余茂源

(云南省林業(yè)調查規(guī)劃院營林分院，云南 昆明 650021)

智慧林業(yè)的關鍵技術及其應用策略研究

余茂源

(云南省林業(yè)調查規(guī)劃院營林分院，云南 昆明 650021)

智慧林業(yè)的發(fā)展離不開信息技術的支撐。文章對智慧林業(yè)的關鍵應用技術(3S技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、虛擬現(xiàn)實技術)和關鍵支撐技術(大數(shù)據(jù)與云計算技術、移動互聯(lián)技術以及移動推送技術)進行系統(tǒng)闡述，并分析這些關鍵技術在智慧林業(yè)中的具體應用策略。

智慧林業(yè)；關鍵技術；應用策略；3S技術；物聯(lián)網(wǎng)技術；虛擬現(xiàn)實技術；大數(shù)據(jù)與云計算技術；移動互聯(lián)技術；移動推送技術

我國林業(yè)信息的發(fā)展需要經(jīng)歷3個階段，分別是數(shù)字林業(yè)階段、智慧林業(yè)階段以及泛在林業(yè)階段。以《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導意見》的發(fā)布和“第三屆全國林業(yè)信息化工作會議”的召開為重要標志，我國林業(yè)信息化已經(jīng)由數(shù)字林業(yè)階段跨入了智慧林業(yè)階段。《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導意見》將智慧林業(yè)定義為“充分利用云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術，通過感知化、物聯(lián)化、智能化的手段，形成林業(yè)立體感知、管理協(xié)同高效、生態(tài)價值凸顯、服務內外一體的林業(yè)發(fā)展新模式?！睆倪@個定義可以看出，智慧林業(yè)的目標是實現(xiàn)林業(yè)資源管理、生態(tài)系統(tǒng)建設以及綠色產(chǎn)業(yè)發(fā)展的協(xié)同發(fā)展，而實現(xiàn)這個目標的關鍵是信息技術支撐。因此，信息技術將在智慧林業(yè)建設中發(fā)揮巨大作用。

盡管智慧林業(yè)的定義中提到了部分所涉及的相關技術，但是智慧林業(yè)建設到底需要依靠哪些技術，以及這些技術如何支撐智慧林業(yè)建設，系統(tǒng)研究的成果不多?；诖耍狙芯客ㄟ^對智慧林業(yè)相關文獻進行梳理，以及對智慧林業(yè)實踐進行分析，總結歸納了智慧林業(yè)建設所需要的關鍵應用技術和關鍵支撐技術。其中關鍵應用技術包括3S技術、物聯(lián)網(wǎng)技術、虛擬現(xiàn)實技術，而關鍵支撐技術包括大數(shù)據(jù)與云計算技術、移動互聯(lián)技術以及移動推送技術。

1 關鍵應用技術及具體應用策略

1.1 3S技術

3S技術是地理信息系統(tǒng)(GIS)、遙感技術(RS)、全球定位系統(tǒng)(GPS)的統(tǒng)稱。具體來說，GIS技術是一種存儲、管理空間地理相關數(shù)據(jù)的計算機系統(tǒng)，它能夠根據(jù)用戶的不同需求，對空間和地理信息進行分析并可視化再現(xiàn)，從而為地理研究和地理決策提供幫助。在林業(yè)工作中，GIS技術主要是存儲、分析和處理各種類型的林業(yè)資源時空數(shù)據(jù)，并制作成相應的可視化林業(yè)分析圖表，為林業(yè)資源管理與決策提供幫助。RS技術是一種對地觀測技術，能夠獲取地表的波譜特征信息，它能夠實時獲取林木生長環(huán)境、生長狀況和空間差異等圖像信息，并對其進行加工得到適合林業(yè)工作者應用的各種圖像信息。GPS技術是一種可供全球共享的定位系統(tǒng)，具有用途多樣、覆蓋范圍廣、定位快速等特點，能夠幫助林業(yè)工作者減少野外作業(yè)時間和工作量。

本質上說，之所以把3種技術統(tǒng)稱為3S技術，主要是通常將3種技術集成應用，包括兩兩集成和三者集成。比如GPS可以為RS提供任意坐標數(shù)據(jù)，而RS則可以為GPS提供該坐標點的地理信息。GIS技術、RS技術、GPS技術與計算機、通訊技術結合，可以實現(xiàn)時空信息的采集、處理、管理、分析和應用。比如，在森林資源監(jiān)測中，RS技術可以提供不斷更新的圖像信息，GPS可以提供各種森林資源的地理信息，GIS則提供技術手段。三者緊密結合可以對森林資源進行動態(tài)監(jiān)測，為森林資源的管理提供技術平臺和科學解決策略。

3S技術是林業(yè)資源管理中最為基礎和重要的技術，而如何拓展其應用價值是學術界關注的一個熱點問題。目前的一個趨勢是，將3S技術與社會經(jīng)濟模型、專家系統(tǒng)知識推理模型、決策模型等融合，為森林資源的綜合分析提供輔助決策。

1.2 物聯(lián)網(wǎng)技術

簡單來說，物聯(lián)網(wǎng)技術(Internet of Things Technologies)是通過射頻識別、紅外感應等一系列信息傳感器設備，按照一定的網(wǎng)絡協(xié)議，將任何物品與互聯(lián)網(wǎng)相連接，進行信息交換和通訊，以實現(xiàn)智能化識別、定位、追蹤、監(jiān)控和管理的一種技術。不同于一般的管理對象，林業(yè)資源具有空間分布廣闊、時間周期長等特點，使得林業(yè)數(shù)據(jù)收集工作任務繁重，如果僅僅采用人工方式收集林業(yè)數(shù)據(jù)，不但數(shù)據(jù)的準確性得不到保證，而且數(shù)據(jù)的實效性也必定不足。而物聯(lián)網(wǎng)技術利用紅外感應器、氣體感應器等信息傳感設備，能夠隨時獲取林業(yè)數(shù)據(jù)。因此，物聯(lián)網(wǎng)技術在智慧林業(yè)中將會起到越來越重要的作用。具體來說，物聯(lián)網(wǎng)技術在智慧林業(yè)中的應用策略包括以下幾個方面：

在林業(yè)資源監(jiān)控方面，在樹根部安裝監(jiān)測溫度、濕度等信息的傳感器，可以實時了解樹木的生長環(huán)境；在樹干上安裝監(jiān)測樹高、胸徑等信息的電子標簽，可以了解樹木的生長狀況；在一個管轄區(qū)域中安裝攝像頭，可以及時發(fā)現(xiàn)亂砍濫伐現(xiàn)象。

在野生動物保護方面，在動物身上安置包含動物名稱、物種、年齡等內容的電子標簽和傳感器，不僅可以準確了解動物的基本信息，還可以通過獲取動物運動路徑信息，了解動物的生活習性；此外，在動物身上安裝聲音干擾器，當有狩獵者出現(xiàn)時，可以啟動干擾器對其進行威懾，并及時通知護林員。

在森林病蟲害防治方面，在病蟲害多發(fā)地區(qū)，一方面可安裝監(jiān)測溫度、濕度等環(huán)境因素的傳感器，及時發(fā)現(xiàn)病蟲害發(fā)生征兆；另一方面可安裝紅外感應器，對病蟲害發(fā)生以后的動態(tài)發(fā)展情況進行實時監(jiān)控。

在森林防火方面，在火災多發(fā)區(qū)可安裝監(jiān)控溫度、濕度、風向、風力、干燥度、煙氣等因素的傳感器，通過綜合判斷，制定相應策略，防止火災發(fā)生。

1.3 虛擬現(xiàn)實技術

虛擬現(xiàn)實技術(Virtual Reality Technology)是一種可以創(chuàng)造和體驗虛擬世界的計算機系統(tǒng)，本質是利用計算機生成一種模擬環(huán)境，并借助傳感器設備通過視、聽、觸等作用于用戶，使其產(chǎn)生身臨其境的感覺。目前，虛擬現(xiàn)實技術已經(jīng)廣泛應用到了眾多領域中，比如建筑、教育領域等，同時在智慧林業(yè)中也具有較大的應用潛力。具體來說，在智慧林業(yè)中，基于虛擬現(xiàn)實技術可以實現(xiàn)多種功能，比如對樹木形態(tài)結構、林分結構、森林環(huán)境、森林經(jīng)營進行模擬等。其中，在森林經(jīng)營模擬中，以虛擬現(xiàn)實技術為工具，基于森林環(huán)境復雜性的分析和表述，實現(xiàn)對森林環(huán)境的模擬。虛擬森林環(huán)境是一種極其復雜的自然環(huán)境模擬，需要對地形、樹木、天氣等實體進行模型，因此，模擬得到的虛擬森林是真實森林的再現(xiàn)。在虛擬森林環(huán)境中，進一步模擬林業(yè)經(jīng)營的新方法、新技術，就可以實現(xiàn)對林業(yè)經(jīng)營的模擬了。森林經(jīng)營模擬可以在電腦桌面上實現(xiàn)林業(yè)經(jīng)營情況的再現(xiàn)以及展示其演變趨勢，從而可以讓森林管理者從現(xiàn)場觀測轉移到辦公室中的虛擬觀測。同時，基于虛擬場景還可以進行綜合分析，進而更好地幫助森林管理者進行管理與決策。

2 關鍵支撐技術及具體應用策略

2.1 大數(shù)據(jù)與云計算技術

隨著物聯(lián)網(wǎng)、3S和移動互聯(lián)網(wǎng)等信息技術在林業(yè)中的不斷應用，林業(yè)資源數(shù)據(jù)和林業(yè)業(yè)務數(shù)據(jù)從總量和種類上都已初具規(guī)模。尤其是隨著后續(xù)各種傳感器的逐步普及，林業(yè)數(shù)據(jù)將從時效性層面上得到進一步豐富和拓展。龐大的數(shù)據(jù)資源已能夠為林業(yè)的發(fā)展提供支持和決策，但目前整個行業(yè)仍然存在“數(shù)據(jù)豐富，但信息缺乏”的問題，如何在大量數(shù)據(jù)中獲取有價值的信息是一個亟待解決的問題。因此，大數(shù)據(jù)分析技術在智慧林業(yè)中的應用是不可或缺的。

本質上說，大數(shù)據(jù)分析技術包括2個層面：一個是大數(shù)據(jù)的挖掘方法，另一個是支撐大數(shù)據(jù)挖掘的計算工具。大數(shù)據(jù)挖掘方法包括文本挖掘、機器學習等；而支撐大數(shù)據(jù)挖掘的工具則是云計算技術。云計算技術是一種基于網(wǎng)絡的大規(guī)模分布式計算模式，能夠利用分布獨立的計算資源，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速處理。大數(shù)據(jù)之所以在近幾年成為各行各業(yè)關注的重點，云計算的快速發(fā)展起到了決定性的作用。如果沒有云計算技術的快速發(fā)展，數(shù)據(jù)分析還是只能停留在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)挖掘中。而云計算的出現(xiàn)，使得對海量數(shù)據(jù)處理成為了可能。因此，大數(shù)據(jù)和云計算是相輔相成的，云計算讓大數(shù)據(jù)分析成為可能，而大數(shù)據(jù)的發(fā)展使得云計算有了應用場景并受到越來越廣泛的關注。

2.2 移動互聯(lián)技術

隨著移動通信網(wǎng)絡的普及和手持設備的便捷化發(fā)展，移動互聯(lián)技術已經(jīng)成為信息化發(fā)展的重要方向。移動互聯(lián)已經(jīng)從傳統(tǒng)的語音、數(shù)據(jù)、圖像等傳輸方式向管理信息系統(tǒng)或電子商務平臺延伸，通過其獨特的便捷性、移動性、普適性等特征，形成和帶動了物聯(lián)網(wǎng)、“互聯(lián)網(wǎng)+”等許多新興技術的發(fā)展。

智慧林業(yè)中的一個基本要求是實現(xiàn)林業(yè)資源信息的互聯(lián)互通。因此，通信技術，尤其是移動互聯(lián)技術在智慧林業(yè)的建設中發(fā)揮了極其關鍵的作用。只有較為完備的移動互聯(lián)技術才能保證林業(yè)資源信息能夠實現(xiàn)及時的傳輸和共享，才能保證智慧林業(yè)中的監(jiān)控、追蹤、應急指揮等功能得以實現(xiàn)。具體來說，森林防火監(jiān)控無線通訊、圖像傳輸?shù)裙ぷ髦校?G網(wǎng)絡、4G網(wǎng)絡、移動通信等發(fā)揮著重要作用。又比如，基于全球定位系統(tǒng)、地理信息系統(tǒng)、地理信息管理、射頻識別等技術的智能手持移動終端也需要移動互聯(lián)網(wǎng)技術的支撐?？偠灾?，一切林業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)的傳輸均離不開移動互聯(lián)技術的支持。

2.3 移動推送技術

推送技術是指服務器定向將信息實時送達客戶端的服務，其中面向移動終端的推送技術就被稱為移動推送技術。目前，移動推送技術已廣泛應用于各行各業(yè)的信息服務中，比如新媒體、金融投資等。在智慧林業(yè)中，移動推送技術也具有廣泛的應用前景。林業(yè)工作者每天都能接觸到各種林業(yè)信息，包括林業(yè)政策、林業(yè)市場信息、種植養(yǎng)護知識等。大量龐雜的信息使得林業(yè)工作者不能及時閱讀到與自己工作最相關的信息。從資源配置的角度來說，林業(yè)部門應該主動、實時地將個性化的林業(yè)信息推送給林業(yè)工作者。然而，隨著移動智能終端的發(fā)展，移動推送技術可以實現(xiàn)這樣的目的，從而極大地提升林業(yè)部門的服務水平和工作效率。從林業(yè)部門的角度來說，需要關注2個問題——推送的目標和內容，其中推送目標的確定是根據(jù)林業(yè)工作者訂閱主題，而推送的信息則是根據(jù)推薦算法計算得到。從林業(yè)工作者的角度來說，需要安裝林業(yè)部門提供的移動應用，并訂閱自己相關的主題，便能獲取到自己最迫切需要得到的信息；同時，通過瀏覽感興趣的其他信息，可以幫助推薦系統(tǒng)識別更多可推送的潛在內容，豐富林業(yè)工作者獲取的信息。

3 結語

發(fā)展智慧林業(yè)是改善生態(tài)環(huán)境，提升林業(yè)生產(chǎn)力，促使林業(yè)現(xiàn)代化的必然要求。在發(fā)展智慧林業(yè)的過程中，始終離不開關鍵技術的支持。在后續(xù)的研究中，一方面需要進一步加強關鍵技術攻關，將更多技術引入到智慧林業(yè)中；另一方面，則需要研究如何提高已有技術應用的準確性和穩(wěn)定性。在實踐工作中，則需要將已研究的關鍵技術與林業(yè)業(yè)務的各個方面切實結合起來，從而提高林業(yè)管理的效率。

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Research on Key Technology of Intelligent Forestry and Its Application Strategy

YU Maoyuan

(Forest Management Branch of Yunnan Forest Inventory and Planning Institute, Kunming 650021,China)

The development of intelligence forestry is inseparable from the support of information technology. This paper made a systematic overview of the key application technology including 3S technology, Internet of Things technology and virtual reality technology, and the key support technology including big data and cloud computing technology, mobile Internet technology and mobile push technology, as well as analyzed the specific application of the key technology in intelligence forestry.

Things technology; virtual reality technology; big data and cloud computing technology; mobile Internet technology; mobile push technology

2017-05-02.

余茂源(1975-)，男，廣西融安人，工程師.從事森林資源調查規(guī)劃、林業(yè)大數(shù)據(jù)研究等工作.

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.05.024

S725;F316.23

A

1671-3168(2017)05-0121-03