數(shù)字林業(yè)及其若干關(guān)鍵技術(shù)的研究

王維一

摘 要：當(dāng)前我國(guó)信息技術(shù)的迅猛發(fā)展以及信息技術(shù)的應(yīng)用，不僅改變了傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)的支撐點(diǎn)，同時(shí)改變了人們認(rèn)識(shí)自然、獲取信息的方法和手段，也改變了人們的生活習(xí)慣、思維方式和對(duì)生存環(huán)境的再認(rèn)識(shí)。本文主要針對(duì)數(shù)字林業(yè)及其若干關(guān)鍵技術(shù)互相分析和討論。

關(guān)鍵詞：數(shù)字林業(yè);關(guān)鍵技術(shù);信息化

一、數(shù)字林業(yè)概述

“數(shù)字林業(yè)”是地球科學(xué)技術(shù)與信息科學(xué)技術(shù)、空間科學(xué)技術(shù)等現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)與傳統(tǒng)林業(yè)工作交融的前沿學(xué)科，又是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展和林業(yè)生產(chǎn)、管理需求緊密結(jié)合的必然結(jié)果。“數(shù)字林業(yè)”屬于“數(shù)字地球”的應(yīng)用范疇。由于林業(yè)資源的分布范圍廣、林地面積差異大，林業(yè)生產(chǎn)的管理與行政區(qū)域的管理密不可分，因此，從應(yīng)用的區(qū)域范圍來(lái)分，應(yīng)分為“國(guó)家數(shù)字林業(yè)”、“省級(jí)數(shù)字林業(yè)”、“地（市）級(jí)數(shù)字林業(yè)”、“縣（區(qū)）級(jí)數(shù)字林業(yè)”及“鄉(xiāng)（鎮(zhèn)）級(jí)數(shù)字林業(yè)”。 “數(shù)字林業(yè)”是對(duì)有關(guān)林業(yè)資源（植物、動(dòng)物、土地等）、林業(yè)生產(chǎn)（造林營(yíng)林、保護(hù)管護(hù)、病蟲(chóng)防治、開(kāi)發(fā)利用等）、林業(yè)管理（林政、資源等）等各類(lèi)數(shù)據(jù)的獲取、存貯、處理、分析、查詢(xún)、預(yù)測(cè)、決策支持的一個(gè)系統(tǒng)總稱(chēng)。“數(shù)字林業(yè)”的核心是全面應(yīng)用“3S”技術(shù)。地理信息系統(tǒng)（GIS）、遙感技術(shù)（RS）和全球定位系統(tǒng)（GPS）為地球科學(xué)提供了全新的研究手段，導(dǎo)致了地球科學(xué)的研究范圍、內(nèi)容、性質(zhì)和方法的巨大變化，標(biāo)志著地球科學(xué)的一場(chǎng)革命。和傳統(tǒng)的對(duì)地觀測(cè)手段相比，它的優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：提供了全球或大區(qū)域精確定位的高頻度宏觀影像，從而揭示了巖石圈、水圈、氣圈和生物圈的相互作用和相互關(guān)系，促進(jìn)了地球系統(tǒng)科學(xué)的誕生。擴(kuò)大了人的視野，從可見(jiàn)光發(fā)展到紅外、微波等波譜范圍，加深了人類(lèi)對(duì)地球的了解;在遙感與地理信息系統(tǒng)基礎(chǔ)上建立的數(shù)學(xué)模型為定量化分析奠定了基礎(chǔ)。同時(shí)，還實(shí)現(xiàn)了空間和時(shí)間的轉(zhuǎn)移：空間上野外部分工作轉(zhuǎn)移到實(shí)驗(yàn)室;時(shí)間上從過(guò)去、現(xiàn)在的研究發(fā)展到在三維空間上定量地預(yù)測(cè)未來(lái)。

二、數(shù)字林業(yè)中的關(guān)鍵技術(shù)

1、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

針對(duì) “數(shù)字林業(yè)”中數(shù)據(jù)量大、用戶(hù)訪問(wèn)多、傳輸速率高的要求，在網(wǎng)絡(luò)建設(shè)中必須滿(mǎn)足：遵循標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范和接口，具備開(kāi)放性、擴(kuò)充性和兼容性;網(wǎng)絡(luò)設(shè)備性能高，先進(jìn)可靠。在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，結(jié)合數(shù)據(jù)的分布式存放，可以將網(wǎng)絡(luò)按三個(gè)層次布局：一是各級(jí)各部門(mén)林業(yè)內(nèi)部本地?cái)?shù)據(jù)中心和信息系統(tǒng)運(yùn)行的局域網(wǎng);二是連接各部門(mén)和中心管理機(jī)構(gòu)的廣域網(wǎng);三是提供信息發(fā)布和社會(huì)化服務(wù)的國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)。數(shù)字林業(yè)的各個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)主要建立在廣域網(wǎng)的基礎(chǔ)上，廣域網(wǎng)以國(guó)家數(shù)字林業(yè)中心為核心，將國(guó)家、省、地區(qū)、縣以及各個(gè)管理部門(mén)、工程實(shí)施單位、企事業(yè)單位有機(jī)的聯(lián)系起來(lái)，實(shí)現(xiàn)信息遠(yuǎn)程傳輸和交換。具體實(shí)現(xiàn)方法是以在國(guó)家級(jí)建立的數(shù)據(jù)交換中心為廣域網(wǎng)的中心節(jié)點(diǎn)，國(guó)家林業(yè)局和省級(jí)林業(yè)局為網(wǎng)絡(luò)的二級(jí)節(jié)點(diǎn)，地區(qū)級(jí)和縣級(jí)或其他單機(jī)用戶(hù)為網(wǎng)絡(luò)的三級(jí)節(jié)點(diǎn)和四級(jí)節(jié)點(diǎn)。在各層次節(jié)點(diǎn)之間使用衛(wèi)星通信、高速寬帶、公共信息網(wǎng)或電話(huà)網(wǎng)等方式實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

2、可視化和虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

可視化技術(shù)是一種將抽象符號(hào)轉(zhuǎn)化為幾何圖形的計(jì)算方法 ，顯示方式主要分為二維和三維兩種。目前來(lái)講，二維的可視化方法發(fā)展時(shí)間較長(zhǎng)并且已經(jīng)成熟。“數(shù)字林業(yè)”的三維可視化是目前在林學(xué)和計(jì)算機(jī)圖形學(xué)領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)，利用此技術(shù)可以對(duì)林地植被進(jìn)行模擬，虛擬演示林地分布情況。而虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)例如虛擬防火、虛擬病蟲(chóng)害、虛擬林木生長(zhǎng)等應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，也對(duì)林業(yè)的管理和決策起著至關(guān)重要的作用。近年來(lái)，三維計(jì)算機(jī)圖形學(xué)發(fā)展迅速，新的理論和方法層出不窮，其在各行各業(yè)應(yīng)用的深度與廣度也在日益增大。在林業(yè)方面 ，出現(xiàn)了相當(dāng)多的植物生成算法和滿(mǎn)足各種要求的植物模型生成軟件 ，并且已經(jīng)部分應(yīng)用于林業(yè)研究領(lǐng)域。與此同時(shí)，在三維應(yīng)用例如電腦游戲的推動(dòng)下 ，實(shí)時(shí)圖形技術(shù)得到了非常快的發(fā)展，在場(chǎng)景的三維繪制和真實(shí)感表現(xiàn)中逐步出現(xiàn)了很多有效的實(shí)現(xiàn)方法。但是隨著模型和場(chǎng)景的復(fù)雜度的增長(zhǎng)，對(duì)實(shí)時(shí)性和精確性的要求越來(lái)越高 ，這在林業(yè)可視化中依然是一個(gè)很大的挑戰(zhàn)。

3、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)

數(shù)據(jù)挖掘是一種信息處理技術(shù) ，涉及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)、統(tǒng)計(jì)學(xué)、機(jī)器學(xué)習(xí) 、高性能計(jì)算、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)可視化、信息檢索、人工智能等多個(gè)學(xué)科.其主要特點(diǎn)是對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的大量采集數(shù)據(jù)按照一定的方式進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換、分析和其他模型化處理，提取人們無(wú)法直接從原始數(shù)據(jù)中得知，但又隱含在其中的潛在有用的信息和知識(shí)，還可以通過(guò)對(duì)已知數(shù)據(jù)的分析，得到相關(guān)的未知數(shù)據(jù) ，并以較高的準(zhǔn)確度預(yù)測(cè)事件發(fā)生的概率和可能性。利用GPS、RS等技術(shù)獲取的圖像、文本或多媒體數(shù)據(jù)以及林業(yè)行業(yè)內(nèi)部多年來(lái)所積累的大量原始采集數(shù)據(jù)和資料，都是直接對(duì)實(shí)體進(jìn)行測(cè)量，并未解析數(shù)據(jù)中的相關(guān)性或反應(yīng)出實(shí)體的特征，因此可以利用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)對(duì)“數(shù)字林業(yè)”的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從中挖掘出林業(yè)信息機(jī)理知識(shí)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)森林系統(tǒng)的演化規(guī)律。建立基于此技術(shù)上的智能化信息平臺(tái)，可以參與森林資源與林業(yè)工程的規(guī)劃、分析與決策。對(duì)采集到的遙感影像用數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)中的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法、模糊數(shù)學(xué)方法、決策樹(shù)分類(lèi)法等進(jìn)行分類(lèi)和信息抽析是研究的重點(diǎn)。此外 ，在已有的分類(lèi)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)遙感數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和預(yù)估計(jì)，也是目前的研究熱點(diǎn)之一。

4、數(shù)據(jù)共享及互操作技術(shù)

為了讓“數(shù)字林業(yè)”的建設(shè)更具實(shí)用性和普遍性，數(shù)據(jù)共享是需要解決的核心問(wèn)題之一。建立成熟健壯的“數(shù)字林業(yè)”系統(tǒng)，是需要在時(shí)間和空間上有豐富的數(shù)據(jù)積累和分析經(jīng)驗(yàn)做支持的。現(xiàn)有的數(shù)據(jù)因技術(shù)上的不斷更新和獲取時(shí)間段的不同 ，其保存方式和數(shù)據(jù)類(lèi)型有著比較大的差異，這給數(shù)據(jù)共享帶來(lái)了一定的困難。解決數(shù)據(jù)共享問(wèn)題，首先需要政策和行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)制定，統(tǒng)一規(guī)范數(shù)據(jù)獲取方式國(guó)已經(jīng)制定了一系列的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)。為“數(shù)字林業(yè)”的信息分類(lèi)和編碼、數(shù)據(jù)格式、處理流程、設(shè)備配置等工作制定了一系列規(guī)范化文件，包括各種內(nèi)涵及范疇的界定、名稱(chēng)和術(shù)語(yǔ)，這樣既能規(guī)范管理大量的數(shù)據(jù)，又有利于信息檢索，便于在計(jì)算機(jī)上協(xié)同處理。在地理信息系統(tǒng)幾十年的發(fā)展和研究中，已經(jīng)推出了為提供地理數(shù)據(jù)和地理操作的交互性和開(kāi)發(fā)性的軟件開(kāi)發(fā)規(guī)范OpenGIS可能。除了政策和行政的支持外，數(shù)據(jù)共享還需要技術(shù)上的規(guī)范 ，實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)、各層次之間的互聯(lián)接和互操作。互操作包括兩層含義：從狹義上說(shuō) ，它是在保持信息不丟失的前提下，從一個(gè)系統(tǒng)到另一個(gè)系統(tǒng)的信息交換能力;從廣義上講，它是指不同應(yīng)用（包括軟、硬件）之間能夠動(dòng)態(tài)地相互調(diào)用，并且不同數(shù)據(jù)集之間有一個(gè)穩(wěn)定的接口。因此系統(tǒng)與系統(tǒng)之間、行業(yè)與行業(yè)之間、上下級(jí)（如國(guó)家級(jí)、省級(jí)、地區(qū)級(jí)和縣級(jí)）之間都需提供有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的接口，充分利用組件在應(yīng)用系統(tǒng)集成中的作用，以達(dá)到信息無(wú)阻流通，防止瓶頸出現(xiàn)。

結(jié)束語(yǔ)

數(shù)字林業(yè)能夠?qū)⒘謽I(yè)管理的過(guò)程中所體現(xiàn)的現(xiàn)代化水平合理提升，并且有效推動(dòng)營(yíng)林生產(chǎn)和森林資源保護(hù)等屬于林業(yè)的生產(chǎn)信息化進(jìn)程。我國(guó)應(yīng)加快數(shù)字技術(shù)在林業(yè)中的建設(shè)腳步，使我國(guó)林業(yè)得到全面發(fā)展，從而跟國(guó)際林業(yè)的信息化管理趨勢(shì)接軌。林業(yè)的可持續(xù)發(fā)展應(yīng)具備科學(xué)化、信息化，它是滿(mǎn)足社會(huì)信息化時(shí)代要求的戰(zhàn)略行動(dòng)，是現(xiàn)代林業(yè)建設(shè)中不可或缺的一項(xiàng)重要目標(biāo)。

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