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摘要：智慧林業是應用多種監測技術構建遍布整個林業體系的信息網絡，實現各種林業資源的感知化、林業信息的物聯化和林業管理的智能化，通信技術在智慧林業建設中發揮著基礎性關鍵作用。文中在概述智慧林業研究最新進展基礎上，根據現代通信技術的發展趨勢，綜述了有線通信、微波通信、衛星通信和移動互聯網等技術在我國智慧林業建設中的應用進展，以及移動互聯網和物聯網相結合的傳感器網絡通信系統及電信傳輸網絡系統在林業上的應用，探討了通信技術在智慧林業建設中存在的不足和今后的發展方向。

關鍵詞：智慧林業，通信技術，移動互聯網，無線通信

隨著新一代信息技術的高速發展，“智慧地球”在國民經濟各行業應運而生，林業也從“數字林業”向“智慧林業”轉變。智慧林業要求林業信息感知化、物聯化和智能化，要求林業信息傳輸的互聯互通和安全快捷，因此，通信技術在智慧林業建設中起到基礎性關鍵作用。當前微波通信、衛星通信和移動互聯網通信等技術的迅速發展，為建立高效的林業信息傳輸系統提供了有效手段。以信息感知、傳輸和交換模式來建立高效的通信網絡，從而實現智慧林業的功能。本文在介紹智慧林業產生背景、內涵和關鍵技術的基礎上，根據現代通信技術的發展趨勢，概述微波通信、衛星通信和移動互聯網等技術在我國智慧林業中的應用進展，分析通信技術在智慧林業應用實踐中存在的不足，探討現代通信技術在今后智慧林業應用中的發展方向，以期為我國林業信息化和智慧林業建設提供決策參考。

1智慧林業概述

智慧林業是指充分利用新一代信息技術（云計算、物聯網、大數據、移動互聯網等），通過感知化、物聯化、智能化等途徑，形成林業立體感知、管理協同高效的林業發展新模式，是“智慧地球”概念在林業領域的創新發展[1-2]。自2008年IBM首次提出“智慧地球”理念以來，全球涌現出一股智慧化發展的浪潮，智慧化發展理念推動了我國林業信息化發展，我國林學家也提出了智慧林業概念[3-4]。智慧林業是在林業信息數字化、感知化、互聯化、智能化基礎上，實現林業資源的一體化、協同化、生態化和最優化[4]。林業信息資源數字化要求實現安全、智能、高效地采集、傳輸、存儲和共享林業信息；林業資源感知化要求利用高效智能的傳感器來實時獲取林業數據信息，相互感知林業生態系統中的各種資源；林業信息傳輸互聯化要求建立安全、貫通、高效的林業信息傳輸系統；林業系統管控智能化要求利用大數據、物聯網等技術，實現林業信息的智能化采集、運算和管理，并利用各種自動化技術實現林業管理服務的智能化；林業體系運轉一體化要求整合林業信息系統，并融入到智慧企業、智慧農業和智慧城市等多種信息系統中，實現社會整體的融合發展[5-6]。智慧林業將在數字林業基礎上，應用新一代信息技術（云計算、大數據、物聯網、3S技術、移動通信）來實現林業的智慧感知、移動互聯、協同管理和智能服務[7]。智慧林業的基本要求是林業信息資源的互聯互通，構建遍布整個林業體系的信息網絡，實現信息快捷傳輸、交互共享和安全可靠。因此，通信技術在智慧林業建設中發揮著極其關鍵作用，只有建立完備的通信網絡和完善的通信技術，才能保證林業信息的感知、傳輸、運算和共享，才能保證林業資源的綜合監測、智能防控、應急指揮、移動辦公和科學決策[8]。智慧林業是未來林業發展的必然趨勢。2013年8月國家林業局印發了《中國智慧林業發展指導意見》，表明我國林業信息化步入了智慧林業發展的新階段。

2通信技術在智慧林業中的應用進展

現代通信技術開始向網絡構建標準化、管理服務智能化、信息傳輸高效化、通信網絡綜合化方向發展[7]，現代通信技術是智慧林業發展的關鍵技術支撐，在智慧林業建設中具有廣泛的應用前景。通信技術主要包括有線通信、無線微波通信、衛星通信和移動互聯網通信等，下面分別介紹這些通信技術在智慧林業中的應用情況。

2.1有線通信技術

有線通信技術是指利用電話線、電纜和光纖等介質來傳輸信息的通信技術，是最基本也是最可靠的通信手段。隨著程控數字交換技術的發展，有線通信能較4為安全便捷地實現互聯網接入、視頻通話和圖文數據傳遞。有線通信技術，尤其是光纖通信技術在林業綜合辦公系統、林業云計算平臺及林業下一代互聯網建設中得到較好運用，具有傳輸效率高、技術安全等優點[9]。2009年我國改進了各省的林業光纖局域網，基本建成了覆蓋全國省級林業部門和國家林業局直屬單位的林業信息專網。我國林業下一代互聯網在現有國家林業信息專網基礎上，將采用有線通信技術構建具有管控和網絡服務等功能的IPv6網絡系統，聯接國家、省、市、縣4級林業網絡架構，以滿足林業系統日益擴大的各類業務模塊和大數據量遙感影像、GIS數據、音視頻數據等通信及傳輸需要。有線通信網絡不僅在構建林業信息服務網絡上應用廣泛，而且在防災監測、資源監測方面發揮了重要作用[10]。劉亞榮等[11]利用光纖通信構建了基于分組傳送網的山林防災監控系統，并利用光纖傳感器對林地溫度、濕度、易滑坡部位進行監測。由于受林區自然條件的限制，在林區架設電纜、雙絞線和光纖等傳輸介質線路困難，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，有線通信技術在林業的應用也存在著很大的局限性。

2.2微波通信技術

微波通信是直接使用微波作為介質進行的無線通信手段，主要適用于2點間直線距離內無障礙的通信，具有容量大、質量高和通過中繼站能長距離傳輸等優點。我國林業部門在上世紀末曾利用世行貸款在黑龍江、內蒙古等林區建立了多個微波通信防火工程。大興安嶺林區建設了微波通信站30個，可滿足雷電探測、氣象自動預報、數據處理、計算機聯網等多種通信需求，增強了林區森林防火、通信指揮和生產調度能力[12]。美國、歐洲等開發了多種基于微波通信的森林資源監測系統，包括POLSAR、ALOS-PALSAR、TanDEM-L、TerraSAR-X、RADARSAT-2、TanDEM-X、DESTINY等微波雷達監測系統；德國開發了依賴微波的Fire-watch森林火災自動預警系統[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，需要依賴于衛星系統中繼轉發。

2.3衛星通信技術

衛星通信是指利用地球衛星作為中繼站轉發微波信號的無線通信技術，具有通信覆蓋區域大、通信距離遠等優點；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，可實現較大范圍內的多邊通信；工作頻帶寬、通信5容量大，適于音頻、視頻、圖像等多種數據的高速傳輸，可靠性高。基于上述優點，近年來衛星通信技術在林業上得到廣泛應用。林業部門開始使用“動中通衛星移動通信系統”和“IPSTAR衛星寬帶通信系統”等來應對林區地震、泥石流等突發地質災害和森林防火應急指揮的通信需求[14]。上述衛星通信系統結合地面通訊指揮車或中心站，可有效地進行高速互聯網接入、數據通信、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星巡回監測系統實時監測林區溫度來進行林火預警[15]。在智慧林業建設中，衛星通信技術結合3S技術、傳感器技術和計算機技術能夠高度集成對空間信息進行采集、傳輸、處理和應用。我國自主開發的“北斗衛星導航系統”已林業部門得到廣泛應用，有些單位還整合了北斗衛星導航系統、互聯網、無線通信網和物聯網等技術，構建了森林防火綜合指揮調度系統，為林業資源監測、林火指揮、安全管理和生產調度等提供技術支撐。

2.4移動互聯網通信技術

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

3通信技術在智慧林業中應用存在的問題和發展展望

雖然現代通信技術的迅猛發展為林業信息的互聯互通提供了有效保障，實現了信息的快捷傳輸和交互共享。但其在智慧林業建設中的應用還存在不足，主要表現為：1）林區移動互聯網通信技術覆蓋度很低，接入傳感器和物聯網的水平較低，尚不能實現通信技術在林區的全面覆蓋；2）無線寬帶通信技術、新一代移動互聯網技術、物聯網技術和現有林業基礎數據庫在大數據、云計算方面的整合程度不夠，沒有構建一體化的信息感知與實時傳輸體系；3）智慧林業建設缺乏全國統一的標準，不同地方的系統采用不同開發平臺、操作系統和數據庫管理系統，很難實現互聯互通，導致形成了無法互通的信息孤島；4）智慧林業系統內部信息的互聯互通與資源共享導致信息系統數據面臨泄露威脅，對智慧林業的信息安全戰略重視不夠。針對通信技術在智慧林業中應用中存在的不足，今后在智慧林業建設中應加強以下方面工作：1）加強林區無線網絡覆蓋，提升林業資源的實時監測水平，推動移動互聯網和物聯網的整合[28]。林區無線網絡的全面覆蓋是物聯網和智能設備在林區應用的網絡基礎，可選擇一些基礎條件好的林區推進無線網絡建設，提高其無線通信能力。林區無線網絡應以公眾網為主，鼓勵網絡資源安全共享[29]。2）要加快林業監測信息與現有公共基礎信息、林業基礎信息、林業專題信息及政務辦公信息等共享和大數據、云計算整合，提高林業資源的監測效率和應急感知處理能力。隨著北斗衛星導航系統、林業遙感衛星、無人遙感飛機等監測感知手段的整合，實時提供林業資源監測所需各類遙感信息和位置數據的能力將得到極大提升。3）要整合無線寬帶通信技術、新一代移動互聯網技術、3S技術和物聯網技術，構建一體化的信息感知與實時傳輸體系，這是智能林業物聯網的發展方向。使物聯網技術實現從林木感知、動植物感知、林區環境感知到整個林區的綜合化智能監測感知網絡，從而快速提高林業智能檢測、管理服務和決策支持水平。作為智慧林業建設的關鍵技術，下一代移動互聯網技術有著更為廣闊的發展空間。4）加快建立現代通信技術在智慧林業建設中應用的統一標準，采用同一開發平臺、操作系統和數據庫管理系統，實現信息資源共通與共享，并加強智慧林業信息系統的安全防范。

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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