數(shù)字化技術(shù)在古樹名木監(jiān)測與管理中的應(yīng)用

中圖分類號：S788 文獻標志碼：ADOI：10.19345/j.cnki.1674-7909.2025.14.022文章編號：1674-7909（2025）14-108-4

0 引言

古樹名木是自然和文化遺產(chǎn)的重要載體，具有獨特的生態(tài)、歷史與文化價值。受城市化進程加快及氣候變化的影響，古樹名木正面臨著環(huán)境惡化、病蟲害威脅等挑戰(zhàn)。古樹名木傳統(tǒng)的保護方法主要依賴人工巡查和經(jīng)驗判斷，存在監(jiān)測手段單一、數(shù)據(jù)滯后等問題。數(shù)字化技術(shù)為古樹名木的保護提供了創(chuàng)新的解決方案。物聯(lián)網(wǎng)、遙感、人工智能等技術(shù)應(yīng)用于古樹名木的監(jiān)測管理，能精準感知古樹名木的生長狀況，并為其養(yǎng)護提供決策支持，進而形成全社會共同參與的古樹名木保護網(wǎng)絡(luò)。

1數(shù)字化技術(shù)的基本原理與類型

古樹名木保護工作要實現(xiàn)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，需要多種技術(shù)協(xié)同應(yīng)用。數(shù)字化技術(shù)可依據(jù)其功能特點和應(yīng)用場景，分為感知層、傳輸層、平臺層和應(yīng)用層等不同類型。這些技術(shù)各自具備特點，且在古樹名木監(jiān)測與管理的不同環(huán)節(jié)發(fā)揮著獨特作用，為后續(xù)監(jiān)測與管理應(yīng)用提供技術(shù)支撐。古樹名木保護中主要應(yīng)用的數(shù)字化技術(shù)見表1。

這些數(shù)字化技術(shù)的協(xié)同應(yīng)用，能夠推動古樹名木保護工作從傳統(tǒng)經(jīng)驗型、被動式管理模式，轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)據(jù)驅(qū)動的精準化、主動式保護模式。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可實現(xiàn)對古樹名木生長環(huán)境開展實時監(jiān)測，遙感技術(shù)能夠提供宏觀視角方面的空間信息，人工智能技術(shù)可增強對相關(guān)情況的分析判斷能力，大數(shù)據(jù)技術(shù)能為科學(xué)決策提供強有力的支撐[1]。

2數(shù)字化技術(shù)在古樹名木監(jiān)測中的應(yīng)用

2.1 生長環(huán)境監(jiān)測

古樹名木生長環(huán)境的數(shù)字化監(jiān)測是借助物聯(lián)網(wǎng)與傳感器網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)對土壤、氣候及水分條件的實時感知和數(shù)據(jù)采集的一種手段。土壤環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)運用埋入式多參數(shù)傳感器陣列持續(xù)采集土壤pH值、含水量、電導(dǎo)率、養(yǎng)分含量及微生物活性等關(guān)鍵指標。基于LoRa通信技術(shù)的土壤監(jiān)測系統(tǒng)可在復(fù)雜環(huán)境下實現(xiàn)數(shù)據(jù)穩(wěn)定傳輸，且誤差控制在 12% 以內(nèi)，解決了傳統(tǒng)人工采樣頻率低、代表性差等問題[2]。氣候因素監(jiān)測依靠微型氣象站網(wǎng)絡(luò)，對古樹名木周邊的溫度、濕度、光照強度及風(fēng)速等參數(shù)開展高頻率采樣，進而構(gòu)建氣象參數(shù)的時空分布模型；針對冠層微氣候變化，通過分層布設(shè)的溫濕度傳感器捕捉垂直梯度變化，評估極端氣候事件對古樹名木生理活動的影響。水分條件監(jiān)測采用樹干液流傳感器與根系區(qū)域土壤水分傳感器結(jié)合的方式，追蹤水分從土壤到樹體的遷移路徑與速率；基于時域反射技術(shù)的水分監(jiān)測系統(tǒng)，能精確識別古樹名木根系有效吸水深度，并為精準灌溉管理提供科學(xué)依據(jù)。

表1古樹名木保護中應(yīng)用的主要數(shù)字化技術(shù)

2.2 生理狀態(tài)監(jiān)測

古樹名木生理狀態(tài)數(shù)字化監(jiān)測依靠精密傳感技術(shù)，實現(xiàn)對樹木內(nèi)部生理活動的無損監(jiān)測和量化分析。樹干徑向生長監(jiān)測運用樹干周向生長測量帶和點陣式超聲波掃描結(jié)合的方式，實現(xiàn)微米級生長量變化的連續(xù)記錄。高精度樹干周長變化傳感器能夠探測樹木晝夜生長規(guī)律與季節(jié)性生長波動。超聲波斷層掃描則可構(gòu)建樹干內(nèi)部結(jié)構(gòu)三維模型，以評估木質(zhì)部發(fā)育狀況。養(yǎng)分流動監(jiān)測借助植物體液流動傳感器，通過微熱脈沖追蹤技術(shù)測定樹液流速與流量，以反映樹木水分運輸能力和光合產(chǎn)物傳輸效率。植入式微型電化學(xué)傳感器陣列可監(jiān)測樹液中氮、磷、鉀等元素含量的變化，進而評估養(yǎng)分運轉(zhuǎn)狀況。碳水化合物代謝監(jiān)測利用近紅外光譜分析技術(shù)，測定樹皮透射光譜變化，推算樹干碳水化合物儲量，以判斷樹木能量儲備水平。

2.3病蟲害監(jiān)測與預(yù)警

古樹名木的病蟲害數(shù)字化監(jiān)測與預(yù)警，借助多源數(shù)據(jù)融合技術(shù)實現(xiàn)對有害生物的早期識別與風(fēng)險評估。高光譜成像系統(tǒng)可捕捉植物組織在可見光到近紅外波段的反射特征變化；同時，借助光譜指數(shù)分析技術(shù)，識別病原體侵染導(dǎo)致的葉綠素降解與水分脅迫癥狀。熱紅外成像技術(shù)通過測量樹體表面溫度異常分布，來探測由真菌侵染或蟲害引發(fā)的組織代謝變化與維管束功能障礙。聲學(xué)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)利用聲紋分析算法識別木材中蛀蟲活動產(chǎn)生的特征頻率振動信號，以實現(xiàn)對天牛、吉丁蟲等木棲害蟲的早期監(jiān)測[3]。生物電位監(jiān)測裝置通過測量樹木各部位電位差變化，捕捉植物對病原體侵染的電生理響應(yīng)信號。病原體分子檢測技術(shù)采用便攜式核酸擴增設(shè)備與生物芯片技術(shù)，實現(xiàn)對真菌、細菌、病毒等病原體的快速準確鑒定。智能病蟲害預(yù)警系統(tǒng)基于多維監(jiān)測數(shù)據(jù)，結(jié)合氣象條件、歷史發(fā)生規(guī)律與宿主生理狀態(tài)，構(gòu)建病蟲害風(fēng)險預(yù)測模型。

2.4結(jié)構(gòu)安全與傾斜監(jiān)測

古樹名木的結(jié)構(gòu)安全與傾斜監(jiān)測，依靠多維感知技術(shù)，實現(xiàn)對樹體力學(xué)狀態(tài)的精準評估和動態(tài)跟蹤。三維激光掃描技術(shù)能以毫米級精度構(gòu)建古樹名木骨架結(jié)構(gòu)模型，并通過定期掃描比對分析樹體形態(tài)變化、重心偏移情況和結(jié)構(gòu)演變趨勢。地基傾斜監(jiān)測系統(tǒng)利用高精度傾角傳感器陣列，連續(xù)記錄樹干基部傾斜角度變化，并結(jié)合地下雷達探測技術(shù)評估根系分布狀況與錨固能力。樹干應(yīng)力監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)通過光纖布拉格光柵傳感器，測量樹干各區(qū)域應(yīng)變分布，以識別受力薄弱環(huán)節(jié)和潛在斷裂風(fēng)險點。聲波層析成像技術(shù)通過測量聲波在樹干中傳播的特性，構(gòu)建木質(zhì)部內(nèi)部腐朽與空洞分布圖，評估樹干結(jié)構(gòu)完整性。振動特性分析系統(tǒng)通過加速度傳感器，測量樹體在自然風(fēng)荷載下的振動響應(yīng)，并結(jié)合模態(tài)分析技術(shù)評估樹木整體剛度與抗風(fēng)穩(wěn)定性。多源監(jiān)測數(shù)據(jù)通過邊緣計算網(wǎng)關(guān)，上傳至云平臺，并集成有限元力學(xué)模型進行樹體結(jié)構(gòu)安全性分析與評估。監(jiān)測系統(tǒng)自動識別異常變化趨勢，當監(jiān)測到樹體傾斜角度變化速率超過預(yù)設(shè)閾值時，即時觸發(fā)預(yù)警機制，為古樹名木支護加固提供科學(xué)依據(jù)與技術(shù)支持。

3數(shù)字化技術(shù)在古樹名木管理中的應(yīng)用

3.1古樹名木數(shù)字化檔案與信息管理

古樹名木數(shù)字化檔案與信息管理系統(tǒng)借助集成化數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)對古樹名木全生命周期信息的系統(tǒng)化采集、存儲及應(yīng)用。數(shù)字化檔案根據(jù)統(tǒng)一編碼標準，構(gòu)建古樹名木電子身份證，并記錄樹種、樹齡、級別、地理位置、歷史沿革與文化價值等基礎(chǔ)信息。三維激光掃描和高精度攝影測量技術(shù)相結(jié)合，能夠構(gòu)建古樹名木的精確數(shù)字模型，并記錄其形態(tài)特征與生長狀態(tài)。生物信息數(shù)據(jù)庫存儲古樹名木DNA條形碼與微衛(wèi)星標記等遺傳信息，以實現(xiàn)個體識別與親緣關(guān)系分析。歷史資料數(shù)字化模塊整合歷史文獻、老照片與口述史料，從而構(gòu)建古樹名木的歷史演變檔案。監(jiān)測數(shù)據(jù)集成模塊自動匯聚各類傳感器實時數(shù)據(jù)與周期性監(jiān)測記錄，進而形成生長狀態(tài)時間序列。養(yǎng)護記錄模塊詳細記載養(yǎng)護措施實施、效果評估與資源投入情況，以支持養(yǎng)護方案優(yōu)化與成本核算。區(qū)塊鏈技術(shù)應(yīng)用于關(guān)鍵數(shù)據(jù)存證，保障數(shù)據(jù)的可追溯性與真實性。云端數(shù)據(jù)庫和移動終端應(yīng)用程序相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)檔案信息的實時更新與多終端訪問。利用大數(shù)據(jù)分析與知識圖譜技術(shù)，挖掘古樹名木的生長規(guī)律與養(yǎng)護經(jīng)驗，可為古樹名木科學(xué)保護與精細化管理提供全面且準確的信息支撐[4]。

3.2古樹名木養(yǎng)護措施的智能決策與管理

古樹名木養(yǎng)護措施的智能決策與管理依靠人工智能算法和專家知識系統(tǒng)，精準制訂并科學(xué)實施養(yǎng)護方案。智能健康評估模塊以多源監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，運用機器學(xué)習(xí)算法構(gòu)建古樹名木健康狀況評價模型，并綜合分析樹木生理指標、結(jié)構(gòu)狀態(tài)和病蟲害信息，之后自動生成健康等級評估報告。養(yǎng)護需求診斷系統(tǒng)結(jié)合專家知識庫與案例推理技術(shù)，針對評估發(fā)現(xiàn)的問題提出具體養(yǎng)護需求，進而形成問題清單與養(yǎng)護建議。精準灌溉決策系統(tǒng)依據(jù)土壤水分監(jiān)測數(shù)據(jù)和氣象預(yù)報信息，結(jié)合樹種需水特性與生長階段動態(tài)調(diào)整灌溉計劃，實現(xiàn)水資源優(yōu)化配置。養(yǎng)分管理決策支持系統(tǒng)根據(jù)土壤養(yǎng)分狀況與樹體營養(yǎng)診斷結(jié)果，制訂個性化施肥方案，以優(yōu)化養(yǎng)分供給結(jié)構(gòu)。病蟲害防治決策系統(tǒng)整合有害生物監(jiān)測數(shù)據(jù)與氣象條件，預(yù)測病蟲害發(fā)生風(fēng)險，并推薦最優(yōu)防治時間與措施。支撐系統(tǒng)設(shè)計模塊根據(jù)樹體結(jié)構(gòu)力學(xué)分析結(jié)果，生成定制化支撐方案與技術(shù)參數(shù)。養(yǎng)護任務(wù)管理平臺自動生成養(yǎng)護工單，合理分配作業(yè)任務(wù)，追蹤任務(wù)實施進度，并評估養(yǎng)護措施效果。

3.3古樹名木數(shù)字孿生與可視化管理

古樹名木數(shù)字孿生與可視化管理借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)和數(shù)據(jù)可視化方法，構(gòu)建古樹名木數(shù)字映射和交互式管理平臺。數(shù)字孿生系統(tǒng)運用高精度三維激光掃描和多角度攝影測量技術(shù)，構(gòu)建古樹名木精確幾何模型與表面紋理，從而實現(xiàn)亞厘米級形態(tài)復(fù)現(xiàn)。實時數(shù)據(jù)接口連接各類傳感器網(wǎng)絡(luò)，并將監(jiān)測數(shù)據(jù)映射到虛擬模型，通過顏色變化和動態(tài)標記等形式直觀呈現(xiàn)古樹名木的生理狀態(tài)與環(huán)境參數(shù)。生長模擬引擎依據(jù)歷史數(shù)據(jù)和生長模型，重現(xiàn)古樹名木過去的生長歷程，并預(yù)測未來發(fā)展態(tài)勢，直觀展示樹冠擴展、干圍增長與形態(tài)變化。樹體內(nèi)部結(jié)構(gòu)可視化模塊集成了聲波層析和地下雷達探測結(jié)果，通過透視技術(shù)呈現(xiàn)樹干的腐朽區(qū)域與根系的分布狀況，從而輔助識別隱患點。力學(xué)分析可視化功能通過有限元計算方法，模擬不同風(fēng)載與支撐條件下古樹名木的受力狀態(tài)，并以應(yīng)力云圖的形式展示結(jié)構(gòu)薄弱環(huán)節(jié)。養(yǎng)護措施仿真模塊能夠預(yù)演修剪、支撐等干預(yù)措施的效果，進而優(yōu)化實施方案。

3.4基于數(shù)字平臺開展古樹名木保護宣傳與公眾管理

基于數(shù)字平臺開展的古樹名木保護宣傳和公眾管理，借助多媒體技術(shù)與互聯(lián)網(wǎng)平臺實現(xiàn)保護理念的傳播和公眾參與機制的構(gòu)建。古樹名木數(shù)字科普平臺整合高清影像、三維模型及歷史資料，利用多媒體形式展現(xiàn)古樹名木生長特性、生態(tài)價值和文化內(nèi)涵，以此提升公眾對古樹名木的認知和保護意識。增強現(xiàn)實導(dǎo)覽系統(tǒng)，通過移動應(yīng)用程序，為游客提供古樹名木實地參觀的數(shù)字化導(dǎo)覽服務(wù)，如掃描樹木標志便能獲取樹種特征、樹齡估算和歷史傳說等信息，從而增強游覽體驗。公眾認養(yǎng)管理平臺設(shè)立古樹名木數(shù)字認養(yǎng)項目，利用區(qū)塊鏈技術(shù)記錄認養(yǎng)關(guān)系和資金流向，確保認養(yǎng)過程公開透明。志愿者管理系統(tǒng)整合志愿者招募、培訓(xùn)和任務(wù)分配功能，規(guī)范志愿服務(wù)流程，以提高志愿活動效率。社區(qū)互動平臺建立古樹保護主題論壇與社交媒體賬號，組織線上交流活動，以形成保護社區(qū)。數(shù)據(jù)開放共享機制將部分監(jiān)測數(shù)據(jù)以可視化形式向公眾開放，提高政府相關(guān)部門保護工作的透明度。

4數(shù)字化技術(shù)支持的古樹名木保護模式創(chuàng)新

4.1數(shù)字化技術(shù)驅(qū)動的古樹名木保護管理新模式

在數(shù)字化技術(shù)的驅(qū)動下，古樹名木保護管理開創(chuàng)了新模式，實現(xiàn)了從靜態(tài)保護到動態(tài)管理的轉(zhuǎn)變。智慧保護平臺整合監(jiān)測數(shù)據(jù)與管理功能，構(gòu)建了“一樹一檔、一樹一策\"精準保護體系，打破了傳統(tǒng)保護工作中經(jīng)驗依賴和部門分割問題。預(yù)測性維護模式借助大數(shù)據(jù)分析與機器學(xué)習(xí)算法，預(yù)判古樹名木生長風(fēng)險，實現(xiàn)從被動應(yīng)對到主動干預(yù)的轉(zhuǎn)變。網(wǎng)格化管理體系將古樹名木保護責(zé)任進行精細劃分，通過移動應(yīng)用實現(xiàn)巡查記錄數(shù)字化與問題處置全程跟蹤[5]。云平臺協(xié)同辦公機制使林業(yè)、園林、文物等多部門實現(xiàn)信息共享與協(xié)同決策，提升跨部門工作效率。績效評估系統(tǒng)基于數(shù)據(jù)分析自動生成保護成效報告，為管理優(yōu)化提供依據(jù)。

4.2古樹名木數(shù)字化保護的多方協(xié)作機制

古樹名木數(shù)字化保護的多方協(xié)作機制，借助技術(shù)平臺搭建了政府、專家、企業(yè)和公眾共同參與的保護網(wǎng)絡(luò)。政府主導(dǎo)的數(shù)據(jù)開放戰(zhàn)略將非敏感監(jiān)測數(shù)據(jù)對外開放，以此鼓勵社會各界深度參與古樹名木保護工作。專家智庫平臺匯聚林學(xué)、園藝、生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的專家資源，為基層提供遠程診斷與技術(shù)咨詢服務(wù)，以解決技術(shù)力量不足的問題。企業(yè)參與機制通過古樹名木“云認養(yǎng)”與技術(shù)贊助項目，引導(dǎo)社會資本投入古樹名木保護工作，以形成多元化資金來源。跨區(qū)域合作網(wǎng)絡(luò)連接不同地區(qū)的古樹名木保護機構(gòu)，從而促進技術(shù)與經(jīng)驗的共享。借助數(shù)字平臺構(gòu)建的多方協(xié)作機制，古樹名木保護工作實現(xiàn)了從政府單一責(zé)任主體向全社會共同參與公共事務(wù)的轉(zhuǎn)變，最終形成了政府主導(dǎo)、多方協(xié)同、社會共治的古樹名木保護新生態(tài)。

5結(jié)束語

數(shù)字化技術(shù)在古樹名木監(jiān)測與管理領(lǐng)域的應(yīng)用，構(gòu)建了一條涵蓋從數(shù)據(jù)感知到?jīng)Q策支持的技術(shù)鏈條，推動了古樹名木保護工作從經(jīng)驗主導(dǎo)型向科學(xué)規(guī)范型轉(zhuǎn)變。物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)建立了健康數(shù)字化感知系統(tǒng)，云平臺支持的檔案管理與決策技術(shù)提升了管理精準性與效率，多方協(xié)作機制促進了政府主導(dǎo)、社會參與保護格局的形成。未來要加強跨學(xué)科融合，完善數(shù)據(jù)標準并培養(yǎng)專業(yè)人才，深化技術(shù)應(yīng)用的廣度與深度，構(gòu)建更加科學(xué)智能的古樹名木保護生態(tài)系統(tǒng)，傳承珍貴自然文化遺產(chǎn)。

參考文獻：

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[5]文月婷.我市215株古樹名木有了“生命檔案”[N].西寧晚報，2025-06-03（A03）.

Application of Digital Technology in Monitoring and Management of AncientandFamousTrees

ZHANG Qiming

Shenzhen Laifu Surveying and Mapping Information Co.，Ltd.，Shenzhen 518ooo，China

Abstract： Digital technology offers new approaches for systematic monitoring and precise management of ancient and famous trees.The Internet of Things and sensor networks enable comprehensive monitoring of growth environment，physiological status，pest and disease risks，and structural safety of ancientand famous trees.Atthe management level，digital archive platforms integrate tree information and monitoring data; inteligent decision-making systems provide precise maintenance recommendations basedon the integrated data; digital twin technology facilitates visualized management of trees;and public participation platforms further expand the social foundation for tree protection effrts.The multi-stakeholder collaboration mechanisms based on digital technology promote the joint participation of the government，experts，enterprises，and the public，forming a data-driven，scientifically efficient new model for the protection of ancient and famous trees.

Key words： ancient and famous trees; digital technology; monitoring applications; protection and management

（欄目編輯：董清芝）