实施智慧林业管理模式，提升森林资源管护水平

陈正斌，彭 诚

（定西市安定区林业和草原局，甘肃定西 743000）

0 引言

过去传统的林业管理主要依靠人力劳动，并且管理水平与效果远不如现代“智慧林业”。我国森林资源十分丰富，要想全面掌握林业管理情况并不是一件容易的事。随着科学技术的发展，现阶段林业管理主要依靠先进的数字化技术，基于“互联网+”的林业管理模式，能够充分发挥互联网技术、云计算和大数据技术等互相之间的协同管理作用。全面掌控现有的林业资源，降低人力劳动强度，实现“智慧林业”全面发展，以此提高我国森林资源的管护水平。

GIS技术也称为“地理信息系统”，是一种基于计算机技术、物联网技术、地理学等用作描述、分析、输出以及储存一系列空间信息的综合性应用技术。GIS技术源于20世纪60年代，科学家们结合计算机硬、软件技术，再通过综合利用信息学、地理学以及系统工程技术，以此来进行科学化管理，实现决策、管理及规划等地理空间的服务系统。由于GIS技术具备空间分析、网络分析、数字模型等优势，所以在森林防火领域中有很好的应用前景。

1 智慧林业管理的应用

1.1 林业监测

智慧林业在目前现代化林业管理工作中具有十分重要的作用，主要是利用现代化的智能感应设备、电子追踪设备等装置实现对林业资源实行实时有效监测。例如，电子追踪系统能够在林业监测时，通过其内部的电子标签对树木的高度、宽度、年龄等信息进行准确定位，这将有利于森林管理人员对树木进行日常维护管理。

此外，对森林中的树木进行电子定位，也能够起到对周围环境进行实时监控的目的，可以及时地对树木的生长发育、养分吸收、林分结构优化情况等一并进行监控。智能化传感设备或监控摄像头安装在树木上，不仅能够准确掌握树木的生长发育情况，还可以监控树木周围的环境污染情况，避免破坏森林资源的现象出现。

1.2 森林防火

森林防火是林业管理中最重要的一项工作。森林一旦发生火灾造成的损失是不可估量的，不仅会严重破坏森林资源，还会造成人员伤亡，从而影响经济发展。因此，智慧林业技术在森林防火领域体现出其巨大的优势。

例如，在森林火灾高频发生地区采用环境监测装置，对该地区的天气情况、风向、湿度等参数值进行实时监测，并针对这些数值作出相应的分类与预警。一旦预测到异常情况，装置将会自动报警，监测站的相关工作人员能够及时收到消息并发出森林火灾预警，以此来确保森林防火安全。此外，还可利用网络媒体渠道开展森林防火知识宣传，呼吁人人都参与到森林防火中来，有效降低森林火灾的发生概率。

1.3 林业有害生物监测

我国是一个森林资源丰富的大国，然而树木还是会受到林业有害生物的影响。因此，智慧林业管理模式应用在生物监测预报方面也极具优势。例如，在树林内设置相应的林业有害生物监测站，并配备红外线传感器、智能监控设备等。

通过使用这类型的装置，能够对林地周围区域的环境温度、湿度等因素进行实时监测，有助于林业管理人员对有害生物发生情况进行实时掌控并及时进行科学预报。如果发现树林内可能有林业有害生物发生的风险，相关人员需及时向上级主管部门报告，同时制定相应的预防措施及应急预案，以此来减少有害生物对树林产生的危害。

2 基于智慧林业的GIS应用技术

2.1 应用背景

本文所探讨的智慧林业是基于三维GIS的物联网防火技术，主要是面向森林中的无线网络传感技术。目的是利用GIS技术中的无线传感器网络技术，实现对森林生态环境数据、监控数据、多媒体数据等采集、分析、传输功能，从而有效建立起能够覆盖整个森林区域内的网络系统，实现对森林火灾的预警。

智慧林业中的物联网防火技术，主要体现在智慧传输、智慧感知、智慧监管这三大方面，通过这三方面的共同作用能够有效实现智能化森林防火需求。其中，智慧传输的作用指在森林火灾的监测系统中，能够有效实现监测数据的全覆盖、远距离等传输。由于森林监测的区域广泛，地势环境复杂，工作环境恶劣，因此研究选用低功耗、广域无线传感器网络技术应用于森林防火中。

智慧感知是指能够智能化感知森林中的火灾动态信息，其中还包括森林中的负氧离子、温度、湿度、风向、风速等相关数据。通过生态环境的传感器实时监测这类数据的变化，既能实现对森林火灾的预测，也能应用于森林生态系统的健康评价体系中。为此，研究将设计出一种生态环境传感设备，并应用于生态环境信息采集工作中。

2.2 GIS空间分析计算

2.2.1 三维场景重建

通过利用GIS技术系统中的卫星遥感影像地图以及高分辨率数据，对森林三维地形场景进行重建，能够加强节点优化选址场景真实性。同时，采用漫游、缩放、旋转等操作技术，可提高节点优化选址的效率。

2.2.2 三维GIS节点选址

充分的节点优化选址包含了来自同选址有关的非空间数据集以及空间数据集，并且将多源异构的基础数据作为图层存储在云平台中，能够为森林的山地节点选址场景提供更加丰富真实有效的数据信息。其中，准则层的评价因素包括：候选节点矢量数据、道路图层数据、已完成的基站矢量数据、监测区域边界数据等。

2.2.3 三维GIS空间分析

三维森林节点选址场景建设后，需要对其进行三维GIS空间分析，主要是通过利用GIS技术进行缓存区分析、通视分析、叠加分析、太阳辐射分析以及视域分析等。利用GIS技术中的缓冲区分析，计算出森林区域的有效覆盖率，以此可确保基站位置的最佳数据传输距离。通过利用GIS技术进行通视分析，能够有效计算出候选节点到基站的路径以及地形遮挡情况，再通过VR比例计算，得出候选节点对无线网络传输产生的影响。如果VR指数越高，则表示候选节点到基站的通视效果越好。计算公式如下：

式中，L代表候选节点的实时传播路径；

Lp代表被遮挡物的实时传播路径。

3 智慧林业森林防火物联网智能平台设计与实现

3.1 体系架构

3.1.1 感知层

感知层的作用是用来全面感知森林中各项数据参数。通过生态环境传感器能够采集到环境温度、湿度、风向、大气压强等各种生态环境信息，从而用于森林生态环境系统健康评价以及森林防火预警等。在林区的主要路口以及火灾容易发生的地方，安装智能化视频分析设备，能够有效实现对林区内人类数量、动物数量的实时监控，从而实现人数、动物数量的智能分布监测及动物足迹的智能化搜索。

3.1.2 传输层

传输层的作用指在整个森林防火监测过程中，实现感知层监测数据的可靠性传输。本文选择的是通过LoRa无线网络技术，以此来实现林业各项业务数据信息的远距离传输与通信，当LoRa基站接收到来自不同终端节点设备传输的数据后，再通过无线网络或5G网络传输至后端云平台，进而进行智能化平台的分析与处理。

3.1.3 应用层

应用层的主要作用是应用智能化接入平台及智能化分析平台，其中智能化接入平台将用于实现森林业务数据的接收与管理工作。智能化分析平台主要是通过接入智能化平台所提供的一系列设备数据，例如经纬度、信号强度、传感器数据、人流量数据、视频数据等进行处理分析，以此来实现智慧林业管理。

3.2 总体设计

首先，针对表现层来说，林区管理人员只需要在电脑上安装浏览器就能够正常访问本系统平台。其主要的工作原理是通过“请求”，然后从服务器端获取对应的数据信息以及服务后，再通过web技术对相应的初始化数据进行优化并展示。

其次，业务层是整个云平台系统最关键也是最核心的一部分，其作用是负责GIS技术与Web服务器之间的业务处理关系。GIS技术服务器主要负责空间数据服务以及资源管理，并将接收到的相关数据信息传输至Web服务器进行访问使用。Web服务器的主要任务是接受从客户端发来的服务请求，并将处理好的数据返回给客户端，同时也作为GIS服务器的容器。

最后，数据层是最基础也是最重要的一层。主要作用是提供一定的数据支撑，主要包含提供业务数据的物联网接入平台接口、存储道路等空间数据的SQLServer数据库和托管三维场景等缓存切片的GIS。

3.3 平台功能模块设计与实现

3.3.1 图层管理

图层管理模块是一种具有高分辨率的三维立体图像地形图，能够用来实现林区内不同业务的需求，从而达到森林防火的目的。其中，三维立体图像地形图是一种通过林区卫星遥感信号的高分辨率、高清晰度的图像技术，能够在图形的底部基础上进行森林防火数据以及业务图层形式之间的分层显示。图层分为防火通道层、防火地名层、防火资源层等多种业务图层。

防火道路层。防火道路层的作用是能够实现整个林区道路的精细化展示，可有效完善森林路网的建设，以便于在日后突发火灾时，能够为消防救援队伍提供快速到达火灾发生现场的救援通道，并且提供灭火分析功能。此外，还能够加强现有林业资源的智能化、信息化建设，使森林资源能够持续、稳定的得到利用，造福于人类。

防火地名层。防火地名层的作用是有效实现对林区道路的命名显示，在选定的监管区域内的节选点和高山上都有特定的称呼。这是为了方便林区管理人员进行日常管理而进行命名的，所以将防火地名信息用以图层的形式应用于智能分析平台上，可以在日常林业资源管理以及突发火灾的救援过程中，实现对火灾发生地的精准定位，避免造成更多的财产损害。

防火资源层。防火资源层的作用是能够使森林防火设备以及资源地物的相关属性信息集合成一个图层显示出来，进而有助于林区管理人员实时掌控并了解森林周边的防火设备，制定出最佳的灭火救援方案，以此实现对防火设备的科学化、合理化调控。此外，防火资源层内部还包括储水池分布、瞭望塔分布、隔离网分布等信息，通过3D MAX技术，可绘制出生动形象的三维模型，更加直观地显示出其具体所在位置及相关属性信息。

3.3.2 防火物联网

1）设备展示。设备展示的作用是能够将智能化森林防火中物联网各节点的地理位置实时呈现在三维地图上并进行显示，通过操作具体事件来获取各个节点的相关属性功能，进而方便管理人员及时查看当前运行设备的相关工作状态与实时地理位置。

2）拓扑结构。拓扑结构的作用是用来呈现当前森林防火中物联网各个节点间的路由情况，通过三维GIS技术中的line类绘制出3D直线，用来连接节点与节点之间的属性关系，以此确保物联网防火系统能够正常使用。

3）全覆盖范围。全覆盖范围是指基站与中继基础二者所能够完全覆盖的可视化区域。以基站或中继站为基础，以其半径范围内最远的节点距离为终点，进而绘制出相应的圆形区域，这便是全覆盖范围。

4 结语

综上所述，智慧林业管理模式的发展能够有效提高森林资源的管护水平。因此，需构建完整的智慧林业管理平台，加大物联网技术、大数据技术、智能监测等技术在林业管理中的应用。此外，构建智慧林业管理模式还需要大量的资金投入，因此需要当地政府的大力支持，并帮助选拔具有专业技能的人才。我国各地区的林业部门要大力推进智慧林业管理模式，强化基础设施建设，引入先进技术，从而实现森林资源的智能化管护。