摘 要 林業(yè)是生態(tài)文明建設(shè)的主體。隨著信息技術(shù)在林業(yè)領(lǐng)域的加速創(chuàng)變和深度融入，智慧林業(yè)成為促進(jìn)林業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展、推動生態(tài)文明建設(shè)的必由之路。當(dāng)下，我國智慧林業(yè)在生態(tài)保護(hù)中的建設(shè)成效顯著。為持續(xù)推動智慧林業(yè)在生態(tài)保護(hù)中的應(yīng)用，介紹智慧林業(yè)在生態(tài)保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)展，包括以林木資源監(jiān)測、野生動物保護(hù)為主的森林資源監(jiān)管，以及以森林防火、森林病蟲害防治為主的林業(yè)災(zāi)害監(jiān)控，并提出未來我國智慧林業(yè)要走好關(guān)鍵的3步，即樹立正確發(fā)展理念、推進(jìn)高水平設(shè)施建設(shè)和拓寬生態(tài)應(yīng)用場景。

關(guān)鍵詞 林業(yè)；生態(tài)保護(hù)；智慧林業(yè)；林業(yè)工程

中圖分類號：F326.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.22.025

黨的二十大報告指出，中國式現(xiàn)代化是人與自然和諧共生的現(xiàn)代化，并將推動綠色發(fā)展、促進(jìn)人與自然和諧共生明確為新時代中國生態(tài)文明建設(shè)的根本宗旨?xì)w。林業(yè)作為傳統(tǒng)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，是國民經(jīng)濟綠色發(fā)展的根基與社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的動力，密切關(guān)乎我國生態(tài)文明建設(shè)的百年大計。而在數(shù)字中國建設(shè)的推動下，林業(yè)領(lǐng)域涌入了大范圍、深層次的信息化變革，正一步步朝著數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化邁進(jìn)[1]。其中，以信息技術(shù)與生態(tài)文明融合為內(nèi)核的智慧林業(yè)成為現(xiàn)代林業(yè)發(fā)展的新方向，是促進(jìn)生態(tài)保護(hù)提質(zhì)增效增匯、發(fā)展模式加速綠色轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵一招。

1 智慧林業(yè)發(fā)展背景

智慧林業(yè)是以大數(shù)據(jù)、云計算、物聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)為支撐，基于智能化、感知化、物聯(lián)化的手段，匯集了林業(yè)立體感知、生態(tài)價值凸顯、管理協(xié)同高效、服務(wù)內(nèi)外一體等功能的林業(yè)綠色發(fā)展范式[2]。2016年，原國家林業(yè)局（現(xiàn)國家林業(yè)和草原局）在《“互聯(lián)網(wǎng)+”林業(yè)行動計劃——全國林業(yè)信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃》中明確指出，“十三五”時期林業(yè)信息化發(fā)展要全面融入林業(yè)工作全局，“互聯(lián)網(wǎng)+”林業(yè)建設(shè)將緊貼林業(yè)改革發(fā)展需求，通過8個領(lǐng)域、48項重點工程建設(shè)，有力提升林業(yè)治理現(xiàn)代化水平，全面支撐引領(lǐng)“十三五”林業(yè)各項建設(shè)[3]。同時，美國、英國、加拿大、日本等發(fā)達(dá)國家掀起了一陣智慧林業(yè)建設(shè)熱潮，無論是在林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的建立、森林的智慧監(jiān)測和保護(hù)，還是森林的精準(zhǔn)培育、林業(yè)智能裝備的打造等方面都搶占了發(fā)展的制高點。然而，目前我國對智慧林業(yè)的探索還較為淺薄，在基礎(chǔ)研究、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和支撐體系等方面與發(fā)達(dá)國家仍存在亟待彌合的差距。例如，在實時獲取與模擬預(yù)測、多尺度檢測與科學(xué)診斷森林生長狀況，精細(xì)化管理與經(jīng)營規(guī)劃森林資源，有效融合智能裝備與現(xiàn)代培育技術(shù)等方面的智能化都有待進(jìn)一步提升[4]。因此，如何全面分析智慧林業(yè)在生態(tài)保護(hù)中的應(yīng)用進(jìn)展，深入探索未來可行的發(fā)展路徑，是我國智慧林業(yè)突破限制性發(fā)展瓶頸、全方位提升發(fā)展水平，進(jìn)而優(yōu)化生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)林業(yè)現(xiàn)代化，最終推動綠色發(fā)展和建設(shè)美麗中國的必由之路。

2 應(yīng)用進(jìn)展

全面提高生態(tài)保護(hù)水平是促進(jìn)林業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的關(guān)鍵抓手，也是推動國家生態(tài)文明建設(shè)的核心要義。當(dāng)下，基于智慧林業(yè)開展的林業(yè)生態(tài)保護(hù)與建設(shè)已取得顯著成就，打造了智能化森林資源監(jiān)管、林業(yè)災(zāi)害監(jiān)控的應(yīng)用新場景。

2.1 森林資源監(jiān)管

森林資源由林木資源、林地資源、森林環(huán)境資源、林區(qū)野生動植物資源、林區(qū)微生物資源等一系列資源構(gòu)成，其中林木資源是森林資源的核心主體[5]。對森林資源的監(jiān)管是林業(yè)部門基礎(chǔ)性、關(guān)鍵性的職能，智慧林業(yè)可以賦能林木資源監(jiān)測和野生動物保護(hù)兩大監(jiān)管內(nèi)容。

2.1.1 林木資源監(jiān)測

在林木資源監(jiān)測方面，智慧林業(yè)以實時監(jiān)控和數(shù)據(jù)管理為核心，構(gòu)建了智能化監(jiān)測體系。

1）由編碼系統(tǒng)、智能傳感器和信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成的林業(yè)智能感知系統(tǒng)可以為林木資源監(jiān)測提供高時空精度、全方位的立體數(shù)據(jù)[6]。其中，以射頻識別技術(shù)（Radio Frequency Identification，RFID）、各類傳感器和紅外感應(yīng)裝置等為代表的智能感知技術(shù)是精準(zhǔn)采集、實時反饋林木及其環(huán)境信息數(shù)據(jù)的關(guān)鍵，且能以可視化形式呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。例如，在古樹名木上安裝RFID標(biāo)簽，同時配合溫濕度傳感器的使用，可以實現(xiàn)對樹木溫濕度值的實時監(jiān)控，進(jìn)一步加強對古樹名木的科學(xué)保護(hù)[7]。與之類似，利用RFID標(biāo)簽與無線傳感器（溫度、氧氣、風(fēng)速傳感器等）相結(jié)合可以構(gòu)建森林資源監(jiān)測的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過設(shè)置于林區(qū)各地點的傳感器節(jié)點對林木資源開展全方位、多維度的監(jiān)測、分析與管理[8]。同時，國外開發(fā)了各種專用傳感器以監(jiān)測樹木的異常情況，防止樹木被盜伐。例如，震動傳感器就被視作有效的監(jiān)測工具，若發(fā)生砍伐樹木的情況，固定在樹木上的震動傳感器會及時監(jiān)測到震動，繼而將異常震動情況經(jīng)由無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Networks，WSN）傳送至服務(wù)器，以此實現(xiàn)樹木的實時監(jiān)管，進(jìn)一步增強森林資源的保護(hù)[9]。

2）智慧林業(yè)以云計算、互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫為支撐，可以實現(xiàn)對林木資源監(jiān)測數(shù)據(jù)的實時存儲、智能分析和高效管理。黑龍江省就基于“公共數(shù)據(jù)前置”和“用戶注冊在線使用”為核心，構(gòu)建了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一化、管理智能化的森林監(jiān)測系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)了對林木資源的快捷預(yù)警、精準(zhǔn)執(zhí)法和智能管理[10]。不少發(fā)達(dá)國家針對林木資源監(jiān)測也做出創(chuàng)新之舉。例如，日本創(chuàng)立的森林信息共享框架——“森林云”，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息在利益相關(guān)者之間的共享，加拿大則開發(fā)了專門的通信系統(tǒng)來促進(jìn)林木資源數(shù)據(jù)的無障礙流通[11]。

2.1.2 野生動物保護(hù)

在野生動物保護(hù)方面，智慧林業(yè)主要從智能識別、環(huán)境構(gòu)建兩方面入手，搭建了立體感知、管理協(xié)同的保護(hù)系統(tǒng)。

1）林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)在互聯(lián)網(wǎng)與森林生態(tài)及其環(huán)境之間創(chuàng)設(shè)了實時信息交換和通信的橋梁。其通過傳感器節(jié)點持續(xù)性收集野生動物的活動畫面、聲音等信息，并經(jīng)由WSN傳送至數(shù)據(jù)中心，繼而依據(jù)云計算、人工智能技術(shù)精確識別野生動物的種類、年齡、活動規(guī)律及健康狀況等多維信息，深入研究野生動物的生活習(xí)性，最終實現(xiàn)野生動物的智能化、精細(xì)化保護(hù)。例如，我國學(xué)者宮一男以解決紅外相機技術(shù)監(jiān)測影像數(shù)據(jù)量龐大、滯后性嚴(yán)重、效率低下的問題為導(dǎo)向，基于深度學(xué)習(xí)算法的應(yīng)用，實現(xiàn)了紅外相機影像對東北虎豹國家公園的東北虎、東北豹、梅花鹿等多個物種的智能化自動識別，為野生動物的生活習(xí)性研究和針對性保護(hù)提供了有力的數(shù)據(jù)支撐[12]。此外，美國加州為了更好地保護(hù)野生棕熊，建立了智能化的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，通過不間斷獲取影像或視頻信息來更好地識別、保護(hù)野生動物[13]。

2）在“3S”、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的交融互促下，野生動物保護(hù)的一體化觀測和定位技術(shù)、空間信息管理系統(tǒng)應(yīng)運而生，有力推進(jìn)了生活環(huán)境深度分析、棲息地破碎化評估、生態(tài)廊道有序建設(shè)等一系列野生動物的環(huán)境構(gòu)建。例如，利用遙感技術(shù)提取生境斑塊，以最小費用距離為出發(fā)點，同時結(jié)合圖論法可以客觀分析滇金絲猴分布區(qū)的棲息地連接度，進(jìn)而明確景觀功能連接的最佳距離閾值，實現(xiàn)對滇金絲猴的生境優(yōu)先保護(hù)區(qū)、優(yōu)先恢復(fù)區(qū)的定量識別[14]。

2.2 林業(yè)災(zāi)害監(jiān)控

林業(yè)災(zāi)害主要指森林火災(zāi)、森林病蟲害等，同時包括一些由極端氣候變化造成的森林災(zāi)害[15]。其中，森林防火與森林病蟲害防治是林業(yè)生態(tài)保護(hù)的重中之重，也是智慧林業(yè)發(fā)揮效用的兩大關(guān)鍵著力點。

2.2.1 森林防火

在森林防火方面，智慧林業(yè)的應(yīng)用貫穿“智慧監(jiān)控—智慧分析—智慧指揮”的全鏈條。

1）智慧監(jiān)控是森林防火的“基本出發(fā)點”，具體表現(xiàn)為以衛(wèi)星、無人機、觀測塔、無線傳感網(wǎng)等設(shè)備為基礎(chǔ)，運用機器視覺、衛(wèi)星影像比對等智能技術(shù)即時捕捉林火信息，實現(xiàn)立體式林火監(jiān)控。2）智慧分析是森林防火的“關(guān)鍵性中樞”，智慧監(jiān)控捕捉到的林火信息經(jīng)WSN傳輸至信息處理中心后，防火系統(tǒng)會在第一時間精準(zhǔn)定位火災(zāi)重點區(qū)域，迅速模擬林火蔓延范圍，客觀分析周邊應(yīng)急資源，科學(xué)研判撲火最佳路徑，為火災(zāi)處置提供科學(xué)的輔助性決策。3）智慧指揮是森林防火的“最后一公里”，經(jīng)過智慧分析后，起火的時間、地點、原因，火場的態(tài)勢等一系列關(guān)鍵火情信息會自動從后臺傳送至手機、電腦客戶端或聲光報警器，保證森林火災(zāi)撲救人員與指揮人員第一時間了解現(xiàn)場情況，各司其職、高效有序地處置突發(fā)性火情，最大限度減少森林火災(zāi)造成的損失[16]。當(dāng)前，國內(nèi)外主要采用WSN來對森林火災(zāi)開展智慧監(jiān)測與預(yù)防。例如，森林可燃物含水率高低是決定森林燃燒難易程度的關(guān)鍵因素，通過ZigBee無線傳感器測定大氣的相對濕度和空氣溫度可以間接反映可燃物含水率，從而有助于精準(zhǔn)預(yù)報、全面監(jiān)測森林火災(zāi)的發(fā)生[17]。除傳感器之外，可以利用無人機捕捉可能發(fā)生火災(zāi)的區(qū)域快照，隨后經(jīng)過人為或機器學(xué)習(xí)方式進(jìn)行鑒定復(fù)核，以此降低火情誤報率，實現(xiàn)火災(zāi)預(yù)測準(zhǔn)確度的提升[18]。

2.2.2 森林病蟲害防治

森林病蟲害防治是森林健康生長的重要保障，智慧林業(yè)主要從實時診斷、精準(zhǔn)施藥2個過程發(fā)力，實現(xiàn)森林病蟲害防治的科學(xué)性與智能化。

1）森林病蟲害實時診斷模型的構(gòu)建是實現(xiàn)監(jiān)測預(yù)警功能的關(guān)鍵。無論是由林木內(nèi)部病原體造成的病害，還是由外部害蟲（馬尾松毛蟲、微紅梢斑螟、日本松干蚧等）引發(fā)的蟲害，都會導(dǎo)致林木出現(xiàn)斑點、枯黃等外觀形態(tài)改變，以及蒸騰作用衰減、光合作用衰退、葉綠素降解等內(nèi)部機理變化，繼而呈現(xiàn)出不同的圖像形態(tài)和光譜輻射能量。因此，依賴可見光成像、熱紅外成像等遙感技術(shù)可以采集監(jiān)測區(qū)域的光譜信息和紋理特征，隨后與森林信息數(shù)據(jù)庫的健康林木智能比對，準(zhǔn)確識別林木發(fā)生的異變[19-20]。此外，利用無線多媒體傳感器網(wǎng)絡(luò)可以識別由病蟲害導(dǎo)致的林木外觀的圖像、色譜異變，繼而判斷所在區(qū)域是否存在發(fā)生病蟲害的潛在危險。這類方式相較于遙感的影像數(shù)據(jù)具有圖像分辨率更高、監(jiān)測實時性更強、維護(hù)更簡易等顯著性優(yōu)勢[21]。

2）精準(zhǔn)施藥是森林病蟲害防治的核心手段，而智慧林業(yè)有助于為適時、適量地動態(tài)化噴藥管理提供信息支撐。例如，地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）與管理知識模型的結(jié)合使用可以協(xié)助林業(yè)人員全方位分析施藥需求，從而為針對性使用智能化裝備、精準(zhǔn)性噴藥管理提供決策支持，實現(xiàn)判定準(zhǔn)確、處理及時、措施有效的森林病蟲害施藥管理[4]。

3 發(fā)展策略

為實現(xiàn)生態(tài)保護(hù)的智能化、可持續(xù)和全面性，我國智慧林業(yè)的建設(shè)要以現(xiàn)實需求為導(dǎo)向，以融合創(chuàng)新為內(nèi)核，以信息技術(shù)為支撐，更為及時、全面地保障森林健康，力求綜合效益的最優(yōu)化，最終促進(jìn)林業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展和生態(tài)文明建設(shè)。總體而言，為實現(xiàn)智慧林業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展，需走好關(guān)鍵的3步，即樹立正確發(fā)展理念、推進(jìn)高水平設(shè)施建設(shè)、拓寬生態(tài)應(yīng)用場景。

3.1 樹立正確發(fā)展理念

樹立正確發(fā)展理念需要妥善處理好兩對關(guān)系。1）把握好“信息資源”與“生態(tài)資源”的關(guān)系。要深刻認(rèn)識到信息資源在智慧林業(yè)發(fā)展中的奠基性作用，將其作為林業(yè)綠色化轉(zhuǎn)型與可持續(xù)發(fā)展的導(dǎo)向性資源[22]。同時，要透徹理解信息資源與生態(tài)資源的轉(zhuǎn)換關(guān)系，致力于以信息開發(fā)的“無限”突破生態(tài)資源的“有限”，即通過深度開發(fā)、有效利用信息資源來擺脫剛性的林業(yè)資源束縛和固有的林業(yè)生產(chǎn)方式，促使智慧林業(yè)向綠色低碳、集約優(yōu)化轉(zhuǎn)變。2）處理好“生態(tài)保護(hù)”和“生態(tài)建設(shè)”的關(guān)系。智慧林業(yè)的發(fā)展既要服務(wù)于生態(tài)保護(hù)，即通過信息技術(shù)與傳統(tǒng)林業(yè)的有效融合，在林木資源監(jiān)測、野生動物保護(hù)、森林防火、森林病蟲害防治中發(fā)揮關(guān)鍵效用，又要在保護(hù)的前提下進(jìn)一步合理開發(fā)、有效利用資源，繼續(xù)開展生態(tài)建設(shè)，真正落實智慧林業(yè)的高質(zhì)量、可持續(xù)發(fā)展。

3.2 推進(jìn)高水平設(shè)施建設(shè)

推進(jìn)高水平設(shè)施建設(shè)需要著眼于基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)和數(shù)據(jù)機制的健全兩大方面。1）以云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)等新一代信息技術(shù)為抓手，加強智慧林業(yè)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。例如，加快林業(yè)專用傳感器的研制與開發(fā)，加快新的無線通信技術(shù)和人工智能技術(shù)在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用等，有序推進(jìn)以遙感衛(wèi)星、無人機、北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等為核心構(gòu)成的林業(yè)“天網(wǎng)”搭建，進(jìn)一步提高數(shù)字技術(shù)在智慧林業(yè)中的滲透率[11]。2）健全數(shù)據(jù)保護(hù)和共享機制是完善數(shù)據(jù)治理體系、促進(jìn)智慧林業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。推進(jìn)數(shù)據(jù)共建共享機制的建立，強化數(shù)據(jù)匯聚整合，清除數(shù)據(jù)流通障礙，即通過統(tǒng)一共享標(biāo)準(zhǔn)、開發(fā)信息共享數(shù)據(jù)庫、搭建無障礙通信系統(tǒng)，全面歸集各級、各類林業(yè)數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)在全國各地間的互聯(lián)互通。樹立風(fēng)險防范意識，加強數(shù)據(jù)安全保護(hù)，加快推進(jìn)數(shù)據(jù)安全隱私、數(shù)據(jù)知識產(chǎn)權(quán)相關(guān)的立法，保障數(shù)據(jù)主體的合法權(quán)益，同時有效落實林業(yè)信息系統(tǒng)、林業(yè)網(wǎng)站等基礎(chǔ)設(shè)施的安全維護(hù)。

3.3 拓寬生態(tài)應(yīng)用場景

拓寬智慧林業(yè)的生態(tài)應(yīng)用場景需要從智能監(jiān)管、宣傳教育兩大場景切入。1）智慧林業(yè)的智能監(jiān)管是生態(tài)應(yīng)用的核心要義。林業(yè)人員要利用好RFID等各種智能傳感器，GIS等各類空間信息技術(shù)，以及虛擬現(xiàn)實（Virtual Reality，VR）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）等新興技術(shù)，對森林資源、野生動物、森林防火等數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)管。構(gòu)建森林資源動態(tài)監(jiān)測體系，精確把握森林資源現(xiàn)狀及變化動向，實現(xiàn)動態(tài)性、集約化管理。開展對野生動物的追蹤與保護(hù)，研究它們的生活習(xí)性與活動規(guī)律，系統(tǒng)性分析其生存環(huán)境，針對性制訂保護(hù)措施。加強智能化森林防火和森林病蟲害防治，著力于實現(xiàn)林火的精準(zhǔn)性識別、火勢的仿真性模擬、撲救的智能化決策、災(zāi)后的科學(xué)性評估，以及病蟲害的實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程診斷。2）推廣新一代信息技術(shù)在生態(tài)文化宣傳中的創(chuàng)新應(yīng)用，注重以新媒體、新手段開展全方位的宣傳推介，普及智慧林業(yè)相關(guān)知識，打造融合AR、VR技術(shù)的沉浸式體驗場景，多層次、多方位提高全社會的生態(tài)保護(hù)意識。例如，通過VR技術(shù)模擬森林火災(zāi)現(xiàn)場，使公眾能感同身受地體驗森林破壞帶來的后果，讓生態(tài)保護(hù)理念深入人心。這種體驗式教育比傳統(tǒng)教育方法更具沖擊力與說服力?；蚩山柚髷?shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)定位宣傳策略的效果，及時調(diào)整和優(yōu)化宣傳方案。通過用戶行為分析，了解公眾對各類宣傳內(nèi)容的接受度，進(jìn)而迭代更新宣傳內(nèi)容，使之更契合公眾的需求，提高宣傳的針對性與實效性。加強跨學(xué)科合作，將林業(yè)科學(xué)與信息科技緊密結(jié)合，發(fā)揮各自優(yōu)勢。聯(lián)合專家學(xué)者團隊，共同籌劃和落實宣傳項目，彰顯科技與自然和諧共生的理念。拓展智慧林業(yè)在生態(tài)文化宣傳方面的應(yīng)用，旨在利用科技的力量，更有效地影響人們的生態(tài)保護(hù)行為，從而共同構(gòu)建綠色家園。只有不斷探索與嘗試，方能在現(xiàn)代信息環(huán)境中，找到最適宜的生態(tài)宣傳之路。

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（責(zé)任編輯：張春雨）

作者簡介：龔偉民（1970—），本科，助理工程師，主要從事生態(tài)保護(hù)修復(fù)。E-mail：1986990927@qq.com。