大數(shù)據(jù)在智慧林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用研究

劉曉晴

（內(nèi)蒙古通遼市扎魯特旗罕山林場，內(nèi)蒙古 通遼 029100）

大數(shù)據(jù)是建設(shè)智慧林業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，應(yīng)用大數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)林業(yè)立體感知的實(shí)時化、自動化和長期化，具有感知實(shí)時、反應(yīng)快速和控制精確等優(yōu)勢。在開展林業(yè)工作的進(jìn)程中應(yīng)用人工信息技術(shù)手段，進(jìn)行有效的數(shù)據(jù)處理是進(jìn)一步推動林業(yè)信息化轉(zhuǎn)型的有利條件。有利于加強(qiáng)對于數(shù)據(jù)信息的了解程度、發(fā)揮林業(yè)部門職能作用的最大化、打破傳統(tǒng)林業(yè)的局限性、增強(qiáng)林業(yè)的管理效果，以及提高其服務(wù)價值來推動林業(yè)經(jīng)濟(jì)進(jìn)行更快更好的發(fā)展。

1 大數(shù)據(jù)在智慧林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用

1.1 在智慧林業(yè)監(jiān)測中的應(yīng)用

在林業(yè)各項(xiàng)任務(wù)的開展中，森林監(jiān)測是至關(guān)重要的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，也是任務(wù)繁重的復(fù)雜環(huán)節(jié)，其所需數(shù)據(jù)之龐大、要求之精準(zhǔn)，通過人力監(jiān)測很難達(dá)到需求，即便數(shù)據(jù)準(zhǔn)確也很難對大量的數(shù)據(jù)進(jìn)行精準(zhǔn)地分析，為此，在林業(yè)建設(shè)中尋求大數(shù)據(jù)的支持可在大大簡化工作流程的同時提升準(zhǔn)確程度。

1.1.1 森林防火監(jiān)測

在林業(yè)生產(chǎn)中最具危害性的莫過于森林火災(zāi)，一旦監(jiān)測失靈，火災(zāi)發(fā)生，不僅會造成無法估量的經(jīng)濟(jì)損失，還會破壞森林生態(tài)環(huán)境，更有甚者還會造成人員傷亡。我國從未停下研究尋找對控制森林火災(zāi)行之有效的方法，其研究一直作為林業(yè)研究的重要項(xiàng)目，但長期的研究無法根本解決這一頑疾。而減少火災(zāi)發(fā)生的最優(yōu)選項(xiàng)就是加強(qiáng)火源監(jiān)測，從源頭掐滅火種，從而減少火災(zāi)的發(fā)生，才能將森林火災(zāi)造成的人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失降到最低。

原始數(shù)據(jù)固然重要，但其本身的價值十分有限，合理的數(shù)據(jù)處理過程是對其加以利用的必然選擇。首先，可在監(jiān)測點(diǎn)設(shè)置傳感器，實(shí)現(xiàn)與信息計(jì)算中心的網(wǎng)絡(luò)連接，進(jìn)而自動進(jìn)行森林火災(zāi)發(fā)生情況的監(jiān)測與分析，為后續(xù)制定合理化的預(yù)防與控制措施提供數(shù)據(jù)支持。第二，建立火災(zāi)模型。引起火災(zāi)的因素眾多，以內(nèi)蒙古罕山國家級自然保護(hù)區(qū)為例，其可燃物構(gòu)成復(fù)雜，不同坡段含水率大不相同，引發(fā)火災(zāi)的誘因也不盡相同。整合林區(qū)信息對火災(zāi)相關(guān)因素進(jìn)行分析，建立模型。對不同情況制定相應(yīng)的措施，一旦樹木生長出現(xiàn)無限接近模型中的火災(zāi)臨界值時自動警示。第三，規(guī)劃消防路線。結(jié)合消防數(shù)據(jù)庫和火災(zāi)模型，在火情初期進(jìn)行等級評估，從而更好地調(diào)動消防資源，指導(dǎo)消防車進(jìn)入火場的路線。隨時為作業(yè)進(jìn)程中的消防人員提供水源地、火源位置等信息以配合防火滅火工作。最后，規(guī)劃巡林工作。通過已有數(shù)據(jù)擬合林場現(xiàn)狀，制定工作方案，力求專人專案，杜絕低效盲目的巡防工作，使巡防工作效率更高，力求從源頭遏制火災(zāi)。

1.1.2 森林病蟲害監(jiān)測

除火災(zāi)外，位于森林災(zāi)害前列的當(dāng)屬森林病蟲害。在當(dāng)前的病蟲害防治過程中，智慧林業(yè)建設(shè)主要體現(xiàn)在通過紅外感應(yīng)器和監(jiān)視器的安裝實(shí)時監(jiān)控監(jiān)測區(qū)域內(nèi)的病蟲害情況進(jìn)而采集信息，同時通過無線傳輸回傳給主要負(fù)責(zé)信息處理的主機(jī)。主機(jī)通過比對采集圖像與病蟲害模型圖像進(jìn)行模式識別與判斷，進(jìn)而達(dá)到預(yù)測潛在的病蟲害危險的目的，從而及時發(fā)布監(jiān)測動態(tài)。同時主機(jī)還可通過模型比對提供可供選擇的歷史有效措施，縮短工作人員采取有效措施的時間，使防病措施更及時，避免病蟲害規(guī)模擴(kuò)大，減少林業(yè)部門的經(jīng)濟(jì)損失。

1.1.3 林業(yè)資源監(jiān)測

在眾多的森林資源中，林木資源至關(guān)重要，是森林資源的主要部分。森林資源還有林地資源、森林環(huán)境資源、微生物資源和野生動物資源。林業(yè)部門的基本職能之一就是監(jiān)測森林資源。

當(dāng)前林業(yè)在森林資源的管理和保護(hù)中已有應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的案例。其能準(zhǔn)確地識別資源，實(shí)時監(jiān)測林內(nèi)溫度，對土壤中的水分與營養(yǎng)成分進(jìn)行數(shù)據(jù)的回傳與同步更新，加強(qiáng)對資源的感知化，但是與數(shù)據(jù)采集的詳實(shí)伴隨著的是處理分析數(shù)據(jù)難度的增加。如何在接收到網(wǎng)絡(luò)終端信號后及時進(jìn)行信息數(shù)據(jù)的自動處理，是更好地運(yùn)用監(jiān)測數(shù)據(jù)的關(guān)鍵。如內(nèi)蒙古罕山國家級自然保護(hù)區(qū)總面積為91333hm2，其生態(tài)系統(tǒng)多樣、自然資源眾多。通過進(jìn)行林業(yè)信息化建設(shè)有助于龐雜的林業(yè)生態(tài)大數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化處理，精簡出簡略、精準(zhǔn)及高效詳實(shí)的數(shù)據(jù)信息，進(jìn)而更快速地實(shí)現(xiàn)資源的一體化架構(gòu)協(xié)同資源調(diào)度，促進(jìn)林業(yè)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，從而更好地應(yīng)用監(jiān)測到的數(shù)據(jù)信息，將其數(shù)據(jù)化后進(jìn)行分部門處理，各個管理部門接收各自信息的同時實(shí)現(xiàn)資源的共享，實(shí)現(xiàn)林業(yè)生態(tài)的現(xiàn)代化管理。

1.2 在智慧林業(yè)野生動植物保護(hù)中的應(yīng)用

1.2.1 古樹名木保護(hù)管理

針對古樹或名貴品種的樹木，應(yīng)利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行不同名木信息的抓取與整合建立數(shù)據(jù)庫。設(shè)立合理的環(huán)境警戒線、生長規(guī)律和可能的病蟲害預(yù)測與防治措施。同時可利用設(shè)備進(jìn)行傳感，實(shí)時監(jiān)測環(huán)境的濕度氣候溫度、土壤水分及養(yǎng)分和降雨情況等，出現(xiàn)異常自動警示。設(shè)置全天候監(jiān)控設(shè)備，對易引發(fā)的病蟲害因素實(shí)時監(jiān)控也可避免人為的破壞。一旦其出現(xiàn)異常生長狀況或遭到意外破壞時系統(tǒng)會自動報警，管理人員可以通過實(shí)時觀測的數(shù)據(jù)變化情況比對數(shù)據(jù)庫對其進(jìn)行判斷，及時采取相應(yīng)的保護(hù)對策。

1.2.2 珍稀野生動物保護(hù)

以內(nèi)蒙古罕山國家級自然保護(hù)區(qū)為例，該保護(hù)區(qū)地處大興安嶺南麓，左連科爾沁沙地，右接錫林郭勒草原，是內(nèi)蒙古地區(qū)天然次生林區(qū)之一，是重要的水源涵養(yǎng)地和天然生態(tài)屏障。其生態(tài)系統(tǒng)多樣，野生動物種類豐富，不同物種的繁衍生存的復(fù)雜狀況都為保護(hù)工作提高了難度。為此野生動物也需建設(shè)自己的獨(dú)立數(shù)據(jù)庫，包含其生活習(xí)性、繁衍條件、是否遷徙和遷徙路線等。可將包含基本信息的二維碼粘貼于生活區(qū)域附近，從而便于對其相關(guān)信息的采集與整合，在豐富數(shù)據(jù)庫的同時也加強(qiáng)了對不同物種的感知與了解。利用傳感器進(jìn)行信息的監(jiān)測與同步，一旦產(chǎn)生突發(fā)狀況，如天敵威脅、突發(fā)疾病等，管理人員可及時收到警示并通過數(shù)據(jù)庫比對進(jìn)行信息處理與分析，進(jìn)而制定出有效的解決對策，以實(shí)現(xiàn)對野生動物的自動化保護(hù)。

1.3 在智慧林業(yè)重點(diǎn)工程監(jiān)管中的應(yīng)用

當(dāng)前我國林業(yè)建設(shè)存在許多重點(diǎn)工程，其中退耕還林、天然林保護(hù)林等多項(xiàng)工程工序復(fù)雜、周期長，不便管理。建設(shè)智慧林業(yè)采取物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)采集與大數(shù)據(jù)后臺處理雙管齊下的策略，可有效實(shí)時監(jiān)督工程運(yùn)行狀況并及時進(jìn)行管控。可將工程分隊(duì)制，各小隊(duì)設(shè)置不同的參數(shù)，將不同工程小隊(duì)的關(guān)鍵信息制成標(biāo)簽方便電子檢測，同時還可在重點(diǎn)工程區(qū)域利用射頻識別（RFID）技術(shù)實(shí)時監(jiān)測氣溫降水及空氣濕度等關(guān)鍵因素，并及時分隊(duì)回傳病蟲害、樹木生長與成活狀況等信息，從而豐富數(shù)據(jù)庫的信息，便于將信息進(jìn)行集中處理分析，進(jìn)而達(dá)到有效監(jiān)管與數(shù)據(jù)比對相結(jié)合，及時對重點(diǎn)工程的突發(fā)狀況進(jìn)行反應(yīng)，以實(shí)現(xiàn)林業(yè)管理的智慧化發(fā)展。

1.4 在林產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管中的應(yīng)用

保障公眾身體健康是各行各業(yè)研發(fā)產(chǎn)品不可逾越的安全紅線，林業(yè)產(chǎn)品的研發(fā)也要以此為初心與前提，保障林產(chǎn)品的質(zhì)量安全是發(fā)展智慧林業(yè)必須重點(diǎn)攻堅(jiān)的難關(guān)。在木材運(yùn)輸途中進(jìn)行物流監(jiān)管是有效保證林產(chǎn)品安全質(zhì)量的重要途徑之一。運(yùn)用大數(shù)據(jù)手段對RFID技術(shù)運(yùn)用下的物流全程提供數(shù)據(jù)分析與模型支持，可有效保證林業(yè)產(chǎn)品安全質(zhì)量，合理利用資源，為全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)林業(yè)的力量。

2 大數(shù)據(jù)在我國智慧林業(yè)建設(shè)中應(yīng)用存在的主要問題

當(dāng)前智慧林業(yè)的建設(shè)不僅需要時間資源、生態(tài)資源和人力資源的簡單累加，如何實(shí)現(xiàn)3者有機(jī)協(xié)同，形成向上合力才是重中之重。而與此3者風(fēng)格迥異的林業(yè)生態(tài)大數(shù)據(jù)將成為新的著眼點(diǎn)，使數(shù)據(jù)資源發(fā)揮最大價值是建設(shè)智慧林業(yè)、發(fā)展林區(qū)生態(tài)的必由之路。在建設(shè)智慧林業(yè)的實(shí)際進(jìn)程中數(shù)據(jù)的愈加龐雜是可以預(yù)見的，而這種現(xiàn)象將為統(tǒng)計(jì)、分析、整理和處理林業(yè)生態(tài)數(shù)據(jù)資源帶來極大的挑戰(zhàn)，其主要原因如下。

2.1 信息指數(shù)級增長帶來處理信息難度和時間的增加

在建設(shè)智慧林業(yè)生態(tài)的過程中，人工林?jǐn)?shù)據(jù)和天然林?jǐn)?shù)據(jù)作為影響生態(tài)的2個主要因子缺一不可，為此在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)進(jìn)程中一般會將其分別作為列信息和行信息進(jìn)行收集與統(tǒng)計(jì)。為了達(dá)到更好預(yù)測結(jié)果，讓措施更具針對性的目的，需要大量增加2者的信息量，而行和列的線性增長必然導(dǎo)致整個數(shù)據(jù)矩陣信息量的指數(shù)級增加，隨之而來的是處理數(shù)據(jù)復(fù)雜程度的提升和所需時間的延長。

2.2 數(shù)據(jù)傳輸途中時間的浪費(fèi)

傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理與計(jì)算需要繁瑣地登錄、輸入和輸出，在計(jì)算進(jìn)程中會耗費(fèi)大量的時間。精準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫的缺乏使得在得出計(jì)算結(jié)果后還需大量時間進(jìn)行人為的分析判斷從而進(jìn)行決策，造成時間的浪費(fèi)，如決策人員經(jīng)驗(yàn)不足也難以保障決策的精準(zhǔn)。如采購林區(qū)物資時需輸入林地的生長狀況、主要資源種類等多種信息進(jìn)行計(jì)算，并進(jìn)行采購決策。為達(dá)到計(jì)算準(zhǔn)確度及信息的有效性需要大量的樣本數(shù)據(jù)，從而會增多輸入流程的時間，造成時間浪費(fèi)，在面臨突發(fā)狀況時也缺乏決策的及時性。

2.3 復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理流程帶來的效率低下

傳統(tǒng)林業(yè)信息收集與檢測主要依靠人力在巡林進(jìn)程中進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)的搜集記錄與勾繪，除耗費(fèi)路程時間外，還需回到辦公區(qū)域進(jìn)行軟件上的電子轉(zhuǎn)繪，重復(fù)填寫信息、勾繪等進(jìn)程。工作重復(fù)、效率低下和多環(huán)節(jié)的轉(zhuǎn)化也會造成源數(shù)據(jù)的流失降低數(shù)據(jù)精確性。如在林業(yè)執(zhí)法過程中，發(fā)現(xiàn)違法行為后難以進(jìn)行調(diào)查取證，無法確證被破壞的也就難以對破壞后的林業(yè)資源進(jìn)行比對確證，僅能通過歷史資料與實(shí)際的一一比對進(jìn)行確證，低效低能。

3 林業(yè)信息化在生態(tài)大數(shù)據(jù)建設(shè)應(yīng)用中的對策

3.1 加大資金投入

兵馬未動糧草先行，充裕的資金是進(jìn)行智能化建設(shè)的先決條件，增多投入建設(shè)智慧林業(yè)的資金，健全資金投入機(jī)制，使其投入過程科學(xué)有效，確保為林業(yè)生態(tài)大數(shù)據(jù)的應(yīng)用提供足夠的設(shè)備資金支持，降低對信息化的掣肘。

3.2 推廣輔助信息技術(shù)

數(shù)據(jù)的處理與應(yīng)用要以精準(zhǔn)大量及時的數(shù)據(jù)回傳為前提，在智慧林業(yè)的構(gòu)建中注重前期物聯(lián)化設(shè)備的投入，不僅能保障及時與準(zhǔn)確，還能降低人工輸入數(shù)據(jù)耗費(fèi)的時間。同時還可采取云計(jì)算來協(xié)同數(shù)據(jù)的處理進(jìn)程，在建設(shè)智慧林業(yè)的進(jìn)程中，將信息技術(shù)融入骨血，成為每一環(huán)節(jié)的關(guān)鍵支撐。

3.3 完善林業(yè)數(shù)據(jù)庫

精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)和精確的結(jié)果如果集中于龐雜的無條理的儲存，亦無法對林業(yè)的實(shí)際建設(shè)提供有力支持，為節(jié)約決策所需時間，降低數(shù)據(jù)存儲與提取難度，構(gòu)建完善的林業(yè)信息數(shù)據(jù)庫的必要性是毋庸置疑的。在前期建設(shè)林業(yè)信息化的進(jìn)程中就應(yīng)在各個林區(qū)的基礎(chǔ)上構(gòu)建各省市及全國的完善精確的林業(yè)信息數(shù)據(jù)庫，以便于在作業(yè)進(jìn)程中收集、整理、匯總并存儲相關(guān)的數(shù)據(jù)信息。其中應(yīng)有詳細(xì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫分類，應(yīng)涵蓋森林、濕地和沙地等構(gòu)成的基礎(chǔ)資源數(shù)據(jù)；遙感影像和地理信息等基礎(chǔ)公共數(shù)據(jù)；以及包括林業(yè)生態(tài)工程等在內(nèi)的林業(yè)專題數(shù)據(jù)庫。

3.4 提升相關(guān)人員數(shù)據(jù)處理水平

在實(shí)際測繪與電子轉(zhuǎn)化過程中造成的時間浪費(fèi)和源數(shù)據(jù)丟失是效率低下的重要原因，而對此起著關(guān)鍵作用的是林業(yè)人員的綜合數(shù)據(jù)處理能力。提升相關(guān)人員數(shù)據(jù)處理水平有利于更好地整合現(xiàn)有林業(yè)資源數(shù)據(jù)、調(diào)整管理林業(yè)的模式，進(jìn)而使林業(yè)生態(tài)大數(shù)據(jù)應(yīng)用效果最大化。如重視移動終端的應(yīng)用，在實(shí)際作業(yè)時既可利用平板測繪回傳數(shù)據(jù)，也可與固定傳感器數(shù)據(jù)結(jié)合實(shí)時更新數(shù)據(jù)庫，不僅簡化工作流程、提升工作效率，也會降低源數(shù)據(jù)丟失或在電子化進(jìn)程中喪失精準(zhǔn)度的風(fēng)險。

4 結(jié)束語

當(dāng)今世界，伴隨著智慧地球概念的普及，建設(shè)智慧林業(yè)已成為大勢所趨。構(gòu)造智慧林業(yè)，不僅能彌補(bǔ)傳統(tǒng)林業(yè)的短板，也是促進(jìn)林業(yè)與其他科技行業(yè)相融合的必由之路。在構(gòu)建智慧林業(yè)的路途中，大數(shù)據(jù)是其必不可少的支柱之一，對林業(yè)龐雜生態(tài)數(shù)據(jù)的運(yùn)用是構(gòu)建智慧林業(yè)的重中之重，當(dāng)前，我國大數(shù)據(jù)與智慧林業(yè)的結(jié)合仍存在部分短板，筆者從大數(shù)據(jù)的作用入手針對現(xiàn)存的問題提出了部分對策，以期為林業(yè)建設(shè)貢獻(xiàn)自己的力量。