導語：通信技術(shù)在智慧林業(yè)建設的應用一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要：智慧林業(yè)是應用多種監(jiān)測技術(shù)構(gòu)建遍布整個林業(yè)體系的信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)各種林業(yè)資源的感知化、林業(yè)信息的物聯(lián)化和林業(yè)管理的智能化，通信技術(shù)在智慧林業(yè)建設中發(fā)揮著基礎性關鍵作用。文中在概述智慧林業(yè)研究最新進展基礎上，根據(jù)現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，綜述了有線通信、微波通信、衛(wèi)星通信和移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在我國智慧林業(yè)建設中的應用進展，以及移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)相結(jié)合的傳感器網(wǎng)絡通信系統(tǒng)及電信傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)在林業(yè)上的應用，探討了通信技術(shù)在智慧林業(yè)建設中存在的不足和今后的發(fā)展方向。

關鍵詞：智慧林業(yè)，通信技術(shù)，移動互聯(lián)網(wǎng)，無線通信

隨著新一代信息技術(shù)的高速發(fā)展，“智慧地球”在國民經(jīng)濟各行業(yè)應運而生，林業(yè)也從“數(shù)字林業(yè)”向“智慧林業(yè)”轉(zhuǎn)變。智慧林業(yè)要求林業(yè)信息感知化、物聯(lián)化和智能化，要求林業(yè)信息傳輸?shù)幕ヂ?lián)互通和安全快捷，因此，通信技術(shù)在智慧林業(yè)建設中起到基礎性關鍵作用。當前微波通信、衛(wèi)星通信和移動互聯(lián)網(wǎng)通信等技術(shù)的迅速發(fā)展，為建立高效的林業(yè)信息傳輸系統(tǒng)提供了有效手段。以信息感知、傳輸和交換模式來建立高效的通信網(wǎng)絡，從而實現(xiàn)智慧林業(yè)的功能。本文在介紹智慧林業(yè)產(chǎn)生背景、內(nèi)涵和關鍵技術(shù)的基礎上，根據(jù)現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展趨勢，概述微波通信、衛(wèi)星通信和移動互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)在我國智慧林業(yè)中的應用進展，分析通信技術(shù)在智慧林業(yè)應用實踐中存在的不足，探討現(xiàn)代通信技術(shù)在今后智慧林業(yè)應用中的發(fā)展方向，以期為我國林業(yè)信息化和智慧林業(yè)建設提供決策參考。

1智慧林業(yè)概述

智慧林業(yè)是指充分利用新一代信息技術(shù)（云計算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動互聯(lián)網(wǎng)等），通過感知化、物聯(lián)化、智能化等途徑，形成林業(yè)立體感知、管理協(xié)同高效的林業(yè)發(fā)展新模式，是“智慧地球”概念在林業(yè)領域的創(chuàng)新發(fā)展[1-2]。自2008年IBM首次提出“智慧地球”理念以來，全球涌現(xiàn)出一股智慧化發(fā)展的浪潮，智慧化發(fā)展理念推動了我國林業(yè)信息化發(fā)展，我國林學家也提出了智慧林業(yè)概念[3-4]。智慧林業(yè)是在林業(yè)信息數(shù)字化、感知化、互聯(lián)化、智能化基礎上，實現(xiàn)林業(yè)資源的一體化、協(xié)同化、生態(tài)化和最優(yōu)化[4]。林業(yè)信息資源數(shù)字化要求實現(xiàn)安全、智能、高效地采集、傳輸、存儲和共享林業(yè)信息；林業(yè)資源感知化要求利用高效智能的傳感器來實時獲取林業(yè)數(shù)據(jù)信息，相互感知林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中的各種資源；林業(yè)信息傳輸互聯(lián)化要求建立安全、貫通、高效的林業(yè)信息傳輸系統(tǒng)；林業(yè)系統(tǒng)管控智能化要求利用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，實現(xiàn)林業(yè)信息的智能化采集、運算和管理，并利用各種自動化技術(shù)實現(xiàn)林業(yè)管理服務的智能化；林業(yè)體系運轉(zhuǎn)一體化要求整合林業(yè)信息系統(tǒng)，并融入到智慧企業(yè)、智慧農(nóng)業(yè)和智慧城市等多種信息系統(tǒng)中，實現(xiàn)社會整體的融合發(fā)展[5-6]。智慧林業(yè)將在數(shù)字林業(yè)基礎上，應用新一代信息技術(shù)（云計算、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、3S技術(shù)、移動通信）來實現(xiàn)林業(yè)的智慧感知、移動互聯(lián)、協(xié)同管理和智能服務[7]。智慧林業(yè)的基本要求是林業(yè)信息資源的互聯(lián)互通，構(gòu)建遍布整個林業(yè)體系的信息網(wǎng)絡，實現(xiàn)信息快捷傳輸、交互共享和安全可靠。因此，通信技術(shù)在智慧林業(yè)建設中發(fā)揮著極其關鍵作用，只有建立完備的通信網(wǎng)絡和完善的通信技術(shù)，才能保證林業(yè)信息的感知、傳輸、運算和共享，才能保證林業(yè)資源的綜合監(jiān)測、智能防控、應急指揮、移動辦公和科學決策[8]。智慧林業(yè)是未來林業(yè)發(fā)展的必然趨勢。2013年8月國家林業(yè)局印發(fā)了《中國智慧林業(yè)發(fā)展指導意見》，表明我國林業(yè)信息化步入了智慧林業(yè)發(fā)展的新階段。

2通信技術(shù)在智慧林業(yè)中的應用進展

現(xiàn)代通信技術(shù)開始向網(wǎng)絡構(gòu)建標準化、管理服務智能化、信息傳輸高效化、通信網(wǎng)絡綜合化方向發(fā)展[7]，現(xiàn)代通信技術(shù)是智慧林業(yè)發(fā)展的關鍵技術(shù)支撐，在智慧林業(yè)建設中具有廣泛的應用前景。通信技術(shù)主要包括有線通信、無線微波通信、衛(wèi)星通信和移動互聯(lián)網(wǎng)通信等，下面分別介紹這些通信技術(shù)在智慧林業(yè)中的應用情況。

2.1有線通信技術(shù)

有線通信技術(shù)是指利用電話線、電纜和光纖等介質(zhì)來傳輸信息的通信技術(shù)，是最基本也是最可靠的通信手段。隨著程控數(shù)字交換技術(shù)的發(fā)展，有線通信能較4為安全便捷地實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)接入、視頻通話和圖文數(shù)據(jù)傳遞。有線通信技術(shù)，尤其是光纖通信技術(shù)在林業(yè)綜合辦公系統(tǒng)、林業(yè)云計算平臺及林業(yè)下一代互聯(lián)網(wǎng)建設中得到較好運用，具有傳輸效率高、技術(shù)安全等優(yōu)點[9]。2009年我國改進了各省的林業(yè)光纖局域網(wǎng)，基本建成了覆蓋全國省級林業(yè)部門和國家林業(yè)局直屬單位的林業(yè)信息專網(wǎng)。我國林業(yè)下一代互聯(lián)網(wǎng)在現(xiàn)有國家林業(yè)信息專網(wǎng)基礎上，將采用有線通信技術(shù)構(gòu)建具有管控和網(wǎng)絡服務等功能的IPv6網(wǎng)絡系統(tǒng)，聯(lián)接國家、省、市、縣4級林業(yè)網(wǎng)絡架構(gòu)，以滿足林業(yè)系統(tǒng)日益擴大的各類業(yè)務模塊和大數(shù)據(jù)量遙感影像、GIS數(shù)據(jù)、音視頻數(shù)據(jù)等通信及傳輸需要。有線通信網(wǎng)絡不僅在構(gòu)建林業(yè)信息服務網(wǎng)絡上應用廣泛，而且在防災監(jiān)測、資源監(jiān)測方面發(fā)揮了重要作用[10]。劉亞榮等[11]利用光纖通信構(gòu)建了基于分組傳送網(wǎng)的山林防災監(jiān)控系統(tǒng)，并利用光纖傳感器對林地溫度、濕度、易滑坡部位進行監(jiān)測。由于受林區(qū)自然條件的限制，在林區(qū)架設電纜、雙絞線和光纖等傳輸介質(zhì)線路困難，而且火災、泥石流和洪水等自然災害容易導致通信中斷。因此，有線通信技術(shù)在林業(yè)的應用也存在著很大的局限性。

2.2微波通信技術(shù)

微波通信是直接使用微波作為介質(zhì)進行的無線通信手段，主要適用于2點間直線距離內(nèi)無障礙的通信，具有容量大、質(zhì)量高和通過中繼站能長距離傳輸?shù)葍?yōu)點。我國林業(yè)部門在上世紀末曾利用世行貸款在黑龍江、內(nèi)蒙古等林區(qū)建立了多個微波通信防火工程。大興安嶺林區(qū)建設了微波通信站30個，可滿足雷電探測、氣象自動預報、數(shù)據(jù)處理、計算機聯(lián)網(wǎng)等多種通信需求，增強了林區(qū)森林防火、通信指揮和生產(chǎn)調(diào)度能力[12]。美國、歐洲等開發(fā)了多種基于微波通信的森林資源監(jiān)測系統(tǒng)，包括POLSAR、ALOS-PALSAR、TanDEM-L、TerraSAR-X、RADARSAT-2、TanDEM-X、DESTINY等微波雷達監(jiān)測系統(tǒng)；德國開發(fā)了依賴微波的Fire-watch森林火災自動預警系統(tǒng)[13]。但微波通信存在著造價較高、信號傳輸受電離層影響大、難以跨越高山和海洋等缺點，需要依賴于衛(wèi)星系統(tǒng)中繼轉(zhuǎn)發(fā)。

2.3衛(wèi)星通信技術(shù)

衛(wèi)星通信是指利用地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號的無線通信技術(shù)，具有通信覆蓋區(qū)域大、通信距離遠等優(yōu)點；能夠跨越高山、海洋而不受距離限制和陸地災害的影響；覆蓋面積大，可實現(xiàn)較大范圍內(nèi)的多邊通信；工作頻帶寬、通信5容量大，適于音頻、視頻、圖像等多種數(shù)據(jù)的高速傳輸，可靠性高?；谏鲜鰞?yōu)點，近年來衛(wèi)星通信技術(shù)在林業(yè)上得到廣泛應用。林業(yè)部門開始使用“動中通衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)”和“IPSTAR衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)”等來應對林區(qū)地震、泥石流等突發(fā)地質(zhì)災害和森林防火應急指揮的通信需求[14]。上述衛(wèi)星通信系統(tǒng)結(jié)合地面通訊指揮車或中心站，可有效地進行高速互聯(lián)網(wǎng)接入、數(shù)據(jù)通信、音頻視頻傳輸和電視電話會議等高通量通信傳輸。美國和加拿大主要采用衛(wèi)星巡回監(jiān)測系統(tǒng)實時監(jiān)測林區(qū)溫度來進行林火預警[15]。在智慧林業(yè)建設中，衛(wèi)星通信技術(shù)結(jié)合3S技術(shù)、傳感器技術(shù)和計算機技術(shù)能夠高度集成對空間信息進行采集、傳輸、處理和應用。我國自主開發(fā)的“北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)”已林業(yè)部門得到廣泛應用，有些單位還整合了北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、互聯(lián)網(wǎng)、無線通信網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，構(gòu)建了森林防火綜合指揮調(diào)度系統(tǒng)，為林業(yè)資源監(jiān)測、林火指揮、安全管理和生產(chǎn)調(diào)度等提供技術(shù)支撐。

2.4移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)

移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)是移動通信與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相融合的產(chǎn)物，是一種通過移動的無線通信技術(shù)接入互聯(lián)網(wǎng)的新型數(shù)字通信模式。在移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)支持下，用戶可使用PDA、智能手機、平板電腦等手持移動終端，通過移動無線網(wǎng)絡接入到互聯(lián)網(wǎng)中，進行視頻、圖像、語音和大數(shù)據(jù)通信業(yè)務。隨著3G和4G技術(shù)的快速發(fā)展，WiFi和Zigbee、藍牙、超寬帶等新一代數(shù)字超短波通信技術(shù)的成熟，構(gòu)建基于移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的網(wǎng)絡視頻監(jiān)控體系，為林業(yè)監(jiān)測管理、應急感知和辦公自動化提供了技術(shù)保障[16-17]。在林火監(jiān)測、森林旅游和野生動植物保護中，基于3G和4G技術(shù)的網(wǎng)絡監(jiān)控系統(tǒng)能有效構(gòu)建一套實施監(jiān)測的視頻監(jiān)控網(wǎng)[18]。近年來，國內(nèi)開發(fā)了大量基于移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的林業(yè)信息化系統(tǒng)。如基于Android系統(tǒng)的林業(yè)有害生物防治系統(tǒng)[19]，基于3G和GPS的林業(yè)資源實時監(jiān)測系統(tǒng)[20]，基于Zigbee網(wǎng)絡結(jié)合北斗通信技術(shù)的林火監(jiān)測系統(tǒng)[21]，基于移動終端和互聯(lián)網(wǎng)衛(wèi)星影像的林業(yè)資源三類調(diào)查系統(tǒng)等[16]，已初步具備智慧林業(yè)的雛形，代表著未來林業(yè)信息化的發(fā)展方向。目前，國內(nèi)外主要將移動互聯(lián)網(wǎng)通信與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合起來，構(gòu)建傳感器網(wǎng)絡通信系統(tǒng)和電信傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)，以滿足實時感知、信息短距傳遞和信息遠距離傳輸?shù)牧謽I(yè)綜合監(jiān)測網(wǎng)絡需要。傳感器網(wǎng)絡通信系統(tǒng)主要是依靠無線射頻識別技術(shù)（RFID）、近距離通信技術(shù)（NFC）、藍牙通信技術(shù)、紅外通信技術(shù)、超寬帶通信技術(shù)（UWB）、毫米波通信技術(shù)、ZigBee通信技術(shù)等[22]。RFID技術(shù)是一種基于射頻的無線識別通信技術(shù)，在歐洲和美國被廣泛應用于珍稀動植物監(jiān)測、木材儲運管理、森林資源監(jiān)測等方面，通過建立電子標簽來達到對森林資源的實時監(jiān)測和信息傳輸[23]。NFC通信技術(shù)可完成10cm范圍內(nèi)點對點數(shù)據(jù)的高頻無線傳輸，結(jié)合RFID技術(shù)將識別信息自動“虛擬連接”到藍牙和WiFi等移動設備上。藍牙通信技術(shù)可支持10m距離內(nèi)移動設備間的低成本通信，在手持移動終端上應用廣泛[24]。ZigBee通信技術(shù)是一種低成本、高效率、近距離的雙向可組網(wǎng)式無線通信技術(shù)，在林業(yè)信息通信系統(tǒng)上應用廣泛。ZigBee通信技術(shù)可高效地實現(xiàn)林業(yè)資源的定位監(jiān)測，如基于ZigBee技術(shù)設計的林火監(jiān)測系統(tǒng)、野生動植物保護系統(tǒng)、森林資源清查網(wǎng)絡等[25]。電信傳輸網(wǎng)絡系統(tǒng)主要采用WiFi通信技術(shù)、3G、4G和5G移動通信技術(shù)，具有覆蓋范圍廣、傳輸效率高等優(yōu)點，在林業(yè)監(jiān)測和資源管理中應用廣泛。例如，基于3G視頻技術(shù)的森林防火系統(tǒng)，基于WiFi的手持森林病蟲害監(jiān)測系統(tǒng)，基于3G、GIS和GPS的森林資源采集系統(tǒng)等[20,26-27]。盡管目前移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)發(fā)展極為迅速，但受林業(yè)發(fā)展水平和地理條件的限制，上述通信技術(shù)在林區(qū)的應用還較少，新一代3G和4G網(wǎng)絡覆蓋度低，缺乏多種傳感器、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)和移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的整合，限制了智慧林業(yè)建設的發(fā)展速度。

3通信技術(shù)在智慧林業(yè)中應用存在的問題和發(fā)展展望

雖然現(xiàn)代通信技術(shù)的迅猛發(fā)展為林業(yè)信息的互聯(lián)互通提供了有效保障，實現(xiàn)了信息的快捷傳輸和交互共享。但其在智慧林業(yè)建設中的應用還存在不足，主要表現(xiàn)為：1）林區(qū)移動互聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)覆蓋度很低，接入傳感器和物聯(lián)網(wǎng)的水平較低，尚不能實現(xiàn)通信技術(shù)在林區(qū)的全面覆蓋；2）無線寬帶通信技術(shù)、新一代移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和現(xiàn)有林業(yè)基礎數(shù)據(jù)庫在大數(shù)據(jù)、云計算方面的整合程度不夠，沒有構(gòu)建一體化的信息感知與實時傳輸體系；3）智慧林業(yè)建設缺乏全國統(tǒng)一的標準，不同地方的系統(tǒng)采用不同開發(fā)平臺、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，很難實現(xiàn)互聯(lián)互通，導致形成了無法互通的信息孤島；4）智慧林業(yè)系統(tǒng)內(nèi)部信息的互聯(lián)互通與資源共享導致信息系統(tǒng)數(shù)據(jù)面臨泄露威脅，對智慧林業(yè)的信息安全戰(zhàn)略重視不夠。針對通信技術(shù)在智慧林業(yè)中應用中存在的不足，今后在智慧林業(yè)建設中應加強以下方面工作：1）加強林區(qū)無線網(wǎng)絡覆蓋，提升林業(yè)資源的實時監(jiān)測水平，推動移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的整合[28]。林區(qū)無線網(wǎng)絡的全面覆蓋是物聯(lián)網(wǎng)和智能設備在林區(qū)應用的網(wǎng)絡基礎，可選擇一些基礎條件好的林區(qū)推進無線網(wǎng)絡建設，提高其無線通信能力。林區(qū)無線網(wǎng)絡應以公眾網(wǎng)為主，鼓勵網(wǎng)絡資源安全共享[29]。2）要加快林業(yè)監(jiān)測信息與現(xiàn)有公共基礎信息、林業(yè)基礎信息、林業(yè)專題信息及政務辦公信息等共享和大數(shù)據(jù)、云計算整合，提高林業(yè)資源的監(jiān)測效率和應急感知處理能力。隨著北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)、林業(yè)遙感衛(wèi)星、無人遙感飛機等監(jiān)測感知手段的整合，實時提供林業(yè)資源監(jiān)測所需各類遙感信息和位置數(shù)據(jù)的能力將得到極大提升。3）要整合無線寬帶通信技術(shù)、新一代移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、3S技術(shù)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，構(gòu)建一體化的信息感知與實時傳輸體系，這是智能林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展方向。使物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實現(xiàn)從林木感知、動植物感知、林區(qū)環(huán)境感知到整個林區(qū)的綜合化智能監(jiān)測感知網(wǎng)絡，從而快速提高林業(yè)智能檢測、管理服務和決策支持水平。作為智慧林業(yè)建設的關鍵技術(shù)，下一代移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)有著更為廣闊的發(fā)展空間。4）加快建立現(xiàn)代通信技術(shù)在智慧林業(yè)建設中應用的統(tǒng)一標準，采用同一開發(fā)平臺、操作系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，實現(xiàn)信息資源共通與共享，并加強智慧林業(yè)信息系統(tǒng)的安全防范。

作者:馬建浦 單位:北京郵電大學信息與通信工程學院

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