數字林業及其若干關鍵技術的研究

王維一

摘 要：當前我國信息技術的迅猛發展以及信息技術的應用，不僅改變了傳統經濟的支撐點，同時改變了人們認識自然、獲取信息的方法和手段，也改變了人們的生活習慣、思維方式和對生存環境的再認識。本文主要針對數字林業及其若干關鍵技術互相分析和討論。

關鍵詞：數字林業;關鍵技術;信息化

一、數字林業概述

“數字林業”是地球科學技術與信息科學技術、空間科學技術等現代科學技術與傳統林業工作交融的前沿學科，又是當代科學技術發展和林業生產、管理需求緊密結合的必然結果。“數字林業”屬于“數字地球”的應用范疇。由于林業資源的分布范圍廣、林地面積差異大，林業生產的管理與行政區域的管理密不可分，因此，從應用的區域范圍來分，應分為“國家數字林業”、“省級數字林業”、“地（市）級數字林業”、“縣（區）級數字林業”及“鄉（鎮）級數字林業”。 “數字林業”是對有關林業資源（植物、動物、土地等）、林業生產（造林營林、保護管護、病蟲防治、開發利用等）、林業管理（林政、資源等）等各類數據的獲取、存貯、處理、分析、查詢、預測、決策支持的一個系統總稱。“數字林業”的核心是全面應用“3S”技術。地理信息系統（GIS）、遙感技術（RS）和全球定位系統（GPS）為地球科學提供了全新的研究手段，導致了地球科學的研究范圍、內容、性質和方法的巨大變化，標志著地球科學的一場革命。和傳統的對地觀測手段相比，它的優勢表現在：提供了全球或大區域精確定位的高頻度宏觀影像，從而揭示了巖石圈、水圈、氣圈和生物圈的相互作用和相互關系，促進了地球系統科學的誕生。擴大了人的視野，從可見光發展到紅外、微波等波譜范圍，加深了人類對地球的了解;在遙感與地理信息系統基礎上建立的數學模型為定量化分析奠定了基礎。同時，還實現了空間和時間的轉移：空間上野外部分工作轉移到實驗室;時間上從過去、現在的研究發展到在三維空間上定量地預測未來。

二、數字林業中的關鍵技術

1、網絡技術

針對 “數字林業”中數據量大、用戶訪問多、傳輸速率高的要求，在網絡建設中必須滿足：遵循標準的規范和接口，具備開放性、擴充性和兼容性;網絡設備性能高，先進可靠。在網絡結構設計時，結合數據的分布式存放，可以將網絡按三個層次布局：一是各級各部門林業內部本地數據中心和信息系統運行的局域網;二是連接各部門和中心管理機構的廣域網;三是提供信息發布和社會化服務的國際互聯網。數字林業的各個應用系統和數據庫主要建立在廣域網的基礎上，廣域網以國家數字林業中心為核心，將國家、省、地區、縣以及各個管理部門、工程實施單位、企事業單位有機的聯系起來，實現信息遠程傳輸和交換。具體實現方法是以在國家級建立的數據交換中心為廣域網的中心節點，國家林業局和省級林業局為網絡的二級節點，地區級和縣級或其他單機用戶為網絡的三級節點和四級節點。在各層次節點之間使用衛星通信、高速寬帶、公共信息網或電話網等方式實現網絡連接。

2、可視化和虛擬現實技術

可視化技術是一種將抽象符號轉化為幾何圖形的計算方法 ，顯示方式主要分為二維和三維兩種。目前來講，二維的可視化方法發展時間較長并且已經成熟。“數字林業”的三維可視化是目前在林學和計算機圖形學領域研究的一個熱點，利用此技術可以對林地植被進行模擬，虛擬演示林地分布情況。而虛擬現實技術例如虛擬防火、虛擬病蟲害、虛擬林木生長等應用的實現，也對林業的管理和決策起著至關重要的作用。近年來，三維計算機圖形學發展迅速，新的理論和方法層出不窮，其在各行各業應用的深度與廣度也在日益增大。在林業方面 ，出現了相當多的植物生成算法和滿足各種要求的植物模型生成軟件 ，并且已經部分應用于林業研究領域。與此同時，在三維應用例如電腦游戲的推動下 ，實時圖形技術得到了非常快的發展，在場景的三維繪制和真實感表現中逐步出現了很多有效的實現方法。但是隨著模型和場景的復雜度的增長，對實時性和精確性的要求越來越高 ，這在林業可視化中依然是一個很大的挑戰。

3、數據挖掘技術

數據挖掘是一種信息處理技術 ，涉及數據庫技術、統計學、機器學習 、高性能計算、模式識別、神經網絡、數據可視化、信息檢索、人工智能等多個學科.其主要特點是對數據庫中的大量采集數據按照一定的方式進行抽取、轉換、分析和其他模型化處理，提取人們無法直接從原始數據中得知，但又隱含在其中的潛在有用的信息和知識，還可以通過對已知數據的分析，得到相關的未知數據 ，并以較高的準確度預測事件發生的概率和可能性。利用GPS、RS等技術獲取的圖像、文本或多媒體數據以及林業行業內部多年來所積累的大量原始采集數據和資料，都是直接對實體進行測量，并未解析數據中的相關性或反應出實體的特征，因此可以利用數據挖掘技術對“數字林業”的海量數據進行分析，從中挖掘出林業信息機理知識，進而認識森林系統的演化規律。建立基于此技術上的智能化信息平臺，可以參與森林資源與林業工程的規劃、分析與決策。對采集到的遙感影像用數據挖掘技術中的人工神經網絡方法、模糊數學方法、決策樹分類法等進行分類和信息抽析是研究的重點。此外 ，在已有的分類模型的基礎上，對遙感數據進行預處理和預估計，也是目前的研究熱點之一。

4、數據共享及互操作技術

為了讓“數字林業”的建設更具實用性和普遍性，數據共享是需要解決的核心問題之一。建立成熟健壯的“數字林業”系統，是需要在時間和空間上有豐富的數據積累和分析經驗做支持的。現有的數據因技術上的不斷更新和獲取時間段的不同 ，其保存方式和數據類型有著比較大的差異，這給數據共享帶來了一定的困難。解決數據共享問題，首先需要政策和行業的標準制定，統一規范數據獲取方式國已經制定了一系列的數據標準與數據交換標準。為“數字林業”的信息分類和編碼、數據格式、處理流程、設備配置等工作制定了一系列規范化文件，包括各種內涵及范疇的界定、名稱和術語，這樣既能規范管理大量的數據，又有利于信息檢索，便于在計算機上協同處理。在地理信息系統幾十年的發展和研究中，已經推出了為提供地理數據和地理操作的交互性和開發性的軟件開發規范OpenGIS可能。除了政策和行政的支持外，數據共享還需要技術上的規范 ，實現各系統、各層次之間的互聯接和互操作。互操作包括兩層含義：從狹義上說 ，它是在保持信息不丟失的前提下，從一個系統到另一個系統的信息交換能力;從廣義上講，它是指不同應用（包括軟、硬件）之間能夠動態地相互調用，并且不同數據集之間有一個穩定的接口。因此系統與系統之間、行業與行業之間、上下級（如國家級、省級、地區級和縣級）之間都需提供有數據轉換的接口，充分利用組件在應用系統集成中的作用，以達到信息無阻流通，防止瓶頸出現。

結束語

數字林業能夠將林業管理的過程中所體現的現代化水平合理提升，并且有效推動營林生產和森林資源保護等屬于林業的生產信息化進程。我國應加快數字技術在林業中的建設腳步，使我國林業得到全面發展，從而跟國際林業的信息化管理趨勢接軌。林業的可持續發展應具備科學化、信息化，它是滿足社會信息化時代要求的戰略行動，是現代林業建設中不可或缺的一項重要目標。

參考文獻：

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