智慧林业的关键技术及其应用策略研究

余茂源

(云南省林业调查规划院营林分院，云南 昆明 650021)

智慧林业的关键技术及其应用策略研究

余茂源

(云南省林业调查规划院营林分院，云南 昆明 650021)

智慧林业的发展离不开信息技术的支撑。文章对智慧林业的关键应用技术(3S技术、物联网技术、虚拟现实技术)和关键支撑技术(大数据与云计算技术、移动互联技术以及移动推送技术)进行系统阐述，并分析这些关键技术在智慧林业中的具体应用策略。

智慧林业；关键技术；应用策略；3S技术；物联网技术；虚拟现实技术；大数据与云计算技术；移动互联技术；移动推送技术

我国林业信息的发展需要经历3个阶段，分别是数字林业阶段、智慧林业阶段以及泛在林业阶段。以《中国智慧林业发展指导意见》的发布和“第三届全国林业信息化工作会议”的召开为重要标志，我国林业信息化已经由数字林业阶段跨入了智慧林业阶段。《中国智慧林业发展指导意见》将智慧林业定义为“充分利用云计算、物联网、大数据、移动互联网等新一代信息技术，通过感知化、物联化、智能化的手段，形成林业立体感知、管理协同高效、生态价值凸显、服务内外一体的林业发展新模式。”从这个定义可以看出，智慧林业的目标是实现林业资源管理、生态系统建设以及绿色产业发展的协同发展，而实现这个目标的关键是信息技术支撑。因此，信息技术将在智慧林业建设中发挥巨大作用。

尽管智慧林业的定义中提到了部分所涉及的相关技术，但是智慧林业建设到底需要依靠哪些技术，以及这些技术如何支撑智慧林业建设，系统研究的成果不多。基于此，本研究通过对智慧林业相关文献进行梳理，以及对智慧林业实践进行分析，总结归纳了智慧林业建设所需要的关键应用技术和关键支撑技术。其中关键应用技术包括3S技术、物联网技术、虚拟现实技术，而关键支撑技术包括大数据与云计算技术、移动互联技术以及移动推送技术。

1 关键应用技术及具体应用策略

1.1 3S技术

3S技术是地理信息系统(GIS)、遥感技术(RS)、全球定位系统(GPS)的统称。具体来说，GIS技术是一种存储、管理空间地理相关数据的计算机系统，它能够根据用户的不同需求，对空间和地理信息进行分析并可视化再现，从而为地理研究和地理决策提供帮助。在林业工作中，GIS技术主要是存储、分析和处理各种类型的林业资源时空数据，并制作成相应的可视化林业分析图表，为林业资源管理与决策提供帮助。RS技术是一种对地观测技术，能够获取地表的波谱特征信息，它能够实时获取林木生长环境、生长状况和空间差异等图像信息，并对其进行加工得到适合林业工作者应用的各种图像信息。GPS技术是一种可供全球共享的定位系统，具有用途多样、覆盖范围广、定位快速等特点，能够帮助林业工作者减少野外作业时间和工作量。

本质上说，之所以把3种技术统称为3S技术，主要是通常将3种技术集成应用，包括两两集成和三者集成。比如GPS可以为RS提供任意坐标数据，而RS则可以为GPS提供该坐标点的地理信息。GIS技术、RS技术、GPS技术与计算机、通讯技术结合，可以实现时空信息的采集、处理、管理、分析和应用。比如，在森林资源监测中，RS技术可以提供不断更新的图像信息，GPS可以提供各种森林资源的地理信息，GIS则提供技术手段。三者紧密结合可以对森林资源进行动态监测，为森林资源的管理提供技术平台和科学解决策略。

3S技术是林业资源管理中最为基础和重要的技术，而如何拓展其应用价值是学术界关注的一个热点问题。目前的一个趋势是，将3S技术与社会经济模型、专家系统知识推理模型、决策模型等融合，为森林资源的综合分析提供辅助决策。

1.2 物联网技术

简单来说，物联网技术(Internet of Things Technologies)是通过射频识别、红外感应等一系列信息传感器设备，按照一定的网络协议，将任何物品与互联网相连接，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、追踪、监控和管理的一种技术。不同于一般的管理对象，林业资源具有空间分布广阔、时间周期长等特点，使得林业数据收集工作任务繁重，如果仅仅采用人工方式收集林业数据，不但数据的准确性得不到保证，而且数据的实效性也必定不足。而物联网技术利用红外感应器、气体感应器等信息传感设备，能够随时获取林业数据。因此，物联网技术在智慧林业中将会起到越来越重要的作用。具体来说，物联网技术在智慧林业中的应用策略包括以下几个方面：

在林业资源监控方面，在树根部安装监测温度、湿度等信息的传感器，可以实时了解树木的生长环境；在树干上安装监测树高、胸径等信息的电子标签，可以了解树木的生长状况；在一个管辖区域中安装摄像头，可以及时发现乱砍滥伐现象。

在野生动物保护方面，在动物身上安置包含动物名称、物种、年龄等内容的电子标签和传感器，不仅可以准确了解动物的基本信息，还可以通过获取动物运动路径信息，了解动物的生活习性；此外，在动物身上安装声音干扰器，当有狩猎者出现时，可以启动干扰器对其进行威慑，并及时通知护林员。

在森林病虫害防治方面，在病虫害多发地区，一方面可安装监测温度、湿度等环境因素的传感器，及时发现病虫害发生征兆；另一方面可安装红外感应器，对病虫害发生以后的动态发展情况进行实时监控。

在森林防火方面，在火灾多发区可安装监控温度、湿度、风向、风力、干燥度、烟气等因素的传感器，通过综合判断，制定相应策略，防止火灾发生。

1.3 虚拟现实技术

虚拟现实技术(Virtual Reality Technology)是一种可以创造和体验虚拟世界的计算机系统，本质是利用计算机生成一种模拟环境，并借助传感器设备通过视、听、触等作用于用户，使其产生身临其境的感觉。目前，虚拟现实技术已经广泛应用到了众多领域中，比如建筑、教育领域等，同时在智慧林业中也具有较大的应用潜力。具体来说，在智慧林业中，基于虚拟现实技术可以实现多种功能，比如对树木形态结构、林分结构、森林环境、森林经营进行模拟等。其中，在森林经营模拟中，以虚拟现实技术为工具，基于森林环境复杂性的分析和表述，实现对森林环境的模拟。虚拟森林环境是一种极其复杂的自然环境模拟，需要对地形、树木、天气等实体进行模型，因此，模拟得到的虚拟森林是真实森林的再现。在虚拟森林环境中，进一步模拟林业经营的新方法、新技术，就可以实现对林业经营的模拟了。森林经营模拟可以在电脑桌面上实现林业经营情况的再现以及展示其演变趋势，从而可以让森林管理者从现场观测转移到办公室中的虚拟观测。同时，基于虚拟场景还可以进行综合分析，进而更好地帮助森林管理者进行管理与决策。

2 关键支撑技术及具体应用策略

2.1 大数据与云计算技术

随着物联网、3S和移动互联网等信息技术在林业中的不断应用，林业资源数据和林业业务数据从总量和种类上都已初具规模。尤其是随着后续各种传感器的逐步普及，林业数据将从时效性层面上得到进一步丰富和拓展。庞大的数据资源已能够为林业的发展提供支持和决策，但目前整个行业仍然存在“数据丰富，但信息缺乏”的问题，如何在大量数据中获取有价值的信息是一个亟待解决的问题。因此，大数据分析技术在智慧林业中的应用是不可或缺的。

本质上说，大数据分析技术包括2个层面：一个是大数据的挖掘方法，另一个是支撑大数据挖掘的计算工具。大数据挖掘方法包括文本挖掘、机器学习等；而支撑大数据挖掘的工具则是云计算技术。云计算技术是一种基于网络的大规模分布式计算模式，能够利用分布独立的计算资源，实现海量数据的快速处理。大数据之所以在近几年成为各行各业关注的重点，云计算的快速发展起到了决定性的作用。如果没有云计算技术的快速发展，数据分析还是只能停留在传统的数据挖掘中。而云计算的出现，使得对海量数据处理成为了可能。因此，大数据和云计算是相辅相成的，云计算让大数据分析成为可能，而大数据的发展使得云计算有了应用场景并受到越来越广泛的关注。

2.2 移动互联技术

随着移动通信网络的普及和手持设备的便捷化发展，移动互联技术已经成为信息化发展的重要方向。移动互联已经从传统的语音、数据、图像等传输方式向管理信息系统或电子商务平台延伸，通过其独特的便捷性、移动性、普适性等特征，形成和带动了物联网、“互联网+”等许多新兴技术的发展。

智慧林业中的一个基本要求是实现林业资源信息的互联互通。因此，通信技术，尤其是移动互联技术在智慧林业的建设中发挥了极其关键的作用。只有较为完备的移动互联技术才能保证林业资源信息能够实现及时的传输和共享，才能保证智慧林业中的监控、追踪、应急指挥等功能得以实现。具体来说，森林防火监控无线通讯、图像传输等工作中，3G网络、4G网络、移动通信等发挥着重要作用。又比如，基于全球定位系统、地理信息系统、地理信息管理、射频识别等技术的智能手持移动终端也需要移动互联网技术的支撑。总而言之，一切林业监测数据的传输均离不开移动互联技术的支持。

2.3 移动推送技术

推送技术是指服务器定向将信息实时送达客户端的服务，其中面向移动终端的推送技术就被称为移动推送技术。目前，移动推送技术已广泛应用于各行各业的信息服务中，比如新媒体、金融投资等。在智慧林业中，移动推送技术也具有广泛的应用前景。林业工作者每天都能接触到各种林业信息，包括林业政策、林业市场信息、种植养护知识等。大量庞杂的信息使得林业工作者不能及时阅读到与自己工作最相关的信息。从资源配置的角度来说，林业部门应该主动、实时地将个性化的林业信息推送给林业工作者。然而，随着移动智能终端的发展，移动推送技术可以实现这样的目的，从而极大地提升林业部门的服务水平和工作效率。从林业部门的角度来说，需要关注2个问题——推送的目标和内容，其中推送目标的确定是根据林业工作者订阅主题，而推送的信息则是根据推荐算法计算得到。从林业工作者的角度来说，需要安装林业部门提供的移动应用，并订阅自己相关的主题，便能获取到自己最迫切需要得到的信息；同时，通过浏览感兴趣的其他信息，可以帮助推荐系统识别更多可推送的潜在内容，丰富林业工作者获取的信息。

3 结语

发展智慧林业是改善生态环境，提升林业生产力，促使林业现代化的必然要求。在发展智慧林业的过程中，始终离不开关键技术的支持。在后续的研究中，一方面需要进一步加强关键技术攻关，将更多技术引入到智慧林业中；另一方面，则需要研究如何提高已有技术应用的准确性和稳定性。在实践工作中，则需要将已研究的关键技术与林业业务的各个方面切实结合起来，从而提高林业管理的效率。

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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，广西融安人，工程师.从事森林资源调查规划、林业大数据研究等工作.

10.3969/j.issn.1671-3168.2017.05.024

S725;F316.23

A

1671-3168(2017)05-0121-03