物聯網與智慧林業融合發展研究

作者簡介：楊鳳（1978-），女，助理農藝師。研究方向為護林防火、林木病蟲害防治、種質資源。

摘? 要：隨著社會的發展和科技的進步，物聯網技術逐漸成為各個領域的關鍵。智慧林業作為一種新型的林業管理模式，通過物聯網技術的應用，實現對森林資源的全方位監測和管理。該文旨在探討物聯網與智慧林業的融合，并分析其在林業管理中的應用和優勢。

關鍵詞：物聯網；智慧林業；優勢；挑戰；融合

中圖分類號：S712? ? ? 文獻標志碼：A? ? ? ? ? 文章編號：2096-9902（2024）01-0006-04

Abstract： With the development of society and the progress of science and technology， the Internet of Things technology has gradually become the key in various fields. Smart forestry， as a new forestry management model， realizes the comprehensive monitoring and management of forest resources through the application of Internet of Things technology. This paper aims to explore the integration of the Internet of Things and smart forestry， and analyze its application and advantages in forestry management.

Keywords： Internet of Things; smart forestry; advantage; challenge; fusion

隨著全球氣候變化和環境問題的日益嚴重，保護和管理森林資源變得越來越重要。傳統的林業管理方式已經無法滿足對森林資源的精細化管理需求，因此迫切需要引入新的技術手段進行改進。物聯網技術的快速發展為智慧林業的實施提供了有力支持。通過將物聯網技術與智慧林業相結合，可以實現對森林環境、植被生長、病蟲害監測等方面的實時監測和精確控制，提高林業管理的效率和質量，促進可持續發展[1]。因此，加強物聯網與智慧林業融合發展方面的研究對推動林業發展具有深遠的意義。

1? 物聯網與智慧林業的基本概念

1.1? 物聯網

物聯網是一種通過互聯網連接、通信和共享數據的網絡系統，可以將各種設備、傳感器和對象互相連接起來，實現信息的自動交互和智能化處理。

1.2? 智慧林業

智慧林業利用先進的技術手段，如人工智能、大數據分析等，對森林資源進行全面監測和管理，以提高林業生產力、保護生態環境和保障可持續發展。

2? 物聯網在智慧林業中的應用

物聯網與智慧林業的融合是現代林業發展的必然趨勢，通過物聯網構建完善的智慧林業系統可以實現森林防火監測、病蟲害監測、盜伐名木監測及林業保護區監測等[2]。物聯網智慧林業系統架構如圖1所示。

2.1? 森林防火監測

物聯網（Internet of Things，IoT）在森林防火監測方面發揮著重要作用。通過將傳感器和設備連接到互聯網，可以實時獲取森林中的溫度、濕度、煙霧等數據。這些數據可以用于監測森林中潛在的火災風險，并及時采取預防措施。在物聯網森林防火監測系統中，傳感器分布在森林各個關鍵位置，包括高風險區域、易燃物堆積區等。傳感器會定期采集環境數據，并將其發送到云平臺進行處理和分析。利用機器學習算法，可以根據歷史數據和模式識別來預測發生火災的可能性。一旦監測系統檢測到異常情況，比如溫度升高、濕度下降或煙霧濃度增加，系統會自動觸發警報機制。而且，該系統還能夠實時向相關的管理人員和消防部門發送通知，以便他們能夠及時應對和調度救援隊伍。除了提供實時監測和預警功能，物聯網森林防火監測系統還可以幫助指導滅火行動。通過使用無人機和機器人等先進技術，可以在火災發生后迅速調度救援隊伍、定位火源和提供實時圖像。這些數據可以幫助消防人員更好地了解火勢蔓延的情況，從而制定更有效的應對策略。

2.2? 病蟲害監測

物聯網技術以其高效、智能的特性，為森林管理提供了全新的解決方案。通過布設傳感器網絡，物聯網技術可以實時監測森林中的病蟲害情況，并準確地預警和采取相應措施，從而有效減少病蟲害對林業生產產生的損失。在過去，對于病蟲害的監測往往依賴于人工巡視和樣本收集。這種方式不僅費時費力，而且存在著不可避免的主觀誤差。而如今，借助物聯網技術可以建立一個覆蓋整個森林區域的傳感器網絡。這些傳感器可以實時監測環境參數，例如溫度、濕度和光照強度等，以及植物生長狀態和病蟲害的發生情況。通過物聯網技術，傳感器可以將收集到的數據實時傳輸到云平臺，然后利用大數據分析和人工智能算法進行處理。這些算法可以識別異常數據，并快速判斷是否存在病蟲害風險。一旦檢測到異常情況，系統將立即發出預警通知，提醒相關人員采取相應的防治措施。此外，物聯網技術還可以實現遠程遙控和管理。通過智能設備，管理人員可以在任何時間、任何地點監控森林中的病蟲害情況，并及時調整防治策略。例如，可以通過無人機巡視森林區域，快速定位病蟲害的蔓延范圍，并進行精確的藥劑噴灑等滅蟲操作，以最大限度地減少對森林生態的影響。

2.3? 盜伐名木監測

物聯網（IoT）在盜伐名木監測方面發揮著重要作用。盜伐名木是指非法砍伐珍稀樹種或具有歷史、文化價值的樹木。這些名木往往被非法砍伐并販賣給黑市，給生態環境和文化遺產造成嚴重損害。通過安裝在名木周圍的RFID傳感器、RFID閱讀器等，可以使用紅外線、聲音或攝像頭等多種技術來檢測任何異?；顒踊蛲话l事件，一旦監測系統檢測到可疑活動，比如砍伐聲音或物體移動，系統會立即觸發警報機制。同時可將監測到的相關信息傳輸至監測后臺，并發送通知給森林管理員、執法人員，能讓他們立即采取行動。此外，監測系統還可以將實時數據上傳到云平臺進行分析和記錄，以便后續調查和取證。這些數據可以作為法律程序中的關鍵證據，確保盜伐行為得到嚴厲打擊和懲罰。

2.4? 林業保護區監測

2.4.1? 環境監測

物聯網技術的應用使得森林環境監測變得更加智能化和高效化。通過使用物聯網設備，可以實時監測森林的溫度、濕度、氣象等環境參數，并將數據傳輸到云平臺進行分析和處理。這為林業管理者提供了關于森林生態環境變化的詳細信息，并幫助他們制定合理的調控措施。在過去，對森林環境進行監測通常需要依賴人工地面觀測或者一些固定的氣象站。然而，這種方式存在著許多限制，如時間成本高、空間覆蓋范圍有限等。而利用物聯網技術，可以通過部署大量的傳感器節點來實現對森林環境的全面覆蓋和實時監測。利用物聯網設備進行林業環境監測，是將溫度、濕度、光照及風速等傳感器節點安裝在森林的不同位置，包括地表、樹干、枝葉等，其能夠高精度地測量溫度、濕度、光照強度、風速及降雨量等環境參數，并將數據傳輸到云平臺進行集中管理和分析。同時，還可以利用無線網絡實現傳感器之間的數據互聯，形成一個覆蓋整個森林的物聯網。

2.4.2? 植被監測

物聯網與遙感技術的結合為森林植被監測提供了一種高精度的方法。通過利用無人機和衛星等技術手段，可以對森林植被覆蓋情況進行實時監測和詳細分析，從而為林業管理提供科學依據。傳統植被監測中，通常需要派遣大量人員進行地面調查，這不僅耗時且成本高昂。而隨著物聯網和遙感技術的發展，現在可以利用無人機和衛星等設備快速、準確地獲取大量數據，并將其傳輸到云平臺進行處理和分析。這些數據包括植被覆蓋率、植被類型、植被健康狀況等重要信息。通過對這些數據進行分析，可以實現對森林植被進行全面評估。

3? 物聯網與智慧林業融合的優勢和挑戰

3.1? 優勢

3.1.1? 提高林業管理的效率和精確度

物聯網技術可以實時采集、傳輸和分析森林相關數據，如溫度、濕度、土壤水分等環境監測數據，以及植被生長狀態、病蟲害情況等植被監測數據。通過物聯網的應用，可以實現對森林資源的精細化管理和監測，提高管理效率和決策的準確性。

3.1.2? 及時發現并解決森林資源管理中的問題

物聯網設備和傳感器可以實時監測森林資源的狀態和變化，例如及時探測火災的發生、病蟲害的暴發等異常情況，并發出警報。這樣，林業管理者可以迅速采取相應措施，防止問題擴大，保護森林資源的安全與健康。

3.1.3? 實現對森林環境變化的全面監測

物聯網技術可以覆蓋廣泛的監測網絡，將大量的環境數據進行實時采集和傳輸，從而實現對森林環境變化的全面監測。通過對各種環境參數的持續觀測，可以及時發現和反映氣候變化、自然災害、環境污染等對森林生態系統的影響，有效保護和管理森林資源。

3.2? 挑戰

3.2.1? 數據隱私和安全性問題

物聯網在智慧林業中的廣泛應用涉及大量敏感數據，如環境監測數據、植被監測數據等。這些數據包含著森林資源的相關信息及管理者的決策依據。因此，確保這些數據的隱私性和安全性成為一個重要的挑戰。需要采取有效的數據加密和訪問控制措施，以防止未經授權的訪問和濫用，確保數據的保密性和完整性[3]。

3.2.2? 網絡和設備安全問題

物聯網涉及大量的設備和傳感器，這些設備和傳感器通過互聯網連接起來，形成一個復雜的網絡系統。然而，這也使得物聯網面臨著網絡攻擊的風險，如入侵、拒絕服務攻擊等。此外，設備本身的安全性也是一個關鍵問題，因為遭到入侵的設備可能被用于進行惡意操作或攻擊其他設備。為了保證物聯網在智慧林業中的順利運行，必須加強網絡和設備的安全性，采取適當的防護措施，防范各種安全威脅。

3.2.3? 數據處理和分析能力不足

物聯網在智慧林業中生成了大量的數據，如環境監測數據、植被監測數據等。然而，僅僅收集和存儲這些數據是不夠的，還需要對數據進行有效的處理和分析，提取有用的信息和知識。由于數據量龐大、復雜性高，如何高效地處理和分析這些數據成為一個挑戰。因此，需要開發和應用合適的數據處理和分析技術，以實現對物聯網數據的深入挖掘和利用。

4? 物聯網與智慧林業融合發展措施

為了促進物聯網與智慧林業的融合發展，可以采取以下措施。

4.1? 建立完善的數據平臺和信息系統

完善的數據平臺和信息系統是促進物聯網與智慧林業融合發展的關鍵措施。通過建立完善的數據平臺和信息系統，林業管理者可以獲得全面、準確的數據信息，并基于此進行科學決策和管理。這將提高林業管理的效率和精確度，推動智慧林業的發展[4]。建立完善的數據平臺和信息系統應從以下5個方面入手。

1）數據整合與共享。建立一個統一的智慧林業數據平臺，將各類數據資源進行整合和標準化處理，包括環境監測數據、植被監測數據、病蟲害監測數據等多種類型的數據。同時，設立數據共享機制，推動不同部門、機構和企業之間的數據共享，提高數據的可訪問性和共享效益。

2）數據采集與傳輸。通過物聯網設備和傳感器，實時采集各類數據，并將其傳輸到數據平臺。這涉及選擇合適的傳感器和設備，設置采集頻率和位置，確保數據的準確性和完整性。

3）數據存儲與管理。建立高效且安全的數據存儲和管理系統，對采集到的數據進行分類、存儲和備份。同時，建立數據質量檢查機制，確保數據的準確性和可靠性。

4）數據分析與決策支持。利用大數據分析、人工智能等技術，對數據進行深入挖掘和分析，并生成有價值的信息。這些信息可以為林業管理者提供全面準確的信息基礎，支持其決策制定和管理工作。

5）數據安全與隱私保護。建立強有力的數據安全機制，包括數據加密、訪問控制等措施，保護數據的安全性和隱私性。同時，也需要遵守相關法律法規，保護個人隱私和敏感信息。

4.2? 推動標準化和規范化

推動標準化和規范化可以提高物聯網設備的互操作性和兼容性，不僅能降低系統集成和應用的成本，而且也有助于加速行業創新和發展，推動智慧林業的技術進步和應用推廣。推動物聯網及智慧林業融合，實現標準化、規范化發展的具體措施如下。

1）制定智慧林業標準和規范。在智慧林業領域，制定一套統一的標準和規范，涵蓋設備硬件、通信協議、數據格式和安全機制等方面。這些標準和規范可以幫助不同廠商和組織之間實現互操作性，提高設備之間的兼容性和可擴展性。

2）統一物聯網設備的通信協議和數據格式。制定通用的物聯網通信協議，如MQTT或CoAP，并建立標準的數據格式，使得不同類型的設備可以進行互聯和數據交換。這樣可以降低設備集成和應用開發的難度，促進各種設備的智能化接入。

3）提供開放式平臺和API。打造開放式的智慧林業平臺，提供標準化的API（應用程序接口），讓第三方開發者可以基于該平臺構建自己的應用程序和解決方案。這樣可以加速創新和應用的推廣，激發更多的智慧林業應用被開發出來。

4）建立測試認證機制。建立智慧林業設備的測試和認證機制，確保產品符合標準和規范要求，并具備良好的性能和可靠性。這可以提高用戶對設備質量的信任度，降低采購風險。

4.3? 加強安全保障機制

加強安全保障機制，可以有效防止物聯網系統在智慧林業中遭受網絡攻擊和數據泄露等安全風險，這不僅能提高智慧林業系統的穩定性和可靠性，而且也能確保智慧林業的正常運行和數據的安全性[5]。加強安全保障機制應從以下4個方面入手。

1）網絡安全防護。建立多層次的網絡安全防護體系，包括防火墻、入侵檢測系統（IDS）和入侵防御系統（IPS）等。這些設備可以監測和阻止潛在的網絡攻擊，例如DDoS攻擊、惡意軟件和網絡釣魚等。

2）數據加密和訪問控制。對物聯網傳輸的數據進行加密，使用安全協議和算法，確保數據在傳輸過程中的保密性和完整性。此外，設置嚴格的訪問控制策略，對敏感數據進行權限管理，只有經過授權的用戶才能訪問相關數據。

3）設備安全管理。加強物聯網設備的安全防護，包括設備固件的及時更新和漏洞修復，禁用不必要的服務和端口，限制設備的物理訪問等。同時，采用設備身份認證和授權機制，確保只有合法的設備可以連接到網絡并進行通信。

4）建立應急響應機制。建立健全的安全事件應急響應機制，包括安全事件的報警、處置和恢復流程。及時監測、識別和應對可能的安全威脅，減少潛在的損失和影響。

4.4? 提升人才培養和技術支持能力

提升人才培養和技術支持能力，可以為智慧林業的發展提供強有力的支撐。為了提升人才培養和技術支持能力，滿足智慧林業發展的需求，應制定全面的人才培養計劃，包括設立相關專業的學位課程、職業培訓項目和實習機會等。培養具備物聯網技術、林業管理和數據分析等多學科綜合能力的專業人才，以滿足智慧林業對各類人才的需求。

5? 結束語

綜上所述，物聯網與智慧林業的融合發展面臨著一些挑戰，如數據隱私和安全性問題、網絡和設備安全問題、數據處理和分析能力不足，以及成本和資源限制。為了克服這些挑戰，可以采取加強技術研發和創新、建立完善的數據平臺和信息系統、推動標準化和規范化、加強安全保障機制、提升人才培養和技術支持能力等措施。通過這些措施的實施，可以進一步推動物聯網與智慧林業的融合發展，提升森林資源管理的效率和質量，促進森林生態環境的保護和可持續發展。

參考文獻：

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[3] 曹林，周凱，申鑫，等.智慧林業發展現狀與展望[J].南京林業大學學報（自然科學版），2022，46（6）：83-95.

[4] 汪林桂.物聯網在智慧林業建設中的應用研究[J].智慧農業導刊，2022，2（8）：1-3.

[5] 張黎明，于薇.物聯網在智慧林業中的應用現狀及對策[J].黑龍江科學，2020，11（12）：136-137.