通过卫星通信发短文.该技术已被广泛应用于自然灾害等的救援工作中.目前, 北斗卫星系统的服务已经可以覆盖亚太地区12.北斗导航与 GIS 系统的一体化应用, 利用高分遥感 (RS) 定位到游
12、客所在地区, 了解当地路网状况, 实时更新数据库, 根据游客需要进行路径分析与优化, 得出最优路径方案, 从而实现导航的系统架构.综合运用计算机技术、通信技术、3S 技术以及车辆导航技术, 以此来建立一个实时的、动态的游客定位系统13.3 系统的方案设计基于北斗卫星和 GIS 系统的野外自助旅游系统, 利用北斗卫星定位、导航、短报文和 GIS 应用模块实现自助旅游的可行性、通达性与安全性.该系统注重野外旅游信息传播的即时性和精确性, 承载的多项数据信息功能, 丰富游客旅游体验.一方面利用 GIS 叠加等高线、危险区域、水源等信息, 为旅行者提供优于传统野外地图数据的旅游专业服务;另一方面通过北
13、斗定位功能, 设置“一键呼救”发送求救短报文及定位, 有利于及时被救援力量发现, 最大限度的保证游客安全.第三, 系统平台还提供用户管理维护入口, 为用户机设置专属 ID, 输入用户个人资料、旅游目的地、同行人数、装备等, 便于管理及救援时的用户识别.第四, 提高系统的开放性和可扩展性, 增设二次开发平台, 为旅游产品开发和商业运作等功能提供接口.3.1 系统设计工作原理本系统以 GIS 和北斗系统为基础, 主要由数据库模块、GIS 应用模块和应急救援系统模块三部分组成, 同时还设计了二次开发平台, 为未来多功能用途开发打下基础.系统中电子地图、景区导览、遥感图像、游客信息等收集储存在数据库中
14、, 在游客用户机上通过 GIS 集成, 实现旅游信息查询、路线规划、导航、用户识别等功能.同时 GIS 应用模块还支持数据更新、系统升级等, 并为一键报警、通信、业务拓展提供基础支持.当游客不幸涉险, 通过一键报警功能, 借助RDSS 通信技术, 进行好友间信息转发互救, 或直接借助北斗短报文和有源定位向政府应急救援中心求救.二次开发平台允许第三方在开发协议框架下优化数据、提供拓展服务等.3.1.1 数据库模块数据库系统开发的基础, 其中信息可以随时更新, 是完成野外旅游、救援中心指挥调度必不可少的条件.数据库中数据信息质量对野外自助旅游系统功能的完善和优化密切相关.数据库模块包括地理信息数据
15、、应急资源数据和游客综合信息 3 种数据类型 (表 1) , 外加数据信息管理运营系统构成.地理信息数据是在现有电子地图的基础上重点针对户外旅游进行数据优化, 将等高线、目标区域遥感影像图、区域概况、危险区域、周边居民点、救助站等信息纳入数据库中, 为野外旅游探险线路优化、规避风险、寻求资源和帮助等提供服务和支持.应急资源数据主要由救援力量信息、应急预案信息、决策及专家信息组成.在应急救援中, 应急资源信息非常重要, 是有效实施应急指挥的保障.通过 GIS 技术, 在收到游客求救信号后, 可以立即调用数据库中的救援力量、物资准备、指挥设施并在地图上显示, 数据库中的应急预案和专家决策力量可以为
16、救援提供智力支持, 保证处理突发紧急事件工作的有序高效进行.在搭建的数据管理运营系统上, 游客将个人身份信息、旅游目的地、设计路线、同行人数、装备等详细信息输入数据库, 并与用户机终端 ID 绑定, 在应急救援阶段便于识别游客, 开展救援, 也便于团队间的监控和管理.表 1 野外自助旅游系统数据库结构体系 Tab.1 Self-help Tourism System Database Structure System 下载原表 数据信息管理运营系统基于开发协议和数据管理接口进行有关操作.支持用户通过用户机、手机 APP、互联网 WEB 端口进行数据信息的输入、更新、管理、维护服务.支持开发者基
17、于开发协议的运营系统二次开发.3.1.2 GIS 应用模块图 1 等高线原理 Fig.1 Contour line principle 下载原图GIS 地理信息系统是用户操作的基础平台.本系统按照功能不同分为地图、定位导航、信息查询、短报文通信、管理系统等 5 个主要应用板块, 也是本系统面向用户的主要功能所在.Maplnfa Professional 是对地理信息进行数据采集、存储、处理与分析, 创建和修改专题地图, 实现电子地图与数据库的自动联结和双向多功能查询.Map Basic 提供了 Maplnfo 的二次开发环境以及与其它应用程序的接口.Delphi 进行系统的界面设计、逻辑控制和
18、后台数据库管理14.GIS 不仅可以优化改进专题地图制作, 还可以深层次地对现有数据信息进行挖掘, 将其用于专题地图制作, 最大程度丰富专题地图的内容, 提升现有信息数据的利用度.这一功能的实现主要依赖于空间统计工具和属性数据处理工具.目前一些 GIS 软件中具备了大量的统计分析工具, 可以将现有的统计数据和空间数据进行深层次抽离, 具化出更加丰富的地理信息.在传统的电子地图上, 针对户外自助游优化有关数据, 特别是通过 GIS 叠加显示等高线 (图 1 与图 2) , 有助于游客根据等高线判读周边地形地貌, 合理规划前进路线, 规避悬崖陡坡等危险区域.GIS 应用模块提供的路径规划和导航有别
19、于传统的车载导航, 可根据用户信息选择不同的导航模式 (图 3) , 支持用户记录行动轨迹, 方便规划路线, 避免迷路.定位功能支持屏幕打点和标注文字.图 2 地图叠加等高线实例 Fig.2 examples of map overlay contour 下载原图图 3 导航结构图 Fig.3 Navigation structure 下载原图在信息查询板块, 游客可以查询当地环境概况、景点分布、危险区域、疾病救治、周边救援力量等信息, 为游客保证自身安全提供参考.在野外部分区域, 传统手机移动基站通信模式无效, 对讲机工作范围有限, 当以上 2 种手段无法使用时, 用户可通过北斗特有的短报文
20、技术实现用户间通信, 为团队成员之间联系提供极大的便利.设置定时发送位置短信功能, 便于好友与救援中心追踪位置.以上功能可通过管理系统进行参数、数据、模式等设置实现.3.2 应急救援系统3.2.1 救援系统组织结构服务于确定用户位置的卫星无线电业务有两种.一种是卫星无线电导航业务 (Radio Navigation Satellite System, RNSS) .由用户接收卫星无线电导航信号, 自主完成至少到 4 颗卫星的距离测量, 进行用户位置、速度、线路等旅行参数计算.GPS 等系统是典型的 RNSS 系统.另一种是卫星无线电测定业务 (Radio Determination Satel
21、lite Service, RDSS) .用户至卫星的距离测量和位置计算无法由用户自身独立完成, 必须由外部系统通过用户的应答来完成.其特点是通过用户应答, 在完成定位的同时, 完成了向外部系统的用户位置报告, 还可实现定位与通信的集成, 实现在同一系统中的 NAVCOMM 集成.所谓 RNSS 与RDSS 集成概念, 是在卫星导航系统的导航卫星及运控应用系统中同时集成 RNSS和 RDSS 两种业务.系统既可为用户提供连续定位, 测速能力 (即所谓无源导航定位) , 又可进行无信息传输的高安全级别的位置报告.其导航与通信的集成可以互相嵌入, 互为增强15.报警功能是本系统的关键功能, 用户涉
22、险时, 通过触发用户机一键报警按钮, 系统自动调用北斗有源定位和短报文技术, 及时向北斗卫星发送 RNSS 求救信号和 RDSS 通信, 北斗卫星接收处理后发送到任务控制中心.任务控制中心接收到求救信号后, 分析处理, 确定遇险位置信息, 通过RDSS 通信经由北斗卫星向遇险游客发送短报文, 进一步确认人员身体情况和具体威胁, 并向应急救援中心报警.应急救援中心收到报警信息后, 调用目标地地理信息数据、游客信息数据等, 派遣救援力量前往搜救 (图 4) .另外, 通过物联网 (射频识别 RFID、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器等信息传感设备) 进行游客与互联网连通, 完成智能化识别、定位
23、、跟踪、监控和管理.随着通信技术、互联网、物联网和云计算的飞速发展, 不同主题的旅游景区安全管理软件的综合协同能力至关重要.利用基于位置的服务技术 (Loca-tion-Based Services LBS) , 景区内各项设备通过定位技术实时采集目标对象位置, 经无线网络发送给数据存储层与处理层, 再通过数据分析层实现处理.系统通过提取旅游及其相关数据的时空信息, 采用移动对象数据分析技术和轨迹分析技术, 可实现对全景区的搜寻救援 SAR (search andrescue) 功能16.图 4 应急救援系统流程图 Fig.4 Flow chart of emergency rescue sy
24、stem 下载原图3.2.2 终端点对点通信当野外自助旅游的游客之间无法使用移动基站、对讲机等传统通信方式, 而部分成员遇险但自身团队或组织有营救能力, 无需求助国家救援力量时, 利用北斗 RDSS 通信技术可以实现用户机之间短报文转发, 从而完成内部通信和求救.具体流程是游客向北斗卫星发送 RNSS 求救信号、RDSS 通信和特定用户指令, 北斗卫星接收处理后发送到任务控制中心.任务控制中心随后分析处理, 通过RDSS 通信经由北斗卫星向指定游客转发短报文和定位信息, 完成用户机终端的点对点信息传输.图 5 商业开发平台模块 Fig.5 Structure of commercial dev
25、elopment platform module 下载原图3.3 商业开发平台集成开发已经成为 GIS 二次开发的主要方式, 优点在于能够充分利用可视化的开发语言进行有效、快捷地应用开发.利用 GIS 强大的空间数据库、良好的可靠性技术、便于移植特点以及对空间信息数据分析、管理功能, 大大提高开发效率.基于 COM 技术能够更充分的利用 GIS 组件功能促进开发实现15, 因此, 选择 Arc GIS Engines 进行嵌入式集成二次开发.Arc GIS Engine 是一套完整的GIS 开发组件库16, 能够针对不同用户的需求, 制定出相应的用户应用解决方案, 它可以从 Arc GIS 产
26、品中脱离出来而独立存在.同时, 本系统采用的基于BS 架构的开发方式, 主要是针对庞大的用户群体, 对客户终端进行维护.该架构是在广域网的基础上进行信息传输, 能够针对用户进行分散式的维护, 只需要通过浏览器就可以对用户进行各种信息的监控以及实时查询的操作.本系统在设计时预留了开发平台, 为商家基于系统开发协议进行二次开发提供了可能.开发平台主要基于数据库开放进行.在地理信息数据库中, 开发者通过注入周边户外旅游用品店、旅店分布、景区导览、旅游攻略、地区常见威胁 (地质灾害、危险动植物) 及救治方案、其他用户轨迹分享等 (图 5) , 达到游客用户机功能的拓展及自身商业运营, 进而实现游客旅游
27、体验和经济价值的双赢, 有利于促进本系统的有机更新与应用发展.4 创新点及应用(1) 本系统为野外自助游而构建, 实现了智能导航、地理数据综合利用、卫星通讯和报警求救的有机结合.该系统克服了现有导航仪在野外旅游中部分功能缺失、游客体验差的缺陷, 也有效地保证了游客安全.(2) 本系统将传统地图与等高线、旅游地面信息相叠加, 直观地反映地形地貌、威胁区域等特征, 为游客合理规划行进路线提供参考.(3) 本系统的应急救援系统既可以一键触发向国家救援力量求救, 也可以通过用户机 ID 绑定在团队成员间通信、监视和呼救, 达到快速救援目的.(4) 本系统充分利用了北斗卫星的 2 个独有优势有源定位和短
28、报文.支持应急救援中心和其他用户机跟踪监视用户, 与涉险游客进行卫星双向通信, 在救援期间对于摸清现场状况、作出快速准确反应具有重要作用.(5) 本系统通过开放数据库等方式鼓励商家进行二次开发.有利于充分挖掘系统用途, 优化系统功能, 实现商业价值, 激发系统活力, 促进系统有机更新与应用发展.(6) 本系统主要为野外自助游提供服务, 可拓展到规模较大旅游景区的游客管理与服务中.本系统所收集和存储的数据也为旅游资源的进一步开发提供参考依据.5 结束语本系统是以北斗系统和地理信息系统 (GIS) 为基础的野外自助旅游系统, 可以实现智能导航、威胁提醒、精密授时、卫星通讯、一键报警等多种功能.系统
29、建设难度小, 用户机操作简单, 能够基于大数据不断进行优化, 支持商业开发拓展, 实用性强.为了使系统能更好地为旅游业服务, 就必须在系统投入使用后, 加强对用户反馈信息收集与处理, 对系统功能和数据信息进行修正, 以此发挥对旅游资源管理信息系统支撑功能, 成为具有重要价值的系统参考文献1龙永红.网络时代的背包旅游文化:以苍穹户外旅游俱乐部为例J.旅游学刊, 2011, 26 (11) :7177. 2何瑛.基于 GIS 的天水市旅游线路通达度分析J.矿山测量, 2013 (4) :23. 3李晨, 曾国强, 谭成君, 等.基于北斗卫星的野外跟踪定位系统J.中国新通信, 2013 (17) :
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