物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在我國(guó)智慧林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展策略探討

楊 格，程春曉，章 璐

（湖北生態(tài)工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢 430012）

智慧林業(yè)的發(fā)展主要是通過(guò)在工作中應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)實(shí)現(xiàn)的，這也是林業(yè)三維感知與協(xié)調(diào)發(fā)展的新發(fā)展模式形成的關(guān)鍵因素。智慧林業(yè)建設(shè)為我國(guó)林業(yè)建設(shè)的發(fā)展開(kāi)辟了新天地，同時(shí)智慧林業(yè)建設(shè)對(duì)生態(tài)環(huán)境的改善與林業(yè)生產(chǎn)率的提高有極其重要的正向促進(jìn)作用。但由于林業(yè)工作的環(huán)境險(xiǎn)峻、工作面積大、工作周期長(zhǎng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)信息的快速響應(yīng)和對(duì)工作內(nèi)容的精確控制要借助物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，這也是智慧林業(yè)的三維感知中不可或缺的關(guān)鍵步驟。研究發(fā)現(xiàn)，我國(guó)的林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)奠定了發(fā)展基礎(chǔ)，可相比于發(fā)達(dá)國(guó)家還有待提高，基于此，對(duì)智慧林業(yè)中物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀和發(fā)展方向進(jìn)行了全面的研究與討論。

1 概述

1.1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)是由處于隨機(jī)分布狀態(tài)的傳感器節(jié)點(diǎn)組成的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。傳感器節(jié)點(diǎn)是由數(shù)據(jù)處理單元和無(wú)線通信模塊組成的工作節(jié)點(diǎn)，這些工作節(jié)點(diǎn)在傳感器的作用下能更準(zhǔn)確地掌握外部信息的變化，并借助數(shù)據(jù)處理單元將其轉(zhuǎn)換為物理量，在節(jié)點(diǎn)工作中實(shí)現(xiàn)信息的交流與流通。在無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)中，傳感器節(jié)點(diǎn)可以分散在監(jiān)視位置，并且可以在無(wú)線通信的作用下形成節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)連接，并經(jīng)直接或逐步聚合，與互聯(lián)網(wǎng)建立良好連接。

1.2 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)

20 世紀(jì)90 年代，作為無(wú)線自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的射頻技術(shù)得到了空前的發(fā)展。該技術(shù)的主要特征是通過(guò)射頻的非接觸式雙向通信，與傳統(tǒng)的條形碼、磁卡等方式相比，射頻識(shí)別技術(shù)具有更大的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)容量，而且能應(yīng)用在廣泛的環(huán)境條件下，讓商業(yè)與工業(yè)商業(yè)領(lǐng)域處于平穩(wěn)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

天線、閱讀器、電子標(biāo)簽是射頻識(shí)別技術(shù)的3 個(gè)主要環(huán)節(jié)，它們?cè)诠ぷ鬟^(guò)程中是環(huán)環(huán)相扣的，閱讀器需要編碼和處理將要發(fā)送的信息，并進(jìn)行天線傳輸。當(dāng)信號(hào)傳遞到電子標(biāo)簽后，電子標(biāo)簽會(huì)立即進(jìn)行信號(hào)調(diào)制和解碼分析。若需讀取命令，可直接在內(nèi)存中讀取。

2 應(yīng)用

2.1 森林資源監(jiān)督

林木資源在森林資源中有極其重要的地位，林地資源、森林環(huán)境資源、微生物資源和野生動(dòng)物資源是林木資源的主要部分。森林資源監(jiān)督是林業(yè)部門(mén)的基本職能之一，林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)已被廣泛用于森林資源的管理和保護(hù)。無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)是我國(guó)當(dāng)前森林資源監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)中應(yīng)用的主要技術(shù)，能快速、準(zhǔn)確地識(shí)別資源，給資源的智能控制與管理提供了有力幫助。但無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)在森林資源監(jiān)測(cè)中也存在不足之處，如缺乏統(tǒng)一的識(shí)別方法，大規(guī)模的技術(shù)推廣和應(yīng)用難以實(shí)現(xiàn)，再加上應(yīng)用標(biāo)簽是通用標(biāo)簽，壽命縮短之類的問(wèn)題極有可能發(fā)生。

國(guó)外相對(duì)較早地研究了林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并對(duì)林業(yè)專用傳感器進(jìn)行了深度開(kāi)發(fā)。在這些傳感器的作用下，工作人員可以隨時(shí)監(jiān)視樹(shù)木的狀況，避免了非法砍伐樹(shù)木問(wèn)題，對(duì)改善森林資源的保護(hù)產(chǎn)生了重大影響。目前國(guó)內(nèi)外在野生動(dòng)植物保護(hù)工作中普遍加強(qiáng)了無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用，這種方法可以提高人們對(duì)野生動(dòng)植物信息的感知靈敏度。

2.2 林業(yè)災(zāi)害監(jiān)控

森林病蟲(chóng)害、極端氣候等引起的森林火災(zāi)與森林災(zāi)害是林業(yè)災(zāi)害的主要表現(xiàn)。林業(yè)災(zāi)害可通過(guò)林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)行有效監(jiān)測(cè)，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的事前預(yù)報(bào)能在林業(yè)災(zāi)害中最大程度地減少損失，并為后續(xù)的災(zāi)害提供有效的參考和幫助重建工作。目前，林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在病蟲(chóng)害防治與森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)方面處于平穩(wěn)發(fā)展的狀態(tài)。西方發(fā)達(dá)國(guó)家較我國(guó)而言在技術(shù)能力上處于領(lǐng)先地位，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了更先進(jìn)的病蟲(chóng)害專用傳感器，在監(jiān)測(cè)特殊的森林病蟲(chóng)害方面能發(fā)揮出更為準(zhǔn)確的優(yōu)勢(shì)。相較之下，我國(guó)有關(guān)研究人員與工作人員需要加強(qiáng)對(duì)傳感器技術(shù)的研究，才能在實(shí)際工作中更準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)與分析相關(guān)問(wèn)題。

2.3 林業(yè)生態(tài)監(jiān)測(cè)

林業(yè)生態(tài)監(jiān)測(cè)主要是指對(duì)森林環(huán)境中生態(tài)因素的連續(xù)觀察、對(duì)當(dāng)?shù)厣汁h(huán)境變化的認(rèn)識(shí)，小氣候變化、森林環(huán)境、森林火災(zāi)和其他自然災(zāi)害及環(huán)境健康狀況的預(yù)測(cè)，評(píng)估森林生態(tài)系統(tǒng)和生態(tài)服務(wù)的功能和價(jià)值。主要使用WSN 等物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)森林生態(tài)監(jiān)測(cè)，這不僅可以通過(guò)合理的節(jié)點(diǎn)部署來(lái)解決由于生態(tài)系統(tǒng)的時(shí)空異質(zhì)性和規(guī)模復(fù)雜性而引起的監(jiān)測(cè)困難，且與人工和遙感方法相比，它還有大規(guī)模、長(zhǎng)期、連續(xù)與同步監(jiān)控的優(yōu)點(diǎn)。

3 問(wèn)題

3.1 林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)配套標(biāo)準(zhǔn)滯后

源自于不同廠家的射頻識(shí)別系統(tǒng)具有不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，而正是由于設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的不一致，導(dǎo)致系統(tǒng)與設(shè)備之間的兼容性存在問(wèn)題。在缺乏統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，無(wú)線傳感器在林業(yè)數(shù)據(jù)采集與傳輸過(guò)程中存在明顯差異，因此對(duì)工作信息的融合更是難上加難。若相關(guān)情況無(wú)法得到妥善解決，不可避免地會(huì)極大地限制和影響數(shù)據(jù)的共享［1］。

3.2 林業(yè)專用傳感器匱乏

智慧林業(yè)建設(shè)對(duì)于林業(yè)傳感器的需求量相對(duì)較高，而目前林業(yè)專用傳感器的數(shù)量有限，不僅影響到了智慧林業(yè)系統(tǒng)的作用價(jià)值，同時(shí)也難以在當(dāng)前的工作中實(shí)現(xiàn)廣泛的應(yīng)用和推廣。

3.3 林業(yè)商業(yè)模式的實(shí)用性低

從當(dāng)前林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)際應(yīng)用情況可以看出，林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在林業(yè)災(zāi)害監(jiān)測(cè)方面準(zhǔn)確性不高，這意味著目前的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值不高，因此有必要加強(qiáng)林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在后續(xù)工作中生態(tài)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的優(yōu)化，確保最大限度地提高監(jiān)控工作的準(zhǔn)確性［2］。

4 發(fā)展對(duì)策

4.1 加強(qiáng)林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)的研究與修訂

在林業(yè)數(shù)據(jù)采集和信息傳輸過(guò)程中，當(dāng)前的林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)由于不具備統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)而引發(fā)了許多異質(zhì)性問(wèn)題。因此有必要建立基于林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，以保證林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)體系的建設(shè)規(guī)范性。唯有這樣，信息存儲(chǔ)和信息處理鏈接才能避免信息孤島或者系統(tǒng)孤島的問(wèn)題，對(duì)提高林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的水平起決定性作用［3］。

4.2 加強(qiáng)林業(yè)專用傳感器的研發(fā)

1）根據(jù)林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境的要求，對(duì)具有良好林業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐效果和較強(qiáng)適應(yīng)性的傳感器進(jìn)行研究和創(chuàng)新［4］。2）加強(qiáng)林業(yè)病蟲(chóng)害、葉面積指數(shù)等特殊傳感器的研究與開(kāi)發(fā)，以確保林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能夠滿足林業(yè)的發(fā)展需求。

4.3 推進(jìn)全新無(wú)線通信技術(shù)在林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用

在當(dāng)前社會(huì)發(fā)展水平全面提升背景下，我國(guó)林業(yè)發(fā)展應(yīng)更嚴(yán)謹(jǐn)?shù)貙徍讼嚓P(guān)人員提出的專業(yè)技術(shù)要求，并大力支持能在林業(yè)信息傳輸過(guò)程中充分發(fā)揮低能耗與低成本等優(yōu)點(diǎn)的技術(shù)。讓林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)具備卓越的應(yīng)用效果，專業(yè)工作人員要加快技術(shù)研究和開(kāi)發(fā)速度，為提升我國(guó)林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展水平打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［5］。

4.4 加強(qiáng)人工智能技術(shù)在林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息處理中的應(yīng)用

林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展涵蓋了大量林業(yè)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要在應(yīng)用鏈接中進(jìn)行全面研究和分析，最終對(duì)林業(yè)工作進(jìn)行科學(xué)的指導(dǎo)。因此在實(shí)際工作中，工作人員一定要加強(qiáng)對(duì)設(shè)備和機(jī)器學(xué)習(xí)，加強(qiáng)對(duì)新數(shù)據(jù)的挖掘和分析方法的學(xué)習(xí)，確保在林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)信息處理過(guò)程中及時(shí)有效發(fā)揮自身作用，并對(duì)最終提高網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)模型的實(shí)用性打下良好的基石。

5 結(jié)語(yǔ)

林業(yè)自身具有很強(qiáng)的空間擴(kuò)展性和時(shí)間周期性特征，這些特征對(duì)資源監(jiān)控工作是不小的挑戰(zhàn)。在智慧林業(yè)發(fā)展過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)能應(yīng)用在資源監(jiān)測(cè)、森林防火和病蟲(chóng)害防治中并且展現(xiàn)出重要的作用。