0 引言

為充分貫徹落實碳達峰、碳中和目標，助推林業(yè)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，必須高度重視林業(yè)資源應用和管理工作。面對全新的經(jīng)濟發(fā)展環(huán)境，各地區(qū)必須制定林業(yè)環(huán)境監(jiān)測規(guī)劃，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況做好林業(yè)資源高質(zhì)量管理工作。當前，隨著信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展，須著力探索全新的林業(yè)環(huán)境監(jiān)測模式，提升林業(yè)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量和效率。鑒于此，可圍繞地理信息系統(tǒng)開發(fā)建設林業(yè)環(huán)境動態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)。

1GIS技術(shù)應用于林業(yè)環(huán)境監(jiān)測的意義

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

該系統(tǒng)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(gòu)建三維立體地理數(shù)據(jù)模型，為用戶進行數(shù)據(jù)分析提供參考，有效提升地理信息處理效率和質(zhì)量。截至目前，GIS技術(shù)憑借得天獨厚的功能優(yōu)勢和技術(shù)優(yōu)勢，在國內(nèi)諸多領(lǐng)域被廣泛應用。例如，我國部分地區(qū)運用GIS技術(shù)開展農(nóng)業(yè)資源和環(huán)境領(lǐng)域監(jiān)測工作；在土地資源開發(fā)和管理環(huán)節(jié)，應用GIS技術(shù)可以幫助技術(shù)人員清晰地掌握土地利用現(xiàn)狀，為相關(guān)人員清晰掌握國土資源配置情況提供便利。GIS技術(shù)應用場景的多樣化發(fā)展為林業(yè)調(diào)查工作開展指明了方向。將GIS技術(shù)應用于林業(yè)環(huán)境調(diào)查工作，可以為林業(yè)工作開展提供數(shù)據(jù)支撐。做好林業(yè)環(huán)境監(jiān)測工作，可以實現(xiàn)對森林面積的動態(tài)化監(jiān)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(tài)修復能力。此外，合理利用林業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)，可以為林業(yè)資源高質(zhì)量管理提供技術(shù)保障。合理利用地理信息系統(tǒng)開展林業(yè)環(huán)境監(jiān)測工作有助于構(gòu)建智慧化林業(yè)管理體系，為林業(yè)部門工作人員橫向和縱向比對林業(yè)發(fā)展狀況提供數(shù)據(jù)參考和支撐[1]。

鑒于此，筆者結(jié)合大量林業(yè)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測案例，充分利用GIS系統(tǒng)應用功能，并結(jié)合林業(yè)環(huán)境監(jiān)測需求厘清系統(tǒng)設計思路。深度開發(fā)林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，持續(xù)拓展GIS在林業(yè)環(huán)境監(jiān)測中的應用場景。該系統(tǒng)中還應用了人工智能、無線傳感等先進技術(shù)，用以持續(xù)提升林業(yè)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量，為中國林業(yè)環(huán)境監(jiān)測工作穩(wěn)步開展保駕護航。

2林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計

2.1林業(yè)環(huán)境系統(tǒng)架構(gòu)設計

森林資源監(jiān)測工作往往困難重重，是具有一定挑戰(zhàn)性的工作。考慮到森林占地面積較大且地形地勢結(jié)構(gòu)復雜，部分區(qū)域林業(yè)管理人員難以涉足。此外，由于森林內(nèi)部整體環(huán)境較為復雜，野生動物生存活動頻繁，無形中增加了林業(yè)環(huán)境監(jiān)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(yè)環(huán)境監(jiān)測需求，筆者在GIS技術(shù)的幫助下，開發(fā)了一款林業(yè)環(huán)境動態(tài)化監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)集成了物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)架構(gòu)，不僅可實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)自動化采集，還具備監(jiān)測地區(qū)環(huán)境可視化查看的功能。該林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)由以下四大模塊組成： ① 感知識別層； ② 管理服務層； ③ 網(wǎng)絡構(gòu)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(jiān)測系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)之一，設計人員在構(gòu)建系統(tǒng)架構(gòu)時，專門搭載了無線傳感器裝置，該裝置和終端數(shù)據(jù)采集模塊相連接，可對監(jiān)測對象的溫度、濕度、風速等參數(shù)進行動態(tài)監(jiān)測。該架構(gòu)還具備環(huán)境監(jiān)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(shù)信息整合匯總能力，可直接將獲取到的定位數(shù)據(jù)上傳至無線傳感器網(wǎng)絡節(jié)點，通過節(jié)點聚合和無線分組業(yè)務實現(xiàn)通信信號高效處理和數(shù)據(jù)實時傳輸。為滿足感知識別架構(gòu)層數(shù)據(jù)采集效率，為后續(xù)工作推進提供便利，設計人員在感知識別層內(nèi)加設了賽靈思公司研發(fā)的數(shù)據(jù)開發(fā)板，型號為EK-Z7-ZC702-G。該數(shù)據(jù)開發(fā)板不僅可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)整合和傳輸。借助GPRS全球衛(wèi)星定位模塊傳輸?shù)耐ㄐ判盘?，對不同林區(qū)的環(huán)境參數(shù)進行匯總整合，直接將其上傳到數(shù)據(jù)庫中；借助ArcSDE實現(xiàn)數(shù)據(jù)集成化分析和處理，在構(gòu)建管理服務層架構(gòu)時，將系統(tǒng)捕捉到的林區(qū)地圖圖層進行分化處理，通過分化實現(xiàn)圖層數(shù)據(jù)影像化。監(jiān)測系統(tǒng)會根據(jù)傳感模塊傳回的數(shù)據(jù)和林區(qū)實際環(huán)境參數(shù)及時完成GIS信息發(fā)布工作，技術(shù)人員可以借助管理服務層架構(gòu)獲取林業(yè)環(huán)境監(jiān)測過程中獲取到的地理位置、地形圖等信息數(shù)據(jù)，同時還可以獲取傳感器設備采集到的風速、溫濕度等環(huán)境數(shù)據(jù)。

2.1.3 網(wǎng)絡構(gòu)建層

GIS林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)中具備網(wǎng)絡信號傳輸功能[4]。為確保網(wǎng)絡信號傳輸質(zhì)量，設計人員在設計系統(tǒng)的過程中，應用了截然不同的兩種遠程數(shù)據(jù)傳輸模式，即GPRS信號傳輸和互聯(lián)網(wǎng)傳輸。前者采用GPRS通信信號實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)遠程傳輸，系統(tǒng)會直接利用無線傳感器網(wǎng)絡中的匯聚節(jié)點對傳感器終端收集到的各類信息數(shù)據(jù)及環(huán)境參數(shù)進行整合，借助系統(tǒng)內(nèi)部搭載的5G通信信號傳輸模塊實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)高效率傳輸，最終將獲取到的各類環(huán)境參數(shù)及地形地理位置參數(shù)上傳至以太網(wǎng)，并完成信息數(shù)據(jù)云端存儲。后者則采用互聯(lián)網(wǎng)傳輸模式，系統(tǒng)可直接借助互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)搭建客戶端和服務器之間連接的數(shù)據(jù)傳輸通道，系統(tǒng)開發(fā)人員通過同移動通信企業(yè)簽署人網(wǎng)協(xié)議的方式，以JSO數(shù)據(jù)格式完成地理位置信息、環(huán)境參數(shù)等信息數(shù)據(jù)傳遞和共享。

2.1.4 綜合應用層

綜合應用層是GIS林業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)連接終端設備的核心架構(gòu)，該架構(gòu)層級支持移動應用設備和電腦端設備接入，技術(shù)人員可直接借助無線網(wǎng)、以太網(wǎng)或5G通信網(wǎng)絡實現(xiàn)信息數(shù)據(jù)高效率傳輸，為林業(yè)環(huán)境監(jiān)測工作人員掌握林業(yè)環(huán)境監(jiān)測參數(shù)、地理位置地圖等信息提供支持[5]。監(jiān)測人員可通過系統(tǒng)傳回的數(shù)據(jù)和圖像充分掌握被監(jiān)測林區(qū)的植被覆蓋率、野生動物棲息等情況，了解林區(qū)各類參數(shù)變化情況，持續(xù)提升林業(yè)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量和效率。

2.2數(shù)據(jù)采集端設計流程

為充分滿足林業(yè)生態(tài)環(huán)境多元化監(jiān)測應用需求，節(jié)約監(jiān)測系統(tǒng)設計和研發(fā)成本。在構(gòu)建林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)時，筆者直接使用由賽靈思公司開發(fā)設計的開發(fā)板，并將其作為核心處理器。賽靈思公司研發(fā)的開發(fā)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(shù)據(jù)接入口，可以較好地同外部設備連接。此外，為提升林業(yè)監(jiān)測管理效率，技術(shù)人員在設計系統(tǒng)時，還在開發(fā)板上增加了可供圖片、視頻、音頻傳輸?shù)亩嗝襟w陣列接口，為林業(yè)環(huán)境監(jiān)測圖像傳播共享提供了便利。

除此之外，在林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設計應用環(huán)節(jié)，為確保信息數(shù)據(jù)傳輸效率和質(zhì)量，設計人員專門對數(shù)據(jù)采集端工作流程進行調(diào)整和優(yōu)化。具體流程如下。

第一，數(shù)據(jù)采集工作完成后，GPS模塊會直接將監(jiān)測對象所處地區(qū)的經(jīng)緯度信息上傳至系統(tǒng)終端。在完成地理位置信息數(shù)據(jù)收集后，系統(tǒng)中自帶的傳感器裝置會自動收集監(jiān)測區(qū)域速度、風向、環(huán)境、污染物顆粒度、濕度及負氧指標等信息數(shù)據(jù)。第二，GPS模塊和傳感器模塊會按照系統(tǒng)數(shù)據(jù)標準協(xié)議，啟用RS485通信模式或?qū)⒋讷@取到的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(huán)境參數(shù)，最終完成該次數(shù)據(jù)采集工作。

3林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的具體應用

第一，應用于森林資源監(jiān)測。采用以GIS技術(shù)為核心的林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，可實現(xiàn)對監(jiān)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(jiān)測。例如，可利用GIS林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)自帶的衛(wèi)星遙感影像功能，對樹種的生長分布情況進行監(jiān)測，從而為林業(yè)部門工作人員掌握森林資源數(shù)量變化情況提供便利，為行業(yè)從業(yè)者制定林業(yè)環(huán)境監(jiān)測方案提供數(shù)據(jù)支撐。此外，該監(jiān)測系統(tǒng)具備歷史數(shù)據(jù)調(diào)閱功能，技術(shù)人員可通過對比森林資源周期性數(shù)量增減狀況制定相應的森林資源保護方案。

第二，該系統(tǒng)還可以實時監(jiān)測區(qū)域內(nèi)氣象數(shù)據(jù)。使用傳感器裝置對森林區(qū)域的溫度、濕度、降水量以及風速等環(huán)境參數(shù)進行監(jiān)測，并依托通信數(shù)據(jù)傳輸模塊將捕捉到的環(huán)境參數(shù)傳輸至中控平臺，為相關(guān)部門了解森林生態(tài)系統(tǒng)變化情況、預測森林火災發(fā)生率提供支持。

4結(jié)束語

綜上所述，筆者結(jié)合GIS系統(tǒng)應用特征和場景，依托物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和無線傳感技術(shù)等信息技術(shù)，開發(fā)設計了具備實時動態(tài)監(jiān)測功能的林業(yè)環(huán)境智慧化監(jiān)測系統(tǒng)。設計人員分別從系統(tǒng)開發(fā)架構(gòu)、應用程序配置等環(huán)節(jié)入手，對林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的具體應用場景和設計流程進行了梳理和分析。該監(jiān)測系統(tǒng)不僅可以利用傳感器裝置采集終端數(shù)據(jù)，還具備信息數(shù)據(jù)動態(tài)化傳輸功能，可直接將采集到的林業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)上傳至中控系統(tǒng)，為林業(yè)資源管理人員決策提供參考。利用基于GIS的林業(yè)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)開展工作，符合林業(yè)管理工作需求，可以有效提升林業(yè)環(huán)境監(jiān)測質(zhì)量和效率。

參考文獻：

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

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

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