新時(shí)期林草資源監(jiān)測(cè)智慧化發(fā)展的思考

吳雪茹，張 濤

（1.國(guó)家林業(yè)局甘肅瀕危動(dòng)物保護(hù)中心，甘肅 武威 733000；2.武威市林業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 武威 733000）

我國(guó)林草資源監(jiān)測(cè)從20 世紀(jì)開始已經(jīng)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，而隨著生態(tài)文明建設(shè)和林業(yè)改革的深入，對(duì)林草資源監(jiān)測(cè)工作提出了更高和更多的要求。新時(shí)期，通過(guò)構(gòu)建林草資源監(jiān)測(cè)智慧化工作模式，將各種數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)融合共享，系統(tǒng)觀察和分析、評(píng)價(jià)林草資源，了解林草資源變化影響因素和內(nèi)在規(guī)律，為林草資源持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)，進(jìn)而不斷提高監(jiān)測(cè)水平和信息服務(wù)能力。而智慧化林草監(jiān)測(cè)利用物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等信息技術(shù)采用智能化和物聯(lián)化手段建立一體化的林草發(fā)展模式，以便適應(yīng)新環(huán)境下的林草發(fā)展趨勢(shì)，不斷提高林草資源監(jiān)管水平。

1 新時(shí)期林草資源監(jiān)測(cè)發(fā)展現(xiàn)狀

從新中國(guó)成立以后，林草資源監(jiān)測(cè)水平處于不斷發(fā)展過(guò)程中，相關(guān)理論、技術(shù)手段及規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)也都取得了長(zhǎng)足進(jìn)步，陸續(xù)制定并施行了多個(gè)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，配置的林草資源調(diào)查制度基本成型，并建立了各種專項(xiàng)檢查核查監(jiān)測(cè)體系。進(jìn)入21 世紀(jì)，林業(yè)發(fā)展逐漸從木材生產(chǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)樯鷳B(tài)建設(shè)，通過(guò)各種方法提高資源監(jiān)測(cè)水平和服務(wù)水平。2003年我國(guó)落實(shí)了林草資源遙感監(jiān)測(cè)定量化綜合處理和業(yè)務(wù)運(yùn)行系統(tǒng)，促進(jìn)了遙感技術(shù)的應(yīng)用，使林草資源調(diào)查從定性監(jiān)測(cè)轉(zhuǎn)變?yōu)槎亢桶攵勘O(jiān)測(cè)[1]。2004 年，我國(guó)通過(guò)驗(yàn)收相關(guān)研究項(xiàng)目為一體化監(jiān)測(cè)體系建設(shè)提供了思路，并在此基礎(chǔ)上落實(shí)了森林資源綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)研究項(xiàng)目，重點(diǎn)突破了抽樣設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)采集及數(shù)據(jù)融合等相關(guān)技術(shù)，進(jìn)而提供了豐富的技術(shù)資源。2010 年以后，我國(guó)針對(duì)林地資源制定了《全國(guó)林地保護(hù)利用規(guī)劃綱要》并建設(shè)了全國(guó)森林資源管理制度，搭建了智慧管理平臺(tái)，并完成了全國(guó)森林資源連續(xù)清查和規(guī)劃設(shè)計(jì)調(diào)查等活動(dòng)，開展了年度專項(xiàng)調(diào)查核查工作，把控了森林資源現(xiàn)狀及其發(fā)展動(dòng)態(tài)，能夠滿足生態(tài)建設(shè)需求及林業(yè)發(fā)展信息需求[2]。

2 新時(shí)期林草資源監(jiān)測(cè)智慧化發(fā)展面臨的挑戰(zhàn)

我國(guó)林草資源監(jiān)測(cè)已經(jīng)逐漸形成了相對(duì)成熟的調(diào)查體系，但是林草融合生態(tài)綜合監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)體系仍然處于發(fā)展階段，在林草資源融合智慧化監(jiān)測(cè)發(fā)展過(guò)程中面臨以下調(diào)整，需要深入分析。

2.1 監(jiān)測(cè)信息收集手段匱乏

新時(shí)期，林草資源監(jiān)測(cè)包括資源保護(hù)、行政執(zhí)法、災(zāi)害預(yù)警及生態(tài)修復(fù)等內(nèi)容。

資源保護(hù)是基于資源本體調(diào)查，采用人工現(xiàn)地調(diào)查和衛(wèi)星遙感調(diào)查2 種方式開展，但傳統(tǒng)設(shè)備無(wú)法支持大工作量的信息采集。由于林草資源清查周期為5 年，涉及的地面樣本多達(dá)幾十萬(wàn)個(gè)，若是采用人工角色羅盤復(fù)位樣地調(diào)查方式則無(wú)法滿足調(diào)查需求，而現(xiàn)有的新監(jiān)測(cè)設(shè)備支撐力度不夠，普遍缺乏自動(dòng)化監(jiān)測(cè)設(shè)備。

林業(yè)行政執(zhí)法是根據(jù)年度資源利用情況和變動(dòng)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，對(duì)監(jiān)測(cè)成果具有較高的時(shí)效性要求。在對(duì)全國(guó)森林資源進(jìn)行督查時(shí)，可以利用內(nèi)業(yè)線上自動(dòng)化判斷和外業(yè)在線采集等技術(shù)，提高監(jiān)測(cè)效率[3]。

災(zāi)害預(yù)警監(jiān)測(cè)結(jié)果可以應(yīng)用在預(yù)警和防治工作中。由于災(zāi)害發(fā)生比較緊急，因此需要對(duì)信息高效及時(shí)采集傳輸出來(lái)，這就需要一體化智能預(yù)警和適用的通信網(wǎng)絡(luò)作為保證。

這些業(yè)務(wù)需求在監(jiān)測(cè)周期、監(jiān)測(cè)精度和監(jiān)測(cè)維度方面有著不同要求，但是普遍未配置自動(dòng)化、智能化信息采集技術(shù)和相應(yīng)設(shè)備，各種感知平臺(tái)也未解決統(tǒng)一架構(gòu)和融合共享等方面的問(wèn)題，導(dǎo)致林草資源生態(tài)感知系統(tǒng)發(fā)展受到影響。

2.2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)處理不夠到位

林草資源監(jiān)測(cè)工作中，數(shù)據(jù)收集和傳輸需要利用大數(shù)據(jù)融合處理及挖掘分析技術(shù)找到具有價(jià)值的內(nèi)容?，F(xiàn)階段林草信息化應(yīng)用正處于發(fā)展時(shí)期，我國(guó)林業(yè)信息化盡管已經(jīng)得到普及，但是并未對(duì)大數(shù)據(jù)形成客觀的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，在林草資源監(jiān)測(cè)和生物多樣性監(jiān)測(cè)調(diào)查等方面存在數(shù)據(jù)資源利用不足現(xiàn)象，盲目投資硬件設(shè)備，對(duì)數(shù)據(jù)資源收集、挖掘和利用并不注重[4]。除此之外，當(dāng)前我國(guó)林業(yè)資源的數(shù)據(jù)資源建設(shè)和共享水平較低，用戶并不注重?cái)?shù)據(jù)資源建設(shè)工作，盡管具有數(shù)據(jù)意識(shí)但是很少加工整理并挖掘數(shù)據(jù)后續(xù)應(yīng)用需求，各機(jī)構(gòu)之間數(shù)據(jù)共享不夠完善，不同數(shù)據(jù)源彼此獨(dú)立構(gòu)成了信息孤島，不利于林草資源監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)建設(shè)。

2.3 監(jiān)測(cè)服務(wù)能力需要提升

根據(jù)當(dāng)前林草行業(yè)發(fā)展要求，林草資源監(jiān)測(cè)信息化需要建設(shè)滿足各層級(jí)和多業(yè)務(wù)的協(xié)同服務(wù)體系。但是林草監(jiān)測(cè)在橫向上存在業(yè)務(wù)不到邊、縱向上存在信息不到底的問(wèn)題，檢測(cè)結(jié)果難以在省市縣鄉(xiāng)等實(shí)現(xiàn)協(xié)同共享，上級(jí)無(wú)法準(zhǔn)確把控下級(jí)工作進(jìn)度和工作質(zhì)量，而內(nèi)部各部門使用的子系統(tǒng)彼此不兼容，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不同，不利于數(shù)據(jù)融合[5]。因此，新時(shí)期林草資源監(jiān)測(cè)需要探究新的信息共享模式，開發(fā)各種接口，建立全面覆蓋的數(shù)據(jù)共享平臺(tái)，提供一站式服務(wù)。

2.4 監(jiān)測(cè)平臺(tái)運(yùn)維安全有限

林草監(jiān)測(cè)范圍普遍位于山區(qū)等地區(qū)，在部署系統(tǒng)時(shí)要注意設(shè)備的野外運(yùn)行維護(hù)問(wèn)題，因此需要根據(jù)當(dāng)?shù)鼗A(chǔ)設(shè)施選擇合適的設(shè)備型號(hào)，降低后期管理成本和維護(hù)難度。林草監(jiān)測(cè)工作是為管理工作提供便利，但由于基層臨床技術(shù)匱乏，無(wú)法勝任遙感影像數(shù)據(jù)應(yīng)用、無(wú)人機(jī)操控和更新平臺(tái)數(shù)據(jù)等工作，因此需要建立相應(yīng)的運(yùn)行機(jī)制，為基層用戶提供保障[6]。另外，林草行業(yè)缺乏數(shù)據(jù)所有權(quán)和隱私權(quán)等方面的法律，且安全防范能力和管理水平較低，對(duì)數(shù)據(jù)保密和數(shù)據(jù)共享劃分不明，并未建立具有安全功能和發(fā)展功能的數(shù)據(jù)保障體系。

3 新時(shí)期林草資源監(jiān)測(cè)智慧化發(fā)展路徑

新時(shí)期林草資源智慧化監(jiān)測(cè)不僅包括林草資源和生態(tài)系統(tǒng)等，還涉及了各種信息技術(shù)和軟硬件設(shè)備等。新時(shí)期林草監(jiān)測(cè)信息需求提高和當(dāng)前智慧監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展之間存在明顯矛盾，要想解決這一矛盾，必須要加大力度發(fā)展智慧化技術(shù)。在探索智慧化建設(shè)技術(shù)時(shí)，本研究提出以下措施。

3.1 構(gòu)建一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)

新時(shí)期通過(guò)構(gòu)建一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)形成點(diǎn)線面全面覆蓋的監(jiān)測(cè)區(qū)域，組成林草資源智慧化監(jiān)測(cè)感知網(wǎng)絡(luò)。在該網(wǎng)絡(luò)中，通過(guò)衛(wèi)星遙感平臺(tái)實(shí)現(xiàn)大空間尺度監(jiān)測(cè)，并結(jié)合多光譜、高光譜及合成孔徑雷達(dá)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)災(zāi)害預(yù)警和資源變化分析等業(yè)務(wù)活動(dòng)。同時(shí)通過(guò)無(wú)人機(jī)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)中空間尺度監(jiān)測(cè)，并結(jié)合激光雷達(dá)和傾斜相機(jī)等設(shè)備，進(jìn)行資源結(jié)構(gòu)分析、有害生物防治和火災(zāi)偵查等工作。通過(guò)地面物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)中小空間尺度監(jiān)測(cè)，其中視頻監(jiān)控和熱紅外相機(jī)等設(shè)備能夠進(jìn)行資源管護(hù)、野生動(dòng)物保護(hù)等工作[7]。通過(guò)微波、5G 技術(shù)和光纖等通信方式可以提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。這些技術(shù)和設(shè)備共同構(gòu)成了一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，能夠?qū)ΡO(jiān)測(cè)對(duì)象、周期頻率及空間尺度實(shí)現(xiàn)點(diǎn)線面全覆蓋監(jiān)測(cè)，進(jìn)而組建多業(yè)務(wù)和多用戶需求的林草資源生態(tài)感知一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

3.2 利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)

通過(guò)利用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)建立大數(shù)據(jù)應(yīng)用中心，可以提供準(zhǔn)確的林草資源相關(guān)信息，為管理決策提供保障。通過(guò)建設(shè)林草大數(shù)據(jù)中心加工處理數(shù)據(jù)，整合時(shí)空大數(shù)據(jù)，并進(jìn)行智慧化分析挖掘，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互和展示，保障數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)和安全。在數(shù)據(jù)加工處理時(shí)，數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)林草生態(tài)感知網(wǎng)絡(luò)得到柵格、矢量及報(bào)表等數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，規(guī)范數(shù)據(jù)，使其符合入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)。整合時(shí)空大數(shù)據(jù)則是根據(jù)時(shí)間和空間規(guī)律歸類融合公共基礎(chǔ)庫(kù)、林草基礎(chǔ)庫(kù)及林草專題庫(kù)為大數(shù)據(jù)應(yīng)用奠定基礎(chǔ)[8]。通過(guò)數(shù)據(jù)交互和展示業(yè)務(wù)對(duì)大數(shù)據(jù)結(jié)果實(shí)現(xiàn)可視化展示、統(tǒng)計(jì)分析和施工查詢等。在全國(guó)森林資源督察過(guò)程中，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)遙感影像和數(shù)據(jù)進(jìn)行加工處理，進(jìn)而發(fā)布時(shí)空數(shù)據(jù)，同時(shí)利用遙感影像樣本庫(kù)及AI 影像變化識(shí)別模型實(shí)現(xiàn)在線遙感判讀，并采用圖表和三維形式將工作結(jié)果和工作進(jìn)度實(shí)時(shí)展現(xiàn)出來(lái)。

3.3 落實(shí)智慧化監(jiān)測(cè)服務(wù)

通過(guò)建設(shè)和落實(shí)林草智慧監(jiān)測(cè)服務(wù)平臺(tái)達(dá)到橫向到邊、縱向到底、底端支撐和前端應(yīng)用目的。其中，橫向到邊涉及了林草資源監(jiān)測(cè)、生態(tài)修復(fù)和保護(hù)、生態(tài)富民和安全等監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)?？v向到底是根據(jù)國(guó)家以及省市縣等組織配置相應(yīng)的用戶管理體系，使不同層級(jí)用戶按照角色、范圍及功能訪問(wèn)數(shù)據(jù)資源和業(yè)務(wù)模塊，以便上級(jí)能夠?qū)崟r(shí)掌握下級(jí)工作，而下級(jí)能夠?qū)崟r(shí)接受上級(jí)指示并反饋工作結(jié)果。若是服務(wù)訪問(wèn)量大則可以采用混合云服務(wù)模式進(jìn)行計(jì)算，隱私數(shù)據(jù)則采用私有云存儲(chǔ)，公共數(shù)據(jù)則采用公有云存儲(chǔ)方式，這樣能夠大大減少建設(shè)成本，并保證數(shù)據(jù)安全和服務(wù)質(zhì)量[9]。在平臺(tái)用戶訪問(wèn)時(shí)通過(guò)APP、網(wǎng)頁(yè)和本地服務(wù)等桌面應(yīng)用端和監(jiān)測(cè)指揮中心大屏幕滿足不同場(chǎng)景下的用戶應(yīng)用需求。

3.4 創(chuàng)新林草監(jiān)測(cè)模式

林草資源監(jiān)測(cè)過(guò)程中采用馬賽克概念，并利用互聯(lián)網(wǎng)連接使林草調(diào)查和監(jiān)督管理具備條塊化數(shù)據(jù)特征的信息資源，使信息實(shí)現(xiàn)深度融合，并做到數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)共享，將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)廣泛應(yīng)用在各種業(yè)務(wù)場(chǎng)景及組合中，進(jìn)而提高林草資源建設(shè)水平和信息服務(wù)能力。

首先，利用馬賽克模式突破事前障礙，將一類清查、二三類調(diào)查和專項(xiàng)資源監(jiān)測(cè)結(jié)果結(jié)合起來(lái)建立數(shù)據(jù)和資源共享機(jī)制，解決監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存在的協(xié)調(diào)銜接不順暢這一問(wèn)題，進(jìn)而構(gòu)成數(shù)據(jù)多方監(jiān)控、補(bǔ)充及利用的模式，提高監(jiān)測(cè)信息協(xié)同共享水平。其次，利用馬賽克模式改變當(dāng)前林草監(jiān)測(cè)調(diào)查時(shí)序規(guī)律，構(gòu)建新的時(shí)序機(jī)制，形成點(diǎn)面結(jié)合、上下協(xié)同及數(shù)圖協(xié)同的林草資源監(jiān)測(cè)體系，方便抽樣調(diào)查和更新相結(jié)合，并利用國(guó)家森林資源智慧管理平臺(tái)將相關(guān)數(shù)據(jù)匯總到平臺(tái)上，發(fā)揮數(shù)據(jù)匯總效果，實(shí)現(xiàn)森林資源管理實(shí)時(shí)更新和監(jiān)測(cè)實(shí)時(shí)出數(shù)作用，提高森林資源監(jiān)測(cè)信息時(shí)效性[10]。最后，利用馬賽克模式改變傳統(tǒng)的林草資源監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)來(lái)源模式，使調(diào)查數(shù)據(jù)來(lái)源實(shí)現(xiàn)多元化，有利于數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)中的各種數(shù)據(jù)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，通過(guò)互相驗(yàn)證實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證和評(píng)價(jià)模型，快速甄別數(shù)據(jù)，去除冗雜數(shù)據(jù)，發(fā)揮馬賽克模式抗干擾優(yōu)勢(shì)，化解調(diào)查數(shù)據(jù)存在的錯(cuò)誤和人為偏差，提高監(jiān)測(cè)體系防偏能力，確保林草資源監(jiān)測(cè)信息精準(zhǔn)可靠。

3.5 保障監(jiān)測(cè)平臺(tái)的安全

通過(guò)不同方式建立林草資源智慧化監(jiān)測(cè)保障體系，具體方式：①軟硬件運(yùn)維設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)時(shí)需要注重建設(shè)基礎(chǔ)設(shè)施和軟件開發(fā)升級(jí)，提高軟件的兼容性和簡(jiǎn)易性，盡可能采用通用設(shè)備以及具有兼容功能的接口，可以降低運(yùn)維難度和運(yùn)維成本；②信息安全管理涉及了相應(yīng)機(jī)制管理，例如注冊(cè)審核機(jī)制、涉密數(shù)據(jù)辨別處理機(jī)制等，還有軟硬件安全環(huán)境建設(shè)等；③數(shù)據(jù)更新推送是根據(jù)區(qū)域和省級(jí)監(jiān)測(cè)大數(shù)據(jù)中心對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及其結(jié)果進(jìn)行定期推送，提供相應(yīng)的推送服務(wù)，使監(jiān)測(cè)信息更加豐富完善；④區(qū)域遠(yuǎn)程服務(wù)是根據(jù)遠(yuǎn)程操控技術(shù)對(duì)無(wú)人機(jī)和物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)距離操控，進(jìn)而減少基層工作人員壓力。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，新時(shí)期林草資源監(jiān)測(cè)智慧化發(fā)展十分重要，利用智慧化和智能化方式能夠?qū)⒈O(jiān)測(cè)結(jié)果價(jià)值充分挖掘出來(lái)。對(duì)此，需要建設(shè)林草一體化監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)解決監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)獲取問(wèn)題，采用大數(shù)據(jù)處理技術(shù)可以充分挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值，落實(shí)智慧化建設(shè)服務(wù)為智慧監(jiān)測(cè)提供保障，而保障智慧監(jiān)測(cè)平臺(tái)安全為監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用和管理奠定基礎(chǔ)，完善林草資源智慧化建設(shè)體系，促進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，提高林草現(xiàn)代化建設(shè)服務(wù)水平。