智慧林業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用策略研究

余茂源

(云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院營(yíng)林分院，云南 昆明 650021)

智慧林業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)及其應(yīng)用策略研究

余茂源

(云南省林業(yè)調(diào)查規(guī)劃院營(yíng)林分院，云南 昆明 650021)

智慧林業(yè)的發(fā)展離不開信息技術(shù)的支撐。文章對(duì)智慧林業(yè)的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)(3S技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù))和關(guān)鍵支撐技術(shù)(大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)以及移動(dòng)推送技術(shù))進(jìn)行系統(tǒng)闡述，并分析這些關(guān)鍵技術(shù)在智慧林業(yè)中的具體應(yīng)用策略。

智慧林業(yè)；關(guān)鍵技術(shù)；應(yīng)用策略；3S技術(shù)；物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)；虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)；移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)；移動(dòng)推送技術(shù)

我國林業(yè)信息的發(fā)展需要經(jīng)歷3個(gè)階段，分別是數(shù)字林業(yè)階段、智慧林業(yè)階段以及泛在林業(yè)階段。以《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》的發(fā)布和“第三屆全國林業(yè)信息化工作會(huì)議”的召開為重要標(biāo)志，我國林業(yè)信息化已經(jīng)由數(shù)字林業(yè)階段跨入了智慧林業(yè)階段?！吨袊腔哿謽I(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》將智慧林業(yè)定義為“充分利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，通過感知化、物聯(lián)化、智能化的手段，形成林業(yè)立體感知、管理協(xié)同高效、生態(tài)價(jià)值凸顯、服務(wù)內(nèi)外一體的林業(yè)發(fā)展新模式?！睆倪@個(gè)定義可以看出，智慧林業(yè)的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源管理、生態(tài)系統(tǒng)建設(shè)以及綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的協(xié)同發(fā)展，而實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)的關(guān)鍵是信息技術(shù)支撐。因此，信息技術(shù)將在智慧林業(yè)建設(shè)中發(fā)揮巨大作用。

盡管智慧林業(yè)的定義中提到了部分所涉及的相關(guān)技術(shù)，但是智慧林業(yè)建設(shè)到底需要依靠哪些技術(shù)，以及這些技術(shù)如何支撐智慧林業(yè)建設(shè)，系統(tǒng)研究的成果不多?；诖?，本研究通過對(duì)智慧林業(yè)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，以及對(duì)智慧林業(yè)實(shí)踐進(jìn)行分析，總結(jié)歸納了智慧林業(yè)建設(shè)所需要的關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)和關(guān)鍵支撐技術(shù)。其中關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)包括3S技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，而關(guān)鍵支撐技術(shù)包括大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)、移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)以及移動(dòng)推送技術(shù)。

1 關(guān)鍵應(yīng)用技術(shù)及具體應(yīng)用策略

1.1 3S技術(shù)

3S技術(shù)是地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感技術(shù)(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)的統(tǒng)稱。具體來說，GIS技術(shù)是一種存儲(chǔ)、管理空間地理相關(guān)數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，它能夠根據(jù)用戶的不同需求，對(duì)空間和地理信息進(jìn)行分析并可視化再現(xiàn)，從而為地理研究和地理決策提供幫助。在林業(yè)工作中，GIS技術(shù)主要是存儲(chǔ)、分析和處理各種類型的林業(yè)資源時(shí)空數(shù)據(jù)，并制作成相應(yīng)的可視化林業(yè)分析圖表，為林業(yè)資源管理與決策提供幫助。RS技術(shù)是一種對(duì)地觀測(cè)技術(shù)，能夠獲取地表的波譜特征信息，它能夠?qū)崟r(shí)獲取林木生長(zhǎng)環(huán)境、生長(zhǎng)狀況和空間差異等圖像信息，并對(duì)其進(jìn)行加工得到適合林業(yè)工作者應(yīng)用的各種圖像信息。GPS技術(shù)是一種可供全球共享的定位系統(tǒng)，具有用途多樣、覆蓋范圍廣、定位快速等特點(diǎn)，能夠幫助林業(yè)工作者減少野外作業(yè)時(shí)間和工作量。

本質(zhì)上說，之所以把3種技術(shù)統(tǒng)稱為3S技術(shù)，主要是通常將3種技術(shù)集成應(yīng)用，包括兩兩集成和三者集成。比如GPS可以為RS提供任意坐標(biāo)數(shù)據(jù)，而RS則可以為GPS提供該坐標(biāo)點(diǎn)的地理信息。GIS技術(shù)、RS技術(shù)、GPS技術(shù)與計(jì)算機(jī)、通訊技術(shù)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)空信息的采集、處理、管理、分析和應(yīng)用。比如，在森林資源監(jiān)測(cè)中，RS技術(shù)可以提供不斷更新的圖像信息，GPS可以提供各種森林資源的地理信息，GIS則提供技術(shù)手段。三者緊密結(jié)合可以對(duì)森林資源進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，為森林資源的管理提供技術(shù)平臺(tái)和科學(xué)解決策略。

3S技術(shù)是林業(yè)資源管理中最為基礎(chǔ)和重要的技術(shù)，而如何拓展其應(yīng)用價(jià)值是學(xué)術(shù)界關(guān)注的一個(gè)熱點(diǎn)問題。目前的一個(gè)趨勢(shì)是，將3S技術(shù)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)模型、專家系統(tǒng)知識(shí)推理模型、決策模型等融合，為森林資源的綜合分析提供輔助決策。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

簡(jiǎn)單來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)(Internet of Things Technologies)是通過射頻識(shí)別、紅外感應(yīng)等一系列信息傳感器設(shè)備，按照一定的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進(jìn)行信息交換和通訊，以實(shí)現(xiàn)智能化識(shí)別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種技術(shù)。不同于一般的管理對(duì)象，林業(yè)資源具有空間分布廣闊、時(shí)間周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，使得林業(yè)數(shù)據(jù)收集工作任務(wù)繁重，如果僅僅采用人工方式收集林業(yè)數(shù)據(jù)，不但數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得不到保證，而且數(shù)據(jù)的實(shí)效性也必定不足。而物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)利用紅外感應(yīng)器、氣體感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備，能夠隨時(shí)獲取林業(yè)數(shù)據(jù)。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧林業(yè)中將會(huì)起到越來越重要的作用。具體來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧林業(yè)中的應(yīng)用策略包括以下幾個(gè)方面：

在林業(yè)資源監(jiān)控方面，在樹根部安裝監(jiān)測(cè)溫度、濕度等信息的傳感器，可以實(shí)時(shí)了解樹木的生長(zhǎng)環(huán)境；在樹干上安裝監(jiān)測(cè)樹高、胸徑等信息的電子標(biāo)簽，可以了解樹木的生長(zhǎng)狀況；在一個(gè)管轄區(qū)域中安裝攝像頭，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)亂砍濫伐現(xiàn)象。

在野生動(dòng)物保護(hù)方面，在動(dòng)物身上安置包含動(dòng)物名稱、物種、年齡等內(nèi)容的電子標(biāo)簽和傳感器，不僅可以準(zhǔn)確了解動(dòng)物的基本信息，還可以通過獲取動(dòng)物運(yùn)動(dòng)路徑信息，了解動(dòng)物的生活習(xí)性；此外，在動(dòng)物身上安裝聲音干擾器，當(dāng)有狩獵者出現(xiàn)時(shí)，可以啟動(dòng)干擾器對(duì)其進(jìn)行威懾，并及時(shí)通知護(hù)林員。

在森林病蟲害防治方面，在病蟲害多發(fā)地區(qū)，一方面可安裝監(jiān)測(cè)溫度、濕度等環(huán)境因素的傳感器，及時(shí)發(fā)現(xiàn)病蟲害發(fā)生征兆；另一方面可安裝紅外感應(yīng)器，對(duì)病蟲害發(fā)生以后的動(dòng)態(tài)發(fā)展情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

在森林防火方面，在火災(zāi)多發(fā)區(qū)可安裝監(jiān)控溫度、濕度、風(fēng)向、風(fēng)力、干燥度、煙氣等因素的傳感器，通過綜合判斷，制定相應(yīng)策略，防止火災(zāi)發(fā)生。

1.3 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)(Virtual Reality Technology)是一種可以創(chuàng)造和體驗(yàn)虛擬世界的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，本質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)生成一種模擬環(huán)境，并借助傳感器設(shè)備通過視、聽、觸等作用于用戶，使其產(chǎn)生身臨其境的感覺。目前，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用到了眾多領(lǐng)域中，比如建筑、教育領(lǐng)域等，同時(shí)在智慧林業(yè)中也具有較大的應(yīng)用潛力。具體來說，在智慧林業(yè)中，基于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)多種功能，比如對(duì)樹木形態(tài)結(jié)構(gòu)、林分結(jié)構(gòu)、森林環(huán)境、森林經(jīng)營(yíng)進(jìn)行模擬等。其中，在森林經(jīng)營(yíng)模擬中，以虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)為工具，基于森林環(huán)境復(fù)雜性的分析和表述，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林環(huán)境的模擬。虛擬森林環(huán)境是一種極其復(fù)雜的自然環(huán)境模擬，需要對(duì)地形、樹木、天氣等實(shí)體進(jìn)行模型，因此，模擬得到的虛擬森林是真實(shí)森林的再現(xiàn)。在虛擬森林環(huán)境中，進(jìn)一步模擬林業(yè)經(jīng)營(yíng)的新方法、新技術(shù)，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)林業(yè)經(jīng)營(yíng)的模擬了。森林經(jīng)營(yíng)模擬可以在電腦桌面上實(shí)現(xiàn)林業(yè)經(jīng)營(yíng)情況的再現(xiàn)以及展示其演變趨勢(shì)，從而可以讓森林管理者從現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)轉(zhuǎn)移到辦公室中的虛擬觀測(cè)。同時(shí)，基于虛擬場(chǎng)景還可以進(jìn)行綜合分析，進(jìn)而更好地幫助森林管理者進(jìn)行管理與決策。

2 關(guān)鍵支撐技術(shù)及具體應(yīng)用策略

2.1 大數(shù)據(jù)與云計(jì)算技術(shù)

隨著物聯(lián)網(wǎng)、3S和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等信息技術(shù)在林業(yè)中的不斷應(yīng)用，林業(yè)資源數(shù)據(jù)和林業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)從總量和種類上都已初具規(guī)模。尤其是隨著后續(xù)各種傳感器的逐步普及，林業(yè)數(shù)據(jù)將從時(shí)效性層面上得到進(jìn)一步豐富和拓展。龐大的數(shù)據(jù)資源已能夠?yàn)榱謽I(yè)的發(fā)展提供支持和決策，但目前整個(gè)行業(yè)仍然存在“數(shù)據(jù)豐富，但信息缺乏”的問題，如何在大量數(shù)據(jù)中獲取有價(jià)值的信息是一個(gè)亟待解決的問題。因此，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)在智慧林業(yè)中的應(yīng)用是不可或缺的。

本質(zhì)上說，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)包括2個(gè)層面：一個(gè)是大數(shù)據(jù)的挖掘方法，另一個(gè)是支撐大數(shù)據(jù)挖掘的計(jì)算工具。大數(shù)據(jù)挖掘方法包括文本挖掘、機(jī)器學(xué)習(xí)等；而支撐大數(shù)據(jù)挖掘的工具則是云計(jì)算技術(shù)。云計(jì)算技術(shù)是一種基于網(wǎng)絡(luò)的大規(guī)模分布式計(jì)算模式，能夠利用分布獨(dú)立的計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速處理。大數(shù)據(jù)之所以在近幾年成為各行各業(yè)關(guān)注的重點(diǎn)，云計(jì)算的快速發(fā)展起到了決定性的作用。如果沒有云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)分析還是只能停留在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘中。而云計(jì)算的出現(xiàn)，使得對(duì)海量數(shù)據(jù)處理成為了可能。因此，大數(shù)據(jù)和云計(jì)算是相輔相成的，云計(jì)算讓大數(shù)據(jù)分析成為可能，而大數(shù)據(jù)的發(fā)展使得云計(jì)算有了應(yīng)用場(chǎng)景并受到越來越廣泛的關(guān)注。

2.2 移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)

隨著移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的普及和手持設(shè)備的便捷化發(fā)展，移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)已經(jīng)成為信息化發(fā)展的重要方向。移動(dòng)互聯(lián)已經(jīng)從傳統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)、圖像等傳輸方式向管理信息系統(tǒng)或電子商務(wù)平臺(tái)延伸，通過其獨(dú)特的便捷性、移動(dòng)性、普適性等特征，形成和帶動(dòng)了物聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等許多新興技術(shù)的發(fā)展。

智慧林業(yè)中的一個(gè)基本要求是實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源信息的互聯(lián)互通。因此，通信技術(shù)，尤其是移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)在智慧林業(yè)的建設(shè)中發(fā)揮了極其關(guān)鍵的作用。只有較為完備的移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)才能保證林業(yè)資源信息能夠?qū)崿F(xiàn)及時(shí)的傳輸和共享，才能保證智慧林業(yè)中的監(jiān)控、追蹤、應(yīng)急指揮等功能得以實(shí)現(xiàn)。具體來說，森林防火監(jiān)控?zé)o線通訊、圖像傳輸?shù)裙ぷ髦校?G網(wǎng)絡(luò)、4G網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)通信等發(fā)揮著重要作用。又比如，基于全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、地理信息管理、射頻識(shí)別等技術(shù)的智能手持移動(dòng)終端也需要移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的支撐?？偠灾?，一切林業(yè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸均離不開移動(dòng)互聯(lián)技術(shù)的支持。

2.3 移動(dòng)推送技術(shù)

推送技術(shù)是指服務(wù)器定向?qū)⑿畔?shí)時(shí)送達(dá)客戶端的服務(wù)，其中面向移動(dòng)終端的推送技術(shù)就被稱為移動(dòng)推送技術(shù)。目前，移動(dòng)推送技術(shù)已廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)的信息服務(wù)中，比如新媒體、金融投資等。在智慧林業(yè)中，移動(dòng)推送技術(shù)也具有廣泛的應(yīng)用前景。林業(yè)工作者每天都能接觸到各種林業(yè)信息，包括林業(yè)政策、林業(yè)市場(chǎng)信息、種植養(yǎng)護(hù)知識(shí)等。大量龐雜的信息使得林業(yè)工作者不能及時(shí)閱讀到與自己工作最相關(guān)的信息。從資源配置的角度來說，林業(yè)部門應(yīng)該主動(dòng)、實(shí)時(shí)地將個(gè)性化的林業(yè)信息推送給林業(yè)工作者。然而，隨著移動(dòng)智能終端的發(fā)展，移動(dòng)推送技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)這樣的目的，從而極大地提升林業(yè)部門的服務(wù)水平和工作效率。從林業(yè)部門的角度來說，需要關(guān)注2個(gè)問題——推送的目標(biāo)和內(nèi)容，其中推送目標(biāo)的確定是根據(jù)林業(yè)工作者訂閱主題，而推送的信息則是根據(jù)推薦算法計(jì)算得到。從林業(yè)工作者的角度來說，需要安裝林業(yè)部門提供的移動(dòng)應(yīng)用，并訂閱自己相關(guān)的主題，便能獲取到自己最迫切需要得到的信息；同時(shí)，通過瀏覽感興趣的其他信息，可以幫助推薦系統(tǒng)識(shí)別更多可推送的潛在內(nèi)容，豐富林業(yè)工作者獲取的信息。

3 結(jié)語

發(fā)展智慧林業(yè)是改善生態(tài)環(huán)境，提升林業(yè)生產(chǎn)力，促使林業(yè)現(xiàn)代化的必然要求。在發(fā)展智慧林業(yè)的過程中，始終離不開關(guān)鍵技術(shù)的支持。在后續(xù)的研究中，一方面需要進(jìn)一步加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，將更多技術(shù)引入到智慧林業(yè)中；另一方面，則需要研究如何提高已有技術(shù)應(yīng)用的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。在實(shí)踐工作中，則需要將已研究的關(guān)鍵技術(shù)與林業(yè)業(yè)務(wù)的各個(gè)方面切實(shí)結(jié)合起來，從而提高林業(yè)管理的效率。

[1] 劉慶新. 從“數(shù)字林業(yè)”步入“智慧林業(yè)”[J]. 中國農(nóng)村科技,2013,10:62-63.

[2] 張揚(yáng)南. 智慧林業(yè):現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的新方向[J]. 南京林業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(人文社會(huì)科學(xué)版),2013(4):77-81，119.

[3] 魏娟,李晉. 山東智慧林業(yè)的總體框架支撐技術(shù)[J]. 山東林業(yè)科技,2016(3):95-98.

[4] 王雷,呂靜. 智慧林業(yè)信息化應(yīng)用的探討[J]. 通信管理與技術(shù),2013(6):17-18，21.

[5] 史川石. 物聯(lián)網(wǎng)在智慧林業(yè)中的應(yīng)用[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2013(12):76-77.

[6] 潘以成,張沂泉,楊家富,等. 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及其在林業(yè)上應(yīng)用展望[J]. 林業(yè)機(jī)械與木工設(shè)備,2004(2):33-35.

[7] 藍(lán)學(xué),韋緒,覃德文. 淺談大數(shù)據(jù)分析在生態(tài)林業(yè)上的運(yùn)用[J]. 經(jīng)濟(jì)研究導(dǎo)刊,2015(6):55-56.

[8] 馬建浦. 通信技術(shù)在我國智慧林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用[J]. 世界林業(yè)研究,2016(4):72-76.

[9] 馮峻極. 論“互聯(lián)網(wǎng)+”是智慧林業(yè)的新機(jī)遇[J]. 國家林業(yè)局管理干部學(xué)院學(xué)報(bào),2015(4):7-9.

[10] 徐志剛. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在智慧林業(yè)中應(yīng)用的探討[J]. 電子技術(shù)與軟件工程,2014(7):19.

[11] 史川石. 物聯(lián)網(wǎng)在智慧林業(yè)中的應(yīng)用[J]. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),2013(12):76-77.

Research on Key Technology of Intelligent Forestry and Its Application Strategy

YU Maoyuan

(Forest Management Branch of Yunnan Forest Inventory and Planning Institute, Kunming 650021,China)

The development of intelligence forestry is inseparable from the support of information technology. This paper made a systematic overview of the key application technology including 3S technology, Internet of Things technology and virtual reality technology, and the key support technology including big data and cloud computing technology, mobile Internet technology and mobile push technology, as well as analyzed the specific application of the key technology in intelligence forestry.

Things technology; virtual reality technology; big data and cloud computing technology; mobile Internet technology; mobile push technology

2017-05-02.

余茂源(1975-)，男，廣西融安人，工程師.從事森林資源調(diào)查規(guī)劃、林業(yè)大數(shù)據(jù)研究等工作.

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.05.024

S725;F316.23

A

1671-3168(2017)05-0121-03