新时期林草资源监测智慧化发展的思考

吴雪茹，张 涛

（1.国家林业局甘肃濒危动物保护中心，甘肃 武威 733000；2.武威市林业科学研究院，甘肃 武威 733000）

我国林草资源监测从20 世纪开始已经取得了长足发展，而随着生态文明建设和林业改革的深入，对林草资源监测工作提出了更高和更多的要求。新时期，通过构建林草资源监测智慧化工作模式，将各种数据通过互联网实现融合共享，系统观察和分析、评价林草资源，了解林草资源变化影响因素和内在规律，为林草资源持续发展提供依据，进而不断提高监测水平和信息服务能力。而智慧化林草监测利用物联网、大数据、云计算等信息技术采用智能化和物联化手段建立一体化的林草发展模式，以便适应新环境下的林草发展趋势，不断提高林草资源监管水平。

1 新时期林草资源监测发展现状

从新中国成立以后，林草资源监测水平处于不断发展过程中，相关理论、技术手段及规范标准也都取得了长足进步，陆续制定并施行了多个行业技术标准，配置的林草资源调查制度基本成型，并建立了各种专项检查核查监测体系。进入21 世纪，林业发展逐渐从木材生产转变为生态建设，通过各种方法提高资源监测水平和服务水平。2003年我国落实了林草资源遥感监测定量化综合处理和业务运行系统，促进了遥感技术的应用，使林草资源调查从定性监测转变为定量和半定量监测[1]。2004 年，我国通过验收相关研究项目为一体化监测体系建设提供了思路，并在此基础上落实了森林资源综合监测技术研究项目，重点突破了抽样设计、数据采集及数据融合等相关技术，进而提供了丰富的技术资源。2010 年以后，我国针对林地资源制定了《全国林地保护利用规划纲要》并建设了全国森林资源管理制度，搭建了智慧管理平台，并完成了全国森林资源连续清查和规划设计调查等活动，开展了年度专项调查核查工作，把控了森林资源现状及其发展动态，能够满足生态建设需求及林业发展信息需求[2]。

2 新时期林草资源监测智慧化发展面临的挑战

我国林草资源监测已经逐渐形成了相对成熟的调查体系，但是林草融合生态综合监测评价体系仍然处于发展阶段，在林草资源融合智慧化监测发展过程中面临以下调整，需要深入分析。

2.1 监测信息收集手段匮乏

新时期，林草资源监测包括资源保护、行政执法、灾害预警及生态修复等内容。

资源保护是基于资源本体调查，采用人工现地调查和卫星遥感调查2 种方式开展，但传统设备无法支持大工作量的信息采集。由于林草资源清查周期为5 年，涉及的地面样本多达几十万个，若是采用人工角色罗盘复位样地调查方式则无法满足调查需求，而现有的新监测设备支撑力度不够，普遍缺乏自动化监测设备。

林业行政执法是根据年度资源利用情况和变动情况进行监测，对监测成果具有较高的时效性要求。在对全国森林资源进行督查时，可以利用内业线上自动化判断和外业在线采集等技术，提高监测效率[3]。

灾害预警监测结果可以应用在预警和防治工作中。由于灾害发生比较紧急，因此需要对信息高效及时采集传输出来，这就需要一体化智能预警和适用的通信网络作为保证。

这些业务需求在监测周期、监测精度和监测维度方面有着不同要求，但是普遍未配置自动化、智能化信息采集技术和相应设备，各种感知平台也未解决统一架构和融合共享等方面的问题，导致林草资源生态感知系统发展受到影响。

2.2 监测数据处理不够到位

林草资源监测工作中，数据收集和传输需要利用大数据融合处理及挖掘分析技术找到具有价值的内容。现阶段林草信息化应用正处于发展时期，我国林业信息化尽管已经得到普及，但是并未对大数据形成客观的认识和应用，在林草资源监测和生物多样性监测调查等方面存在数据资源利用不足现象，盲目投资硬件设备，对数据资源收集、挖掘和利用并不注重[4]。除此之外，当前我国林业资源的数据资源建设和共享水平较低，用户并不注重数据资源建设工作，尽管具有数据意识但是很少加工整理并挖掘数据后续应用需求，各机构之间数据共享不够完善，不同数据源彼此独立构成了信息孤岛，不利于林草资源监测大数据建设。

2.3 监测服务能力需要提升

根据当前林草行业发展要求，林草资源监测信息化需要建设满足各层级和多业务的协同服务体系。但是林草监测在横向上存在业务不到边、纵向上存在信息不到底的问题，检测结果难以在省市县乡等实现协同共享，上级无法准确把控下级工作进度和工作质量，而内部各部门使用的子系统彼此不兼容，数据标准不同，不利于数据融合[5]。因此，新时期林草资源监测需要探究新的信息共享模式，开发各种接口，建立全面覆盖的数据共享平台，提供一站式服务。

2.4 监测平台运维安全有限

林草监测范围普遍位于山区等地区，在部署系统时要注意设备的野外运行维护问题，因此需要根据当地基础设施选择合适的设备型号，降低后期管理成本和维护难度。林草监测工作是为管理工作提供便利，但由于基层临床技术匮乏，无法胜任遥感影像数据应用、无人机操控和更新平台数据等工作，因此需要建立相应的运行机制，为基层用户提供保障[6]。另外，林草行业缺乏数据所有权和隐私权等方面的法律，且安全防范能力和管理水平较低，对数据保密和数据共享划分不明，并未建立具有安全功能和发展功能的数据保障体系。

3 新时期林草资源监测智慧化发展路径

新时期林草资源智慧化监测不仅包括林草资源和生态系统等，还涉及了各种信息技术和软硬件设备等。新时期林草监测信息需求提高和当前智慧监测技术发展之间存在明显矛盾，要想解决这一矛盾，必须要加大力度发展智慧化技术。在探索智慧化建设技术时，本研究提出以下措施。

3.1 构建一体化监测网络

新时期通过构建一体化监测网络形成点线面全面覆盖的监测区域，组成林草资源智慧化监测感知网络。在该网络中，通过卫星遥感平台实现大空间尺度监测，并结合多光谱、高光谱及合成孔径雷达等设备实现灾害预警和资源变化分析等业务活动。同时通过无人机平台实现中空间尺度监测，并结合激光雷达和倾斜相机等设备，进行资源结构分析、有害生物防治和火灾侦查等工作。通过地面物联网设备可以实现中小空间尺度监测，其中视频监控和热红外相机等设备能够进行资源管护、野生动物保护等工作[7]。通过微波、5G 技术和光纤等通信方式可以提供网络服务。这些技术和设备共同构成了一体化监测网络，能够对监测对象、周期频率及空间尺度实现点线面全覆盖监测，进而组建多业务和多用户需求的林草资源生态感知一体化监测网络。

3.2 利用大数据处理技术

通过利用大数据处理技术建立大数据应用中心，可以提供准确的林草资源相关信息，为管理决策提供保障。通过建设林草大数据中心加工处理数据，整合时空大数据，并进行智慧化分析挖掘，实现数据交互和展示，保障数据标准和安全。在数据加工处理时，数据中心可以根据林草生态感知网络得到栅格、矢量及报表等数据对其进行标准化处理，规范数据，使其符合入库标准。整合时空大数据则是根据时间和空间规律归类融合公共基础库、林草基础库及林草专题库为大数据应用奠定基础[8]。通过数据交互和展示业务对大数据结果实现可视化展示、统计分析和施工查询等。在全国森林资源督察过程中，利用大数据技术对遥感影像和数据进行加工处理，进而发布时空数据，同时利用遥感影像样本库及AI 影像变化识别模型实现在线遥感判读，并采用图表和三维形式将工作结果和工作进度实时展现出来。

3.3 落实智慧化监测服务

通过建设和落实林草智慧监测服务平台达到横向到边、纵向到底、底端支撑和前端应用目的。其中，横向到边涉及了林草资源监测、生态修复和保护、生态富民和安全等监测业务。纵向到底是根据国家以及省市县等组织配置相应的用户管理体系，使不同层级用户按照角色、范围及功能访问数据资源和业务模块，以便上级能够实时掌握下级工作，而下级能够实时接受上级指示并反馈工作结果。若是服务访问量大则可以采用混合云服务模式进行计算，隐私数据则采用私有云存储，公共数据则采用公有云存储方式，这样能够大大减少建设成本，并保证数据安全和服务质量[9]。在平台用户访问时通过APP、网页和本地服务等桌面应用端和监测指挥中心大屏幕满足不同场景下的用户应用需求。

3.4 创新林草监测模式

林草资源监测过程中采用马赛克概念，并利用互联网连接使林草调查和监督管理具备条块化数据特征的信息资源，使信息实现深度融合，并做到数据实时共享，将监测数据广泛应用在各种业务场景及组合中，进而提高林草资源建设水平和信息服务能力。

首先，利用马赛克模式突破事前障碍，将一类清查、二三类调查和专项资源监测结果结合起来建立数据和资源共享机制，解决监测数据存在的协调衔接不顺畅这一问题，进而构成数据多方监控、补充及利用的模式，提高监测信息协同共享水平。其次，利用马赛克模式改变当前林草监测调查时序规律，构建新的时序机制，形成点面结合、上下协同及数图协同的林草资源监测体系，方便抽样调查和更新相结合，并利用国家森林资源智慧管理平台将相关数据汇总到平台上，发挥数据汇总效果，实现森林资源管理实时更新和监测实时出数作用，提高森林资源监测信息时效性[10]。最后，利用马赛克模式改变传统的林草资源监测数据来源模式，使调查数据来源实现多元化，有利于数据监测中的各种数据有机结合起来，通过互相验证实现数据验证和评价模型，快速甄别数据，去除冗杂数据，发挥马赛克模式抗干扰优势，化解调查数据存在的错误和人为偏差，提高监测体系防偏能力，确保林草资源监测信息精准可靠。

3.5 保障监测平台的安全

通过不同方式建立林草资源智慧化监测保障体系，具体方式：①软硬件运维设计，在设计时需要注重建设基础设施和软件开发升级，提高软件的兼容性和简易性，尽可能采用通用设备以及具有兼容功能的接口，可以降低运维难度和运维成本；②信息安全管理涉及了相应机制管理，例如注册审核机制、涉密数据辨别处理机制等，还有软硬件安全环境建设等；③数据更新推送是根据区域和省级监测大数据中心对监测数据及其结果进行定期推送，提供相应的推送服务，使监测信息更加丰富完善；④区域远程服务是根据远程操控技术对无人机和物联网等设备进行远距离操控，进而减少基层工作人员压力。

4 结束语

综上所述，新时期林草资源监测智慧化发展十分重要，利用智慧化和智能化方式能够将监测结果价值充分挖掘出来。对此，需要建设林草一体化监测网络解决监测数据获取问题，采用大数据处理技术可以充分挖掘数据价值，落实智慧化建设服务为智慧监测提供保障，而保障智慧监测平台安全为监测数据应用和管理奠定基础，完善林草资源智慧化建设体系，促进生态文明建设，提高林草现代化建设服务水平。