基于GIS的林業環境監測系統設計

0 引言

為充分貫徹落實碳達峰、碳中和目標，助推林業產業轉型發展，必須高度重視林業資源應用和管理工作。面對全新的經濟發展環境，各地區必須制定林業環境監測規劃，結合區域實際情況做好林業資源高質量管理工作。當前，隨著信息技術持續發展，須著力探索全新的林業環境監測模式，提升林業環境監測質量和效率。鑒于此，可圍繞地理信息系統開發建設林業環境動態監測系統。

1GIS技術應用于林業環境監測的意義

GIS的英文全稱是Geography Information System。作為一類利用信息技術對空間模型展開動態化預測及分析的先進信息化系統，GIS應用于地理環境監測和資源勘探等應用場景具有較強的技術優勢。GIS不僅具備傳統的信息數據采集、輸入及輸出功能，還擁有數據編輯更新優化、數據存儲管理及三維空間數據分析能力。在GIS信息系統中，空間數據分析能力屬于核心功能，技術人員可利用GIS的空間分析功能，對海量信息數據進行分析，從而獲得具體的地理位置信息。除此之外，GIS系統還具備信息數據交互功能和圖形傳輸展示等功能。

該系統不僅可以清晰地向用戶提供文字性地理信息描述，還可以構建三維立體地理數據模型，為用戶進行數據分析提供參考，有效提升地理信息處理效率和質量。截至目前，GIS技術憑借得天獨厚的功能優勢和技術優勢，在國內諸多領域被廣泛應用。例如，我國部分地區運用GIS技術開展農業資源和環境領域監測工作；在土地資源開發和管理環節，應用GIS技術可以幫助技術人員清晰地掌握土地利用現狀，為相關人員清晰掌握國土資源配置情況提供便利。GIS技術應用場景的多樣化發展為林業調查工作開展指明了方向。將GIS技術應用于林業環境調查工作，可以為林業工作開展提供數據支撐。做好林業環境監測工作，可以實現對森林面積的動態化監測，減少因森林面積銳減造成的動植物多樣性減少等問題，充分挖掘森林的生態修復能力。此外，合理利用林業監測系統，可以為林業資源高質量管理提供技術保障。合理利用地理信息系統開展林業環境監測工作有助于構建智慧化林業管理體系，為林業部門工作人員橫向和縱向比對林業發展狀況提供數據參考和支撐[1]。

鑒于此，筆者結合大量林業生態環境監測案例，充分利用GIS系統應用功能，并結合林業環境監測需求厘清系統設計思路。深度開發林業環境監測系統，持續拓展GIS在林業環境監測中的應用場景。該系統中還應用了人工智能、無線傳感等先進技術，用以持續提升林業環境監測質量，為中國林業環境監測工作穩步開展保駕護航。

2林業環境監測系統設計

2.1林業環境系統架構設計

森林資源監測工作往往困難重重，是具有一定挑戰性的工作。考慮到森林占地面積較大且地形地勢結構復雜，部分區域林業管理人員難以涉足。此外，由于森林內部整體環境較為復雜，野生動物生存活動頻繁，無形中增加了林業環境監測工作的難度和復雜性。在此背景下，為滿足日益增長的林業環境監測需求，筆者在GIS技術的幫助下，開發了一款林業環境動態化監測系統。該系統集成了物聯網系統架構，不僅可實現信息數據自動化采集，還具備監測地區環境可視化查看的功能。該林業環境監測系統架構由以下四大模塊組成： ① 感知識別層； ② 管理服務層； ③ 網絡構建層； ④ 綜合應用層。

2.1.1 感知識別層

感知識別層作為該監測系統的基礎架構之一，設計人員在構建系統架構時，專門搭載了無線傳感器裝置，該裝置和終端數據采集模塊相連接，可對監測對象的溫度、濕度、風速等參數進行動態監測。該架構還具備環境監測單元匯總功能，在感知識別層中還包含全GPS全球定位模塊，該模塊具備參數信息整合匯總能力，可直接將獲取到的定位數據上傳至無線傳感器網絡節點，通過節點聚合和無線分組業務實現通信信號高效處理和數據實時傳輸。為滿足感知識別架構層數據采集效率，為后續工作推進提供便利，設計人員在感知識別層內加設了賽靈思公司研發的數據開發板，型號為EK-Z7-ZC702-G。該數據開發板不僅可以實現數據精準化采集，還具有編程列陣功能，可以有效滿足其他外部設備接入需求[2-3]。

2.1.2 管理服務層

管理服務層的主要功能是空間數據整合和傳輸。借助GPRS全球衛星定位模塊傳輸的通信信號，對不同林區的環境參數進行匯總整合，直接將其上傳到數據庫中；借助ArcSDE實現數據集成化分析和處理，在構建管理服務層架構時，將系統捕捉到的林區地圖圖層進行分化處理，通過分化實現圖層數據影像化。監測系統會根據傳感模塊傳回的數據和林區實際環境參數及時完成GIS信息發布工作，技術人員可以借助管理服務層架構獲取林業環境監測過程中獲取到的地理位置、地形圖等信息數據，同時還可以獲取傳感器設備采集到的風速、溫濕度等環境數據。

2.1.3 網絡構建層

GIS林業環境監測系統中具備網絡信號傳輸功能[4]。為確保網絡信號傳輸質量，設計人員在設計系統的過程中，應用了截然不同的兩種遠程數據傳輸模式，即GPRS信號傳輸和互聯網傳輸。前者采用GPRS通信信號實現信息數據遠程傳輸，系統會直接利用無線傳感器網絡中的匯聚節點對傳感器終端收集到的各類信息數據及環境參數進行整合，借助系統內部搭載的5G通信信號傳輸模塊實現信息數據高效率傳輸，最終將獲取到的各類環境參數及地形地理位置參數上傳至以太網，并完成信息數據云端存儲。后者則采用互聯網傳輸模式，系統可直接借助互聯網技術搭建客戶端和服務器之間連接的數據傳輸通道，系統開發人員通過同移動通信企業簽署人網協議的方式，以JSO數據格式完成地理位置信息、環境參數等信息數據傳遞和共享。

2.1.4 綜合應用層

綜合應用層是GIS林業監測系統連接終端設備的核心架構，該架構層級支持移動應用設備和電腦端設備接入，技術人員可直接借助無線網、以太網或5G通信網絡實現信息數據高效率傳輸，為林業環境監測工作人員掌握林業環境監測參數、地理位置地圖等信息提供支持[5]。監測人員可通過系統傳回的數據和圖像充分掌握被監測林區的植被覆蓋率、野生動物棲息等情況，了解林區各類參數變化情況，持續提升林業環境監測質量和效率。

2.2數據采集端設計流程

為充分滿足林業生態環境多元化監測應用需求，節約監測系統設計和研發成本。在構建林業環境監測系統時，筆者直接使用由賽靈思公司開發設計的開發板，并將其作為核心處理器。賽靈思公司研發的開發板不僅集成了GPS傳感器等模塊，還兼容了多個控制器，具備形式多樣的數據接入口，可以較好地同外部設備連接。此外，為提升林業監測管理效率，技術人員在設計系統時，還在開發板上增加了可供圖片、視頻、音頻傳輸的多媒體陣列接口，為林業環境監測圖像傳播共享提供了便利。

除此之外，在林業環境監測系統設計應用環節，為確保信息數據傳輸效率和質量，設計人員專門對數據采集端工作流程進行調整和優化。具體流程如下。

第一，數據采集工作完成后，GPS模塊會直接將監測對象所處地區的經緯度信息上傳至系統終端。在完成地理位置信息數據收集后，系統中自帶的傳感器裝置會自動收集監測區域速度、風向、環境、污染物顆粒度、濕度及負氧指標等信息數據。第二，GPS模塊和傳感器模塊會按照系統數據標準協議，啟用RS485通信模式或將串口獲取到的數據全部上傳至控制處理模塊。第三，控制處理模塊在獲取并接收傳輸數據之后，可以提前按照設計人員預設標準，從海量信息提取有價值的環境參數，最終完成該次數據采集工作。

3林業環境監測系統的具體應用

第一，應用于森林資源監測。采用以GIS技術為核心的林業環境監測系統，可實現對監測森林面積變化情況、植被覆蓋范圍及林木生長狀況進行自動化監測。例如，可利用GIS林業環境監測系統自帶的衛星遙感影像功能，對樹種的生長分布情況進行監測，從而為林業部門工作人員掌握森林資源數量變化情況提供便利，為行業從業者制定林業環境監測方案提供數據支撐。此外，該監測系統具備歷史數據調閱功能，技術人員可通過對比森林資源周期性數量增減狀況制定相應的森林資源保護方案。

第二，該系統還可以實時監測區域內氣象數據。使用傳感器裝置對森林區域的溫度、濕度、降水量以及風速等環境參數進行監測，并依托通信數據傳輸模塊將捕捉到的環境參數傳輸至中控平臺，為相關部門了解森林生態系統變化情況、預測森林火災發生率提供支持。

4結束語

綜上所述，筆者結合GIS系統應用特征和場景，依托物聯網技術和無線傳感技術等信息技術，開發設計了具備實時動態監測功能的林業環境智慧化監測系統。設計人員分別從系統開發架構、應用程序配置等環節入手，對林業環境監測系統的具體應用場景和設計流程進行了梳理和分析。該監測系統不僅可以利用傳感器裝置采集終端數據，還具備信息數據動態化傳輸功能，可直接將采集到的林業環境數據上傳至中控系統，為林業資源管理人員決策提供參考。利用基于GIS的林業環境監測系統開展工作，符合林業管理工作需求，可以有效提升林業環境監測質量和效率。

參考文獻：

[1]李喜友.基于GIS的林業環境監測系統設計[J].鄉村科技，2023，14（11）：153-157.

[2]寇男.林業有害生物防治在林業生態環境建設中的影響［J].世界熱帶農業信息，2022（5）：44-45.

[3]趙強國.基于無人機的林業環境重金屬污染遠程監測研究[J].環境科學與管理，2021，46（10）：116-119，170.

[4]萬靜.GIS技術在林業資源管理中的應用：以甘肅省小隴山林業保護中心江洛林場為例[J].廣東蠶業，2024，58（8）：80-82.

[5]張忠軍.林業信息化技術在森林資源管理中的應用[J].中國高新科技，2024（18）：139-141.