物聯網技術在林業中的應用研究綜述

　　摘要：物聯網技術隨著計算機及通信技術的發展應運而生，成為繼計算機、互聯網之后信息產業的又一次革命。對林業來說，物聯網關鍵技術的應用就是將信息技術和通信技術的高效融合，對林業信息進行采集、處理，從而推動林業信息化的進一步發展。通過對國內外物聯網技術在林業及相關產業中的應用研究現狀進行分析，探索物聯網技術在林業中的發展方向和趨勢。

　　關鍵詞：物聯網技術;林業信息化;應用研究

　　0引言

　　物聯網(IoT)是將信息傳感設備，如無線傳感、射頻識別、激光掃描以及全球定位等，按約定辦議將物品與互聯網結合在一起所形成一個新的智能網絡，把物品與互聯網相連接，以實現對物品的智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理的網絡，具有滲透性強、帶動作用大、綜合效益好的特點。對提升社會管理和公共服務水平，帶動相關學科發展和增強技術創新能力，推動產業結構調整和發展方式轉變具有重要意義。我國已將物聯網作為戰略性新興產業的重要內容，并進行了明確部署。2011年，國家林業局被列為首批國家物聯網應用示范部委之一，有力地促進了林業物聯網的建設與應用。

　　為推動林業物聯網健康有序發展，實現物聯網技術與林業相關業務高度融合，有力支撐林業資源監管、營造林業管理、林業災害監測、林業生態監測、林業產業、林產品質量安全監管等各類業務⑴。目前，林業信息化基礎設施條件有了改善，信息采集和傳輸能力明顯增強，實現跨區域、集成化、規模化的物聯網應用，推動林業智能化持續快速發展。1物聯網關鍵技術概述物聯網的應用越來越多，特別是在智慧城市、工業、安防、交通等領域，都取得較好的成就，其相關技術的難點也越來越高。要推動物聯網產業更好地發展，必須從低功耗、高效率、安全性等方面出發，以下幾項關鍵技術的應用變得更加重要、更加嚴格。

　　1.1射頻識別技術

　　一種通信技術，可通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據，而無需識別系統與特定目標之間建立機械或光學接觸。其相當于物聯網的“嘴巴”，負責讓物體說話。射頻識別(radiofrequencyidentification，RFID)主要的表現形式就是RFID標簽，具有抗干擾性強、識別速度快、安全性高、數據容量大等優點;主要工作頻率有低頻、高頻以及超高頻。

　　1.2傳感器技術

　　能感受規定的被測量，例如溫濕度、電壓、電流，并按照一定的規律轉換成可用輸出信號;相當于物聯網的“耳朵”，負責接收物體“說話”的內容，例如應用于生活中空調制冷劑液位的精確控制、數字醫療捕捉電壓信號等。其技術難點在于惡劣環境的考驗，當受到自然環境中溫度等因素的影響，會引起傳感器零點漂移和靈敏度的變化。

　　1.3無線網絡技術

　　當物體與物體“交流”時，就需要高速、可進行大批量數據傳輸的無線網絡，無線網絡的速度決定了設備連接的速度和穩定性。若無線網絡的速率太低，就會出現設備反應滯后或者連接失敗等問題。目前，使用的大部分網絡屬于4G.5G作為第五代移動通信技術，將把移動市場推到一個全新的高度，而物聯網的發展也因其得到很大的突破。

　　1.4人工智能技術

　　研究、開發用于模擬、延伸和擴展人的智能的理論、方法、技術及應用系統的一門新的技術科學。人工智能(artificialintelligence，AI)雖然也是現在熱門研究之一，但與物聯網密不可分，AI技術相當于物聯網的“大腦”，負責學習與思考，研究領域有智能機器人、虛擬現實技術與應用、工業過程建模與智能控制、機器翻譯、知識發現與機器學習等。

　　1.5云計算技術

　　將一些相關網絡技術和計算機發展融合在一起的產物，提供動態的可伸縮的虛擬化資源的計算模式，具有十分強大的計算能力，高達每秒10萬億次的運算能力，可以模擬核爆炸、預測氣候變化和市場發展趨勢。同時它也具有超強的存儲能力，同樣相當于物聯網的“大腦”，具有計算和存儲能力。如今物聯網的發展速度飛快，這五大關鍵技術的發展變得尤其重要，發揮各項技術的優勢，突破技術的相關難點，從而帶來物聯網的進一步發展。

　　2物聯網技術在林業中的應用研究現狀

　　2.1林業物聯網的總體架構

　　林業物聯網總體架構山包括3個層次、2個體系。3個層次分別為感知層、網絡層、應用層(包括應用支撐子層和應用子層);2個體系分別為標準規范體系、安全與綜合管理體系。

　　2.2物聯網技術在林業中的應用現狀

　　目前國內外文獻的研究，主要集中在物聯網技術在木材運輸及管理、林產品物流、林產品信息系統、智慧林業等領域，但以物聯網技術與林業相關產品運輸、林產品信息系統及管理、智慧林業等方面較多，下面就這三個方面進行綜述。

　　2.2.1林業相關產品運輸領域應用現狀

　　隨著物聯網技術的普及，出現了各種感知技術。因此，需要引入一種快速感知木材及相關林產品數量的物聯網技術，這樣能夠提高監管效率，加強監管力度，特別是保證了運輸檢查的透明度。文獻[2，3]利用基于北斗技術的云端軌跡檢查和基于物聯網的圖像識別技術，設計了木材運輸軌跡儀以及分析木材運輸車輛的堆壘面照片，這類技術的開發，能有效降低林區運輸執法檢查的成本，打擊各類軌跡類木材違法運輸行為，也可用于各檢查點檢測數據的相互比對，從而發現半途非法運輸木材的行為，實現木材運輸全電子監督管理在木材采伐運輸過程中，必須經歷木材檢尺和運輸證辦理等流程管理，通過采用物聯網技術，能夠實時采集并處理伐區現場的木材檢尺數據，提高林業站點辦理運輸證的效率，同時能夠提供木材數據的檢驗、對賬、分析等功能“。

　　另外，在木材運輸和管理過程中，往往會存在著亂砍濫伐、偷伐、少批多伐、偷卸木材、執法不嚴、信息化管理水平不高等問題，采用物聯網技術，對林區內的木材砍伐、切割成圓木、進出林場、儲木場，最后進行運輸的過程進行全程監管，大幅提高林區作業效率，提升木材的監管水平⑸。利用物聯網技術和Web技術的結合，也可以針對目前木材運輸管理中存在的問題，提出物聯網木材運輸系統結構模型，在此模型基礎上可以設計一系列系統功能，從而提高木材運輸管理水平⑹。

　　2.2.2林產品信息系統及管理應用現狀

　　林業信息化是現代林業科學發展的支柱和目標，物聯網技術的發展與成熟，必將極大提高林業信息化的水平和程度。為了有效打擊過度砍伐、私運及收購木材，文獻[7]引入了物聯網中的射頻集成電路技術RFIC，研發了一種木材產品物流管理系統，能夠適應當前中國林區信息通訊困難的現狀，將木材相關物流信息存入RFTC卡，隨車同行，同時還具有一定的加密能力，防止數據被篡改而造成的偽造木材運輸單的行為。作為物聯網中的關鍵技術之一，RFID技術在林產品信息系統中的應用非常廣泛。

　　RFID電子標簽信息采集和識別系統、數據網絡服務器.RFID電子標簽讀寫器構成的現代木材管理系統，可以分析木材入庫、出庫、庫存盤點流程和管理程序，實現木材岀入庫和庫存盤點的自動化和智能化，并能提高木材倉儲過程中的準確率[8>9]o同時，對基于物聯網的木材管理系統體系、功能結構以及工作流程進行設計，能夠實現木材管理系統的智能化識別、跟蹤和監控，實現木材的集約化和現代化管理⑼O物聯網技術與木材等相關林產品物流信息的結合，也是很多學者研究的熱點。

　　文獻[11]將林產品物流與物聯網技術相結合，讓林產品攜帶含EPC代碼的射頻識別標簽，達到對林產品從采伐到銷售整個過程的有效監管，從而解決長期以來因為信息閉塞，產品積壓等導致林產品質量等級下降，成本增高的問題⑴]。另外，通過引入物聯網解決方案，利用彩信技術拍攝檢尺圖像.RFID技術抓拍運輸圖像、通用分組無線業務技術GPRS實現無線遠程通訊，指揮中心只要對比圖像，就可以監管大面積的木材物流過程[⑵。

　　文獻[13]通過建立傳感器、通信網絡、人工智能三大技術體系的框架，分析了林業物流中物聯網技術的現狀，同時還涉及到了物聯網在木材倉儲、運輸、林產品物流等方面的應用實例及發展趨勢〔⑶。為了應對國際綠色貿易壁壘，我們不僅要提高林產品質量，更應建立基于物聯網技術的林產品物流追溯系統。現在已經有了以近距離無線通訊技術NFC為快速追溯技術，搭建林產品追溯系統網站，消費者可以通過手機NFC軟件識別林產品上的RFIC卡，并點擊相應地網址鏈接到網站查看詳情，實現自主快速追溯查詢「⑷。

　　物聯網在林業信息應用領域也出現了新方向，對木材干燥及木材含水率的研究有了總體設計思路和一些技術要點。文獻[15，16]是無線傳感器網絡在木材干燥中的應用，設計了基于無線傳感器網絡的木材干燥監測系統，并介紹了系統總體結構、傳感器節點的硬件和軟件資源。該系統可實時、在線、精確獲取干燥窯各類環境參數⑷0木材含水率信息是工業木制品發展的重要因素，文獻[17]提出了一種基于物聯網的木材含水率測量與監測新方法，對捕獲的值執行實時可視化及永久存儲，從而了解用戶關于木材狀況的信息W〕。

　　2.2.3智慧林業應用現狀

　　2013年8月26日，國家林業局印發了《中國智慧林業發展指導意見》的通知，旨在推動包括物聯網在內的相關技術在林業中的應用。基于物聯網技術的智慧林業物流系統能夠提高林業物流效率，降低物流成本，減少林業物流系統碳排放量，提升木材產品的國際競爭力。文獻[18]重點介紹了國內在RFID車輛識別與抓拍、機器視覺木材運輸量識別、二維碼運輸執法監查和GPS車輛行為監查等物聯網關鍵技術在林業應用研究中的進展，并提岀智能可追溯系統、物流過程的可視化智能管理系統、智能化的企業物流配送中心和多種物聯網技術集成應用于智慧林業物流系統等，這些都將成為我國在本領域的研究方向〔⑻。

　　物聯網技術的應用對于推動林業智能化有著重要的作用，在林業信息化當中的應用已取得了不小的突破，利用其在林業信息采集與處理中的相關應用，可以充分發揮物聯網的重要作用[19'20：o同時，文獻[21]提岀為了做好林業信息的搜集、獲取、分析以及管理，將物聯網技術應用到林業的信息化管理中，借助多功能網絡與云計算平臺，通過網絡大數據的信息決策，充分發揮林業的價值，對實現經濟社會與生態環境之間的和諧有著重要的推動作用⑵。將物聯網技術引入茶葉物聯網、林業物聯網，為智慧農林物聯網應用的拓展也提供了新的思路宓)。

　　另外，還要關注到，未來物聯網技術在林業智能化中的發展也會像現在眾多農產品中的應用一樣普及〔即。基于物聯網、3G和3DGIS的森林監測傳感系統的森林信息采集，在現代智慧林業建設過程中發揮著重要作用。存在系統結構、無線多媒體傳感器節點設計和網絡中數據傳輸過程等關鍵問題，這些都為實吋、準確、自動、遠程地獲取林業綜合信息，實現智慧林業奠定基礎⑵O近年來，國外還有利用預測控制模型來改善哥倫比亞油棕種植園灌溉系統的計劃。該模型將來自互聯網的天氣預報作為一個新的變量，用于控制模型中，以在決定作物是否應該灌溉時加以考慮。

　　土壤濕度傳感器用于驗證決策是否正確，并將作物保持在所需的土壤濕度范圍內。以物聯網作為一項重要的技術，使得種植園有更好的生產力，這些都將是智慧林業的發展趨勢。

　　3結束語

　　物聯網是新一代信息技術的集成和綜合運用，具有滲透性強、帶動作用大、綜合效益好的特點。通過應用物聯網技術，及時發現林業及相關產業生產中存在的問題，并采取針對性的措施，有利于促進林業及相關產業向智能化、精細化、網絡化方向轉變，對于提高林業及相關產業的信息化水平、運輸效率、運輸過程及其他生產過程的監管力度等具有重要意義。因此，物聯網技術在林業及相關產業管理中的應用具有廣闊的前景，能夠促進我國林業及相關產業實現可持續發展。

　　參考文獻：

　　[1]溫戰強•《中國林業物聯網發展規劃(2013-2020年)》摘編[J].衛星應用，2015(7):60-65.

　　[2]黃梓琪，莊易鴻，林昕怡，等•基于北斗的木材運輸軌跡儀的開發[J]•福建電腦，2018，34(9)：29-30.

　　[3]林昕怡，歐志銘，鄭平杰•基于物聯網的木材運輸道路檢查站系統的設計[J]•福建電腦，2018，34(9):35-36.

　　相關論文投稿刊物：《物聯網技術》雜志是目前國內第一本經國家新聞出版總署批準，手續齊全的物聯網專業科技期刊。物聯網是繼計算機、互聯網之后世界信息技術的第三次革命，據美國獨立市場研究機構Forreter預測，物聯網所帶來的產業價值要比互聯網大30倍，將形成下一個上萬億元規模的高科技市場。

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