林业有害生物预警系统研究

陶 珑，施晓雨

（南京森林警察学院，江苏 南京 210023）

1 概述

我国第七次全国森林资源清查（2004—2008年）结果显示，全国森林面积19545.22万hm2，森林覆盖率20.36%[1]，比1949年的8.6%净增11.76个百分点。但总体上看，我国森林资源仍存在总量不足、质量不高、分布不均衡的问题。我国的森林覆盖率只有世界平均水平30.3%的2/3，人均占有森林面积不到世界人均占有量0.62 hm2的1/4，人均占有森林蓄积量仅相当于世界人均占有蓄积量68.54m3的 1/7。

而近年来，全国各地林业有害生物时有发生，危害极为严重，对我国森林资源、自然景观构成巨大威胁[2]。特别是我国人工林保存面积6168.84万hm2，列世界第一位。由于所营造的人工林多为树种单一、结构单一的纯林，生态系统非常脆弱。因此，有害生物一旦入侵，在较短的时间内就可造成大面积的暴发流行，从而导致巨大的经济损失。

当前我国的林业有害生物的防治工作虽然得到国家的大力支持，但由于并没有建立健全完善的林业有害生物监督和预警机制[3]，因此不能够为林业有害生物的防治工作开展有效的预警以及指导工作，这导致我国的林业有害生物的防治工作处于一种十分被动的局面，只有在发生灾害之后才能够被动防治。

2 林业有害生物预警系统构建

2.1 设计思路

首先利用无人机使用GPS和相机进行拍照，并保存各种状态数据，将采集到的数据，通过智能分析客户端对数据进行分析，把图片和经纬度、高度、海拔等进行一一对应，得到一条信息完整的数据。把数据通过HTTP的方式实时同步到林业有害生物预警平台中。平台实现一个HTTP接收数据的接口，当收到智能分析客户端发送过来的数据，自动进行分类和记录数据流，包括相片、经纬度、海拔、分类等信息，把数据记录到数据库中。在林业有害生物预警平台中设置专家登陆信息，专家登陆系统后，能实时查看到上传上来的航拍信息，对照片进行放大并做出判断。在一个批次的照片全部判断完成后，系统自动对这个批次照片中有虫灾的照片的经纬度进行计算，得到一个多边形图，这个多边形图所勾绘出来的就是有虫灾的区域。最后，管理员进行信息发布，把专家判断出来的信息发布给相关部门参考，如图1所示。

图1 林业有害生物预警系统设计思路

2.2 无人机数据采集

利用无人机实现图像数据与地理数据的同时采集处理。无人机采用自动飞行控制系统，可以按照预定设计的飞行航线、高度飞行，能实现图像和高清视频采集，飞行完毕后，能实现降落伞降落回收。无人机图像回收后，进行拼接处理，处理后的图像不仅是高空间分辨率彩色图像（空间分辨率可达5cm左右），而且还含有地理坐标。其处理数据流程如图2所示。

图2 无人机图像处理流程示意

2.3 数据无线传输系统

采用频率为1.2G Hz的平板接收天线可以收到20 km远的信号。视频信息图像传输给地面站后，可通过3G通信模块发送至后台远程网络进行分析处理，如图3所示。

图3 林业有害生物数据实时无线传输系统框架

2.4 开发平台

系统以DASM为平台，采用.Net开发技术进行二次开发。美国DASM是由美国农业部下属的林务局遥感应用研究中心、森林健康与企业技术团队与软件开发销售商共同开发的一个产品，此产品专门用于满足林业病虫害、森林火灾等航空调查的需要[4]。.Net是微软在1999年推出的软件技术，经过10多年的发展已经成功为众多大中型企业提供了技术平台的解决方案，被业内公认为是最为稳定的技术平台之一。基于.Net平台的语言是真正面向对象和面向组件的。基于.Net平台的组件相互之间的兼容性良好，这有利于系统功能的扩充。.Net平台的核心是CLR（一般语言运行时），任何基于.Net平台的应用系统都需要经过CLR才能运行，这将保证了系统的安全。

2.5 体系结构

采用 BWD（BROWSER/WEB SERVER/DBMS）三层体系结构，普通客户端无须安装任何程序，后台数据库采用标准的关系型数据库，便于信息共享和信息关联，浏览器/服务器/数据库、应用体系结构，如图4所示。

3 系统功能

图4 林业有害生物预警平台体系结构

（1）采用无人机采集数据快速、准确。利用无人机采集数据对小尺度、小范围内林业有害生物调查具有较好适用性，能大幅提高调查的准确性，时效性；同时，由于无人机采用云下摄影的方式完成，克服了南方多阴云天气影响，因此，该方法在南方森林调查中更具有实用价值和现实意义。另外，无人机可以多次重复使用，系统维护和使用成本大幅降低，具有较高的实际应用价值。

（2）利用无线传输，加快工作效率。无人机采集的数据直接可以发送到林业有害生物预警平台，可以实现数据实时传输。这也是相对于卫星遥感的优势，卫星遥感图像到用户手中一般都有滞后性。

（3）集成全国林业有害生物防治专家。目前系统中已有部分林业有害生物防治专家，未来可以集成全国著名专家，根据林业有害生物的发生区域和特点，有针对性地将图像发给特定专家，以发挥专家的独特优势。

（4）利用无线互联网技术，可以将分析结果分发给任一有需求的用户。

4 展望

林业有害生物预警系统的构建将为大面积、快速的林业有害生物动态监测、预测和决策管理提供了可能；可实时为管理者或用户提供直观、有效、准确的林业有害生物预报信息，为林业有害生物的预测和防治提供了科学、合理的辅助决策支持，使得林业有害生物的监测和预警工作达到信息采集快速化、预警科学化、信息服务社会化。

从该系统的设计不难预见，其在森林消防、野生动物保护及各类突发性灾害应对等方面具有良好的应用前景。所以，这个系统的研制对我国林业的可持续发展，对维护我国的生态安全等具有十分重要的意义。

[1]国家林业局森林资源管理司.第七次全国森林资源清查及森林资源状况[J].林业资源管理，2010（1）：1-8.

[2]黄麟，张晓丽，石韧.森林病虫害遥感监测技术研究的现状与问题[J].遥感信息，2006(2):71-74.

[3]董振辉，赵铁良，阎峻.森林病虫害监测预报软件的开发及应用[J].中国森林病虫，2002，21(2)：6-9.

[4]李卫正，李海涛，方彦等.美国 DASM系统及其在林业中的应用[J].林业科技开发，2011（6）：97-101.