“天空地”一體化林業監測預警體系
-林業信息化應用建設思路
1. 總體思路
依據國家制定的《林業發展“十三五”規劃》中提出要“加強生態監測評價體系建設”，“深化遙感、定位、通信技術全面應用，構建天空地一體化監測預警評估體系，實時掌握全國生態資源狀況及動態變化，及時發現和評估重大生態災害、重大生態環境損害情況。”基于全省林業現狀，結合當前林業科學前沿技術及產品解決方案，利用衛星遙感、無人機、物聯網、移動采集、通信技術，擬提出“全省信息化應用建設思路”，圍繞“天空地”一體化林業監測預警體系（下簡稱“體系”），設計解決當前林業監測預警實際業務需求的項目應用。2. 天空地一體化林業監測預警體系技術構成
利用天（衛星遙感）+空（無人機應用）+地（地面物聯網設備及移動APP），從多個維度，針對林業資源、森林防治、森林防火等業務需求進行一體化監測預警。- 2.1天-基于衛星遙感技術的林業監測預警
- 2.1.1當前遙感影像數據采集能力
目前由衛星數量上千顆，在林業監測上利用可見光、紅外、微波等探測儀器，通過攝影或掃描、信息感應、傳輸和處理，利用多空間、時間分辨率的不同傳感器衛星影像對大范圍的林區進行數據獲取、監測預警、災后評估。通過商業采購的方式獲取以美國Landsat系列衛星、WorldView系列衛星、德國RapidEye衛星為代表的眾多商業數據產品，涵蓋多分辨率（0.3米~30米）、多波段（可見光、遠紅外、近紅外波段）、多時相（重訪周期1天~30天），可實現大-中-微觀尺度的多源對地觀測影像解決方案。進口衛星影像截圖詳見附件1。隨著近年來國內遙感技術的發展，已形成以高分系列、北京二號、高景一號為代表的國產衛星對地觀測影像系列產品，相對于進口數據源，國產數據有國家產業扶持政策，具有更好的性價比，可降低數據建設成本。國產衛星遙感影像具體性能介紹及截圖見附件2。以高頻次氣象衛星遙感數據，如國產風云-4A氣象衛星數據、日本葵花8氣象衛星數據（中日氣象數據交換國際合作），通過數據綜合解譯，可實現高頻次（*高10分鐘一次）、高精度（500m空間分辨率）、高光譜分辨率（從可見光到長波紅外多光譜分辨率可識別高溫點、云雨、溫度等）、不間斷（地球同步軌道亞太地區全年不間斷連續觀測）林業災害監測服務。由于衛星遙感監測具備大范圍全時段的監測預警能力，是對傳統攝像頭、物聯網、人工防護等監測手段的有效補充。利用衛星遙感技術，與地理信息技術、衛星定位技術結合，利用省信息中心計算資源優勢，建立統一的數據標準體系，在省級林業部門建立全省尺度統一的衛星遙感影像本底圖，作為林業信息化建設，為整合、共享、管理及使用全省各類林業數據提供平臺基礎，提高各級林業部門的工作水平和服務質量，為林業宏觀管理決策提供科學依據，為林業信息服務提供支持，提高對林企、林農及社會公眾的服務能力。以山西省為例：- 建立全省遙感影像底圖數據庫
- 可結合門戶網站，將林業新聞、資源保護、信息公開、工作動態進行地圖化展示標注，提高信息化服務能力
區別于傳統林業資源普查業務，基于衛星遙感數據，通過引進成熟的技術產品或購買商業服務，可在大尺度上獲取全省資源分布情況，全面掌握全省生態資源狀況、植被覆蓋變化、生態格局動態；通過多期遙感影像對比，可早期主動發現林業資源變化斑塊，服務于各級林業管理部門，即使監測手段，也是事后評估依據，可用于如盜砍盜伐管理、保護區違建發現應用場景。 - 衛星遙感影像可作為林業各類業務數據及風險預警信息的展示底圖
可基于全省衛星遙感底圖，將各類林業應用成果進行數據匯總和可視化展示，便于省從全局掌握各部門業務開展情況及預警風險提示。 并隨著林業信息化水平的提升，以遙感影像為基礎，逐步將林業資源管理及各科室業務用圖專題數據統一匯總到統一數據平臺上，如自然資源地圖：森林分布圖、林相圖、土壤分布圖、森林資源產量、質量分布圖、野生動植物分布圖、病蟲害分布圖、降水分布圖、輻射量、日照量分布圖、熱量資源分布圖等；自然地理地圖：如地形圖、地貌圖、水系、流域分布圖等；社會經濟地圖：如交通分布圖、人口分布圖、資源消耗分布圖、居民點分布圖、木材加工利用分布圖等；森林經營地圖：如林業區劃圖、造林規劃圖、資源預測圖、森林火險等級分布圖、調查樣地分布圖、樹木種源規劃圖、森林資源評價圖、自然保護區規劃圖、森林公園規劃圖、環境保護規劃圖、土地利用圖等。利用國內外極軌氣象衛星、陸地資源衛星、地球靜止衛星、低軌衛星等多源、多顆衛星數據構建森林火災立體監測業務運行平臺，可實現森林火災的熱點判識，及早發現早期林火。特別是邊遠地區和人煙稀少地區的林火，利用衛星遙感的方式，可彌補偏遠地區常規火情監控的盲區，而且利用地球同步靜止氣象衛星數據，可每10分鐘獲取全省火點預警數據，時效性遠優于國家下發的每日火情預警，可以早發現早處置，降低森林火情損失。而且可以對已發現的林火，特別是重大林火蔓延情況進行連續跟蹤監測，為撲火提供服務，也可以為日常森林防火及航空護林提供氣象、地理信息，以制定預防方案、巡護計劃等。 衛星遙感熱紅外通道原始圖衛星遙感火點監測多通道合成圖
無人機監測相比衛星遙感，成本較低、操作簡單；能夠在惡劣條件下進行低空飛行監測；相比衛星遙感，森林資源數據獲取周期短，時效性高，實現實時監控，具備部署靈活、響應及時、可遠程操控、實時視頻回傳等功能，應用于林業有害生物防治、森林防火等工作中，可新購或利舊，將在全省各林業部門部署無人機設備統一建立一套無人機遠程指揮智能平臺。使用無人機專用APP實現飛行路徑遠程規劃、實時數據記錄到遠程服務器。使用無人機遠程控制智能平臺上進行可視化展示遠程控制監測設備，實現自動定時拍照，照片回傳，畫面對比分析，實時直播畫面查看。- 森林資源調查、森林動態變化、森林生物量估測——利用航空無人機局部小范圍影像更新 ，視頻照片實時獲取
- 森林火災監測：實現實時視頻監控及風向、風速、濕度等數據采集
- 森林病蟲害監測：巡護難到達區域巡檢、發生危害林區遙感數據獲取，勾畫標注，為森保防治提供基礎數據。
- 林業生態工程監測、監測：實時、定期進行視頻及影像數據的獲取，分析監測
林業有害生物的發生、森林火情與氣象條件密切相關。在異常氣候條件影響下，林業災害常常會出現多發、頻發的態勢，這不僅影響林木生長和森林生態功能的發揮，同時也制約著林農收入的提升和林區經濟的發展。高智能監測基站系統配套測報采集APP使用，實現多個環境參數的監測、獲取和回傳。小氣候信息采集系統實現與林業有害生物測報采集APP互聯，并將空氣溫度、空氣濕度、土壤溫度、土壤含水量、蒸發量、降雨量、風速、風向、光照度、光合有效輻射、氣壓、氨氣等可能影響林業病蟲害發生的氣候參數上傳至APP。通過小氣候信息采集系統，提高了監測預測的科學性、準確性和時效性，為有害生物的發生、森林火情的監測預警、科學防控提供了準確依據。 智能蟲情測報系統配套測報采集APP使用，二者相輔相成。蟲情測報系統利用現代光、電、數控技術，實現了蟲體遠紅外自動處理、接蟲袋自動轉換、整燈自動運行等功能。在無人監管的情況下，能自動完成誘蟲、殺蟲、收集、分裝、排水等系統作業。可增設風速風向、環境溫濕度、光照等多種傳感器接口，并通過GPRS將采集的蟲情數據遠程上報至測報采集APP和省級信息集中智能平臺，平臺通過分析采集的數據，以病蟲害發生情況。系統內置攝像頭圖像采集設備，可通過攝像頭實時采集接蟲盒內的圖像信息，并將采集數據實時回傳至測報采集APP和省級信息集中智能平臺。通過平臺遠程進行拍照、控制誘蟲燈開關、轉倉、加熱管開關、殺蟲倉和烘干倉清空等功能及其它工作模式的設置。儀器內置計數裝置，可以實時記錄蟲子數量并上傳至采集APP和省級信息集中智能平臺。 為基層林業管理人員分發手機移動端APP，集成四大類功能：加載林區影像底圖、加載分管片區小班數據；護林巡檢路線規劃、實際巡檢路線GPS軌跡的采集、上報；系統支持終端的智能上傳，安卓端離線狀態下自動保存采集數據，無線或4G狀態下可選擇自動上傳。通過采集測報燈編號、工作狀態、設備位置、采集時間、蟲害種類、蟲害數量、蟲害照片、上報人員、植被受害程度、有害生物類型、有害生物發生量、有害生物發生時間、發生級別、圖片、說明文檔等信息監測病蟲害發生情況。遠程監測設備數據查看：APP支持對遠程監測設備全景信息實時查看，實現與監測設備互聯，直觀展示有害生物遠程監測點設備拍攝的畫面，及設備的監控信息。用戶可對監測的照片拍攝并保存。為解決用戶在監測過程中，遇到不常見或不認識物種的問題，林業有害生物測報采集APP提供圖片智能識別功能。APP通過特定算法智能識別采集的圖片，并提供與圖片相似度較高的物種，供用戶參考。用戶可通過智能識別結果查看該有害生物的基本信息（名稱、綱、目、科、屬、種等）、種群分布、危害、形狀特征、防治方法等實用信息。針對人工智能技術無法準確事變的病害、蟲害，聯合林業研究機構如中國林科院、西南林業大學、中科院生態所等，組建一只專家庫團隊，針對終端用戶上報的各類病蟲害，進行有針對性的解答。 基于衛星遙感火情監測系統，通過氣象衛星獲取的遙感衛星火情發現疑似火點經緯度，準備判斷疑似火點的所屬的基層林業管護部門及護林員終端，*短10分鐘之內即將火情預警推送APP消息或直接，并可用APP發送火點路徑導航，督促地面人員及時到達現場確認處置，并可利用APP實時回傳火場視頻畫面。3. 基于天空地一體化林業監測預警體系的具體應用場景
平臺利用“互聯網+物聯網+GIS+大數據”，開展林業有害生物省級中心測報點建設，并可接入測報系統，實現全省范圍內主要林業有害生物監測的規范化、數字化、智能化、可視化、科學化，及時采集有害生物的圖像、文字、視頻等材料，經過軟件系統的數據格式化、挖掘、分析、統計，及時準確地發布各中心測報點的主要林業有害生物發生情況，為省級及林業有害生物主管部門提供實時數據、分析結果和防治建議。在各個林業有害生物中心測報點安裝部署林業有害生物遠程診斷智能平臺客戶端和服務器端，將無人機監測設備、高智能監測基站（氣象監測系統、蟲情測報系統）、遠程監測設備、林業有害生物測報采集APP進行系統智能集成、無縫對接；蟲情測報燈和影像采集設備自定回傳蟲害信息，配合人工輔助方式通過APP進行數據的錄入及上傳到平臺中；林業有害生物遠程診斷智能平臺作為平臺的核心，經過數據的智能化采集，將數據進行分析處理，能夠將數據通過網絡上傳到省級或林業有害生物主管部門，實現智能化有害生物監測實時預警，幫助有關人員快速、準確的掌握有害生物發生情況。 購置無人機監測設備，通過林業有害生物防治無人機專用APP控制平臺，將無人機實時拍攝的圖像、飛行數據（位置、速度等）通過無線網絡回傳到各級林業有害生物遠程診斷智能平臺，并將圖像、飛行數據進行存儲，可在平臺中瀏覽查詢歷史飛行活動及圖片、視頻信息。安裝部署高智能監測基站，分別為氣象監測站、蟲情測報系統，能夠實現設備的物聯、遠程控制及數據傳輸，設備實現清潔能源太陽能供電。設備可將氣象數據、蟲情圖像及蟲數量通過無線網絡傳輸到林業有害生物遠程診斷智能平臺中進行智能及人工輔助識別分類，并將結果數據進行入庫存儲。選擇重點區域安裝部署遠程監測設備，實現視頻的遠距離監測數據的無線回傳，并在平臺中實時查看各監測點的數據及圖像信息。部署安裝林業有害生物測報采集APP軟件，以滿足各中心測報點的工作人員野外工作要求，能夠記錄并上報有害生物采集點的信息，并將位置信息、采集的圖像信息和文字描述一體化，遠程上報到林業有害生物遠程診斷智能平臺，其次可通過人工觀察野外蟲情測報燈采集的蟲情，通過APP將蟲情測報燈的蟲情遠程上報到平臺中。通過將衛星、視頻、無人機、移動APP多端聯動，構建統一、高效的森林防火監測預警平臺。 - 遙感衛星監測到火點后，自動進行周邊攝像頭搜索，獲取實時視頻
- 攝像頭監控盲區，遠程控制無人機自動執行任務，現場回傳火場畫面
- 無人機、視頻都無法監測到火場位置時，通過移動終端進行護林員信息的通知，推送路徑導航，回傳實時視頻
4. 附件
Landsat-8合成假彩色遙感影像 30米分辨率 可全省每年更新12期
德國RapidEye衛星遙感影像 5米分辨率 可全省每年更新4期
WorldView-30.3米分辨率 可用于重點監控區域局部觀測
由01星和02星組成，分別于2012年和2016年組網，是中國自主的民用高分辨率立體測繪衛星，空間分辨率2.5米，星下點全色：2.1 m；前、后視22°全色：3.5m；星下點多光譜：5.8 m為1:5萬、1:2.5萬比例尺立體測圖提供了堅實基礎，全色：近100萬km / 天；融合：近100萬km/天。 資源三號 2米分辨率 可全省范圍每年更新4~6期
- 高分一號衛星：2013年4月發射，GF-1衛星搭載了兩臺：2m分辨率全色、8m分辨率多光譜相機，四臺16m分辨率多光譜相機，重訪問周期4天；
高分一號16米全國真彩色正射產品 可全國每年更新12期
- 高分二號衛星：2014年8月19日發射，高分二號衛星的空間分辨率優于1米，全色0.8米，多光譜3.2米，重訪問周期5天；
高分二號 1米真彩色正射產品 可全省每年更新2~4期
北京二號星座：北京時間2015年7月11日發射，北京二號星座由3顆0.8米分辨率的光學遙感衛星組成。全色：0.8 m；多光譜：3.2 m。 北京二號 0.8米分辨率可用于重點監控區域局部觀測
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