《数字林业与其若干关键技术》
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摘 要：当前我国信息技术的迅猛发展以及信息技术的应用,不仅改变了传统经济的支撑点,同时改变了人们认识自然、获取信息的方法和手段,也改变了人们的生活习惯、思维方式和对生存环境的再认识.本文主要针对数字林业及其若干关键技术互相分析和讨论.
关键词：数字林业;关键技术;信息化
一、数字林业概述
“数字林业”是地球科学技术与信息科学技术、空间科学技术等现代科学技术与传统林业工作交融的前沿学科,又是当代科学技术发展和林业生产、管理需求紧密结合的必然结果.“数字林业”属于“数字地球”的应用范畴.由于林业资源的分布范围广、林地面积差异大,林业生产的管理与行政区域的管理密不可分,因此,从应用的区域范围来分,应分为“国家数字林业”、“省级数字林业”、“地（市）级数字林业”、“县（区）级数字林业”及“乡（镇）级数字林业”. “数字林业”是对有关林业资源（植物、动物、土地等）、林业生产（造林营林、保护管护、病虫防治、开发利用等）、林业管理（林政、资源等）等各类数据的获取、存贮、处理、分析、查询、预测、决策支持的一个系统总称.“数字林业”的核心是全面应用“3S”技术.地理信息系统（GIS）、遥感技术（RS）和全球定位系统（GPS）为地球科学提供了全新的研究手段,导致了地球科学的研究范围、内容、性质和方法的巨大变化,标志着地球科学的一场革命.和传统的对地观测手段相比,它的优势表现在：提供了全球或大区域精确定位的高频度宏观影像,从而揭示了岩石圈、水圈、气圈和生物圈的相互作用和相互关系,促进了地球系统科学的诞生.扩大了人的视野,从可见光发展到红外、微波等波谱范围,加深了人类对地球的了解;在遥感与地理信息系统基础上建立的数学模型为定量化分析奠定了基础.同时,还实现了空间和时间的转移：空间上野外部分工作转移到实验室;时间上从过去、现在的研究发展到在三维空间上定量地预测未来.
二、数字林业中的关键技术
1.网络技术
针对 “数字林业”中数据量大、用户访问多、传输速率高的要求,在网络建设中必须满足：遵循标准的规范和接口,具备开放性、扩充性和兼容性;网络设备性能高,先进可靠.在网络结构设计时,结合数据的分布式存放,可以将网络按三个层次布局：一是各级各部门林业内部本地数据中心和信息系统运行的局域网;二是连接各部门和中心管理机构的广域网;三是提供信息发布和社会化服务的国际互联网.数字林业的各个应用系统和数据库主要建立在广域网的基础上,广域网以国家数字林业中心为核心,将国家、省、地区、县以及各个管理部门、工程实施单位、企事业单位有机的联系起来,实现信息远程传输和交换.具体实现方法是以在国家级建立的数据交换中心为广域网的中心节点,国家林业局和省级林业局为网络的二级节点,地区级和县级或其他单机用户为网络的节点和四级节点.在各层次节点之间使用卫星通信、高速宽带、公共信息网或电话网等方式实现网络连接.
2.可视化和虚拟现实技术
可视化技术是一种将抽象符号转化为几何图形的计算方法 ,显示方式主要分为二维和三维两种.目前来讲,二维的可视化方法发展时间较长并且已经成熟.“数字林业”的三维可视化是目前在林学和计算机图形学领域研究的一个热点,利用此技术可以对林地植被进行模拟,虚拟演示林地分布情况.而虚拟现实技术例如虚拟防火、虚拟病虫害、虚拟林木生长等应用的实现,也对林业的管理和决策起着至关重要的作用.近年来,三维计算机图形学发展迅速,新的理论和方法层出不穷,其在各行各业应用的深度与广度也在日益增大.在林业方面 ,出现了相当多的植物生成算法和满足各种要求的植物模型生成软件 ,并且已经部分应用于林业研究领域.与此同时,在三维应用例如电脑游戏的推动下 ,实时图形技术得到了非常快的发展,在场景的三维绘制和真实感表现中逐步出现了很多有效的实现方法.但是随着模型和场景的复杂度的增长,对实时性和精确性的要求越来越高 ,这在林业可视化中依然是一个很大的挑战.
3.数据挖掘技术
数据挖掘是一种信息处理技术 ,涉及数据库技术、统计学、机器学习 、高性能计算、模式识别、神经网络、数据可视化、信息检索、人工智能等多个学科.其主要特点是对数据库中的大量采集数据按照一定的方式进行抽取、转换、分析和其他模型化处理,提取人们无法直接从原始数据中得知,但又隐含在其中的潜在有用的信息和知识,还可以通过对已知数据的分析,得到相关的未知数据 ,并以较高的准确度预测事件发生的概率和可能性.利用GPS、RS等技术获取的图像、文本或多媒体数据以及林业行业内部多年来所积累的大量原始采集数据和资料,都是直接对实体进行测量,并未解析数据中的相关性或反应出实体的特征,因此可以利用数据挖掘技术对“数字林业”的海量数据进行分析,从中挖掘出林业信息机理知识,进而认识森林系统的演化规律.建立基于此技术上的智能化信息平台,可以参与森林资源与林业工程的规划、分析与决策.对采集到的遥感影像用数据挖掘技术中的人工神经网络方法、模糊数学方法、决策树分类法等进行分类和信息抽析是研究的重点.此外 ,在已有的分类模型的基础上,对遥感数据进行预处理和预估计,也是目前的研究热点之一.
4.数据共享及互操作技术
为了让“数字林业”的建设更具实用性和普遍性,数据共享是需要解决的核心问题之一.建立成熟健壮的“数字林业”系统,是需要在時间和空间上有丰富的数据积累和分析经验做支持的.现有的数据因技术上的不断更新和获取时间段的不同 ,其保存方式和数据类型有着比较大的差异,这给数据共享带来了一定的困难.解决数据共享问题,首先需要政策和行业的标准制定,统一规范数据获取方式国已经制定了一系列的数据标准与数据交换标准.为“数字林业”的信息分类和编码、数据格式、处理流程、设备配置等工作制定了一系列规范化文件,包括各种内涵及范畴的界定、名称和术语,这样既能规范管理大量的数据,又有利于信息检索,便于在计算机上协同处理.在地理信息系统几十年的发展和研究中,已经推出了为提供地理数据和地理操作的交互性和开发性的软件开发规范OpenGIS可能.除了政策和行政的支持外,数据共享还需要技术上的规范 ,实现各系统、各层次之间的互联接和互操作.互操作包括两层含义：从狭义上说 ,它是在保持信息不丢失的前提下,从一个系统到另一个系统的信息交换能力;从广义上讲,它是指不同应用（包括软、硬件）之间能够动态地相互调用,并且不同数据集之间有一个稳定的接口.因此系统与系统之间、行业与行业之间、上下级（如国家级、省级、地区级和县级）之间都需提供有数据转换的接口,充分利用组件在应用系统集成中的作用,以达到信息无阻流通,防止瓶颈出现.
结束语
数字林业能够将林业管理的过程中所体现的现代化水平合理提升,并且有效推动营林生产和森林资源保护等属于林业的生产信息化进程.我国应加快数字技术在林业中的建设脚步,使我国林业得到全面发展,从而跟国际林业的信息化管理趋势接轨.林业的可持续发展应具备科学化、信息化,它是满足社会信息化时代要求的战略行动,是现代林业建设中不可或缺的一项重要目标.
参考文献：
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林业和农业引用文献:
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