實施智慧林業管理模式，提升森林資源管護水平

陳正斌，彭 誠

（定西市安定區林業和草原局，甘肅定西 743000）

0 引言

過去傳統的林業管理主要依靠人力勞動，并且管理水平與效果遠不如現代“智慧林業”。我國森林資源十分豐富，要想全面掌握林業管理情況并不是一件容易的事。隨著科學技術的發展，現階段林業管理主要依靠先進的數字化技術，基于“互聯網+”的林業管理模式，能夠充分發揮互聯網技術、云計算和大數據技術等互相之間的協同管理作用。全面掌控現有的林業資源，降低人力勞動強度，實現“智慧林業”全面發展，以此提高我國森林資源的管護水平。

GIS技術也稱為“地理信息系統”，是一種基于計算機技術、物聯網技術、地理學等用作描述、分析、輸出以及儲存一系列空間信息的綜合性應用技術。GIS技術源于20世紀60年代，科學家們結合計算機硬、軟件技術，再通過綜合利用信息學、地理學以及系統工程技術，以此來進行科學化管理，實現決策、管理及規劃等地理空間的服務系統。由于GIS技術具備空間分析、網絡分析、數字模型等優勢，所以在森林防火領域中有很好的應用前景。

1 智慧林業管理的應用

1.1 林業監測

智慧林業在目前現代化林業管理工作中具有十分重要的作用，主要是利用現代化的智能感應設備、電子追蹤設備等裝置實現對林業資源實行實時有效監測。例如，電子追蹤系統能夠在林業監測時，通過其內部的電子標簽對樹木的高度、寬度、年齡等信息進行準確定位，這將有利于森林管理人員對樹木進行日常維護管理。

此外，對森林中的樹木進行電子定位，也能夠起到對周圍環境進行實時監控的目的，可以及時地對樹木的生長發育、養分吸收、林分結構優化情況等一并進行監控。智能化傳感設備或監控攝像頭安裝在樹木上，不僅能夠準確掌握樹木的生長發育情況，還可以監控樹木周圍的環境污染情況，避免破壞森林資源的現象出現。

1.2 森林防火

森林防火是林業管理中最重要的一項工作。森林一旦發生火災造成的損失是不可估量的，不僅會嚴重破壞森林資源，還會造成人員傷亡，從而影響經濟發展。因此，智慧林業技術在森林防火領域體現出其巨大的優勢。

例如，在森林火災高頻發生地區采用環境監測裝置，對該地區的天氣情況、風向、濕度等參數值進行實時監測，并針對這些數值作出相應的分類與預警。一旦預測到異常情況，裝置將會自動報警，監測站的相關工作人員能夠及時收到消息并發出森林火災預警，以此來確保森林防火安全。此外，還可利用網絡媒體渠道開展森林防火知識宣傳，呼吁人人都參與到森林防火中來，有效降低森林火災的發生概率。

1.3 林業有害生物監測

我國是一個森林資源豐富的大國，然而樹木還是會受到林業有害生物的影響。因此，智慧林業管理模式應用在生物監測預報方面也極具優勢。例如，在樹林內設置相應的林業有害生物監測站，并配備紅外線傳感器、智能監控設備等。

通過使用這類型的裝置，能夠對林地周圍區域的環境溫度、濕度等因素進行實時監測，有助于林業管理人員對有害生物發生情況進行實時掌控并及時進行科學預報。如果發現樹林內可能有林業有害生物發生的風險，相關人員需及時向上級主管部門報告，同時制定相應的預防措施及應急預案，以此來減少有害生物對樹林產生的危害。

2 基于智慧林業的GIS應用技術

2.1 應用背景

本文所探討的智慧林業是基于三維GIS的物聯網防火技術，主要是面向森林中的無線網絡傳感技術。目的是利用GIS技術中的無線傳感器網絡技術，實現對森林生態環境數據、監控數據、多媒體數據等采集、分析、傳輸功能，從而有效建立起能夠覆蓋整個森林區域內的網絡系統，實現對森林火災的預警。

智慧林業中的物聯網防火技術，主要體現在智慧傳輸、智慧感知、智慧監管這三大方面，通過這三方面的共同作用能夠有效實現智能化森林防火需求。其中，智慧傳輸的作用指在森林火災的監測系統中，能夠有效實現監測數據的全覆蓋、遠距離等傳輸。由于森林監測的區域廣泛，地勢環境復雜，工作環境惡劣，因此研究選用低功耗、廣域無線傳感器網絡技術應用于森林防火中。

智慧感知是指能夠智能化感知森林中的火災動態信息，其中還包括森林中的負氧離子、溫度、濕度、風向、風速等相關數據。通過生態環境的傳感器實時監測這類數據的變化，既能實現對森林火災的預測，也能應用于森林生態系統的健康評價體系中。為此，研究將設計出一種生態環境傳感設備，并應用于生態環境信息采集工作中。

2.2 GIS空間分析計算

2.2.1 三維場景重建

通過利用GIS技術系統中的衛星遙感影像地圖以及高分辨率數據，對森林三維地形場景進行重建，能夠加強節點優化選址場景真實性。同時，采用漫游、縮放、旋轉等操作技術，可提高節點優化選址的效率。

2.2.2 三維GIS節點選址

充分的節點優化選址包含了來自同選址有關的非空間數據集以及空間數據集，并且將多源異構的基礎數據作為圖層存儲在云平臺中，能夠為森林的山地節點選址場景提供更加豐富真實有效的數據信息。其中，準則層的評價因素包括：候選節點矢量數據、道路圖層數據、已完成的基站矢量數據、監測區域邊界數據等。

2.2.3 三維GIS空間分析

三維森林節點選址場景建設后，需要對其進行三維GIS空間分析，主要是通過利用GIS技術進行緩存區分析、通視分析、疊加分析、太陽輻射分析以及視域分析等。利用GIS技術中的緩沖區分析，計算出森林區域的有效覆蓋率，以此可確?；疚恢玫淖罴褦祿鬏斁嚯x。通過利用GIS技術進行通視分析，能夠有效計算出候選節點到基站的路徑以及地形遮擋情況，再通過VR比例計算，得出候選節點對無線網絡傳輸產生的影響。如果VR指數越高，則表示候選節點到基站的通視效果越好。計算公式如下：

式中，L代表候選節點的實時傳播路徑；

Lp代表被遮擋物的實時傳播路徑。

3 智慧林業森林防火物聯網智能平臺設計與實現

3.1 體系架構

3.1.1 感知層

感知層的作用是用來全面感知森林中各項數據參數。通過生態環境傳感器能夠采集到環境溫度、濕度、風向、大氣壓強等各種生態環境信息，從而用于森林生態環境系統健康評價以及森林防火預警等。在林區的主要路口以及火災容易發生的地方，安裝智能化視頻分析設備，能夠有效實現對林區內人類數量、動物數量的實時監控，從而實現人數、動物數量的智能分布監測及動物足跡的智能化搜索。

3.1.2 傳輸層

傳輸層的作用指在整個森林防火監測過程中，實現感知層監測數據的可靠性傳輸。本文選擇的是通過LoRa無線網絡技術，以此來實現林業各項業務數據信息的遠距離傳輸與通信，當LoRa基站接收到來自不同終端節點設備傳輸的數據后，再通過無線網絡或5G網絡傳輸至后端云平臺，進而進行智能化平臺的分析與處理。

3.1.3 應用層

應用層的主要作用是應用智能化接入平臺及智能化分析平臺，其中智能化接入平臺將用于實現森林業務數據的接收與管理工作。智能化分析平臺主要是通過接入智能化平臺所提供的一系列設備數據，例如經緯度、信號強度、傳感器數據、人流量數據、視頻數據等進行處理分析，以此來實現智慧林業管理。

3.2 總體設計

首先，針對表現層來說，林區管理人員只需要在電腦上安裝瀏覽器就能夠正常訪問本系統平臺。其主要的工作原理是通過“請求”，然后從服務器端獲取對應的數據信息以及服務后，再通過web技術對相應的初始化數據進行優化并展示。

其次，業務層是整個云平臺系統最關鍵也是最核心的一部分，其作用是負責GIS技術與Web服務器之間的業務處理關系。GIS技術服務器主要負責空間數據服務以及資源管理，并將接收到的相關數據信息傳輸至Web服務器進行訪問使用。Web服務器的主要任務是接受從客戶端發來的服務請求，并將處理好的數據返回給客戶端，同時也作為GIS服務器的容器。

最后，數據層是最基礎也是最重要的一層。主要作用是提供一定的數據支撐，主要包含提供業務數據的物聯網接入平臺接口、存儲道路等空間數據的SQLServer數據庫和托管三維場景等緩存切片的GIS。

3.3 平臺功能模塊設計與實現

3.3.1 圖層管理

圖層管理模塊是一種具有高分辨率的三維立體圖像地形圖，能夠用來實現林區內不同業務的需求，從而達到森林防火的目的。其中，三維立體圖像地形圖是一種通過林區衛星遙感信號的高分辨率、高清晰度的圖像技術，能夠在圖形的底部基礎上進行森林防火數據以及業務圖層形式之間的分層顯示。圖層分為防火通道層、防火地名層、防火資源層等多種業務圖層。

防火道路層。防火道路層的作用是能夠實現整個林區道路的精細化展示，可有效完善森林路網的建設，以便于在日后突發火災時，能夠為消防救援隊伍提供快速到達火災發生現場的救援通道，并且提供滅火分析功能。此外，還能夠加強現有林業資源的智能化、信息化建設，使森林資源能夠持續、穩定的得到利用，造福于人類。

防火地名層。防火地名層的作用是有效實現對林區道路的命名顯示，在選定的監管區域內的節選點和高山上都有特定的稱呼。這是為了方便林區管理人員進行日常管理而進行命名的，所以將防火地名信息用以圖層的形式應用于智能分析平臺上，可以在日常林業資源管理以及突發火災的救援過程中，實現對火災發生地的精準定位，避免造成更多的財產損害。

防火資源層。防火資源層的作用是能夠使森林防火設備以及資源地物的相關屬性信息集合成一個圖層顯示出來，進而有助于林區管理人員實時掌控并了解森林周邊的防火設備，制定出最佳的滅火救援方案，以此實現對防火設備的科學化、合理化調控。此外，防火資源層內部還包括儲水池分布、瞭望塔分布、隔離網分布等信息，通過3D MAX技術，可繪制出生動形象的三維模型，更加直觀地顯示出其具體所在位置及相關屬性信息。

3.3.2 防火物聯網

1）設備展示。設備展示的作用是能夠將智能化森林防火中物聯網各節點的地理位置實時呈現在三維地圖上并進行顯示，通過操作具體事件來獲取各個節點的相關屬性功能，進而方便管理人員及時查看當前運行設備的相關工作狀態與實時地理位置。

2）拓撲結構。拓撲結構的作用是用來呈現當前森林防火中物聯網各個節點間的路由情況，通過三維GIS技術中的line類繪制出3D直線，用來連接節點與節點之間的屬性關系，以此確保物聯網防火系統能夠正常使用。

3）全覆蓋范圍。全覆蓋范圍是指基站與中繼基礎二者所能夠完全覆蓋的可視化區域。以基站或中繼站為基礎，以其半徑范圍內最遠的節點距離為終點，進而繪制出相應的圓形區域，這便是全覆蓋范圍。

4 結語

綜上所述，智慧林業管理模式的發展能夠有效提高森林資源的管護水平。因此，需構建完整的智慧林業管理平臺，加大物聯網技術、大數據技術、智能監測等技術在林業管理中的應用。此外，構建智慧林業管理模式還需要大量的資金投入，因此需要當地政府的大力支持，并幫助選拔具有專業技能的人才。我國各地區的林業部門要大力推進智慧林業管理模式，強化基礎設施建設，引入先進技術，從而實現森林資源的智能化管護。