廣東省智慧林場信息化系統(tǒng)設(shè)計*

楊 城

（廣東省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院，廣東 廣州510520）

2016年3月，在國家林業(yè)局發(fā)布的《“互聯(lián)網(wǎng)+”林業(yè)行動計劃——全國林業(yè)信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中提出，“十三五”時期林業(yè)信息化發(fā)展要全面融入林業(yè)工作全局，“互聯(lián)網(wǎng)+”林業(yè)建設(shè)將緊貼林業(yè)改革發(fā)展需求，有力提升林業(yè)資源保護(hù)、生態(tài)修復(fù)、產(chǎn)業(yè)發(fā)展等各項事務(wù)現(xiàn)代化管理水平，全面支撐引領(lǐng)“十三五”林業(yè)各項建設(shè)。到2020年，全國林業(yè)信息化率要達(dá)到80%的目標(biāo)。

“互聯(lián)網(wǎng)+”林業(yè)是互聯(lián)網(wǎng)跨界融合創(chuàng)新模式進(jìn)入林業(yè)領(lǐng)域，利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)，推動信息化與林業(yè)深度融合，建立智慧化林業(yè)發(fā)展長效機(jī)制，形成林業(yè)高效高質(zhì)發(fā)展新模式?！盎ヂ?lián)網(wǎng)+”林業(yè)也是國有林場改革和發(fā)展的歷史機(jī)遇及最佳切入點，是當(dāng)前林業(yè)發(fā)展的熱點問題。

本文立足于“互聯(lián)網(wǎng)+”的大背景下，以林業(yè)信息化為出發(fā)點，對廣東省國有林場智慧化建設(shè)進(jìn)行分析，提出“智慧林場”建設(shè)思路和系統(tǒng)設(shè)計方案以供探討。

1 智慧林場

2013年8月，國家林業(yè)局印發(fā)了《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》，明確指出，智慧林業(yè)是指充分利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，通過感知化、物聯(lián)化、智能化等手段，形成林業(yè)立體感知、管理協(xié)同高效、生態(tài)價值凸顯、服務(wù)內(nèi)外一體的林業(yè)發(fā)展新模式[1-7]。提出到2020年智慧林業(yè)框架基本完成，有力支撐林業(yè)改革發(fā)展，標(biāo)志我國林業(yè)信息化開始從數(shù)字林業(yè)步入到智慧林業(yè)的發(fā)展階段。

2015年9月，廣東省委、省政府出臺了《廣東省國有林場改革實施方案》，明確改革將圍繞保護(hù)生態(tài)、保障職工生活兩大目標(biāo)，明確國有林場保護(hù)培育森林資源、維護(hù)國家生態(tài)安全的職責(zé)，推動政事分開，實現(xiàn)管護(hù)方式創(chuàng)新和監(jiān)管體制創(chuàng)新，推動國有林場健康持續(xù)發(fā)展，建立有利于保護(hù)和發(fā)展森林資源、有利于改善生態(tài)和民生、有利于增強(qiáng)林業(yè)發(fā)展活力的國有林場管理機(jī)制，為全面推進(jìn)新一輪綠化廣東大行動、建設(shè)生態(tài)文明作出更大貢獻(xiàn)。同時也指出，要加大對國有林場供電、飲水、森林防火、管護(hù)站點、生態(tài)監(jiān)測用房、有害生物防治等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的投入。完善國有林場信息網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，提高森林資源管護(hù)、森林防火信息化水平。

“智慧林場”就是智慧林業(yè)在我國林場信息化創(chuàng)新發(fā)展中的應(yīng)用實踐?！爸腔哿謭觥背浞掷矛F(xiàn)代信息技術(shù)成果，集成應(yīng)用計算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3S技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、林場大數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用系統(tǒng)平臺等決策支持系統(tǒng)，實現(xiàn)林場可視化資源管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控、災(zāi)害預(yù)警等智能化管理。

依托布設(shè)在林場內(nèi)固定的各數(shù)據(jù)采集節(jié)點、傳感節(jié)點（視頻監(jiān)控、災(zāi)情監(jiān)測）及移動巡護(hù)節(jié)點，通過無線或有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)焦芾砜刂浦行模Y(jié)合林場數(shù)據(jù)庫及信息管理系統(tǒng)，構(gòu)建一個統(tǒng)一的信息共享與應(yīng)用服務(wù)平臺，實現(xiàn)對林場的智慧感知、智慧管理、智慧決策和智慧傳播[2]。

2 建設(shè)思路與目標(biāo)

2.1 廣東省國有林場信息化建設(shè)現(xiàn)狀

現(xiàn)階段廣東省國有林場信息化建設(shè)及應(yīng)用水平低。林場基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不完善，數(shù)據(jù)及網(wǎng)絡(luò)安全沒有保障，沒有相應(yīng)的基礎(chǔ)軟硬件建設(shè)，沒有機(jī)房、服務(wù)器及監(jiān)控監(jiān)測系統(tǒng)等；林場的業(yè)務(wù)專題數(shù)據(jù)大都為紙質(zhì)檔案，沒有整合形成“一張圖”數(shù)據(jù)管理，存在數(shù)據(jù)“孤島”；各業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（如森林資源二類調(diào)查、公益林小班、生態(tài)紅線等）標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一，信息無法共享與交換；網(wǎng)絡(luò)沒有統(tǒng)一規(guī)劃及布局，沒有相應(yīng)的專題業(yè)務(wù)信息化管理系統(tǒng)的建設(shè)，無法滿足林場對林業(yè)資源監(jiān)測與管護(hù)的應(yīng)用需要，無法滿足林場日益增長的民生服務(wù)需求。

2.2 智慧林場建設(shè)思路

智慧林場建設(shè)，以計算機(jī)軟硬件、感知采集終端及網(wǎng)絡(luò)通信平臺等基礎(chǔ)設(shè)施為依托，安全保護(hù)及維護(hù)管理體系為保障，標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系為依據(jù)，大數(shù)據(jù)中心建設(shè)為核心，公共服務(wù)管理平臺為支撐，建設(shè)以信息管理、共享和服務(wù)為目標(biāo)的林場核心業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)[3]。

2.3 智慧林場建設(shè)目標(biāo)

通過智慧林場建設(shè)，有效提升國有林場的信息化應(yīng)用水平。整合林場各種業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，有效實現(xiàn)林場不同業(yè)務(wù)之間的信息共享與交換。依靠布設(shè)在林場規(guī)劃的各種數(shù)據(jù)采集節(jié)點，通過對林場業(yè)務(wù)信息的綜合分析和數(shù)據(jù)挖掘，實現(xiàn)林場“一張圖”智慧管理。

3 系統(tǒng)設(shè)計方案

智慧林場系統(tǒng)建設(shè)可以分為3個層面：基礎(chǔ)平臺、大數(shù)據(jù)中心、應(yīng)用系統(tǒng)（圖1）。

3.1 基礎(chǔ)平臺

智慧林場基礎(chǔ)平臺建設(shè)，主要依托于物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、通訊網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，構(gòu)建全方位的智慧林場基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境，是智慧林場實現(xiàn)智慧化管理的根本，包括機(jī)房服務(wù)器設(shè)施層、林場網(wǎng)絡(luò)設(shè)施層及信息感知采集終端層3部分（圖2）。

機(jī)房服務(wù)器設(shè)施建設(shè)主要有機(jī)房及配套工程建設(shè)；服務(wù)器、交換機(jī)及監(jiān)控器等基礎(chǔ)硬件建設(shè)；操作系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫軟件、地理信息軟件等為核心的基礎(chǔ)軟件建設(shè)。

林場網(wǎng)絡(luò)建設(shè)主要是構(gòu)建覆蓋林場各科室的內(nèi)網(wǎng)及外網(wǎng)建設(shè)；林業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)建設(shè)；林場無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)，實現(xiàn)林場林區(qū)范圍內(nèi)無線寬帶全覆蓋。

信息感知采集體系建設(shè)主要有各種傳感設(shè)備（土壤傳感器、溫濕度傳感器、CO2傳感器、水位傳感器、煙感傳感器等）、監(jiān)控設(shè)備（攝像頭、追蹤器等）、移動設(shè)備（GNSS、平板電腦、手機(jī)等）的布局設(shè)計及配置應(yīng)用。

3.2 大數(shù)據(jù)中心

智慧林場大數(shù)據(jù)中心建設(shè)是信息化的數(shù)據(jù)核心。數(shù)據(jù)主要來源包括林場歷年各類資源管理及業(yè)務(wù)應(yīng)用積累的數(shù)據(jù)、林業(yè)專題數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)及物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)等。在整合林場各類數(shù)據(jù)資源的基礎(chǔ)上，建立以林場空間地理數(shù)據(jù)庫、林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、林場專題數(shù)據(jù)庫和公共信息數(shù)據(jù)庫為核心的智慧林場大數(shù)據(jù)中心，為智慧林場提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)服務(wù)，為智慧林場應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務(wù)支撐。

圖1 智慧林場系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Smart forestry farm system structure

圖2 智慧林場基礎(chǔ)平臺結(jié)構(gòu)圖Fig.2 Smart forestry farm basic platform structure

空間地理數(shù)據(jù)庫主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、地形圖數(shù)據(jù)及數(shù)字高程數(shù)據(jù)等地理空間數(shù)據(jù)內(nèi)容。

林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫主要包括森林資源連續(xù)清查數(shù)據(jù)、森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)、生態(tài)公益林?jǐn)?shù)據(jù)及林業(yè)生態(tài)紅線數(shù)據(jù)等。

林場專題數(shù)據(jù)庫主要包括野生動植物監(jiān)測數(shù)據(jù)、環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)、森林病蟲害數(shù)據(jù)、森林防火數(shù)據(jù)、古樹名木數(shù)據(jù)及巡護(hù)數(shù)據(jù)等。

公共信息數(shù)據(jù)庫包括辦公自動化支持?jǐn)?shù)據(jù)庫、公共信息發(fā)布數(shù)據(jù)庫等。

3.3 應(yīng)用系統(tǒng)

智慧林場應(yīng)用系統(tǒng)平臺的建設(shè)，將以實現(xiàn)林場的精細(xì)化、可視化、智能化管理為目標(biāo)。依托智慧林場大數(shù)據(jù)中心及基礎(chǔ)設(shè)施平臺，集成數(shù)據(jù)庫技術(shù)、3S技術(shù)、智能技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，深入整合林場業(yè)務(wù)，構(gòu)建智慧林場業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)平臺，解決林場資源管理、資源監(jiān)測、野生動植物保護(hù)、災(zāi)害應(yīng)急指揮、智能決策支持等業(yè)務(wù)。

應(yīng)用系統(tǒng)軟件分3個層次，第1層為各類數(shù)據(jù)處理、決策庫處理存儲層，存儲林場中各類信息采集設(shè)備的現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)、林業(yè)專家知識庫、決策規(guī)則庫、林場空間地理數(shù)據(jù)庫等；第2層為軟件支持平臺，由自動控制平臺、地理信息處理平臺、信息發(fā)布平臺、專家會話平臺、視頻監(jiān)控平臺、決策支持平臺等軟件系統(tǒng)組成；第3層為基于地理信息系統(tǒng)的統(tǒng)一操作平臺[8]，應(yīng)用系統(tǒng)軟件以林場的“一張圖”為基礎(chǔ)而形成操作系統(tǒng)界面（圖3）。

跟據(jù)林場的具體業(yè)務(wù)需求，可以設(shè)計開發(fā)各類信息化管理應(yīng)用系統(tǒng)軟件，下面是幾個業(yè)務(wù)系統(tǒng)軟件介紹。

3.3.1 森林資源信息管理系統(tǒng) 基于林場大數(shù)據(jù)中心的森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)庫、空間地理數(shù)據(jù)庫和高分辨率的遙感影像數(shù)據(jù)，在綜合管理森林資源信息的基礎(chǔ)上，針對森林資源的變化情況，實時完成更新和管理，并對森林資源信息進(jìn)行分析統(tǒng)計、專項查詢、瀏覽和制圖輸出。從而實現(xiàn)對森林資源在“一張圖”上綜合展示資源現(xiàn)狀、輔助分析、經(jīng)營狀況、統(tǒng)計圖表等管理功能。

圖3 智慧林場應(yīng)用軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Smart forestry farm application software system structure

3.3.2 森林生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) 對林場重點監(jiān)控區(qū)域以及保護(hù)動植物周邊設(shè)置生態(tài)系統(tǒng)定位監(jiān)測站、土情水情監(jiān)測點、紅外相機(jī)監(jiān)測儀等感知設(shè)備體系，對生態(tài)環(huán)境相關(guān)的因素和保護(hù)動植物進(jìn)行監(jiān)控。監(jiān)測點自動采集數(shù)據(jù)，通過物聯(lián)網(wǎng)及移動網(wǎng)絡(luò)實時上傳至監(jiān)測中心服務(wù)器。從而實現(xiàn)對諸如空氣質(zhì)量監(jiān)測、土壤監(jiān)測、野生動物監(jiān)控等監(jiān)測分析及管理功能。

3.3.3 護(hù)林員巡護(hù)管理系統(tǒng) 通過配置給護(hù)林員隨身攜帶的移動設(shè)備采集數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以實現(xiàn)對護(hù)林員基本信息、巡護(hù)工作進(jìn)行規(guī)范化管理，科學(xué)合理地安排巡護(hù)工作?？梢詫崿F(xiàn)管理員和護(hù)林員在同“一張圖”上進(jìn)行熱點標(biāo)繪、標(biāo)注等操作，使信息實時交互共享；還應(yīng)具有地圖離線功能，可以進(jìn)行地圖瀏覽、信息查閱、巡護(hù)實時監(jiān)控、巡護(hù)軌跡查詢、績效考核等功能；管理員能夠第一時間掌握護(hù)林員的實時狀況，可最大限度保障護(hù)林員的安全。

3.3.4 森林防火應(yīng)急指揮系統(tǒng) 森林防火指揮系統(tǒng)，可以實現(xiàn)森林火險災(zāi)前、災(zāi)中、災(zāi)后的一體化、可視化、智能化防火。在林場空間地理數(shù)據(jù)庫、林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、防火數(shù)據(jù)庫支持下，以森林資源二、三維一體化平臺為基礎(chǔ)，應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)及3S技術(shù)，通過各種監(jiān)控手段，實現(xiàn)三維場景下的森林火災(zāi)全過程、全方位、可視化動態(tài)管理控制系統(tǒng)，可實時數(shù)據(jù)瀏覽、數(shù)據(jù)查詢、視頻監(jiān)控和應(yīng)急指揮等。為森林火險預(yù)測、火情定位、火災(zāi)撲救、撲火指揮和災(zāi)后評估提供技術(shù)支撐和決策依據(jù)。

3.3.5 智能決策支持系統(tǒng) 智能決策支持系統(tǒng)是基于林場大數(shù)據(jù)中心的空間地理數(shù)據(jù)庫、林業(yè)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫、公共信息庫，構(gòu)建二維和三維的基礎(chǔ)地理信息環(huán)境，在二、三維框架下，實現(xiàn)林場森林資源、動植物資源等林場資源的“一張圖”綜合展示的決策支持系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過林場資源現(xiàn)狀、專題信息、地理信息、數(shù)據(jù)分析及綜合展示等管理功能，把數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、模型庫、數(shù)據(jù)庫、知識庫結(jié)合起來，為決策者提供決策所需的數(shù)據(jù)、信息和背景資料，建立或修改決策模型，提供各種備選方案，并且對各種方案進(jìn)行評價和優(yōu)選，為正確的決策提供依據(jù)及信息支撐服務(wù)。

4 結(jié)論與討論

目前我省國有林場生產(chǎn)方式傳統(tǒng)、管理落后、基礎(chǔ)設(shè)施薄弱、信息化水平低，無法適應(yīng)現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的要求。智慧林場的建設(shè)，充分利用了主流IT技術(shù)、3S技術(shù)、先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)、海量數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了對各業(yè)務(wù)功能的“一張圖”管理，能全面提高林場信息化應(yīng)用水平。一是可以利用監(jiān)測技術(shù)對國有林場森林資源進(jìn)行全方位的感知、處理，實現(xiàn)森林及生態(tài)資源的智慧管理；二是全面提高國有林場信息資源共享、業(yè)務(wù)協(xié)同及公共服務(wù)能力；三是通過國有林場信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)林場各種信息的感知化、一體化、協(xié)同化及智能化，為林場建設(shè)和管理提供全面、快捷、準(zhǔn)確的信息服務(wù)，增強(qiáng)決策和應(yīng)急處理能力。

廣東智慧林場的建設(shè)，是我省國有林場貫徹落實《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》、《廣東省國有林場改革實施方案》及《“互聯(lián)網(wǎng)+”林業(yè)行動計劃——全國林業(yè)信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》的具體表現(xiàn)，智慧林場是未來我國林場改革發(fā)展的必由之路。

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