淺述5G技術(shù)引領(lǐng)下的智慧林業(yè)

一、前言

智慧林業(yè)是指充分利用云計算、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(shù)，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(wù)內(nèi)外一體的林業(yè)發(fā)展新模式。智慧林業(yè)的核心是利用現(xiàn)代信息手段，建立一種智慧化發(fā)展的長效機(jī)制，實現(xiàn)林業(yè)高效高質(zhì)發(fā)展。智慧林業(yè)是林業(yè)發(fā)展的必由之路。2011年以來，國家林草局先后開展實施了智慧林業(yè)頂層設(shè)計、示范性工程建設(shè)、關(guān)鍵技術(shù)研究、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范建設(shè)等工程。第五代移動電話行動通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動通信技術(shù)，英語縮寫為5G技術(shù)的到來，為智慧林業(yè)的發(fā)展提供了有力的技術(shù)支撐和變革契機(jī)，其在智慧林業(yè)發(fā)展中的引領(lǐng)和支撐作用進(jìn)一步凸顯。

二、智慧林業(yè)

（一）產(chǎn)生背景

黨的十八大首次把生態(tài)文明建設(shè)提升至與經(jīng)濟(jì)、政治、文化、社會四大建設(shè)并列的高度，列為建設(shè)中國特色社會主義"五位一體"的總布局之一。在建設(shè)生態(tài)文明的過程中，林業(yè)發(fā)揮著重要的戰(zhàn)略支撐作用，具有不可替代的特殊地位。隨著云計算、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(shù)的快速發(fā)展及廣泛應(yīng)用，社會發(fā)展智慧化已成為社會發(fā)展的共識。林業(yè)作為社會發(fā)展的重要組成部分，創(chuàng)新發(fā)展模式，走綠色、安全、高質(zhì)、可持續(xù)的智慧林業(yè)之路勢在必行。通過智慧林業(yè)建設(shè)，林業(yè)的管理和服務(wù)價值將被深入挖掘，林業(yè)相關(guān)部門的職能將被更好履行，林業(yè)經(jīng)濟(jì)也將更加繁榮。

（二）總體架構(gòu)

智慧林業(yè)是集林業(yè)立體感知、協(xié)同管理、生態(tài)價值、民生服務(wù)以及綜合管理等五大體系為一體的新型林業(yè)發(fā)展模式。智慧林業(yè)總體架構(gòu)主要包括“四橫兩縱”，四橫即設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層，兩縱即標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、安全與綜合管理體系，其相互聯(lián)系、相互支撐，形成一個閉環(huán)的運營體系。

圖1 智慧林業(yè)"四橫兩縱"架構(gòu)體系

三、第五代移動通信技術(shù)（5G技術(shù)）在智慧林業(yè)中的應(yīng)用

第五代移動電話行動通信標(biāo)準(zhǔn)，也稱第五代移動通信技術(shù)，英語縮寫為5G。5G技術(shù)使得海量信息數(shù)據(jù)的收集、存儲、挖掘、回傳等突破了4G的數(shù)據(jù)能力瓶頸，并且可實現(xiàn)對高維數(shù)據(jù)、語音、圖像等復(fù)雜數(shù)據(jù)的深入解析。5G技術(shù)引領(lǐng)下的各種新技術(shù)、新應(yīng)用將成為智慧林業(yè)建設(shè)和發(fā)展的主要方向。

（一）智能灌溉系統(tǒng)

傳統(tǒng)灌溉沒有辦法實時有效的控制水量，需要人工定時依靠灌溉經(jīng)驗對水閥進(jìn)行手動開合，這樣無疑會造成水資源的浪費。智能灌溉系統(tǒng)則可通過無線網(wǎng)絡(luò)連接現(xiàn)場設(shè)備，管理人員不僅可以實時通過平臺對現(xiàn)場水閥進(jìn)行開關(guān)，也可等系統(tǒng)分析后自動對林區(qū)進(jìn)行灌溉；另可對林地土壤溫濕度狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，隨時記錄、查詢、打印整個灌溉區(qū)的氣象資料、土壤濕度、灌溉設(shè)置、灌溉進(jìn)程、灌水歷史記錄等數(shù)據(jù)。

智能灌溉控制系統(tǒng)主要由中心主控系統(tǒng)（服務(wù)器、管理平臺）、電磁閥、土壤水分傳感器（可測土壤濕度絕對值）、氣象觀測站（可測量溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、降雨量）等設(shè)備所組成。

圖2 智能灌溉系統(tǒng)

要注意的是要真正實現(xiàn)水資源的高效利用，僅憑單項節(jié)水灌溉技術(shù)是不可能解決的。必須將水源開發(fā)、輸配水、灌水技術(shù)和降雨、蒸發(fā)、土壤墑情和林木需水規(guī)律等方面統(tǒng)一綜合考慮，做到降雨、灌溉水、土壤水和地下水聯(lián)合調(diào)用，實現(xiàn)按期、按需、按量自動供水。

（二）護(hù)林防火

圖3 數(shù)字化大型聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)

森林火災(zāi)作為一種突發(fā)性強、破壞性大、處置救助較為困難的全球性林業(yè)重大災(zāi)害，是破壞生態(tài)環(huán)境、危害人民群眾財產(chǎn)安全、破壞和諧穩(wěn)定最為嚴(yán)重的自然災(zāi)害之一。林區(qū)火災(zāi)前的檢測預(yù)警、火災(zāi)過程中的指揮調(diào)度以及火災(zāi)后的評估，則顯得尤為重要和緊迫。數(shù)字化大型聯(lián)網(wǎng)視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)和應(yīng)用將成為護(hù)林防火發(fā)展的必然和主流。通過此系統(tǒng)，管理人員可以直接從平臺中心對各重點林區(qū)進(jìn)行實時監(jiān)控，不僅能通過前端安裝的各種報警輔助設(shè)備及時預(yù)警，更能直觀地監(jiān)視和記錄現(xiàn)場的實時視頻情況，從而科學(xué)指揮救火工作，有效防止火災(zāi)蔓延，為森林資源保護(hù)和后續(xù)事件處理提供第一手視頻資料。

目前，視頻監(jiān)控的傳輸系統(tǒng)設(shè)計主要包含鋪設(shè)線纜及微波或者3G、4G傳輸，但鋪設(shè)線纜耗費成本高，3G、4G網(wǎng)絡(luò)無法滿足傳輸容量的飛速增長和更寬的頻譜資源的需求。5G技術(shù)應(yīng)用于安防視頻監(jiān)控系統(tǒng)，將完美解決這一系列問題。

（三）虛擬現(xiàn)實

虛擬現(xiàn)實亦作虛擬實境，簡稱VR，是利用電腦模擬產(chǎn)生一個三維空間的虛擬世界，提供參與者視覺、聽覺、觸覺等感官的模擬并與之產(chǎn)生交互的行為。VR技術(shù)是計算機(jī)硬件、軟件、傳感、人工智能、心理學(xué)及地理科學(xué)發(fā)展的結(jié)晶。

選取具代表性的森林環(huán)境實景,結(jié)合現(xiàn)有的林木、動植物特征數(shù)據(jù)，運用虛擬現(xiàn)實技術(shù)構(gòu)建VR珍稀林業(yè)資源，并利用該地地形地貌信息、航拍影像、遙感影像、實地相片采集等,采用全景2D紋理貼圖的方式繪制場景，建設(shè)VR空間場景，實現(xiàn)全景內(nèi)容觀看、虛擬場景模型漫游。5G技術(shù)的海量數(shù)據(jù)傳輸和低延時特性，可使人們通過佩戴VR頭顯進(jìn)入逼真的自然環(huán)境，通過手柄點選林木、動植物，其相關(guān)信息、分布地區(qū)和特點逐一呈現(xiàn)，讓人們得以近距離、沉浸式體驗珍稀動植物資源和自然生態(tài)環(huán)境，切實增強保護(hù)林業(yè)資源意識。

四、結(jié)語

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展日新月異，科學(xué)技術(shù)所帶來的人類生產(chǎn)、生活方式的變革更是今非昔比。5G技術(shù)時代已經(jīng)到來，5G技術(shù)在智慧林業(yè)中的應(yīng)用遠(yuǎn)不止此，林地資源管理、林政稽查、林業(yè)管護(hù)、生態(tài)服務(wù)等方面的應(yīng)用均將與日劇增。據(jù)有關(guān)企業(yè)統(tǒng)計，智慧林業(yè)初步實現(xiàn)后，能減少直接作業(yè)人員50%以上，生產(chǎn)經(jīng)營效率可提高30%以上，安全效率可提高80%以上。“信息隨心至，萬物觸手及”，這是我們對未來5G時代乃至智慧林業(yè)的美好愿望。