物联网技术在林业中的应用分析

时间：2024-09-03

◆赵多银

物联网技术在林业中的应用分析

◆赵多银

（兰州兰石集团有限公司甘肃 730314）

为了探究互联网技术在林业管理中的应用，笔者首先对互联网技术进行基本介绍，分析林业技术智慧平台的构建策略，发现：该项技术与“3S”技术、云计算等技术相结合，可以对森林资源空间进行展示，逐渐组织成巨大的智能网络，已然成为森林资源管理与监测的新型技术科学。因此在今后工作中，应该将物联网技术应用到林业资源精准培育、森林火灾防火预警系统、病虫害防治工作中，提升森林资源供给能力，及时获取到林木生长信息，提升资源可利用率，最终实现智慧林业发展目标。

林业资源；物联网技术；监测信息；智慧平台；应用

在信息技术的高速发展和应用下，物联网技术、大数据技术已经逐渐普及、渗透到各行各业，林业建设系统也是如此，当前我国天然林面积和人工林面积持续增长，森林资源供给能力逐渐提升，在国家绿色发展战略背景下，物联网信息技术可以有效监测森林生长指标，判断病虫害受损情况，掌握森林生长机理的同时，做好消防措施，加强火灾预警，从而促进智慧林业的发展与建设。

1 物联网技术的基本概述

互联网技术从本质上讲就是指通过信息化管理系统，利用信息传感设备，对智能终端进行完善，促进林业资源之间的相互感知[1]。帮助后台监测人员及时获取到所需信息，如今已经应用到林业管理的各个领域，通过RFID（射频识别）、遥感技术、传感器、激光扫描仪等设备，对信息进行传输，将互联网与物品相互连接，进行定位、跟踪、通信、识别，逐渐组织成巨大的智能网络，对林业资源进行监控和管理，具体可以分为以下几个方面。

1.1 云计算技术

利用计算机强大的计算能力，与相关网络技术相结合，对虚拟化资源进行动态伸缩计算，相当于物联网的“大脑”，发挥各项技术优势，预测气候变化，突破森林资源监测难点，为管理人员提供动态化数据，为林业信息化奠定坚实基础。其次，与人工智能技术（AI技术）相结合，负责学习与思考，拓展人的智能理论，将虚拟现实技术和智能机器人技术进行综合运用，已经成为森林资源管理与监测的新型技术科学，通过数学建模、过程模拟，让机器和系统像“人”一样思考，实现林业管理工作的进步。

1.2 射频识别技术

射频识别技术也是通讯技术的一种，相当于物联网的“嘴巴”，具有较强的抗干扰性，利用RFID标签让无线电讯号在无需进行光学接触的情况下，读取相关数据，让物体会说话，具有识别速度快、数据容量大等特点。在日常工作中，射频识别技术与“3S”技术相结合，可以对林地的自然条件、灾害预警、救灾力量、日常巡护等工作提供信息技术支持，实现数据资源一体化整合，对林业基础信息进行深层次挖掘，增强林业资源立体化感知能力。

1.3 传感器技术

传感器技术的使用，主要对被测量物体的电压、电流规律转化为通讯信号，对林业资源所处的温度、湿度进行信号传输，相当于让后台管理人员或者物联网系统接收到森林资源“说话的内容”，捕捉外在信号，相当于物联网的“耳朵”。但是该项技术具有一定的限制性，受环境影响较大，再加之森林资源所处于自然环境下，受到气温变化、气候变化等多种方面的影响，外界的细微变化都会对传感器灵敏度产生影响。

2 物联网林业技术智慧平台的构建

智慧林业综合应用平台主要由四个方面组成，分别如下。

2.1 网络和硬件层

网络和硬件层，即将磁盘阵列、应用服务器、防火墙、数据库、服务器、交换机、入侵检测、GIS服务器、路由器等，利用无线网络进行连接与构建，组成视频专网，连接电子政务网，实现部门之间的信息资源融会贯通。

2.2 基础平台操作层

基础平台操作层将三维场景管理软件和商用数据库操作系统、计算机制图软件、地理信息平台软件相结合，与手持移动终端相互连接，提升操作系统的完备性。

2.3 数据服务层

数据服务层构建业务支撑数据库（元数据、事件数据、多媒体数据和重大工程的数据等）、高分遥感数据库、林业资源信息数据库（补测的林业数据、林业二类调查数据等）和其他空间信息数据库（数字高程模型、基础数字规划图、森林资源地名地址等）。

2.4 应用服务层

应用服务层就是指构建林业成果展示系统，做好森林防火应急指挥，规划名树古树管理措施，对森林资源进行综合管制，营造林业重点工程管理。

在智慧林业综合平台规划中，综合应用以上四种体系，将其与接入层相互连接，其中接入层主体包括各级林业部门、应急指挥调度人员、护林员、林业部门主管领导等，提供人机交互界面，促进农业资源标准化、规范化管理，完善信息安全管制体系，通过内外网隔离、权限加密、数据控制、机房管理等多种手段，做好森林资源数据一体化整合。

3 物联网技术在林业管理中的应用

3.1 物联网技术在精准培育中的应用

在森林抚育和林业管理过程中，利用物联网技术，可以优化空间结构调整方法，获取森林资源时空异质性，实现培育技术的精准化，在人工林种植中，实现定向培养，在天然林抚育过程中，实现精准测量，促进我国林业资源的可持续经营，将物联网技术和大数据技术、遥感技术相结合，构建土壤类型分析层，对林木生长进行环境模拟，精准获取森林培育生理情况，监测重要的生长目标，及时获取生长因子，掌握森林生长机理，主要利用传感器和遥感技术，获得林木生理生化信息，具体情况如表1所示。

表1 林木生理生化信息获取情况

主要监测指标技术优势不足之处多光谱传感器测定森林资源的氮素状况、水分接收和缺失情况、生物量、色素情况灵活性强、灵敏度强、成本较低、受到外界环境影响较小波段较少、需要经过辐射校正、光谱分辨率低、需要进行几何校正热红外传感器主要监测森林环境净同化速率、林木资源冠层温度、气孔导度、水分状况和吸收情况对冠层温度的获取速度较快，可以最大化进行林木生长判定受到外界环境影响较大，如果在土壤层不稳定、光照稀薄、不良天气状况时，需要进行多次、频繁的校准 RGB数码相机主要进行树高、冠幅、胸径、叶色、密度、覆盖度等指标的检测机动性能更强、高空间分辨率、成本低像幅较小、容易受到外部影响激光雷达对森林资源生物量、树高、叶面积、叶倾角指数进行测量可以提供三维数据、森林结构参数水平较高，精度较为准确数据处理难度大，成本较高，森林生理生化参数分析难度大荧光传感器对森林资源生产力、氮素状况、光合作用、色素情况进行测量光合作用检测精度更高，可以准确反映森林资源生长情况和健康情况探测范围较为狭窄高光谱传感器对植被光合速率、氮素状况、生物量、水分吸收情况和缺失情况进行分析图谱具有合一性、结构参数的观测更加具有直接性、分辨率较高光谱数据结构处理较为复杂

如果将物联网技术和遥感技术相融合，可以实现两种林业管理技术的优势互补，对森林资源进行精准喷灌、精准选育、健康评估，提升育种效率，提高生长质量，通过科技化手段，利用人工智能，采集树木生长信息，做到培育技术体系的精准化、定向化发展，提高人工造林成活率，提高天然林保存率，对森林资源生态建设意义重大。

3.2 物联网技术在火灾预警中的应用

火灾预警系统主要针对大规模林业资源而言，将卫星定位、人工智能、传感器技术与物联网技术相结合，对旅游景区、自然保护区、重点森林资源保护区、城市森林、原始林、人工林等进行火情监测全覆盖，探测盗伐树木行为，保护珍稀动植物。构建数字化森林物联网络，满足森林防火需求，满足林业安全需求，前置火灾预警，降低火灾损失，构建自动预警流程[2]。通过传感技术，对森林资源生长情况和现场环境进行数据采集，并汇总到终端，如果数据出现异常，将进行自动报警处理，对节点环境信息进行传输。后台工作人员利用手持GPS监视现场工作信息并总结工作状况，通知应急管理人员进行设备维护和火灾抢险，快速找到火线位置，根据报警点信息观测森林火灾实时图像。在这一过程中，抢险速度更快，预警效果更强，在第一时间发现问题，避免人工巡防的低能、低效、低质等弊端。其中，平台功能的具体效用可以分为以下几个方面[3]。①对森林资源空间进行展示，利用物联网平台对信息数据进行统计和查询，做好林业信息维护，构建二维、三维地图；②有助于林业巡护轨迹管理，优化灾后评估及评价，利用物联网指挥系统，强化日常巡护效果，对防火专题进行查询，提供火灾档案管理依据；③对古树、名树等重点保护对象进行养护信息查询，通过地图展示，宣传专题成果，与社会公众实现良好互动，对监控资源、突发事件进行上报，在视频监控的基础上，做好病虫害监测和相关资源管理。

3.3 物联网技术在森林病虫害监测中的应用

病虫害是林业管理工作中必然面临的问题，通过互联网平台的构建，可以对虫害进行远程实时监控。加快新型测报工具的应用，根据不同生育期、间伐期，总结主要虫害发生特点，自动识别害虫，减轻测报人员工作量。分析研判病虫害发展趋势，根据森林资源、土壤墒情数据，结合林业生长特性和生育期特性，对局部小气候进行数据监测，自动采集并整理信息，经过测算与分类，对幼虫数量进行横纵对比，分析病害虫害的消长动态变化，提升监测数据与实时情况的吻合度。将物联网技术与重大病害智能检测仪相结合，通过联合使用，提升监测效率，形成测报数据互联互通，提高信息系统平台的共享性。