转：林木信息智能获取与精细

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一、方案背景
由于林业在空间上的广阔性和时间上的长周期性，林木信息的精 细化、精确化、共享化程度较低，管理效率不足。通过射频识别（RFID） 技术、网络地理信息系统（Web GIS）、遥感及全球定位技术、无线传感网络技术、人工智能辅助识别技术等构建林木信息智能获取与精细 管理系统，提高林业信息管理水平，促进林业智慧化发展。
二、方案目标
（1）通过 RFID 技术形成林木的电子履历，并将每棵林木的具体位置通过地理信息地图进行直观的显示，建立完整、准确的树木信息数据库、地理信息数据库、养护履历数据库、林木流转数据库，实现对树木有效的“管”、“护”、“养”，为树木维护与监管提供有效的管理手段和智能决策依据，提高林木资源管理效率。
（2）通过 3S 技术（遥感、地理信息系统、全球定位系统）实现对林木群体生长态势（生物量、叶绿素、株高等）、病虫害的动态监 测，并生成相应的地理信息地图，直观显示一段时间内树木群的生长态势和病虫害发生情况。提高工作人员对林木群体的实时管控与预测预警水平。
（3）通过物联网技术与人工智能辅助技术的集成应用实现对林木个体生长发育与微环境的智能实时监测和防控，并实现数据可视化展示。通过视频监控与图像识别技术实现对林木个体样本或某一局部区域的长势监测，提取关键时期的图像数据，对林木生长进行动态跟踪与特征参数提取，从而实时监测林木的动态生长速率。通过传感器技术与无线传输技术实现对林木个体样本的生理监测以及周边区域的环境监测。通过病情、虫情、灾情等监测设备与图像识别技术实现林木生长区各采集点的病虫害、火灾等情况发生的智能监测预警，以最大程度的避免经济损失。决策者可通过远程平台进行数据的在线查看、统计分析、列表及图表展示。
三、方案内容
1、基于 RFID 的林木信息管理系统
基于 RFID 的林木信息管理系统包括无线式 RFID 高频读写器、特制 RFID 电子标签、移动数据传输终端、WEB 应用服务器。通过将RFID 电子标签嵌入到树木中，利用 RFID 手持式读写终端对树木的相关属性进行数据采集与维护，然后通过 RFID 中间件传送到后台的林木地理信息数据库中，通过 Web 应用程序显示在集成的 Web GIS 系统中，从而实现对林木资源的精细化、信息化管理。采用 RFID 技术对数量庞大的林木进行唯一化标识，实现对林木资源的准确、快速识别，由于 RFID 技术支持非可视识别，移动识别和多目标识别，在林木信息登记、清查、维护的过程中可以极大提高管理效率，配合定位系统可快速找到目标林木并执行相应的管理任务。引入 RFID 技术，使每棵林木都有自己的唯一标识，有利于对每棵树木的基本信息、位置信息、养护信息等进行数据采集和分析。并通过 RFID 技术形成林木的电子履历，对每棵树木整个生长周期的信息都可以进行数据采集，有利于建立标准、精细的林木信息数据库。引入 Web GIS 技术，可以实现林木管理的可视化，能够找到园区中符合查询条件的任意林木的实际地点，并通过地理信息地图显示其具体位置以及每棵树木相关信息，能够实时收到现场工程维护的反馈信息，并在第一时间做决策。
(1)林木信息的智能存储
将园区林木的各类属性信息储存在后台数据库中，RFID 标签中仅存有唯一的标签编码，标签编码与每棵树木一一对应。一旦林木的属性信息、养护信息改变，系统可以通过手持式 RFID 读写器扫描相应的 RFID 标签对信息进行及时地更新处理，直接更改数据库数据， 而且当数据量大的时候，这样操作出错率极低，实现林木信息的智能存储。并且对历史林木数据进行归类储存，形成完整有序的林木资源档案。
(2)林木信息快速查询
系统可实现对不同科属的林木进行空间信息和基本信息的双向  查询，即通过地理信息能查到林木的基本信息、通过林木的基本信息也可以查到林木的地理信息。主要查询的方式有两种：一是根据地理位置查询，在地图上选择某一林木便可查询到该林木的具体数据；二是根据属性条件查询满足条件的数据，其中又分为模糊查询和高级查询，模糊查询是根据关键字或关键词查询信息，高级查询是根据多种 属性信息查询，并在 Web GIS 中显示地图具体位置。
(3)林木信息共享和远程利用
可实现对林木的基础数据进行增、删、改的操作，并留有查询指定林木数据的接口，实现林木信息的远程共享的功能。
2、林木群体长势与病虫害监测系统
（1）林木群体长势监测
以无人机遥感技术为主要手段，以“3S”系统（遥感、地理信息系统、全球定位系统）为支撑平台，实现对林木群体生长态势（生物量、叶绿素、株高等）的动态监测。采集林木生长区内的地面真值，并结合多源多时相多光谱、高光 谱植被指数进行林木长势动态监测和分析。 以地块单元为基础，通过加密网格（30m、15m、5m、2m、1m）地面观测，统计不同地块林木长势、品质参数的均值，最大值、最小值、极差，变异系数等指标，依据“小区——地块——区域”拓展模式，  采用地统计学及景观生态学中的尺度分析方法，筛选地块尺度内产量、长势表征参数；基于 LandsatTM、高分 2 号等中-高分辨率多光谱遥感数据，利用面向对象影像分析技术提取自然地块单元信息，监测关键生育期叶绿素、氮素、叶面积指数等长势信息空间分布特征。结合土壤养分、长势关键气象因子等数据，利用地统计学及空间统计学方法，基于遥感影像像素分析的长产量、长势特征提取模拟算法，实现长势监测与评价。
（2）林木群体病虫害监测与防护
一方面可通过构建目标区域林木病虫害高光谱预测模型，实现病 虫害的模拟试验与分析评价，从而辅助用户进行林木病虫害诊断评估 与管理决策。利用高光谱影像数据以及非成像高光谱数据进行数据分析处理，依据构建的高光谱监测模型对植株进行病虫害的自动识别， 进而实现对林木病虫害的监测预警功能，同时结合 GIS 技术，形成林区病虫害监测预警地图，实现对林木病虫害监测预报的及时性、科学性和准确性，更好地发挥病虫害监控预测系统的实用价值。
另一方面，通过地面布置病虫害监测样点，通过光谱反演，实现病虫害的监测，如发现重大疫情，可通过植保无人机来进行防控。
3、林木个体生长发育监测
（1）林木长势实时监测
选取代表性的样点部署林木生长视频监测系统，考虑到野外环境， 采用风光互补供电模式，设定好相应的时间间隔将目标林木的生长状况图像抓拍下来，并通过 4G 网络传输至云端，进行存储和分析。根 据采集的林木生长监测图像，提取关键生长阶段图像帧序列，通过图像识别算法，结合标尺，对林木进行动态跟踪与特征参数提取，提取叶片颜色、覆盖度，并实现林木生长速率的动态监测。同时，每个监测位点可实现实时视频的远程直播查看，便于管理人员及时发现问题并采取相应措施。
（2）林木生理生态实时监测
通过选取监测样点部署林木生理生态自动监测系统，包括空气温湿度传感器、风速风向、气压雨量、光合有效辐射传感器、冠层辐射、CO2、土壤温湿度传感器、电导率等环境传感器以及连续叶绿素荧光、叶面温度、茎秆温度、茎流、茎杆直径变化等生理传感器，配备太阳 能供电系统。可实现林木个体及周边环境的长时间连续监测，并通过 4G 网络进行数据的远距离传输。上传的数据可实时查看、在线下载、统计分析如每小时平均、每日平均、总计、最小值、最大值、数据相 关分析、回归分析）、图表展示（柱状图、走势图）等。
（3）林木病虫害实时监测
通过选取监测样点部署林木远程自动化虫情、病情监测系统， 实现林木个体样本及周边区域的病虫害实时监测。
通过智能虫情监测设备，可以无公害诱捕杀虫，绿色环保，同时利用移动无线网路，定时采集现场图像，自动上传到远端的物联网监控服务平台，工作人员可随时远程了解虫情情况与变化，制定防治措施。通过系统设置或远程设置后自动拍照将现场拍摄的图片无线发送至监测平台，平台自动记录每天采集数据，形成虫害数据库，以各种图表、列表形式展现给相关专家进行远程诊断。通过智能孢子捕捉仪收集随空气流动、传染的病害病原菌孢子及花粉尘粒，实时检测病害孢子存量及其扩散动态，为预测和预防病害流行、传染提供可靠数据。通过固定在测报区域内，定点观察特定区域孢子种类及数量，并通过图表、列表展现出来。
（4）林木防火实时监测
选取代表性的样点部署林木防火实时监测系统，考虑到野外环境， 采用风光互补模式进行供电。搭载的红外热成像重载云台可在零可见光度、强光源干扰、大监控范围等视野困难的场景下，实时检测出监控场景内火点位置，并联动报警输出，真正实现无人值守。内置的智能火点检测功能可实现多级火点检测，高效检测、减少误报。激光测距功能可实现火点快速、高效定位，最远可达 6km。
4、林业大数据综合管理平台
按照云平台基本架构和 SOA（面向服务的架构）理念，借助物联网、云计算、大数据等先进技术对林木生产、管理、经营、流通、服务等领域进行数字化设计、精准化运行和智能化控制管理， 建立覆盖全产业链的数据监测体系，从管理服务结构、终端布局设置、系统互联互通、垂直资源共享与管理功能覆盖等五个层面搭建起智慧林木精准管理服务平台，提升集全面感知、设备互联、协同优化、预测预警、精准执行于一体的整体解决方案供给能力。从而实现林业产业链、价值链、供应链的联通，提高林业生产智能化、经营网络化、管理高效化、服务便捷化的能力和水平，为管理部门决策、生产者经营管理及消费者提供高效便捷服务。
（1）应用门户：提供面向林木种植管理、环境监控、灾害预警等领域的服务。
（2）决策支持：利用人工智能辅助识别技术，结合对林木实时采集的数据进行分析形成的数据库和模型库，通过实时数据可视化与跟踪模块，实现林木资源信息的有效分析和高效管理。
（3）内容展现：提供专题数据可视化、远程诊断可视化等多种可视化应用展示以及带有地理分布、区域统计、梯度分布、密度分布多种空间分析方法的 GIS 地图应用展示，为用户分析思路提供不同的分析方法，多方面满足用户的分析需求。
（4）终端适配：提供对电脑、手机、平板、触摸屏、大屏幕等多种终端设备的内容资源展现支持，方便用户使用。