羅正敏,趙本喜，張興敏，吳 亮

(貴州師范大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國的森林覆蓋面積超21%。近年來，由于受現(xiàn)有巡檢管理系統(tǒng)的限制，巡護(hù)巡檢信息反饋不及時(shí)、不準(zhǔn)確，預(yù)警機(jī)制不完善等問題，森林火災(zāi)、蟲災(zāi)、盜竊等頻頻發(fā)生，對(duì)我國林業(yè)生態(tài)環(huán)境、產(chǎn)業(yè)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重影響，同時(shí)，導(dǎo)致巨大人員傷亡和經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)2018年國家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)，森林火災(zāi)發(fā)生次數(shù)為2 478次、受災(zāi)面積達(dá)16 309 hm2、傷亡人數(shù)約39人；2019年3月，四川省涼山州木里縣發(fā)生特大森林火災(zāi)，面積達(dá)20 hm2，致31人遇難，再次引發(fā)人們對(duì)森林災(zāi)害防治管理的高度重視。同年8月，亞馬遜發(fā)生森林火災(zāi)，持續(xù)燃燒16天之久，森林著火點(diǎn)高達(dá)36 711處，較2019年7月激增175%。分析成因發(fā)現(xiàn)，森林火災(zāi)既有人為因素，還有雷擊、自燃等非人為因素，亟需轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)人工巡檢方式，采用“智能+手機(jī)App”的方式進(jìn)行巡護(hù)巡檢，加強(qiáng)管理，預(yù)防災(zāi)害事件的發(fā)生。

黨的十九大報(bào)告指出，要加快生態(tài)文明建設(shè)，保護(hù)林草資源，實(shí)現(xiàn)美麗中國。同時(shí)，習(xí)近平總書記在全國生態(tài)環(huán)境保護(hù)大會(huì)上提出山水林田湖草是生命共同體。林業(yè)在我國國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展中的作用和地位不斷攀升，但是林業(yè)管理發(fā)展的背后也面臨著巨大的困難和挑戰(zhàn)：傳統(tǒng)巡檢模式導(dǎo)致林業(yè)管理部門對(duì)護(hù)林員考核方式單一；護(hù)林員巡檢信息反饋不及時(shí)、不準(zhǔn)確；無法實(shí)時(shí)監(jiān)控護(hù)林員的日常巡檢工作，不能滿足林業(yè)部門的日常管理需求?；诖耍麄€(gè)林業(yè)巡檢工作急需轉(zhuǎn)型求變，對(duì)傳統(tǒng)林業(yè)管理過程中巡護(hù)巡檢管理模式進(jìn)行變革與創(chuàng)新。

在《中國林業(yè)信息化發(fā)展戰(zhàn)略研究報(bào)告》中，首度提出智慧林業(yè)的概念[1]。在《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導(dǎo)意見》中指出：“智慧林業(yè)是指充分利用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)，通過感知化、物聯(lián)化、智能化的手段，形成林業(yè)立體感知、管理協(xié)同高效、生態(tài)價(jià)值凸顯、服務(wù)內(nèi)外一體的林業(yè)發(fā)展新模式”[2]。智慧林業(yè)作為一種新型的林業(yè)發(fā)展模式，如何通過智慧林業(yè)戰(zhàn)略，構(gòu)建林業(yè)管理體系、完善林業(yè)巡檢工作成為林業(yè)行業(yè)研究的熱點(diǎn)問題。在林業(yè)行業(yè)中，如何構(gòu)建林業(yè)巡檢管理服務(wù)平臺(tái)，完成林業(yè)巡護(hù)巡檢工作仍然是一大重點(diǎn)。

1 林業(yè)巡檢管理中存在的問題

1.1 現(xiàn)有林業(yè)管理存在感知能力不足、信息發(fā)布滯后、業(yè)務(wù)體系分散、難以有效協(xié)同等問題

在現(xiàn)有的護(hù)林工作中，護(hù)林員采取的仍然是傳統(tǒng)的“巡檢模式”，護(hù)林方式單一、巡檢記錄方式滯后，無法準(zhǔn)確判斷災(zāi)害發(fā)生率，無統(tǒng)一應(yīng)急機(jī)制；部分護(hù)林員文化程度低，對(duì)林業(yè)部門下發(fā)的通知公告無法及時(shí)響應(yīng)，對(duì)于巡檢過程中發(fā)現(xiàn)的問題無法進(jìn)行及時(shí)有效的反饋；大多數(shù)的林業(yè)部門對(duì)護(hù)林員考核方式單一、不準(zhǔn)確，無法實(shí)時(shí)監(jiān)控護(hù)林員的日常巡檢工作，不能滿足林業(yè)部門的日常管理需求。林業(yè)管理部門采取人工記錄護(hù)林員巡檢信息，對(duì)護(hù)林信息的收集存在滯后性，無法實(shí)時(shí)更新。

1.2 傳統(tǒng)的護(hù)林員培訓(xùn)方式耗時(shí)耗力、成本高

據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至目前，貴州省天保護(hù)林員(或林管員)、生態(tài)護(hù)林員及其他護(hù)林員共計(jì)10萬余人。截至2018年2月，全國已選聘生態(tài)護(hù)林員37萬余人[3]?？梢?，對(duì)護(hù)林員進(jìn)行集中培訓(xùn)的難度大、費(fèi)用高。

1.3 現(xiàn)有的林業(yè)管理缺乏有效的隱患預(yù)測(cè)方式，不能及時(shí)預(yù)警各類災(zāi)害

森林是全球生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，由于氣候變暖和人為原因，森林災(zāi)害(火災(zāi)、蟲災(zāi))的發(fā)生頻率逐年增高。我國森林資源相對(duì)匱乏，而頻繁發(fā)生的森林災(zāi)害除了造成巨大經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡，更對(duì)林業(yè)生態(tài)環(huán)境和林業(yè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)構(gòu)成嚴(yán)重影響，而傳統(tǒng)的人工巡檢方式對(duì)森林災(zāi)害不能及時(shí)預(yù)警響應(yīng)。

1.4 林業(yè)數(shù)據(jù)收集手段單一、數(shù)據(jù)利用附加值低

通過實(shí)地走訪調(diào)研得知，多數(shù)林業(yè)管理部門仍采用傳統(tǒng)人工采集的方式收集林業(yè)資源數(shù)據(jù)，信息化程度低。已有的林業(yè)信息管理系統(tǒng)存在功能不完善等弊端，收集的林業(yè)資源數(shù)據(jù)存在不完整、不詳細(xì)、數(shù)據(jù)相關(guān)性差以及數(shù)據(jù)利用附加值低等現(xiàn)象。

2 技術(shù)基礎(chǔ)

2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

譚星等提出，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)(WSN)和無線射頻識(shí)別技術(shù)(RFID)等物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)森林資源監(jiān)管、林業(yè)災(zāi)害監(jiān)控、林業(yè)生態(tài)監(jiān)測(cè)和林產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)管[4]。陳凱等認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)技術(shù)在智慧林業(yè)建設(shè)中的應(yīng)用主要包括森林防火系統(tǒng)、道路視頻監(jiān)控系統(tǒng)等六個(gè)方面[5]。李巖泉等認(rèn)為，通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、GIS等技術(shù)對(duì)突發(fā)性森林火災(zāi)進(jìn)行信息提取、預(yù)判、救援[6]。盧書海等人認(rèn)為，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以應(yīng)用于木材干燥監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，并提出基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的木材干燥監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[7]。

通過在林區(qū)布設(shè)溫度傳感器、濕度傳感器、紅外傳感器、前端監(jiān)控設(shè)備等數(shù)據(jù)采集裝置與管理平臺(tái)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)森林?jǐn)?shù)據(jù)的采集、融合、處理，并能通過操作終端實(shí)現(xiàn)林區(qū)智能化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。

2.2 大數(shù)據(jù)技術(shù)

汪東等人開發(fā)基于大數(shù)據(jù)的森林防火管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)森林防火管理的智能化和森林可持續(xù)發(fā)展[8]。趙偉等認(rèn)為，大數(shù)據(jù)將是信息化與林業(yè)深度融合、優(yōu)化林業(yè)管理方式、破解林業(yè)發(fā)展難題的重要手段[9]。余茂源認(rèn)為，大數(shù)據(jù)在林業(yè)資源監(jiān)控與管理、綜合營造林管理、森林資源管理、林業(yè)災(zāi)害監(jiān)控以及林業(yè)社會(huì)公眾服務(wù)等方面都能得到廣泛應(yīng)用[10]。羅興軍認(rèn)為，推動(dòng)大數(shù)據(jù)與林業(yè)的深度融合是發(fā)展智慧林業(yè)的重要手段[11]。

通過各類傳感器、前端監(jiān)控設(shè)備等數(shù)據(jù)采集儀器收集氣溫、風(fēng)速、濕度狀況等結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的大量林業(yè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行綜合分析，深入挖掘數(shù)據(jù)的使用價(jià)值。通過對(duì)森林災(zāi)害發(fā)生的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可以對(duì)森林災(zāi)害的發(fā)生情況進(jìn)行事前預(yù)防，實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)火險(xiǎn)實(shí)時(shí)監(jiān)控和預(yù)警。

2.3 3S技術(shù)

吳朝輝等認(rèn)為，RS、GPS、GIS在森林病蟲害監(jiān)測(cè)與預(yù)警研究中起著舉足輕重的作用，同時(shí)，3S集成技術(shù)能更好地分析林業(yè)有害生物發(fā)生規(guī)律與環(huán)境生態(tài)因子的關(guān)系，形成預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)模型[12]。汪浩然等利用3S 技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)林業(yè)有害生物病蟲害進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)、緩沖分析、疊分析、預(yù)測(cè)范圍、高亮標(biāo)識(shí)、關(guān)聯(lián)預(yù)防方法和防治技術(shù)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)[13]。資權(quán)偉將智能手機(jī)與“3S”技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用在林業(yè)調(diào)查工作中，能夠及時(shí)預(yù)防及控制森林災(zāi)害，提升林業(yè)調(diào)查工作的效率[14]。張禹認(rèn)為3S技術(shù)應(yīng)用于森林資源監(jiān)測(cè)與管理中，能及時(shí)提供盜伐林木等信息，實(shí)現(xiàn)森林資源監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化和集成化[15]。張麗峰認(rèn)為，可以通過GPS和GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)護(hù)林行為的監(jiān)督、協(xié)調(diào)、指派，對(duì)偏遠(yuǎn)林區(qū)日常工作嚴(yán)格化、規(guī)范化管理[16]。還有學(xué)者認(rèn)為，智能手機(jī)已經(jīng)替代傳統(tǒng)紙卡作為森林資源調(diào)查的新載體，通過GIS、GPS、RS技術(shù)集成的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)采集，可以真正實(shí)現(xiàn)森林資源調(diào)查業(yè)務(wù)的無紙化和集成化[17]。顏偉等基于GIS技術(shù)進(jìn)行二次開發(fā)營造林辦公自動(dòng)化系統(tǒng)，結(jié)束了以往逐級(jí)上報(bào)手動(dòng)統(tǒng)計(jì)的弊端[18]。

3S技術(shù)的應(yīng)用，使林業(yè)部門能夠及時(shí)、準(zhǔn)確、高效地了解森林狀況。通過遙感圖像觀測(cè)植被等在不同時(shí)期不同情況下表現(xiàn)出的差異，管理人員可以及時(shí)察覺樹木是否受病蟲害及其他災(zāi)害類型侵?jǐn)_，對(duì)森林病蟲害等進(jìn)行有效的防治管理。

綜上，構(gòu)建基于傳感器、遙感網(wǎng)絡(luò)的智能巡檢與嵌入3S等技術(shù)的手機(jī)移動(dòng)端，實(shí)現(xiàn)無紙化巡檢已成為林業(yè)行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，融合物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3S等技術(shù)，為林業(yè)管理部門提供“智能+手機(jī)App”巡檢管理方式，以林業(yè)資源管理、護(hù)林員管理和培訓(xùn)、林區(qū)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)防為主線，對(duì)森林火災(zāi)、蟲災(zāi)及盜伐達(dá)到事前預(yù)測(cè)，對(duì)林業(yè)災(zāi)害形成一套監(jiān)控-防護(hù)-預(yù)警-應(yīng)急-預(yù)案的閉合綜合管理流程，有效提高林業(yè)管理效率。同時(shí)，進(jìn)行林業(yè)資源的調(diào)查統(tǒng)計(jì)，實(shí)現(xiàn)林業(yè)部門對(duì)森林資源的全面監(jiān)管，完成主要的巡護(hù)巡檢工作。實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)管理的實(shí)時(shí)化、感知化、智能化。

3 智慧林業(yè)巡檢信息管理平臺(tái)構(gòu)建

3.1 平臺(tái)總體架構(gòu)

借鑒智慧林業(yè)總體架構(gòu)構(gòu)建了智慧林業(yè)巡檢管理服務(wù)平臺(tái)總體架構(gòu)(圖1)。平臺(tái)總體架構(gòu)主要包括采集層、數(shù)據(jù)傳輸層、應(yīng)用層、服務(wù)層。

1)采集層

采集層是平臺(tái)的基礎(chǔ)，主要利用傳感設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3S等技術(shù)建立采集層，進(jìn)行林業(yè)(資源)信息采集、簡(jiǎn)單處理及數(shù)據(jù)傳輸，為平臺(tái)的高效運(yùn)營提供基礎(chǔ)信息及高速通道，實(shí)現(xiàn)人與林、林與林之間全面感知和深度感知。平臺(tái)的感知范圍包括林業(yè)資源(資源總量、資源結(jié)構(gòu)、資源質(zhì)量、木質(zhì)類資源、非木質(zhì)類資源等)，林業(yè)環(huán)境(氣象、土壤、植被、地形等)。

2)數(shù)據(jù)傳輸層

數(shù)據(jù)傳輸層包含三大基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，即林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫、林業(yè)地理空間信息庫、林業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共建共享、互聯(lián)互通。林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫包括林業(yè)資源總量數(shù)據(jù)、林業(yè)資源結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、森林資源質(zhì)量數(shù)據(jù)、木質(zhì)類林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫、非木質(zhì)類林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫等；林業(yè)地理空間信息庫包括地理背景數(shù)據(jù)、遙感影像背景數(shù)據(jù)和林業(yè)地理編碼數(shù)據(jù)信息；林業(yè)產(chǎn)業(yè)數(shù)據(jù)庫包括林業(yè)宏觀經(jīng)濟(jì)、林業(yè)產(chǎn)業(yè)、林業(yè)技術(shù)、林業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施、林業(yè)企業(yè)等信息。

圖1 智慧林業(yè)巡檢管理服務(wù)平臺(tái)總體架構(gòu)

3)應(yīng)用層

應(yīng)用層主要包括地理信息、林業(yè)云、決策支持等平臺(tái)，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的信息加工、海量數(shù)據(jù)處理、業(yè)務(wù)流程規(guī)范、模型搭建與分析、災(zāi)害預(yù)測(cè)分析等，為實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源監(jiān)測(cè)、應(yīng)急預(yù)防指揮調(diào)度、智能診斷等提供平臺(tái)化的支撐服務(wù)和智能化的決策服務(wù)。

4)服務(wù)層

服務(wù)層主要進(jìn)行信息集成共享、資源交換、業(yè)務(wù)協(xié)同等，主要內(nèi)容是林業(yè)資源管理、護(hù)林員管理和培訓(xùn)、林區(qū)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)防及林業(yè)資源利用。

3.2 平臺(tái)功能

1)林業(yè)資源管理

林業(yè)資源管理主要通過林業(yè)資源、智能分析等功能板塊進(jìn)行林業(yè)資源數(shù)據(jù)采集與錄入、林業(yè)資源管理、林業(yè)資源維護(hù)范圍劃分，實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源的有效管理。

2)護(hù)林員管理和培訓(xùn)

通過手機(jī)App中通知通告、GIS地圖、歷史軌跡、巡邏路線、巡檢計(jì)劃、在線課堂、專家坐診、信息推送、信息交互、人員管理、在線統(tǒng)計(jì)等功能板塊的使用，實(shí)現(xiàn)對(duì)護(hù)林員的管理、在線培訓(xùn)等。

3)林區(qū)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)防

平臺(tái)借助林區(qū)布設(shè)的傳感器和利用第三方網(wǎng)絡(luò)技術(shù)實(shí)時(shí)提取氣象數(shù)據(jù)，使用溫度、濕度、風(fēng)速和降水量四個(gè)氣象指標(biāo)建立五個(gè)等級(jí)火災(zāi)評(píng)估表，形成森林火險(xiǎn)預(yù)警圖，達(dá)到林區(qū)火災(zāi)的事前預(yù)測(cè)。同時(shí)，通過手機(jī)App中報(bào)警信息、隱患上報(bào)、火險(xiǎn)氣象、事件上報(bào)等功能，護(hù)林員對(duì)巡護(hù)巡檢過程中的災(zāi)害隱患信息及時(shí)上報(bào)。

3.3 平臺(tái)分析框架

在林業(yè)行業(yè)中對(duì)巡護(hù)巡檢已有較多的相關(guān)嘗試，本文以智慧林業(yè)巡檢管理服務(wù)平臺(tái)為例，助推林業(yè)管理巡護(hù)巡檢的變革與創(chuàng)新。平臺(tái)以大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、3S等技術(shù)為支撐，圍繞林業(yè)資源管理、護(hù)林員管理和培訓(xùn)、林區(qū)災(zāi)害監(jiān)測(cè)預(yù)防為主線，構(gòu)建了“云管理平臺(tái)+手機(jī)App”的工作模式，為林業(yè)管理部門提供“智能+手機(jī)App”巡檢管理方式(圖2)。依托平臺(tái)，管理人員可以對(duì)護(hù)林員日常巡檢工作進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃。平臺(tái)能夠記錄和實(shí)時(shí)處理相關(guān)林區(qū)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)后臺(tái)的信息可視化和對(duì)災(zāi)害、報(bào)警事件的及時(shí)捕獲。

平臺(tái)共包含兩大板塊：智能巡檢(智能設(shè)備)是對(duì)重點(diǎn)、高危林區(qū)安裝視頻監(jiān)控，布設(shè)溫度、濕度和紅外傳感器等，通過物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、3S等技術(shù)支撐。采集該林區(qū)范圍內(nèi)的氣溫、濕度狀況和人類活動(dòng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為災(zāi)害預(yù)測(cè)模型提供氣象和人為數(shù)據(jù)因子，結(jié)合預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)林區(qū)大數(shù)據(jù)監(jiān)控；手機(jī)App巡檢主要是護(hù)林員依靠App中巡檢計(jì)劃、GIS地圖、臨時(shí)走訪、一鍵報(bào)警、火險(xiǎn)氣象、通知公告、歷史軌跡、報(bào)警信息、隱患上報(bào)、巡檢線路、林業(yè)資源、在線課堂、專家坐診、智能分析、信息推送等21個(gè)功能板塊對(duì)林區(qū)進(jìn)行巡護(hù)巡檢，實(shí)現(xiàn)林區(qū)災(zāi)害實(shí)時(shí)可視化、直觀化。同時(shí)，通過平臺(tái)形成的災(zāi)害預(yù)測(cè)模型，根據(jù)智能巡檢和手機(jī)App巡檢收集的氣象因子、人為數(shù)據(jù)因子和植被因子等數(shù)據(jù)，搭建林區(qū)預(yù)警、應(yīng)急機(jī)制，形成災(zāi)害預(yù)測(cè)報(bào)告。

圖2 “智能”+“手機(jī)App”結(jié)合的分析框架

3.3.1智能巡檢

智能巡檢通過溫度傳感器、濕度傳感器和視頻監(jiān)控等設(shè)備傳回林區(qū)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)林區(qū)不間斷的安全巡檢。

1)視頻監(jiān)控

本平臺(tái)可實(shí)現(xiàn)無人值守全天候監(jiān)控預(yù)警。監(jiān)控裝置作為在林區(qū)布置的重要前端采集設(shè)備，后臺(tái)中心管理端可以隨時(shí)對(duì)林區(qū)任意監(jiān)控設(shè)備拍攝的圖像進(jìn)行顯示與控制。前端設(shè)備監(jiān)測(cè)到煙火時(shí)，平臺(tái)自動(dòng)識(shí)別分析，并自動(dòng)彈出預(yù)警畫面和發(fā)出提示音。

2)傳感收集

林區(qū)內(nèi)布置的傳感器裝置可以實(shí)時(shí)不間斷地采集林區(qū)溫度、濕度、風(fēng)速、風(fēng)向、煙霧等氣象信息，并將感知的環(huán)境信息、經(jīng)緯度坐標(biāo)通過網(wǎng)絡(luò)(3G/4G/WAN/LAN)傳輸至平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、實(shí)時(shí)顯示、報(bào)表統(tǒng)計(jì)等。平臺(tái)針對(duì)已收集的氣象信息，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行ETL(Extract-Transform-Load)操作，即對(duì)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)來源端經(jīng)過抽取(Extract)、轉(zhuǎn)換(Transform)、加載(Load)到目的端，然后進(jìn)行處理分析。用戶從數(shù)據(jù)源抽取出所需的數(shù)據(jù)，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗，最終按照預(yù)先定義好的預(yù)測(cè)模型，來對(duì)林區(qū)當(dāng)前危險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行判別和對(duì)災(zāi)害發(fā)生可能性進(jìn)行監(jiān)控。

3)遙感采集

林業(yè)管理人員進(jìn)行森林巡檢時(shí)可以使用已經(jīng)處理好的遙感影像對(duì)保護(hù)區(qū)進(jìn)行分析處理，如發(fā)現(xiàn)森林火災(zāi)、珍稀野生動(dòng)植物、森林病蟲害等情況時(shí)，將情況發(fā)送給護(hù)林員前往核查，護(hù)林員可以以拍照、視頻的方式上傳至對(duì)應(yīng)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫，做好備份及分析預(yù)判。

3.3.2手機(jī)App巡檢

通過手機(jī)App，護(hù)林員可根據(jù)地圖標(biāo)注對(duì)巡檢工作做到有的放矢，利用包括圖片、視頻、語音等多樣化方式與林業(yè)部門管理者建立及時(shí)的數(shù)據(jù)通訊。App的使用實(shí)現(xiàn)了無紙化巡檢，并使林區(qū)巡檢與后臺(tái)管理協(xié)同并行。GIS模塊實(shí)現(xiàn)基于行政圖及衛(wèi)星圖監(jiān)控可視范圍內(nèi)人員的在線情況及位置。手機(jī)App記錄了護(hù)林員的巡檢軌跡。后臺(tái)可通過兩點(diǎn)間耗時(shí)及經(jīng)過速度等信息來更加精確地分析巡護(hù)質(zhì)量。平臺(tái)強(qiáng)大的GIS監(jiān)控管理功能，可實(shí)現(xiàn)人員監(jiān)控、車輛監(jiān)控、人員軌跡、車輛軌跡、人員巡檢軌跡分析等五大功能。人工巡檢實(shí)現(xiàn)護(hù)林員在巡檢過程中，發(fā)現(xiàn)有火災(zāi)、盜采盜伐、蟲害、緊急情況時(shí)，可以通過照片、視頻、語音的方式上報(bào)隱患情況給后臺(tái)中心端進(jìn)行隱患分析，后臺(tái)通過GPS快速定位護(hù)林員上傳信息時(shí)所在位置的經(jīng)緯度，可以快速組織人員趕往現(xiàn)場(chǎng)處理危情。

3.4 平臺(tái)運(yùn)作模式

智慧林業(yè)巡檢管理服務(wù)平臺(tái)是集云服務(wù)器+管理平臺(tái)+智能巡檢(智能采集設(shè)備)和手機(jī)App為一體的服務(wù)平臺(tái)，可以遠(yuǎn)程跟蹤和管理覆蓋范圍內(nèi)的特定人員移動(dòng)，從而記錄護(hù)林員所巡路線及到達(dá)指定位置的時(shí)間，并實(shí)時(shí)上傳到管理平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)巡檢工作的有效管理。在發(fā)生危及護(hù)林員人身安全等突發(fā)事件時(shí)，能使用一鍵報(bào)警功能發(fā)送緊急求救信號(hào)，標(biāo)明護(hù)林員準(zhǔn)確的經(jīng)緯度坐標(biāo)，給救援人員提供準(zhǔn)確的地理位置。同時(shí)，護(hù)林員在巡護(hù)過程中將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)上傳至平臺(tái)。平臺(tái)具體工作模式如下(圖3)：

3.4.1數(shù)據(jù)來源

平臺(tái)的數(shù)據(jù)來源包括林區(qū)布設(shè)監(jiān)控設(shè)備和傳感裝置采集的數(shù)據(jù)，引進(jìn)第三方網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提取技術(shù)來獲取中國氣象網(wǎng)上即時(shí)氣象信息，護(hù)林員通過手機(jī)App上傳巡檢過程中的數(shù)據(jù)。

圖3 平臺(tái)工作模式

1)在重點(diǎn)高危林區(qū)布設(shè)的傳感器可以不間斷地傳回所在林區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，為數(shù)據(jù)加工提供支持。在林區(qū)主要卡口設(shè)置了人臉識(shí)別監(jiān)控設(shè)備，可以采集并識(shí)別進(jìn)入林區(qū)的車輛與人員信息，通過與公安部第三研究所數(shù)據(jù)庫信息進(jìn)行實(shí)時(shí)比對(duì)，快速確認(rèn)入林人員的基本信息。

2)平臺(tái)借助第三方網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)提取技術(shù)，提取了中國氣象網(wǎng)的氣象信息，數(shù)據(jù)來源于中國氣象局，從而保證了數(shù)據(jù)的可靠性，為后續(xù)數(shù)據(jù)利用提供了支持。

3)護(hù)林員通過手機(jī)App采集數(shù)據(jù)：護(hù)林員攜帶安裝有App的智能手機(jī)，巡檢過程中手機(jī)App能夠?qū)?shí)時(shí)讀取和發(fā)送護(hù)林員的經(jīng)度、緯度、時(shí)間等位置信息，并顯示在管理平臺(tái)上。護(hù)林員到達(dá)指定巡檢地點(diǎn)后，可以就該點(diǎn)火災(zāi)、盜伐、病蟲等實(shí)時(shí)狀況通過語音、圖片、視頻的方式上傳至平臺(tái)，然后將定位信息及事件狀況信息通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)發(fā)送至云服務(wù)器，再傳至管理中心的服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，供管理人員進(jìn)行分析、處理、統(tǒng)計(jì)、制作報(bào)表，提供決策依據(jù)。

3.4.2數(shù)據(jù)傳輸

對(duì)采集的數(shù)據(jù)設(shè)置異常閾值，當(dāng)布設(shè)在林區(qū)內(nèi)的各種傳感器和視頻監(jiān)控采集到的數(shù)據(jù)超過預(yù)先設(shè)置的閾值時(shí)，傳感器和視頻監(jiān)控將自動(dòng)通過WiFi/3G/4G/5G網(wǎng)絡(luò)上傳至平臺(tái)。對(duì)于在閾值內(nèi)的數(shù)據(jù)，設(shè)備自動(dòng)存儲(chǔ)到自身所攜帶的內(nèi)存中，15天后將自動(dòng)覆蓋之前數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)空間的循環(huán)高效利用，同時(shí)也解決了上傳數(shù)據(jù)量大的問題。

3.5 平臺(tái)促進(jìn)林業(yè)管理實(shí)踐創(chuàng)新

平臺(tái)引入文字播報(bào)、語音轉(zhuǎn)寫、在線林業(yè)課堂、在線專家坐診的功能，優(yōu)化林業(yè)部門管理方式，有效地解決護(hù)林員管理和培訓(xùn)問題。

1)文字播報(bào)

平臺(tái)率先實(shí)現(xiàn)將文字轉(zhuǎn)換成語音。林業(yè)部門下發(fā)通知通告，平臺(tái)可以直接將通知通告內(nèi)容自動(dòng)轉(zhuǎn)換成語音，使其能及時(shí)獲悉上級(jí)指示。

2)語音轉(zhuǎn)寫

采用先進(jìn)的人工智能方式進(jìn)行護(hù)林管理。在智慧林業(yè)巡檢管理服務(wù)平臺(tái)中，率先實(shí)現(xiàn)將語音轉(zhuǎn)換成文字，電腦端或者手機(jī)端App將通知內(nèi)容用說話的方式講出來，自動(dòng)將說話的內(nèi)容轉(zhuǎn)換成文字，然后形成文件通知下發(fā)給護(hù)林員，能有效地提高工作效率，便利護(hù)林員和林業(yè)部門的溝通交流。

3)在線林業(yè)課堂

通過在線林業(yè)課堂功能模塊，護(hù)林員可以隨時(shí)隨地用手機(jī)學(xué)習(xí)護(hù)林知識(shí)。護(hù)林員只需在家聽語音和看視頻，就能學(xué)習(xí)護(hù)林知識(shí)，這解決了上萬的護(hù)林員無法全面培訓(xùn)護(hù)林知識(shí)的問題，并可節(jié)省大筆集中培訓(xùn)的費(fèi)用。

4)專家坐診

針對(duì)森林病蟲害等問題，引入專家坐診的功能模塊，護(hù)林員可以通過手機(jī)App視頻集群功能，在手機(jī)App上與專家進(jìn)行一對(duì)一的咨詢，專家通過遠(yuǎn)程視頻指導(dǎo)林業(yè)病蟲害的防治工作。

4 災(zāi)害智慧預(yù)警

4.1 林區(qū)火災(zāi)預(yù)防

對(duì)采樣處理后的氣象信息進(jìn)行歸一化處理使得數(shù)據(jù)適用于建立模型。其次，結(jié)合遙感影像處理和GIS技術(shù)獲取植被覆蓋信息，形成植被因子和DEM數(shù)據(jù)(數(shù)字高程模型)整合得到的地形因子，以及林區(qū)實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控和紅外傳感器獲得的人為活動(dòng)因子，實(shí)現(xiàn)林區(qū)大數(shù)據(jù)的獲得，最后將地形、氣象、植被因子以及人為因素等信息進(jìn)行整合分析，將以往各個(gè)部門間的數(shù)據(jù)充分利用，建立林業(yè)森林火災(zāi)預(yù)測(cè)模型(圖4)，實(shí)現(xiàn)每月對(duì)火災(zāi)進(jìn)行評(píng)估預(yù)測(cè)。在火災(zāi)高危季節(jié)(春季和冬季)，做到每周預(yù)測(cè)，確保森林防火安全。

圖4 火災(zāi)預(yù)測(cè)模型

針對(duì)林區(qū)火災(zāi)預(yù)防，采用智能巡檢+手機(jī)App巡檢的手段。借助智能巡檢設(shè)備來檢測(cè)火災(zāi)，如當(dāng)視頻監(jiān)控畫面中出現(xiàn)煙霧、明火或其它火災(zāi)隱患現(xiàn)象時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別林區(qū)位置等相關(guān)信息，后臺(tái)管理平臺(tái)屏幕將自動(dòng)彈出該畫面并發(fā)出聲光報(bào)警，提醒管理人員做出判斷和處理。當(dāng)布設(shè)于森林中的智能傳感設(shè)備監(jiān)測(cè)溫度、濕度、煙感等參數(shù)，后臺(tái)通過將其與森林火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估表(表1)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比對(duì)，當(dāng)出現(xiàn)有較大偏差時(shí)，系統(tǒng)可按預(yù)先設(shè)定的參數(shù)閾值實(shí)現(xiàn)黃色、紅色預(yù)警提醒。當(dāng)出現(xiàn)預(yù)警提醒后，后臺(tái)管理平臺(tái)將自動(dòng)彈出相應(yīng)報(bào)警設(shè)備所處位置，并下發(fā)臨近的護(hù)林員進(jìn)行臨時(shí)巡檢確認(rèn)現(xiàn)場(chǎng)情況。同時(shí)，結(jié)合日常巡檢來及時(shí)規(guī)避引發(fā)火災(zāi)的人為因素，實(shí)現(xiàn)林區(qū)火災(zāi)的事前控制。

4.2 林區(qū)蟲災(zāi)預(yù)防

在林業(yè)病蟲害防治方面，平臺(tái)主要運(yùn)用了3S技術(shù)與手機(jī)App巡檢相結(jié)合。RS(遙感)主要通過感知植物受到病蟲害侵襲時(shí)，植物自身會(huì)反射或發(fā)射出異于健康時(shí)的波譜值，然后從遙感波譜中提取有

表1 森林火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估

用的信息，通過一系列的傳輸、加工和解譯過程，快速、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)地確定病害蟲源、災(zāi)情分布等；利用GIS進(jìn)行時(shí)空動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)分析，精準(zhǔn)地預(yù)報(bào)病蟲害的集中爆發(fā)區(qū)域和病蟲侵?jǐn)_狀況；使用GPS進(jìn)行精度更高的定位來確定受害林區(qū)范圍，及時(shí)采取相應(yīng)的災(zāi)害防治措施。同時(shí)，平臺(tái)在林區(qū)布設(shè)的傳感器也可以對(duì)監(jiān)測(cè)區(qū)域的林木生長(zhǎng)情況進(jìn)行信息搜集和分析，以此作為林木健康現(xiàn)狀的憑證。病蟲害有很強(qiáng)的潛伏期，而且會(huì)不定時(shí)爆發(fā)，非常難以預(yù)判，3S技術(shù)的應(yīng)用能大大減輕林業(yè)病蟲危害。

4.3 災(zāi)害響應(yīng)機(jī)制

林業(yè)部門借助智慧林業(yè)巡檢管理服務(wù)平臺(tái)對(duì)林業(yè)資源數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)查、統(tǒng)計(jì)、分析，對(duì)林區(qū)區(qū)域內(nèi)“山、林、樹、動(dòng)物、人員、組織”等進(jìn)行管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域內(nèi)林區(qū)進(jìn)行網(wǎng)格劃分；平臺(tái)集林區(qū)責(zé)任制、地理信息展示、日常工作管理、林區(qū)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、人員組織管理、統(tǒng)計(jì)分析、考核評(píng)估等實(shí)用功能于一體，整合整個(gè)區(qū)域的資源和事件，以“信息采集、任務(wù)建立、任務(wù)派遣、任務(wù)處理、處理反饋、核查結(jié)案”六個(gè)閉環(huán)流程，創(chuàng)新服務(wù)管理工作體系，構(gòu)建“一體化網(wǎng)格化林業(yè)管理”災(zāi)害響應(yīng)機(jī)制(圖5)：

圖5 災(zāi)害響應(yīng)機(jī)制

5 研究結(jié)論

5.1 巡檢管理智能化

通過智慧林業(yè)巡檢管理服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)森林狀況的實(shí)時(shí)可視化與直觀化，完成對(duì)森林資源的日常巡檢工作，實(shí)現(xiàn)林業(yè)資源管理信息化。林業(yè)部門工作人員通過遠(yuǎn)程操作就可以實(shí)時(shí)查看森林資源、巡護(hù)力量、火災(zāi)危險(xiǎn)、蟲災(zāi)危險(xiǎn)等信息，在災(zāi)害發(fā)生之后，各級(jí)管理部門能夠在最快的時(shí)間內(nèi)通過監(jiān)控圖像，了解現(xiàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)，緊急調(diào)動(dòng)資源以及協(xié)同其他部門進(jìn)行救援行動(dòng)，增加林業(yè)管理部門所獲信息的直觀性和客觀性，提高森林防火、防盜、防蟲工作的效率。同時(shí)，通過手機(jī)App中巡檢記錄和巡檢計(jì)劃考核功能，可實(shí)現(xiàn)對(duì)護(hù)林員的培訓(xùn)和巡檢工作績(jī)效考核等。

5.2 巡檢信息數(shù)字化

平臺(tái)通過文字播報(bào)、語音轉(zhuǎn)寫、在線林業(yè)專家坐診、在線林業(yè)課堂等功能模塊，建立了林業(yè)部門與護(hù)林員之間的溝通渠道，解決了護(hù)林員無法全面接受護(hù)林知識(shí)培訓(xùn)的問題。通過OA辦公系統(tǒng)，實(shí)時(shí)將通知、公告下發(fā)給護(hù)林員，護(hù)林員可通過語音轉(zhuǎn)寫等功能及時(shí)查收林業(yè)部門下發(fā)的指令，保證了指令執(zhí)行的時(shí)效性。同時(shí)，平臺(tái)通過培訓(xùn)，可提高護(hù)林員對(duì)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)定的能力，并在發(fā)現(xiàn)隱患時(shí)可通過平臺(tái)及時(shí)上報(bào)林區(qū)風(fēng)險(xiǎn)。

5.3 巡檢管理感知化

通過對(duì)重點(diǎn)、高危林區(qū)布設(shè)溫度、濕度和紅外傳感器等，采集該范圍內(nèi)的氣溫、濕度和人類活動(dòng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，為災(zāi)害預(yù)測(cè)模型提供氣象和人為數(shù)據(jù)因子，形成森林火險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估表，構(gòu)建災(zāi)害預(yù)測(cè)模型，實(shí)現(xiàn)林區(qū)智能遠(yuǎn)程監(jiān)控。