智慧林业在生态保护中的应用进展与发展策略

摘 要 林业是生态文明建设的主体。随着信息技术在林业领域的加速创变和深度融入，智慧林业成为促进林业现代化发展、推动生态文明建设的必由之路。当下，我国智慧林业在生态保护中的建设成效显著。为持续推动智慧林业在生态保护中的应用，介绍智慧林业在生态保护中的应用进展，包括以林木资源监测、野生动物保护为主的森林资源监管，以及以森林防火、森林病虫害防治为主的林业灾害监控，并提出未来我国智慧林业要走好关键的3步，即树立正确发展理念、推进高水平设施建设和拓宽生态应用场景。

关键词 林业；生态保护；智慧林业；林业工程

中图分类号：F326.2 文献标志码：C DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.22.025

党的二十大报告指出，中国式现代化是人与自然和谐共生的现代化，并将推动绿色发展、促进人与自然和谐共生明确为新时代中国生态文明建设的根本宗旨归。林业作为传统的基础性产业，是国民经济绿色发展的根基与社会经济可持续发展的动力，密切关乎我国生态文明建设的百年大计。而在数字中国建设的推动下，林业领域涌入了大范围、深层次的信息化变革，正一步步朝着数字化、网络化和智能化迈进[1]。其中，以信息技术与生态文明融合为内核的智慧林业成为现代林业发展的新方向，是促进生态保护提质增效增汇、发展模式加速绿色转型的关键一招。

1 智慧林业发展背景

智慧林业是以大数据、云计算、物联网、移动互联网等新一代信息技术为支撑，基于智能化、感知化、物联化的手段，汇集了林业立体感知、生态价值凸显、管理协同高效、服务内外一体等功能的林业绿色发展范式[2]。2016年，原国家林业局（现国家林业和草原局）在《“互联网+”林业行动计划——全国林业信息化“十三五”发展规划》中明确指出，“十三五”时期林业信息化发展要全面融入林业工作全局，“互联网+”林业建设将紧贴林业改革发展需求，通过8个领域、48项重点工程建设，有力提升林业治理现代化水平，全面支撑引领“十三五”林业各项建设[3]。同时，美国、英国、加拿大、日本等发达国家掀起了一阵智慧林业建设热潮，无论是在林业物联网的建立、森林的智慧监测和保护，还是森林的精准培育、林业智能装备的打造等方面都抢占了发展的制高点。然而，目前我国对智慧林业的探索还较为浅薄，在基础研究、产业发展和支撑体系等方面与发达国家仍存在亟待弥合的差距。例如，在实时获取与模拟预测、多尺度检测与科学诊断森林生长状况，精细化管理与经营规划森林资源，有效融合智能装备与现代培育技术等方面的智能化都有待进一步提升[4]。因此，如何全面分析智慧林业在生态保护中的应用进展，深入探索未来可行的发展路径，是我国智慧林业突破限制性发展瓶颈、全方位提升发展水平，进而优化生态环境、促进林业现代化，最终推动绿色发展和建设美丽中国的必由之路。

2 应用进展

全面提高生态保护水平是促进林业高质量发展的关键抓手，也是推动国家生态文明建设的核心要义。当下，基于智慧林业开展的林业生态保护与建设已取得显著成就，打造了智能化森林资源监管、林业灾害监控的应用新场景。

2.1 森林资源监管

森林资源由林木资源、林地资源、森林环境资源、林区野生动植物资源、林区微生物资源等一系列资源构成，其中林木资源是森林资源的核心主体[5]。对森林资源的监管是林业部门基础性、关键性的职能，智慧林业可以赋能林木资源监测和野生动物保护两大监管内容。

2.1.1 林木资源监测

在林木资源监测方面，智慧林业以实时监控和数据管理为核心，构建了智能化监测体系。

1）由编码系统、智能传感器和信息网络系统组成的林业智能感知系统可以为林木资源监测提供高时空精度、全方位的立体数据[6]。其中，以射频识别技术（Radio Frequency Identification，RFID）、各类传感器和红外感应装置等为代表的智能感知技术是精准采集、实时反馈林木及其环境信息数据的关键，且能以可视化形式呈现数据。例如，在古树名木上安装RFID标签，同时配合温湿度传感器的使用，可以实现对树木温湿度值的实时监控，进一步加强对古树名木的科学保护[7]。与之类似，利用RFID标签与无线传感器（温度、氧气、风速传感器等）相结合可以构建森林资源监测的物联网系统，通过设置于林区各地点的传感器节点对林木资源开展全方位、多维度的监测、分析与管理[8]。同时，国外开发了各种专用传感器以监测树木的异常情况，防止树木被盗伐。例如，震动传感器就被视作有效的监测工具，若发生砍伐树木的情况，固定在树木上的震动传感器会及时监测到震动，继而将异常震动情况经由无线传感器网络（Wireless Sensor Networks，WSN）传送至服务器，以此实现树木的实时监管，进一步增强森林资源的保护[9]。

2）智慧林业以云计算、互联网通信技术和空间数据库为支撑，可以实现对林木资源监测数据的实时存储、智能分析和高效管理。黑龙江省就基于“公共数据前置”和“用户注册在线使用”为核心，构建了标准统一化、管理智能化的森林监测系统平台，实现了对林木资源的快捷预警、精准执法和智能管理[10]。不少发达国家针对林木资源监测也做出创新之举。例如，日本创立的森林信息共享框架——“森林云”，可以实现数据信息在利益相关者之间的共享，加拿大则开发了专门的通信系统来促进林木资源数据的无障碍流通[11]。

2.1.2 野生动物保护

在野生动物保护方面，智慧林业主要从智能识别、环境构建两方面入手，搭建了立体感知、管理协同的保护系统。

1）林业物联网在互联网与森林生态及其环境之间创设了实时信息交换和通信的桥梁。其通过传感器节点持续性收集野生动物的活动画面、声音等信息，并经由WSN传送至数据中心，继而依据云计算、人工智能技术精确识别野生动物的种类、年龄、活动规律及健康状况等多维信息，深入研究野生动物的生活习性，最终实现野生动物的智能化、精细化保护。例如，我国学者宫一男以解决红外相机技术监测影像数据量庞大、滞后性严重、效率低下的问题为导向，基于深度学习算法的应用，实现了红外相机影像对东北虎豹国家公园的东北虎、东北豹、梅花鹿等多个物种的智能化自动识别，为野生动物的生活习性研究和针对性保护提供了有力的数据支撑[12]。此外，美国加州为了更好地保护野生棕熊，建立了智能化的物联网系统，通过不间断获取影像或视频信息来更好地识别、保护野生动物[13]。

2）在“3S”、大数据、物联网等新兴技术的交融互促下，野生动物保护的一体化观测和定位技术、空间信息管理系统应运而生，有力推进了生活环境深度分析、栖息地破碎化评估、生态廊道有序建设等一系列野生动物的环境构建。例如，利用遥感技术提取生境斑块，以最小费用距离为出发点，同时结合图论法可以客观分析滇金丝猴分布区的栖息地连接度，进而明确景观功能连接的最佳距离阈值，实现对滇金丝猴的生境优先保护区、优先恢复区的定量识别[14]。

2.2 林业灾害监控

林业灾害主要指森林火灾、森林病虫害等，同时包括一些由极端气候变化造成的森林灾害[15]。其中，森林防火与森林病虫害防治是林业生态保护的重中之重，也是智慧林业发挥效用的两大关键着力点。

2.2.1 森林防火

在森林防火方面，智慧林业的应用贯穿“智慧监控—智慧分析—智慧指挥”的全链条。

1）智慧监控是森林防火的“基本出发点”，具体表现为以卫星、无人机、观测塔、无线传感网等设备为基础，运用机器视觉、卫星影像比对等智能技术即时捕捉林火信息，实现立体式林火监控。2）智慧分析是森林防火的“关键性中枢”，智慧监控捕捉到的林火信息经WSN传输至信息处理中心后，防火系统会在第一时间精准定位火灾重点区域，迅速模拟林火蔓延范围，客观分析周边应急资源，科学研判扑火最佳路径，为火灾处置提供科学的辅助性决策。3）智慧指挥是森林防火的“最后一公里”，经过智慧分析后，起火的时间、地点、原因，火场的态势等一系列关键火情信息会自动从后台传送至手机、电脑客户端或声光报警器，保证森林火灾扑救人员与指挥人员第一时间了解现场情况，各司其职、高效有序地处置突发性火情，最大限度减少森林火灾造成的损失[16]。当前，国内外主要采用WSN来对森林火灾开展智慧监测与预防。例如，森林可燃物含水率高低是决定森林燃烧难易程度的关键因素，通过ZigBee无线传感器测定大气的相对湿度和空气温度可以间接反映可燃物含水率，从而有助于精准预报、全面监测森林火灾的发生[17]。除传感器之外，可以利用无人机捕捉可能发生火灾的区域快照，随后经过人为或机器学习方式进行鉴定复核，以此降低火情误报率，实现火灾预测准确度的提升[18]。

2.2.2 森林病虫害防治

森林病虫害防治是森林健康生长的重要保障，智慧林业主要从实时诊断、精准施药2个过程发力，实现森林病虫害防治的科学性与智能化。

1）森林病虫害实时诊断模型的构建是实现监测预警功能的关键。无论是由林木内部病原体造成的病害，还是由外部害虫（马尾松毛虫、微红梢斑螟、日本松干蚧等）引发的虫害，都会导致林木出现斑点、枯黄等外观形态改变，以及蒸腾作用衰减、光合作用衰退、叶绿素降解等内部机理变化，继而呈现出不同的图像形态和光谱辐射能量。因此，依赖可见光成像、热红外成像等遥感技术可以采集监测区域的光谱信息和纹理特征，随后与森林信息数据库的健康林木智能比对，准确识别林木发生的异变[19-20]。此外，利用无线多媒体传感器网络可以识别由病虫害导致的林木外观的图像、色谱异变，继而判断所在区域是否存在发生病虫害的潜在危险。这类方式相较于遥感的影像数据具有图像分辨率更高、监测实时性更强、维护更简易等显著性优势[21]。

2）精准施药是森林病虫害防治的核心手段，而智慧林业有助于为适时、适量地动态化喷药管理提供信息支撑。例如，地理信息系统（Geographic Information System，GIS）与管理知识模型的结合使用可以协助林业人员全方位分析施药需求，从而为针对性使用智能化装备、精准性喷药管理提供决策支持，实现判定准确、处理及时、措施有效的森林病虫害施药管理[4]。

3 发展策略

为实现生态保护的智能化、可持续和全面性，我国智慧林业的建设要以现实需求为导向，以融合创新为内核，以信息技术为支撑，更为及时、全面地保障森林健康，力求综合效益的最优化，最终促进林业现代化发展和生态文明建设。总体而言，为实现智慧林业的高质量发展，需走好关键的3步，即树立正确发展理念、推进高水平设施建设、拓宽生态应用场景。

3.1 树立正确发展理念

树立正确发展理念需要妥善处理好两对关系。1）把握好“信息资源”与“生态资源”的关系。要深刻认识到信息资源在智慧林业发展中的奠基性作用，将其作为林业绿色化转型与可持续发展的导向性资源[22]。同时，要透彻理解信息资源与生态资源的转换关系，致力于以信息开发的“无限”突破生态资源的“有限”，即通过深度开发、有效利用信息资源来摆脱刚性的林业资源束缚和固有的林业生产方式，促使智慧林业向绿色低碳、集约优化转变。2）处理好“生态保护”和“生态建设”的关系。智慧林业的发展既要服务于生态保护，即通过信息技术与传统林业的有效融合，在林木资源监测、野生动物保护、森林防火、森林病虫害防治中发挥关键效用，又要在保护的前提下进一步合理开发、有效利用资源，继续开展生态建设，真正落实智慧林业的高质量、可持续发展。

3.2 推进高水平设施建设

推进高水平设施建设需要着眼于基础设施的建设和数据机制的健全两大方面。1）以云计算、物联网、大数据等新一代信息技术为抓手，加强智慧林业的基础设施建设。例如，加快林业专用传感器的研制与开发，加快新的无线通信技术和人工智能技术在物联网的应用等，有序推进以遥感卫星、无人机、北斗卫星导航系统等为核心构成的林业“天网”搭建，进一步提高数字技术在智慧林业中的渗透率[11]。2）健全数据保护和共享机制是完善数据治理体系、促进智慧林业发展的关键。推进数据共建共享机制的建立，强化数据汇聚整合，清除数据流通障碍，即通过统一共享标准、开发信息共享数据库、搭建无障碍通信系统，全面归集各级、各类林业数据，实现数据在全国各地间的互联互通。树立风险防范意识，加强数据安全保护，加快推进数据安全隐私、数据知识产权相关的立法，保障数据主体的合法权益，同时有效落实林业信息系统、林业网站等基础设施的安全维护。

3.3 拓宽生态应用场景

拓宽智慧林业的生态应用场景需要从智能监管、宣传教育两大场景切入。1）智慧林业的智能监管是生态应用的核心要义。林业人员要利用好RFID等各种智能传感器，GIS等各类空间信息技术，以及虚拟现实（Virtual Reality，VR）、人工智能（Artificial Intelligence，AI）等新兴技术，对森林资源、野生动物、森林防火等数据进行全面监管。构建森林资源动态监测体系，精确把握森林资源现状及变化动向，实现动态性、集约化管理。开展对野生动物的追踪与保护，研究它们的生活习性与活动规律，系统性分析其生存环境，针对性制订保护措施。加强智能化森林防火和森林病虫害防治，着力于实现林火的精准性识别、火势的仿真性模拟、扑救的智能化决策、灾后的科学性评估，以及病虫害的实时监测和远程诊断。2）推广新一代信息技术在生态文化宣传中的创新应用，注重以新媒体、新手段开展全方位的宣传推介，普及智慧林业相关知识，打造融合AR、VR技术的沉浸式体验场景，多层次、多方位提高全社会的生态保护意识。例如，通过VR技术模拟森林火灾现场，使公众能感同身受地体验森林破坏带来的后果，让生态保护理念深入人心。这种体验式教育比传统教育方法更具冲击力与说服力。或可借助大数据分析，精准定位宣传策略的效果，及时调整和优化宣传方案。通过用户行为分析，了解公众对各类宣传内容的接受度，进而迭代更新宣传内容，使之更契合公众的需求，提高宣传的针对性与实效性。加强跨学科合作，将林业科学与信息科技紧密结合，发挥各自优势。联合专家学者团队，共同筹划和落实宣传项目，彰显科技与自然和谐共生的理念。拓展智慧林业在生态文化宣传方面的应用，旨在利用科技的力量，更有效地影响人们的生态保护行为，从而共同构建绿色家园。只有不断探索与尝试，方能在现代信息环境中，找到最适宜的生态宣传之路。

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（责任编辑：张春雨）

作者简介：龚伟民（1970—），本科，助理工程师，主要从事生态保护修复。E-mail：1986990927@qq.com。