物聯(lián)網(wǎng)在智慧林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用研究

汪林桂

（江西省上饒市弋陽縣林業(yè)局，江西 上饒 334400）

物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是一種綜合性較強的技術(shù)，涉及多種系統(tǒng)，在數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)計算及數(shù)據(jù)傳達等方面均表現(xiàn)出優(yōu)異作用。林業(yè)具有發(fā)展周期長的特點，在傳統(tǒng)林業(yè)建設(shè)管理模式下，對于林業(yè)資源、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)的監(jiān)測精度較差，且需消耗時間精力進行監(jiān)測監(jiān)管，推動林業(yè)建設(shè)工作持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)林業(yè)管理創(chuàng)新變革，可將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)融入到林業(yè)體系中，打造現(xiàn)代化智慧林業(yè)。

1 物聯(lián)網(wǎng)與智慧林業(yè)的聯(lián)系

物聯(lián)網(wǎng)能夠憑借信息傳感裝置連接網(wǎng)絡(luò)與物體，在傳輸媒介作用下，實現(xiàn)信息傳輸，繼而進行智能定位監(jiān)督與實時跟蹤。物聯(lián)網(wǎng)主要分為2大部分，即嵌入式技術(shù)與傳感器技術(shù)，在智慧林業(yè)建設(shè)期間，主要應(yīng)用的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)則為傳感器技術(shù)，依靠傳感器裝置監(jiān)測管理目標(biāo)，將實際采集的信息數(shù)據(jù)傳遞給林區(qū)終端設(shè)備，以此連接林區(qū)管理人員、網(wǎng)絡(luò)與物體。智慧林業(yè)是以多項技術(shù)為支撐而形成的新型林業(yè)建設(shè)管理模式，其核心在于應(yīng)用前沿技術(shù)采集數(shù)據(jù)，對林區(qū)范圍內(nèi)信息數(shù)據(jù)進行管控。隨著林業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，林業(yè)智慧化建設(shè)將成為必然產(chǎn)物，物聯(lián)網(wǎng)等先進技術(shù)會被應(yīng)用到林業(yè)建設(shè)管理工作中，以智慧林業(yè)為推動力，提升林業(yè)產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)代化水平，并在物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)應(yīng)用下提高林業(yè)管理效率與質(zhì)量，繼而推動林業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。除此之外，智慧林業(yè)的建設(shè)有助于同步實時管理林業(yè)資源，強化林業(yè)綠色生態(tài)建設(shè)，對林區(qū)資源統(tǒng)籌管理，以此保障林業(yè)綜合效益。

物聯(lián)網(wǎng)與智慧林業(yè)的契合度較高，可借助物聯(lián)網(wǎng)定位系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)等裝置采集林業(yè)資源信息，在紅外感應(yīng)器、RFID射頻識別技術(shù)應(yīng)用下采集不同類型的信息數(shù)據(jù)，并將所得信息數(shù)據(jù)上傳至網(wǎng)絡(luò)，經(jīng)數(shù)據(jù)交換分析實現(xiàn)物體識別與監(jiān)測，繼而確保林區(qū)管理中心可全面化掌握林業(yè)資源情況。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)主要包括3大系統(tǒng)，即傳感器系統(tǒng)、中間系統(tǒng)、應(yīng)用系統(tǒng)。（1）傳感器系統(tǒng)。為物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)前端部分，主要用于采集物體信息數(shù)據(jù)，而信息數(shù)據(jù)的采集主要依靠RFID射頻識別技術(shù)、各類傳感器以及紅外感應(yīng)裝置，將前端設(shè)備根據(jù)實際需求安設(shè)在林區(qū)特定范圍內(nèi)，以此即可獲得所需數(shù)據(jù)信息，且可將信息數(shù)據(jù)以可視化的形式展現(xiàn)出現(xiàn)。（2）中間系統(tǒng)。中間系統(tǒng)主要用于計算數(shù)據(jù)、分析信息，當(dāng)前端傳感器系統(tǒng)完成信息采集后，可通過通信傳輸，將信息數(shù)據(jù)傳遞給中間系統(tǒng)，在信息數(shù)據(jù)存儲的同時，對數(shù)據(jù)信息進行篩選整理與分類匯總，并進一步展開數(shù)據(jù)計算與信息分析，為信息數(shù)據(jù)的有效利用奠定基礎(chǔ)。（3）應(yīng)用系統(tǒng)。林區(qū)實測數(shù)據(jù)信息完成采集與分析計算后，可將數(shù)據(jù)信息成果傳遞給林區(qū)無線中線設(shè)備，此時可根據(jù)數(shù)據(jù)信息情況下達指令，指導(dǎo)林區(qū)活動。

2 智慧林業(yè)建設(shè)中物聯(lián)網(wǎng)的具體應(yīng)用

2.1 林業(yè)動態(tài)監(jiān)測

在林業(yè)建設(shè)期間，可根據(jù)林區(qū)結(jié)構(gòu)設(shè)置監(jiān)測點，將電子標(biāo)簽粘貼至樹干表面，用于了解特定區(qū)域內(nèi)林木的樹高、樹齡情況，輔以傳感器系統(tǒng)，實時了解林木生長狀態(tài)，在傳感器及電子標(biāo)簽的應(yīng)用下，實現(xiàn)林業(yè)遠程監(jiān)測。應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)林業(yè)動態(tài)監(jiān)測主要可表現(xiàn)在以下3個方面。

第一，林區(qū)防火監(jiān)測。在林區(qū)代表性地段安設(shè)各類傳感器裝置，用于監(jiān)測林區(qū)內(nèi)風(fēng)向、風(fēng)力、蒸發(fā)量、干燥度和溫濕度等參數(shù)，同時定點掃描林區(qū)環(huán)境，一旦林區(qū)內(nèi)出現(xiàn)火災(zāi)險情，則會立即被發(fā)現(xiàn)，而林區(qū)防火指揮中心則可根據(jù)實際監(jiān)測數(shù)據(jù)制定火災(zāi)防控措施，實時了解火災(zāi)情況，以此便于盡快撲滅火災(zāi)。

第二，病蟲害防治。將360度監(jiān)視器、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器與林區(qū)信息中心連接，憑借上述設(shè)備可實時監(jiān)測林區(qū)內(nèi)病蟲害發(fā)生情況，監(jiān)控病蟲害活動范圍，獲得真實數(shù)據(jù)后，還可用于預(yù)測病蟲害蔓延趨勢，通過動態(tài)跟蹤監(jiān)控來提高林區(qū)病蟲害防治效果。除此之外，還可將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備與林區(qū)管理人員移動終端連接，一旦有病蟲害發(fā)生，相關(guān)信息將會自動化傳輸給林區(qū)管理人員，起到一定的提醒效果，避免病蟲害造成極大危害。

第三，道路視頻監(jiān)控。依托于物聯(lián)網(wǎng)體系搭建林區(qū)道路監(jiān)控系統(tǒng)，重點監(jiān)管道路通行情況，以此保障林區(qū)資源安全與人員安全。在林區(qū)道路監(jiān)控系統(tǒng)中，主要包括前端攝像裝置、視頻顯示設(shè)備、視頻計算裝置、視頻存儲裝置、信息傳輸裝置以及其他應(yīng)用性軟件構(gòu)成，其中前段攝像裝置主要安設(shè)在林區(qū)路口及事件多發(fā)區(qū)，全時段監(jiān)測林區(qū)車輛方位及外來人員情況，并進行可視化展現(xiàn)，輔以視頻回放等功能，當(dāng)人員車輛長時間停留在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)或試圖穿過警戒線時，將會有警報發(fā)出，以此更好地應(yīng)對突發(fā)事件，抑制盜獵、盜伐、盜采事件。

2.2 動植物保護

傳感器與RFID射頻識別是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的主要內(nèi)容，在智慧林業(yè)建設(shè)期間，可在林區(qū)野生動植物區(qū)域內(nèi)安設(shè)傳感器，并借助RFID射頻識別標(biāo)簽實時感知野生動植物生長狀態(tài)，若有不法分子潛入林區(qū)搶奪、破壞野生動植物，林區(qū)管理人員將會根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)及RFID射頻識別標(biāo)簽得知不法分子行為，便于第一時間進行處理應(yīng)對，并為林區(qū)野生動植物保護工作提供保障。除此之外，還可在林區(qū)珍稀動物、古樹名木表面粘貼電子標(biāo)簽，電子標(biāo)簽內(nèi)含有動植物屬性信息，電子標(biāo)簽與林區(qū)網(wǎng)絡(luò)相連，可基于林區(qū)管理系統(tǒng)更改電子標(biāo)簽內(nèi)容，同時人們還可通過直接掃描電子標(biāo)簽，得知珍稀動物、古樹名木信息。

智慧林業(yè)建設(shè)期間，可將物聯(lián)網(wǎng)紅外感應(yīng)設(shè)備打造為紅外野保相機，將其設(shè)置在林業(yè)區(qū)域內(nèi)。區(qū)別于RFID射頻識別與傳感器，紅外野保相機無法實現(xiàn)野生動物的實時信息采集，但可定期拍攝野生動物靜態(tài)、動態(tài)影像，便于林區(qū)管理人員以照片、視頻的方式了解野生動物生長運動情況。紅外野保相機能夠?qū)崿F(xiàn)持續(xù)工作，且可將其安設(shè)至隱蔽地點，在觀測稀少隱秘動物方面具有極大優(yōu)勢。紅外野保相機在實際工作期間多成對應(yīng)用，將其布設(shè)在動物出沒地點，2臺紅外野保相機可監(jiān)測動物兩側(cè)，因紅外野保相機具有紅外探頭，故不受黑夜環(huán)境干擾，同樣可拍攝動物圖像。紅外野保相機所拍攝的圖片與影像可本地存儲，并可通過林區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)進行回傳，同時紅外野保相機能源方式為太陽能供電，可持續(xù)性較強，此外，相機外部設(shè)有特定外殼，配以防盜功能，最大程度確保紅外野保相機可在智慧林業(yè)建設(shè)中發(fā)揮效用。

2.3 造林工程監(jiān)管

造林工程為林業(yè)建設(shè)重大工程項目，在智慧林業(yè)建設(shè)期間，可應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)進行造林工程監(jiān)督監(jiān)管，從立項到執(zhí)行，實現(xiàn)造林工程的全過程管理。在實際造林管理期間，可應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)采集林地類型數(shù)據(jù)，分析造林樹種，計算造林時間，統(tǒng)籌現(xiàn)有資料確定造林方式，同時控制造林密度，完成整體造林計劃后，還可將上述信息資料整理并存儲至電子標(biāo)簽內(nèi)，便于整體把控造林方案。在造林重大工程中，可應(yīng)用RFID射頻識別技術(shù)，采集造林區(qū)域的溫濕度、降雨量等數(shù)據(jù)，輔以傳感器監(jiān)測，以此確保造林計劃可順利推進。在物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)幫助下完成造林工作后，還可繼續(xù)應(yīng)用RFID射頻識別技術(shù)與傳感器裝置進行管理控制，監(jiān)測造林區(qū)域林木生長數(shù)據(jù)，從造林重點工程促進林業(yè)建設(shè)智慧化發(fā)展。

2.4 生態(tài)因子監(jiān)測

林區(qū)生態(tài)因子主要包括溫濕度、風(fēng)向、風(fēng)速、大氣壓力、土壤溫度、土壤熱通量、降雨量、土壤水分、負氧離子、二氧化碳、長波輻射和氣象生態(tài)等，依托于物聯(lián)網(wǎng)建設(shè)智慧林業(yè)時，可通過安設(shè)各類傳感器，對上述生態(tài)因子數(shù)據(jù)進行監(jiān)測采集，并在此基礎(chǔ)上搭建智慧林業(yè)生態(tài)因子監(jiān)測站，依靠傳感器獲得生態(tài)因子數(shù)據(jù)后，可將其實時傳輸給監(jiān)測站計算機系統(tǒng)內(nèi)，并對生態(tài)因子數(shù)據(jù)進行存儲與分析。部分林區(qū)有水源，在智慧林業(yè)建設(shè)期間，可直接根據(jù)實際條件建立水文地質(zhì)監(jiān)測站，運用物聯(lián)網(wǎng)傳感器監(jiān)測林區(qū)水文地質(zhì)情況，了解林區(qū)水源pH值、鹽度、水溫、水位、流速、流量、濁度、電導(dǎo)率和溶解氧等指標(biāo)情況，分析林區(qū)水源是否存在污染問題，以此便于林區(qū)水源管控，為林業(yè)生態(tài)建設(shè)提供保障。

生態(tài)因子的持續(xù)監(jiān)測是林業(yè)管理建設(shè)的重點內(nèi)容，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用可對林區(qū)環(huán)境小氣候進行感知監(jiān)測，便于實時了解林區(qū)生態(tài)服務(wù)性能及健康狀況。WSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之一，可對整個林業(yè)生態(tài)展開監(jiān)測，科學(xué)部署傳感監(jiān)測點，良好處理林業(yè)系統(tǒng)內(nèi)繁瑣性、時空異質(zhì)性監(jiān)測難題，在先進無線傳感器裝置幫助下，對林區(qū)生態(tài)進行連續(xù)性、長時間、規(guī)?；膶崟r監(jiān)測，并可在獲取信息數(shù)據(jù)的同時，將采集所得信息數(shù)據(jù)同步至林區(qū)管理中心。隨著林業(yè)智慧化水平的提升，對現(xiàn)已有部分林區(qū)引進了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行生態(tài)監(jiān)測，但在智慧林業(yè)生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)方面尚未形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致不同林區(qū)的生態(tài)監(jiān)測精度、監(jiān)測周期仍存在一定差異，但隨著生態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的更新，對于生態(tài)因子的監(jiān)測周期已逐漸從48 h縮小至1 h。此外，空氣溫度精度范圍為0.2～0.4℃；空氣相對濕度精度范圍1%～3%；光照強度精度范圍1～2 lx；土壤溫度、含水率精度范圍分別為0.2～0.4℃、2%～3%；二氧化碳濃度監(jiān)測精度范圍50～100 mg·L-1。現(xiàn)階段我國WSN無線傳感器網(wǎng)絡(luò)在信息數(shù)據(jù)傳輸過程中普遍應(yīng)用ZigBee協(xié)議，該協(xié)議在傳輸距離上存在一定缺陷，僅可在林業(yè)環(huán)境內(nèi)實現(xiàn)60 m有效傳輸，在大規(guī)模林業(yè)區(qū)域內(nèi)，ZigBee協(xié)議存在極大限制，此時可引入LoRa廣域網(wǎng)，對信息數(shù)據(jù)通信傳輸進行完善。生態(tài)因子監(jiān)測是智慧林業(yè)建設(shè)的重要部分，為實現(xiàn)精準(zhǔn)高效檢測，必須引入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并將其貫徹落實在智慧林業(yè)建設(shè)的方方面面。完成生態(tài)因子信息數(shù)據(jù)監(jiān)測后，需對所采集的數(shù)據(jù)信息進行篩選整合，剔除重復(fù)性或無價值信息，完成數(shù)據(jù)篩選后將其分析利用，將其作為林業(yè)建設(shè)管理的重要依據(jù)，以此方可確保生態(tài)因子切實服務(wù)于林業(yè)建設(shè)工作。

2.5 建設(shè)通信專網(wǎng)

為搭建完整化、全面化的智慧林業(yè)系統(tǒng)，使物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)設(shè)備可形成聯(lián)動效應(yīng)共同發(fā)揮價值，確保數(shù)據(jù)信息可實現(xiàn)零誤差實時傳輸，智慧林業(yè)建設(shè)期間需搭建無線通信專網(wǎng)，實現(xiàn)無線信號全林區(qū)覆蓋，以此保障設(shè)備前端信息可實時回傳，使林區(qū)管理中心與巡護人員無縫對接。結(jié)合上述分析可見，物聯(lián)網(wǎng)在智慧林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用較為多樣，包括森林防火系統(tǒng)、病蟲害防治、道路監(jiān)控系統(tǒng)、生態(tài)因子監(jiān)測站和紅外野保相機等，該類監(jiān)測站或監(jiān)測設(shè)備均需將所采集到的信息數(shù)據(jù)傳輸至林區(qū)管理中心，以此方可確保信息數(shù)據(jù)得到充分應(yīng)用。林區(qū)無線通信專網(wǎng)基站位置可通過仿真模擬的方式進行選擇，盡可能保障無線通信專網(wǎng)作用。完成基站設(shè)置后，在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備安設(shè)區(qū)域內(nèi)新增CPE無線路由設(shè)備，將通信基站與無線專網(wǎng)連接，在無線光通信、光纖傳輸專網(wǎng)作用下，使物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備信息數(shù)據(jù)可傳輸至林區(qū)管理中心。隨著通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信專網(wǎng)現(xiàn)已具備實時、高清、大容量和集群調(diào)度等功能，依托于無線通信專網(wǎng)，將前端設(shè)備采集到的視頻、圖片、文字及數(shù)據(jù)信息發(fā)送給護林人員，以此起到通知引導(dǎo)效果。除此之外，在智慧林區(qū)管理中心還可根據(jù)現(xiàn)實需求選擇單向、雙向音視頻通信模式，結(jié)合場景進行通信，并下達指令。護林人員在林區(qū)內(nèi)執(zhí)行任務(wù)時，在物聯(lián)網(wǎng)標(biāo)簽應(yīng)用下，護林人員位置可實時上傳至電子地圖內(nèi)，林區(qū)管理中心可根據(jù)傳感器、紅外野保相機等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備傳來的信息下達指令，對護林人員線路方向進行調(diào)整，通過實時指揮提高林業(yè)建設(shè)管理質(zhì)量，若林區(qū)突發(fā)火災(zāi)險情，同樣可在無線通信專網(wǎng)幫助下實現(xiàn)針對性控制，以此提高林區(qū)管理指令有效性。

3 結(jié)束語

綜上所述，在智慧林業(yè)建設(shè)期間融入物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)是極為可行的，在智慧林業(yè)建設(shè)期間，應(yīng)積極尋找物聯(lián)網(wǎng)與智慧林業(yè)的契合點，爭取將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)滲透到智慧林業(yè)的各個方面，結(jié)合實際情況來看，可運用物聯(lián)網(wǎng)進行林業(yè)動態(tài)化監(jiān)測，對林業(yè)動植物進行監(jiān)測保護，并對造林等重大工程展開監(jiān)管，此外，還可對生態(tài)因子進行全面監(jiān)測，建設(shè)林業(yè)通信專網(wǎng)，以此全面化借助物聯(lián)網(wǎng)的力量提升林業(yè)建設(shè)效果。