智慧林业研究前沿与展望——IUFRO第26届世界大会智慧林业议题综述

智慧林业是现代林业发展的重要方向,受到全球学者的广泛关注。基于IUFRO第26届世界大会的文本资料,利用python进行文本分析,分别从自然科学和社会科学视角,总结目前智慧林业领域研究热点和前沿问题。研究发现:(1)智慧林业研究聚焦数字化和智能化,实现森林的近实时、多尺度监测,评估生物多样性、森林健康、生态服务和碳储量等,利用智慧决策支持系统,提升决策质量和执行效率;(2)智慧林业不仅仅是技术的应用,更关注技术如何在提高效率、确保公平和制定合理政策中发挥作用;(3)智慧林业的未来研究和实践应更加重视跨学科的合作,确保技术的高效应用和社会经济效益的最大化。

我国智慧林业关键技术研究进展

我国林业信息化已经进入智慧林业阶段,新一代信息技术在智慧林业建设中发挥着重要的作用。本文围绕智慧林业的内涵和发展路径,提出智慧林业建设体系架构,分析智慧林业中物联网、3S和北斗导航、云计算、大数据、移动互联网等关键技术的研究现状,剖析存在的主要问题,探讨未来发展趋势及研究重点。研究表明,我国智慧林业关键技术研究存在基础设施不完善、技术成本较高、技术标准不统一、信息互联互通不强、数据质量不稳定、数据挖掘不深、技术融合集成不足和专业技术人才匮乏等主要问题。研究认为,林业数据挖掘与深层应用、林业云遥感大数据研究、林业块数据研究以及林业物联网、云计算和移动互联网的深度融合是我国智慧林业关键技术未来的发展趋势和研究重点。

一种计算机模拟的针阔林木抗风性能分析

自然界中的强风常常对树木造成不可逆破坏,分析强风穿过时树林内部的气流情况有利于评估树木的抗风性,更好地理解如何减轻风的影响。以阔叶树和针叶树为原型,提取了二者叶团簇和枝干构造的特点,建立两种结构不同的树木模型,组合成树林模型,在3个不同叶面积密度下进行风力作用下的仿真模拟实验。分别使用改进的k-ε双方程模型和k-ω双方程模型以设置风环境,并且用龙格-库塔法分析求解湍流模型。k-ε双方程模型下,当叶面积密度分别为1,5和10 m~2/m~3时,阔叶林背风侧20 m处的最低风速与入口风速相比下降了49.60%,67.23%和80.40%,针叶林分别为55.13%,68.90%和78.29%。k-ω双方程模型展示了阔叶树林内部风场的复杂性。结果表明,叶面积密度与树林挡风能力之间是非线性关系,树林的挡风能力随叶面积密度的上升而增强,增强到一定程度后上升幅度减缓。不同的树木结构会导致风场的变化,影响同等强度风荷载下的受损概率和挡风能力。叶面积密度高、树冠体积大的树木更容易在强风中受到损害。

基于TF-PointNet++的林木点云数据语义分割算法研究

【目的】林木点云数据具有边界模糊、空间分布不均的特点,经典PointNet++网络对林木点云邻域特征的关注有局限性,存在原点云的邻接关系未能捕捉全面、不能很好地进行分割的问题,因此改善对林木的分割效果十分重要。【方法】提出了一种基于Transformer-PointNet++的点云语义分割网络,在经典PointNet++网络的中间层引入了Transformer结构,利用自注意力机制优化特征提取,核心思想是将点云中的每个点作为输入,在下采样层以及输出层利用自注意力机制对点云进行全局的特征交互和信息聚合,改善了经典PointNet++对于邻域特征的信息关注。在此基础上,采用了开源ModelNet40点云集合和自建林木点云数据集,分别投入到经典PointNet++网络、DST-PointNet++、B-PointNet++和TF-PointNet++网络进行实验,用于测试改进后网络模型的效果。【结果】TF-PointNet++在开源ModelNet40数据集和自建林木点云数据集上皆有更好的表现。在ModelNet40上,OA达到了94.08%,较PointNet++提升了4.04个百分点;在自建数据集上,OA达到了82.52%,较PointNet++提升了26.24个百分点,mIoU达到了85.67%,提升了11.21个百分点。【结论】TF-PointNet++网络可以使模型更好地理解和利用整个点云的上下文信息,从而提升语义分割的准确性和全局一致性。本研究证明了TF-PointNet++网络在处理语义分割任务中的有效性和先进性,对于提升林木点云数据的语义分割效果具有重要意义。

地理信息系统在推进智慧林业发展中的应用

随着信息化技术的发展,林业信息化已经成为现代林业的重要标志。地理信息系统作为现代信息技术的重要分支,在智慧林业中的应用越来越广泛。本文从林业信息化到智慧化、数字林业到智慧林业转型的角度,结合工作实际,探讨地理信息系统在智慧林业中的应用,并展望未来的发展趋势。

物联网与智慧林业融合发展研究

随着社会的发展和科技的进步,物联网技术逐渐成为各个领域的关键。智慧林业作为一种新型的林业管理模式,通过物联网技术的应用,实现对森林资源的全方位监测和管理。该文旨在探讨物联网与智慧林业的融合,并分析其在林业管理中的应用和优势。

林业数字化时代下物联网技术的应用

本研究阐述了林业数字化技术的重要性,着重讨论了物联网技术在林业中的应用,包括林地监测、森林火灾预警、生态保护等,进一步探讨了物联网技术带来的诸多优势,如实时数据采集、远程监控和智能决策等,以及可能面临的挑战和问题,强调促进物联网技术与林业深度融合的重要性,并对物联网技术在林业数字化时代的发展趋势进行展望,旨在为物联网技术在林业振兴中的应用提供参考,为推动林业数字化进程提供思路和指导。

基于改进DeepLabv3+的林木图像分割方法

近年来,人们越来越重视森林资源管理规划,但是森林结构复杂、分布破碎,准确区分树木区域与非树木区域以及预测森林面积比较困难。针对森林区域提取困难、边界分割不精确的问题,提出改进的DeepLabv3+模型研究森林区域智能精准提取。首先,在编码器阶段使用CFF(cross feature fusion)模块融合主干网络与空洞卷积的多尺度低级和高级特征来获得高分辨率的掩码特征,有效地聚合多层次编码器特征;其次,在解码器阶段引入cSE(spatial squeeze and channel excitation)通道注意力模块,使模型能够更好地获取不同通道上的特征,提高网络的表现力使其关注到输入图像的边缘位置,从而提高分割准确率;最后,将卷积之后的深层特征与浅层特征进行融合,增强网络的分割性能。研究表明:基于改进的DeepLabv3+深度学习神经网络得到的森林类别平均像素准确率(mPA)达到了93.85%,平均交并比(mIoU)达到了89.17%,准确率(Accuracy)达到了95.66%,相较于原始DeepLabv3+网络分别提升了0.77%,1.8%和0.89%,模型参数量减少了48.84 M,检测速度FPS提升了17.93帧/s,检测效率更高,分割性能更好。

基于信息管理的一种虚拟森林景观构建及应用探讨

在分析不同尺度的森林可视化建模内容和技术特点的基础上,提出了一个基于信息管理的虚拟森林景观构造原理和技术体系.把过程建模技术与树木形态结构描述结合,提出了一种交互式、参数化的树木动态建模方法,给出了相应的绘制方法和几何体简化算法以实现加速实时绘制,并以福建省漳浦县为例,建立了典型树种的几何模型库.利用森林调查和遥感动态空间数据,借助地理信息系统ArcObject组件、图形环境OpenGL和Visual C++语言,开发了虚拟森林管理原型系统,实现森林二维/三维交互漫游、查询分析、森林生长仿真模拟,其真实感与模拟精度满足实际森林资源管理需求.最后给出了系统的典型用户界面以及在考虑竞争条件下马尾松自然生长模拟和人工间伐前后的虚拟景观对比的应用例子.

基于GIS的集体林森林资源信息管理系统的研制与开发

为研制森林资源信息管理系统 ,该文以浙江省淳安县大墅镇林业站为试点 ,以GIS为技术手段 ,研制开发了基于GIS的集体林森林资源信息管理系统 ,初步实现了适合我国南方集体林区以农户经营为特点的森林资源管理的信息化 .

“精确林业”的发展及其应用前景

概述了“精确林业”的内涵及其主要支撑技术 (包括 GPS、GIS、RS、DBMS、DSS、VRT等 )、操作过程和国内外研究现状 ,并对精确林业在中国的发展前景进行了探讨。

森林资源管理信息基础建设——森林资源基础信息管理系统的设计与实现

为提高森林资源经营管理水平 ,该文从系统和战略的角度 ,提出森林资源管理信息基础建设 (ForestResourceManagementInformationInfrastructure即FRMII)问题 .阐述了建立森林资源基础信息管理系统的原则和策略 .结合试验地的具体情况 ,设计且实现了一个基于GIS、面向网络的森林资源基础信息管理系统 .

三维可视化软件在辽东山区森林生态系统管理中的应用

利用三维可视化软件WCS6.0,结合林相图信息,构建了辽东山区普乐堡乡的虚拟森林景观,并模拟了4种经营管理方案(封育未成林幼抚、小面积皆伐、择伐和二次渐伐)下研究区林相的动态变化.结果表明:对幼龄林采取保育措施后,10～30龄长白落叶松的生长速度较快,大约以0.6m.a-1的速度生长,蒙古栎的生长速度稍慢,约为0.4m.a-1;小面积皆伐对林分的影响较大,二次渐伐其次,低强度的择伐对林分的影响最小.WCS能够直观地显示各种森林经营管理方案的后果,可以为森林经营决策提供科学依据.

3S技术在拉萨市森林植被调查中的应用

综合介绍了在西藏高寒生态条件下 ,利用 3S(RS、GIS、GPS)技术对拉萨市森林资源进行调查的可行性、技术路线及成果精度 ,并指出了

山东招远金矿区赤松针叶反射光谱红边的季节特征

对山东招远金矿区进行了赤松针叶反射光谱红边 3个特征波长参量λpr、λpg、λog随季节变化规律的研究 ,结果表明 ,矿区相对于背景区 ,3个特征波长参量在全年内均呈现不同程度的“蓝移” ,当年生叶和去年生叶分别以秋季和春季“蓝移”最大 。

F-star林场地理信息系统平台设计思想、功能及应用前景

为了满足当前基层林场生产任务和业务管理的实际需求,针对生产中面临的一些问题,提出了以组件式GIS为基础,建立F-star林场地理信息系统平台的构想,以实现森林资源的信息化管理.F-star林场地理信息系统平台包括森林资源数据管理功能模块、造林决策支持模块、林火管理功能模块和林业专题图制作功能模块4个能与林场日常管理业务高度集成的功能.同时该文还对平台建设的关键技术、开发平台以及应用前景作了详细介绍.

树体电容的生理学研究

以1年生107杨为研究材料,对树体干部电容和叶片电容的内在生理学基础进行研究。结果表明:树木叶片电容与单位质量叶片离子外渗液电导率、叶片细胞离子外渗百分率及叶片绝对含水率呈显著的正相关关系,与单位质量叶片总电导率呈显著的负相关关系;树木的干部电容与胸径、树皮相对膨胀度存在显著的正相关关系;在此基础上提出树木干部“单位电容”的概念,健康树木与衰弱树木的干部电容和单位电容存在明显差异。

基于MAPINFO的森林资源空间信息管理系统开发与应用

为了实现森林资源空间信息管理系统的应用 .该文结合五道河林场的实际资料 ,设计和实现了一个基于MAPINFO的森林资源空间信息管理子系统 .并对林业专题图制作 。

铜矿山地理信息系统(GIS)在资源管理中的作用

在众多资源中,矿产资源属于基础性资源,以铜矿资源为例,其是多个行业的重要生产原料。需要加强铜矿资源管理力度,应当充分发挥GIS的作用,全面掌握铜矿山的地质环境、气候特点、水文特征等,为矿山资源开采提供数据支持。

人工智能技术在林业工程建设中的应用进展

人工智能技术在林业工程建设中的应用,推动了传统森林植被监测与管理向智能化转型,显著提高了遥感影像解译的精度与效率。面对数据质量、模型泛化、系统可解释性及人工智能与传统林业管理融合所面临的挑战,笔者提出建立高质量大数据平台、深化算法研究、增强模型可解释性和拓展应用场景等优化策略,以实现林业管理的现代化。