林業(yè)資源保護(hù)與森林防火管理對(duì)策分析

摘 要：森林資源不僅關(guān)系著林業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，還是生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分。為提升林業(yè)資源保護(hù)效果，以林業(yè)資源為主要研究對(duì)象，介紹了現(xiàn)階段林業(yè)資源保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用，重點(diǎn)分析了森林防火管理預(yù)警與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，以期為促進(jìn)林業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、提高森林防火管理水平提供思路。

關(guān)鍵詞：林業(yè)資源；森林防火；防火管理

中圖分類號(hào)：S762.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號(hào)：2095–3305（2024）12–0-03

林業(yè)資源保護(hù)在林業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中備受關(guān)注，森林防火管理是預(yù)防森林資源被破壞的重要環(huán)節(jié)?，F(xiàn)階段，在科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展的背景下，能夠應(yīng)用于林業(yè)資源保護(hù)與森林防火管理的技術(shù)種類不斷增多，相應(yīng)的管理模式和流程也在不斷改善和優(yōu)化。基于此，研究林業(yè)資源保護(hù)與森林防火管理對(duì)策，對(duì)促進(jìn)林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、提高林業(yè)經(jīng)營(yíng)管理水平具有積極的意義。

1 林業(yè)資源保護(hù)技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前，以遙感（RS）技術(shù)、全球定位系統(tǒng)（GPS）技術(shù)和地理信息系統(tǒng)（GIS）技術(shù)的3S技術(shù)為主要形式，應(yīng)用于林業(yè)資源保護(hù)。具體而言，以RS技術(shù)為基礎(chǔ)，可直接獲取林區(qū)地表高清的遙感影像，采用最佳波段組合的方式進(jìn)行圖像融合，基于算法和大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)獲得的遙感影像進(jìn)行分類后，可以為森林資源監(jiān)測(cè)提供多時(shí)段和多維度的服務(wù)；以GIS技術(shù)為核心，依據(jù)RS技術(shù)提供的遙感圖像，對(duì)林區(qū)進(jìn)行小班區(qū)劃，并配合GPS技術(shù)開展野外作業(yè)調(diào)查[1]。調(diào)查過(guò)程中所獲取森林資源的圖形及其屬性，能夠?yàn)楹罄m(xù)建立森林資源數(shù)據(jù)庫(kù)提供主要依據(jù)。并且，在此基礎(chǔ)上，可以依據(jù)所獲取的森林資源數(shù)據(jù)建立森林資源檔案，從林地年度變更、變化提取及差異性統(tǒng)計(jì)分析等方面加大對(duì)林區(qū)森林資源的管理和保護(hù)力度；將GPS技術(shù)作為對(duì)林區(qū)監(jiān)測(cè)的主要手段，發(fā)揮該技術(shù)的定位導(dǎo)航作用，將定位導(dǎo)航所獲取的信息記錄到相應(yīng)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，以此生成野外作業(yè)的軌跡和坐標(biāo)點(diǎn)，從而有效提升野外作業(yè)調(diào)查的精度[2]。

此外，將3S技術(shù)與林區(qū)遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)相結(jié)合，基于檢測(cè)到的森林資源圖像和屬性數(shù)據(jù)，成為加強(qiáng)對(duì)林區(qū)進(jìn)行規(guī)劃管理和病蟲害防治等問(wèn)題管理的主要依據(jù)，從而有效滿足森林規(guī)劃建設(shè)、林業(yè)政策制定、森林防火督查及征占用林地現(xiàn)場(chǎng)勘驗(yàn)等工作的要求。

2 森林防火管理預(yù)警與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于新時(shí)期的發(fā)展背景，嘗試將各類先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于森林防火管理工作中，如設(shè)計(jì)森林防火管理預(yù)警與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)各項(xiàng)行為的規(guī)范管理[3]。對(duì)森林防火管理預(yù)警與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要可以從以下幾個(gè)方面入手。

2.1 系統(tǒng)建設(shè)思路

結(jié)合當(dāng)前森林防火管理工作的開展情況，能夠應(yīng)用于森林防火監(jiān)測(cè)和管理的技術(shù)具體包括嵌入式技術(shù)、無(wú)線通信技術(shù)及傳感器采集技術(shù)等。以此類應(yīng)用技術(shù)為基礎(chǔ)，將人工智能管理的思路和方法與監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)技術(shù)在森林防火管理工作方面的聯(lián)動(dòng)，提高森林防火監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的智能化水平。

以采集監(jiān)測(cè)范圍內(nèi)的森林資源數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，在合適的位置放置監(jiān)測(cè)終端，同時(shí)確保終端采集數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳遞和共享。其中，環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)器用于接收由傳感器獲取的林區(qū)范圍內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的環(huán)境數(shù)據(jù)信息，以此分析林間環(huán)境的安全性，同時(shí)該服務(wù)器應(yīng)兼顧火災(zāi)輸出報(bào)警的功能。此外，林區(qū)環(huán)境采集節(jié)點(diǎn)應(yīng)置于森林的不同位置，重點(diǎn)獲取節(jié)點(diǎn)附近的溫濕度、一氧化碳濃度、煙霧濃度以及火焰等信息；布設(shè)監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)時(shí)，應(yīng)將其組成一個(gè)ZigBee的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，借助網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)，將采集到的相關(guān)環(huán)境參數(shù)輸送至與環(huán)境監(jiān)測(cè)終端相連的協(xié)調(diào)器；環(huán)境監(jiān)測(cè)終端應(yīng)具備各項(xiàng)檢測(cè)數(shù)據(jù)信息的遠(yuǎn)程發(fā)送與實(shí)時(shí)共享功能，同時(shí)也能夠處理相關(guān)數(shù)據(jù)信息[4]。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

傳感器是獲取監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)信息的主要終端設(shè)備。在選擇傳感器類型時(shí)，應(yīng)在數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，充分考慮森林環(huán)境中能夠真實(shí)反映森林現(xiàn)狀的數(shù)據(jù)類型，以及傳感器能否對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理等問(wèn)題，這要求森林防火監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)的硬件應(yīng)以芯片為控制主體，由溫濕度傳感器、煙霧濃度傳感器和火焰?zhèn)鞲衅髫?fù)責(zé)監(jiān)測(cè)區(qū)域范圍內(nèi)的環(huán)境參數(shù)，以傳輸模塊和供電電路支持監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的傳遞和共享（圖1）。在實(shí)際森林防火管理中，這一系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)可以發(fā)揮環(huán)境參數(shù)信息采集及環(huán)境數(shù)據(jù)傳輸兩方面的功能。

在明確硬件基本組成結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還需要對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)終端進(jìn)行設(shè)計(jì)?；谏址阑痤A(yù)警與管理的實(shí)際要求，這一設(shè)計(jì)主要圍繞系統(tǒng)主控單元、數(shù)據(jù)接收模塊和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊的設(shè)計(jì)開發(fā)。

第一，在系統(tǒng)主控單元方面，應(yīng)重點(diǎn)考慮結(jié)合林區(qū)監(jiān)測(cè)管理的實(shí)際情況，選擇適用于環(huán)境監(jiān)測(cè)終端的核心處理器。本研究在設(shè)計(jì)森林防火監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)時(shí)，要結(jié)合林區(qū)防火管理的實(shí)際需求，可選擇STM32F103ZET6的嵌入式芯片。

第二，在數(shù)據(jù)接收模塊方面，主要由數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)構(gòu)成的ZigBee網(wǎng)絡(luò)與核心處理器通過(guò)串口相連。在ZigBee網(wǎng)絡(luò)中，主要依靠協(xié)調(diào)器接收各項(xiàng)數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)直接通過(guò)串口向與之相連的設(shè)備和線路傳遞，并最終發(fā)送給核心處理器。以溫濕度采集模塊為例，該模塊主要選擇應(yīng)用SHT10型的溫濕度傳感器，其輸出功耗為80 μW（12位測(cè)量，1次/s），濕度測(cè)量范圍為0%～100% RH，溫度測(cè)量范圍為-40～123.8 ℃。在系統(tǒng)運(yùn)行中，采集模塊電路如圖2所示，該模塊以傳感器設(shè)備為載體，將傳感器與負(fù)責(zé)傳輸和支持?jǐn)?shù)據(jù)的單片機(jī)相連，在保障設(shè)備運(yùn)行安全的基礎(chǔ)上，要求兩者同時(shí)接地，且以采集命令為依據(jù)，保障模塊系統(tǒng)電路的安全運(yùn)行。

第三，在數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊部分，要考慮到林區(qū)數(shù)據(jù)通信與傳遞環(huán)境的復(fù)雜性。在森林防火監(jiān)測(cè)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可選擇借助移動(dòng)通信網(wǎng)接入Internet網(wǎng)，將數(shù)據(jù)發(fā)送至環(huán)境數(shù)據(jù)服務(wù)器。這一過(guò)程能夠支持遠(yuǎn)程距離下的環(huán)境數(shù)據(jù)發(fā)送與共享。在地理位置較為偏僻、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)不便的林區(qū)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)要將通用分組無(wú)線服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，GPRS）作為數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送模塊的信號(hào)傳輸方式，并以此進(jìn)行環(huán)境監(jiān)測(cè)終端的硬件與連接設(shè)計(jì)。在這一部分的設(shè)計(jì)中，以EGSM900MHz和DCS1800MHz兩種工作頻段的SIM900A GPS/GPRS模塊方案為主。

除了設(shè)計(jì)以上基本模塊，還需要考慮電源電路、串口連接等因素對(duì)系統(tǒng)整體功能產(chǎn)生的影響。在系統(tǒng)電源電路部分，要求系統(tǒng)開發(fā)板中擁有能夠支持3V供電的設(shè)備，應(yīng)用LM1117這一電路原理與CC2530供電方式基本相同的電路，能夠有效支持系統(tǒng)運(yùn)行中的電壓轉(zhuǎn)換；串口連接設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)其能夠與核心處理器和網(wǎng)絡(luò)模塊相連接，要求串口可以滿足對(duì)所有數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)的接收要求，并將這些數(shù)據(jù)通過(guò)串口傳輸給核心處理器。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

對(duì)數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)軟件的設(shè)計(jì)，主要基于數(shù)據(jù)采集函數(shù)，在函數(shù)中設(shè)置一個(gè)重要的變量作為代表終端的編號(hào)，記為deviceID。對(duì)不同的終端應(yīng)采用不同的編號(hào)，本研究在設(shè)計(jì)森林防火監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)時(shí)，主要應(yīng)用了4個(gè)終端。假設(shè)函數(shù)取值為0～3，如果uint8 deviceId=3，則3代表實(shí)際的終端編號(hào)。在此基礎(chǔ)上，規(guī)劃設(shè)計(jì)符合系統(tǒng)運(yùn)行情況的模塊數(shù)據(jù)通信協(xié)議，確保在通信協(xié)議的支持下，能夠?qū)崿F(xiàn)高效地接收和傳遞數(shù)據(jù)，如表1所示。

第一，在數(shù)據(jù)采集部分軟件程序的設(shè)計(jì)方面，需要建立基于協(xié)調(diào)器的網(wǎng)絡(luò)，若在系統(tǒng)運(yùn)行期間，傳感器獲取的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)向系統(tǒng)發(fā)出加入請(qǐng)求，應(yīng)由該軟件對(duì)實(shí)際請(qǐng)求情況進(jìn)行判斷。當(dāng)判斷發(fā)送信息的節(jié)點(diǎn)為新節(jié)點(diǎn)時(shí)，允許其加入網(wǎng)絡(luò)中；若非新節(jié)點(diǎn)，則需要將其代入函數(shù)中，對(duì)節(jié)點(diǎn)信息進(jìn)行處理。在建立好網(wǎng)絡(luò)后，還需要等待中斷信息。當(dāng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息為數(shù)據(jù)中斷信息時(shí)，由傳感器直接將數(shù)據(jù)按照既定的程序規(guī)則發(fā)送信號(hào)。在此期間，數(shù)據(jù)信息的傳播與發(fā)送呈現(xiàn)出周期性特點(diǎn)，且在向子節(jié)點(diǎn)發(fā)送采集命令時(shí)，若節(jié)點(diǎn)未完成具體的數(shù)據(jù)采集任務(wù)，則需要在規(guī)定的延時(shí)時(shí)間后再次詢問(wèn)，待達(dá)到相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)后，再進(jìn)行后續(xù)的數(shù)據(jù)信息處理工作。

第二，在設(shè)計(jì)森林防火監(jiān)測(cè)與管理系統(tǒng)中的采集節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)發(fā)送軟件時(shí)，應(yīng)主要發(fā)揮協(xié)調(diào)器的作用，在依靠協(xié)調(diào)器將采集接收的數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總、打包和處理后，獲得的每個(gè)數(shù)據(jù)包中都應(yīng)包括相關(guān)采集節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)地址與編號(hào)等信息。將相關(guān)信息作為構(gòu)建軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的依據(jù)，可以在獲得更完善的數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，直接接入傳感器網(wǎng)絡(luò)，以便對(duì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的各個(gè)具體的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行處理。在此期間，應(yīng)引入串口發(fā)送函數(shù)的概念，通過(guò)重新建立無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)，滿足對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類處理的要求[5-6]。

第三，在系統(tǒng)環(huán)境監(jiān)測(cè)終端軟件的設(shè)計(jì)方面，主要從數(shù)據(jù)接收部分的軟件、數(shù)據(jù)發(fā)送部分的軟件及數(shù)據(jù)處理部分的軟件三方面入手。以數(shù)據(jù)接收部分的軟件設(shè)計(jì)為例，該部分軟件主要依靠串口通信，引入波特率的概念，將該參數(shù)作為控制軟件程序運(yùn)行情況的主要依據(jù)。在該部分軟件系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，結(jié)合系統(tǒng)的整體運(yùn)行要求，事先設(shè)置好需要控制的波特率標(biāo)準(zhǔn)，使系統(tǒng)運(yùn)行遵循波特率的變化規(guī)律和原理；收發(fā)器控制主要依賴控制寄存器和狀態(tài)寄存器得以實(shí)現(xiàn)，使用該設(shè)備可以實(shí)時(shí)查看串口的運(yùn)行狀態(tài)；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與轉(zhuǎn)移則需要由內(nèi)核將數(shù)據(jù)讀取發(fā)送至數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，充分發(fā)揮控制器的作用，使數(shù)據(jù)能夠自動(dòng)進(jìn)入移位寄存器中，再借助串口線將數(shù)據(jù)依次發(fā)送出去。在該部分軟件的設(shè)計(jì)中，接收和發(fā)送數(shù)據(jù)是一個(gè)互逆的過(guò)程[7]。

2.4 系統(tǒng)測(cè)試與性能分析

本研究在測(cè)試設(shè)計(jì)的系統(tǒng)時(shí)，選擇的測(cè)試環(huán)境以Windows系統(tǒng)的PC機(jī)為基本框架結(jié)構(gòu)，基于環(huán)境監(jiān)測(cè)要求，選擇合適的開發(fā)環(huán)境和應(yīng)用程序開發(fā)框架。在實(shí)際的系統(tǒng)測(cè)試中，以數(shù)據(jù)采集節(jié)點(diǎn)的測(cè)試為例，在確保傳感器正常運(yùn)行的前提下，在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中模擬系統(tǒng)運(yùn)行的實(shí)際工作條件。在設(shè)置好系統(tǒng)運(yùn)行的基本周期和規(guī)律頻率后，進(jìn)行周期性測(cè)試。例如，為驗(yàn)證傳感器的應(yīng)用效果，可以直觀地采取提高環(huán)境溫濕度的方法。在明確傳感器處于正常工作狀態(tài)的基礎(chǔ)上，使傳感器持續(xù)工作一天，收集8個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，將傳感器獲得的數(shù)據(jù)與應(yīng)用溫濕度計(jì)測(cè)得的數(shù)值進(jìn)行比較分析（表2）。由此可以證實(shí)，該傳感器的數(shù)據(jù)采集功能符合系統(tǒng)要求。

3 結(jié)束語(yǔ)

將各類先進(jìn)技術(shù)應(yīng)用于林業(yè)資源保護(hù)與森林防火管理中，能夠有效代替人工，克服一些野外作業(yè)的困難，增強(qiáng)森林保護(hù)與管理工作的有效性。結(jié)合當(dāng)前林業(yè)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的實(shí)際情況，相關(guān)部門應(yīng)廣泛研究各類先進(jìn)技術(shù)在林業(yè)資源保護(hù)及森林防火管理中的應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)，使用各類先進(jìn)技術(shù)來(lái)建立更加完善的、能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)林業(yè)區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和一體化監(jiān)測(cè)管理的系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)的規(guī)范和聯(lián)動(dòng)管理。

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收稿日期：2024-09-06

作者簡(jiǎn)介：閆向民（1973—），男，甘肅民勤人，工程師，研究方向?yàn)榱謽I(yè)技術(shù)推廣。