物联网与智慧林业融合发展研究

作者简介：杨凤（1978-），女，助理农艺师。研究方向为护林防火、林木病虫害防治、种质资源。

摘  要：随着社会的发展和科技的进步，物联网技术逐渐成为各个领域的关键。智慧林业作为一种新型的林业管理模式，通过物联网技术的应用，实现对森林资源的全方位监测和管理。该文旨在探讨物联网与智慧林业的融合，并分析其在林业管理中的应用和优势。

关键词：物联网；智慧林业；优势；挑战；融合

中图分类号：S712      文献标志码：A          文章编号：2096-9902（2024）01-0006-04

Abstract： With the development of society and the progress of science and technology， the Internet of Things technology has gradually become the key in various fields. Smart forestry， as a new forestry management model， realizes the comprehensive monitoring and management of forest resources through the application of Internet of Things technology. This paper aims to explore the integration of the Internet of Things and smart forestry， and analyze its application and advantages in forestry management.

Keywords： Internet of Things; smart forestry; advantage; challenge; fusion

随着全球气候变化和环境问题的日益严重，保护和管理森林资源变得越来越重要。传统的林业管理方式已经无法满足对森林资源的精细化管理需求，因此迫切需要引入新的技术手段进行改进。物联网技术的快速发展为智慧林业的实施提供了有力支持。通过将物联网技术与智慧林业相结合，可以实现对森林环境、植被生长、病虫害监测等方面的实时监测和精确控制，提高林业管理的效率和质量，促进可持续发展[1]。因此，加强物联网与智慧林业融合发展方面的研究对推动林业发展具有深远的意义。

1  物联网与智慧林业的基本概念

1.1  物联网

物联网是一种通过互联网连接、通信和共享数据的网络系统，可以将各种设备、传感器和对象互相连接起来，实现信息的自动交互和智能化处理。

1.2  智慧林业

智慧林业利用先进的技术手段，如人工智能、大数据分析等，对森林资源进行全面监测和管理，以提高林业生产力、保护生态环境和保障可持续发展。

2  物联网在智慧林业中的应用

物联网与智慧林业的融合是现代林业发展的必然趋势，通过物联网构建完善的智慧林业系统可以实现森林防火监测、病虫害监测、盗伐名木监测及林业保护区监测等[2]。物联网智慧林业系统架构如图1所示。

2.1  森林防火监测

物联网（Internet of Things，IoT）在森林防火监测方面发挥着重要作用。通过将传感器和设备连接到互联网，可以实时获取森林中的温度、湿度、烟雾等数据。这些数据可以用于监测森林中潜在的火灾风险，并及时采取预防措施。在物联网森林防火监测系统中，传感器分布在森林各个关键位置，包括高风险区域、易燃物堆积区等。传感器会定期采集环境数据，并将其发送到云平台进行处理和分析。利用机器学习算法，可以根据历史数据和模式识别来预测发生火灾的可能性。一旦监测系统检测到异常情况，比如温度升高、湿度下降或烟雾浓度增加，系统会自动触发警报机制。而且，该系统还能够实时向相关的管理人员和消防部门发送通知，以便他们能够及时应对和调度救援队伍。除了提供实时监测和预警功能，物联网森林防火监测系统还可以帮助指导灭火行动。通过使用无人机和机器人等先进技术，可以在火灾发生后迅速调度救援队伍、定位火源和提供实时图像。这些数据可以帮助消防人员更好地了解火势蔓延的情况，从而制定更有效的应对策略。

2.2  病虫害监测

物联网技术以其高效、智能的特性，为森林管理提供了全新的解决方案。通过布设传感器网络，物联网技术可以实时监测森林中的病虫害情况，并准确地预警和采取相应措施，从而有效减少病虫害对林业生产产生的损失。在过去，对于病虫害的监测往往依赖于人工巡视和样本收集。這种方式不仅费时费力，而且存在着不可避免的主观误差。而如今，借助物联网技术可以建立一个覆盖整个森林区域的传感器网络。这些传感器可以实时监测环境参数，例如温度、湿度和光照强度等，以及植物生长状态和病虫害的发生情况。通过物联网技术，传感器可以将收集到的数据实时传输到云平台，然后利用大数据分析和人工智能算法进行处理。这些算法可以识别异常数据，并快速判断是否存在病虫害风险。一旦检测到异常情况，系统将立即发出预警通知，提醒相关人员采取相应的防治措施。此外，物联网技术还可以实现远程遥控和管理。通过智能设备，管理人员可以在任何时间、任何地点监控森林中的病虫害情况，并及时调整防治策略。例如，可以通过无人机巡视森林区域，快速定位病虫害的蔓延范围，并进行精确的药剂喷洒等灭虫操作，以最大限度地减少对森林生态的影响。

2.3  盗伐名木监测

物联网（IoT）在盗伐名木监测方面发挥着重要作用。盗伐名木是指非法砍伐珍稀树种或具有历史、文化价值的树木。这些名木往往被非法砍伐并贩卖给黑市，给生态环境和文化遗产造成严重损害。通过安装在名木周围的RFID传感器、RFID阅读器等，可以使用红外线、声音或摄像头等多种技术来检测任何异常活动或突发事件，一旦监测系统检测到可疑活动，比如砍伐声音或物体移动，系统会立即触发警报机制。同时可将监测到的相关信息传输至监测后台，并发送通知给森林管理员、执法人员，能让他们立即采取行动。此外，监测系统还可以将实时数据上传到云平台进行分析和记录，以便后续调查和取证。这些数据可以作为法律程序中的关键证据，确保盗伐行为得到严厉打击和惩罚。

2.4  林业保护区监测

2.4.1  环境监测

物联网技术的应用使得森林环境监测变得更加智能化和高效化。通过使用物联网设备，可以实时监测森林的温度、湿度、气象等环境参数，并将数据传输到云平台进行分析和处理。这为林业管理者提供了关于森林生态环境变化的详细信息，并帮助他们制定合理的调控措施。在过去，对森林环境进行监测通常需要依赖人工地面观测或者一些固定的气象站。然而，这种方式存在着许多限制，如时间成本高、空间覆盖范围有限等。而利用物联网技术，可以通过部署大量的传感器节点来实现对森林环境的全面覆盖和实时监测。利用物联网设备进行林业环境监测，是将温度、湿度、光照及风速等传感器节点安装在森林的不同位置，包括地表、树干、枝叶等，其能够高精度地测量温度、湿度、光照强度、风速及降雨量等环境参数，并将数据传输到云平台进行集中管理和分析。同时，还可以利用无线网络实现传感器之间的数据互联，形成一个覆盖整个森林的物联网。

2.4.2  植被监测

物联网与遥感技术的结合为森林植被监测提供了一种高精度的方法。通过利用无人机和卫星等技术手段，可以对森林植被覆盖情况进行实时监测和详细分析，从而为林业管理提供科学依据。传统植被监测中，通常需要派遣大量人员进行地面调查，这不仅耗时且成本高昂。而随着物联网和遥感技术的发展，现在可以利用无人机和卫星等设备快速、准确地获取大量数据，并将其传输到云平台进行处理和分析。这些数据包括植被覆盖率、植被类型、植被健康状况等重要信息。通过对这些数据进行分析，可以实现对森林植被进行全面评估。

3  物联网与智慧林业融合的优势和挑战

3.1  优势

3.1.1  提高林业管理的效率和精确度

物联网技术可以实时采集、传输和分析森林相关数据，如温度、湿度、土壤水分等环境监测数据，以及植被生长状态、病虫害情况等植被监测数据。通过物联网的应用，可以实现对森林资源的精细化管理和监测，提高管理效率和决策的准确性。

3.1.2  及时发现并解决森林资源管理中的问题

物联网设备和传感器可以实时监测森林资源的状态和变化，例如及时探测火灾的发生、病虫害的暴发等异常情况，并发出警报。这样，林业管理者可以迅速采取相应措施，防止问题扩大，保护森林资源的安全与健康。

3.1.3  实现对森林环境变化的全面监测

物联网技术可以覆盖广泛的监测网络，将大量的环境数据进行实时采集和传输，从而实现对森林环境变化的全面监测。通过对各种环境参数的持续观测，可以及时发现和反映气候变化、自然灾害、环境污染等对森林生态系统的影响，有效保护和管理森林资源。

3.2  挑战

3.2.1  数据隐私和安全性问题

物联网在智慧林业中的广泛应用涉及大量敏感数据，如环境监测数据、植被监测数据等。这些数据包含着森林资源的相关信息及管理者的决策依据。因此，确保这些数据的隐私性和安全性成为一个重要的挑战。需要采取有效的数据加密和访问控制措施，以防止未经授权的访问和滥用，确保数据的保密性和完整性[3]。

3.2.2  網络和设备安全问题

物联网涉及大量的设备和传感器，这些设备和传感器通过互联网连接起来，形成一个复杂的网络系统。然而，这也使得物联网面临着网络攻击的风险，如入侵、拒绝服务攻击等。此外，设备本身的安全性也是一个关键问题，因为遭到入侵的设备可能被用于进行恶意操作或攻击其他设备。为了保证物联网在智慧林业中的顺利运行，必须加强网络和设备的安全性，采取适当的防护措施，防范各种安全威胁。

3.2.3  数据处理和分析能力不足

物联网在智慧林业中生成了大量的数据，如环境监测数据、植被监测数据等。然而，仅仅收集和存储这些数据是不够的，还需要对数据进行有效的处理和分析，提取有用的信息和知识。由于数据量庞大、复杂性高，如何高效地处理和分析这些数据成为一个挑战。因此，需要开发和应用合适的数据处理和分析技术，以实现对物联网数据的深入挖掘和利用。

4  物联网与智慧林业融合发展措施

为了促进物联网与智慧林业的融合发展，可以采取以下措施。

4.1  建立完善的数据平台和信息系统

完善的数据平台和信息系统是促进物联网与智慧林业融合发展的关键措施。通过建立完善的数据平台和信息系统，林业管理者可以获得全面、准确的数据信息，并基于此进行科学决策和管理。这将提高林业管理的效率和精确度，推动智慧林业的发展[4]。建立完善的数据平台和信息系统应从以下5个方面入手。

1）数据整合与共享。建立一个统一的智慧林业数据平台，将各类数据资源进行整合和标准化处理，包括环境监测数据、植被监测数据、病虫害监测数据等多种类型的数据。同时，设立数据共享机制，推动不同部门、机构和企业之间的数据共享，提高数据的可访问性和共享效益。

2）数据采集与传输。通过物联网设备和传感器，实时采集各类数据，并将其传输到数据平台。这涉及选择合适的传感器和设备，设置采集频率和位置，确保数据的准确性和完整性。

3）数據存储与管理。建立高效且安全的数据存储和管理系统，对采集到的数据进行分类、存储和备份。同时，建立数据质量检查机制，确保数据的准确性和可靠性。

4）数据分析与决策支持。利用大数据分析、人工智能等技术，对数据进行深入挖掘和分析，并生成有价值的信息。这些信息可以为林业管理者提供全面准确的信息基础，支持其决策制定和管理工作。

5）数据安全与隐私保护。建立强有力的数据安全机制，包括数据加密、访问控制等措施，保护数据的安全性和隐私性。同时，也需要遵守相关法律法规，保护个人隐私和敏感信息。

4.2  推动标准化和规范化

推动标准化和规范化可以提高物联网设备的互操作性和兼容性，不仅能降低系统集成和应用的成本，而且也有助于加速行业创新和发展，推动智慧林业的技术进步和应用推广。推动物联网及智慧林业融合，实现标准化、规范化发展的具体措施如下。

1）制定智慧林业标准和规范。在智慧林业领域，制定一套统一的标准和规范，涵盖设备硬件、通信协议、数据格式和安全机制等方面。这些标准和规范可以帮助不同厂商和组织之间实现互操作性，提高设备之间的兼容性和可扩展性。

2）统一物联网设备的通信协议和数据格式。制定通用的物联网通信协议，如MQTT或CoAP，并建立标准的数据格式，使得不同类型的设备可以进行互联和数据交换。这样可以降低设备集成和应用开发的难度，促进各种设备的智能化接入。

3）提供开放式平台和API。打造开放式的智慧林业平台，提供标准化的API（应用程序接口），让第三方开发者可以基于该平台构建自己的应用程序和解决方案。这样可以加速创新和应用的推广，激发更多的智慧林业应用被开发出来。

4）建立测试认证机制。建立智慧林业设备的测试和认证机制，确保产品符合标准和规范要求，并具备良好的性能和可靠性。这可以提高用户对设备质量的信任度，降低采购风险。

4.3  加强安全保障机制

加强安全保障机制，可以有效防止物联网系统在智慧林业中遭受网络攻击和数据泄露等安全风险，这不仅能提高智慧林业系统的稳定性和可靠性，而且也能确保智慧林业的正常运行和数据的安全性[5]。加强安全保障机制应从以下4个方面入手。

1）网络安全防护。建立多层次的网络安全防护体系，包括防火墙、入侵检测系统（IDS）和入侵防御系统（IPS）等。这些设备可以监测和阻止潜在的网络攻击，例如DDoS攻击、恶意软件和网络钓鱼等。

2）数据加密和访问控制。对物联网传输的数据进行加密，使用安全协议和算法，确保数据在传输过程中的保密性和完整性。此外，设置严格的访问控制策略，对敏感数据进行权限管理，只有经过授权的用户才能访问相关数据。

3）设备安全管理。加强物联网设备的安全防护，包括设备固件的及时更新和漏洞修复，禁用不必要的服务和端口，限制设备的物理访问等。同时，采用设备身份认证和授权机制，确保只有合法的设备可以连接到网络并进行通信。

4）建立应急响应机制。建立健全的安全事件应急响应机制，包括安全事件的报警、处置和恢复流程。及时监测、识别和应对可能的安全威胁，减少潜在的损失和影响。

4.4  提升人才培养和技术支持能力

提升人才培养和技术支持能力，可以为智慧林业的发展提供强有力的支撑。为了提升人才培养和技术支持能力，满足智慧林业发展的需求，应制定全面的人才培养计划，包括设立相关专业的学位课程、职业培训项目和实习机会等。培养具备物联网技术、林业管理和数据分析等多学科综合能力的专业人才，以满足智慧林业对各类人才的需求。

5  结束语

综上所述，物联网与智慧林业的融合发展面临着一些挑战，如数据隐私和安全性问题、网络和设备安全问题、数据处理和分析能力不足，以及成本和资源限制。为了克服这些挑战，可以采取加强技术研发和创新、建立完善的数据平台和信息系统、推动标准化和规范化、加强安全保障机制、提升人才培养和技术支持能力等措施。通过这些措施的实施，可以进一步推动物联网与智慧林业的融合发展，提升森林资源管理的效率和质量，促进森林生态环境的保护和可持续发展。

参考文献：

[1] 卓明强.基于物联网的智慧林业可持续发展策略[J].南方农业，2022，16（4）：226-228.

[2] 马翔宇，黄俊立.智慧林业在基层林业管理中的应用探究[J].河南农业，2023（26）：45-47.

[3] 曹林，周凯，申鑫，等.智慧林业发展现状与展望[J].南京林业大学学报（自然科学版），2022，46（6）：83-95.

[4] 汪林桂.物联网在智慧林业建设中的应用研究[J].智慧农业导刊，2022，2（8）：1-3.

[5] 张黎明，于薇.物联网在智慧林业中的应用现状及对策[J].黑龙江科学，2020，11（12）：136-137.