基于GIS的林业环境监测系统设计

0 引言

为充分贯彻落实碳达峰、碳中和目标，助推林业产业转型发展，必须高度重视林业资源应用和管理工作。面对全新的经济发展环境，各地区必须制定林业环境监测规划，结合区域实际情况做好林业资源高质量管理工作。当前，随着信息技术持续发展，须着力探索全新的林业环境监测模式，提升林业环境监测质量和效率。鉴于此，可围绕地理信息系统开发建设林业环境动态监测系统。

1GIS技术应用于林业环境监测的意义

GIS的英文全称是Geography Information System。作为一类利用信息技术对空间模型展开动态化预测及分析的先进信息化系统，GIS应用于地理环境监测和资源勘探等应用场景具有较强的技术优势。GIS不仅具备传统的信息数据采集、输入及输出功能，还拥有数据编辑更新优化、数据存储管理及三维空间数据分析能力。在GIS信息系统中，空间数据分析能力属于核心功能，技术人员可利用GIS的空间分析功能，对海量信息数据进行分析，从而获得具体的地理位置信息。除此之外，GIS系统还具备信息数据交互功能和图形传输展示等功能。

该系统不仅可以清晰地向用户提供文字性地理信息描述，还可以构建三维立体地理数据模型，为用户进行数据分析提供参考，有效提升地理信息处理效率和质量。截至目前，GIS技术凭借得天独厚的功能优势和技术优势，在国内诸多领域被广泛应用。例如，我国部分地区运用GIS技术开展农业资源和环境领域监测工作；在土地资源开发和管理环节，应用GIS技术可以帮助技术人员清晰地掌握土地利用现状，为相关人员清晰掌握国土资源配置情况提供便利。GIS技术应用场景的多样化发展为林业调查工作开展指明了方向。将GIS技术应用于林业环境调查工作，可以为林业工作开展提供数据支撑。做好林业环境监测工作，可以实现对森林面积的动态化监测，减少因森林面积锐减造成的动植物多样性减少等问题，充分挖掘森林的生态修复能力。此外，合理利用林业监测系统，可以为林业资源高质量管理提供技术保障。合理利用地理信息系统开展林业环境监测工作有助于构建智慧化林业管理体系，为林业部门工作人员横向和纵向比对林业发展状况提供数据参考和支撑[1]。

鉴于此，笔者结合大量林业生态环境监测案例，充分利用GIS系统应用功能，并结合林业环境监测需求厘清系统设计思路。深度开发林业环境监测系统，持续拓展GIS在林业环境监测中的应用场景。该系统中还应用了人工智能、无线传感等先进技术，用以持续提升林业环境监测质量，为中国林业环境监测工作稳步开展保驾护航。

2林业环境监测系统设计

2.1林业环境系统架构设计

森林资源监测工作往往困难重重，是具有一定挑战性的工作。考虑到森林占地面积较大且地形地势结构复杂，部分区域林业管理人员难以涉足。此外，由于森林内部整体环境较为复杂，野生动物生存活动频繁，无形中增加了林业环境监测工作的难度和复杂性。在此背景下，为满足日益增长的林业环境监测需求，笔者在GIS技术的帮助下，开发了一款林业环境动态化监测系统。该系统集成了物联网系统架构，不仅可实现信息数据自动化采集，还具备监测地区环境可视化查看的功能。该林业环境监测系统架构由以下四大模块组成： ① 感知识别层； ② 管理服务层； ③ 网络构建层； ④ 综合应用层。

2.1.1 感知识别层

感知识别层作为该监测系统的基础架构之一，设计人员在构建系统架构时，专门搭载了无线传感器装置，该装置和终端数据采集模块相连接，可对监测对象的温度、湿度、风速等参数进行动态监测。该架构还具备环境监测单元汇总功能，在感知识别层中还包含全GPS全球定位模块，该模块具备参数信息整合汇总能力，可直接将获取到的定位数据上传至无线传感器网络节点，通过节点聚合和无线分组业务实现通信信号高效处理和数据实时传输。为满足感知识别架构层数据采集效率，为后续工作推进提供便利，设计人员在感知识别层内加设了赛灵思公司研发的数据开发板，型号为EK-Z7-ZC702-G。该数据开发板不仅可以实现数据精准化采集，还具有编程列阵功能，可以有效满足其他外部设备接入需求[2-3]。

2.1.2 管理服务层

管理服务层的主要功能是空间数据整合和传输。借助GPRS全球卫星定位模块传输的通信信号，对不同林区的环境参数进行汇总整合，直接将其上传到数据库中；借助ArcSDE实现数据集成化分析和处理，在构建管理服务层架构时，将系统捕捉到的林区地图图层进行分化处理，通过分化实现图层数据影像化。监测系统会根据传感模块传回的数据和林区实际环境参数及时完成GIS信息发布工作，技术人员可以借助管理服务层架构获取林业环境监测过程中获取到的地理位置、地形图等信息数据，同时还可以获取传感器设备采集到的风速、温湿度等环境数据。

2.1.3 网络构建层

GIS林业环境监测系统中具备网络信号传输功能[4]。为确保网络信号传输质量，设计人员在设计系统的过程中，应用了截然不同的两种远程数据传输模式，即GPRS信号传输和互联网传输。前者采用GPRS通信信号实现信息数据远程传输，系统会直接利用无线传感器网络中的汇聚节点对传感器终端收集到的各类信息数据及环境参数进行整合，借助系统内部搭载的5G通信信号传输模块实现信息数据高效率传输，最终将获取到的各类环境参数及地形地理位置参数上传至以太网，并完成信息数据云端存储。后者则采用互联网传输模式，系统可直接借助互联网技术搭建客户端和服务器之间连接的数据传输通道，系统开发人员通过同移动通信企业签署人网协议的方式，以JSO数据格式完成地理位置信息、环境参数等信息数据传递和共享。

2.1.4 综合应用层

综合应用层是GIS林业监测系统连接终端设备的核心架构，该架构层级支持移动应用设备和电脑端设备接入，技术人员可直接借助无线网、以太网或5G通信网络实现信息数据高效率传输，为林业环境监测工作人员掌握林业环境监测参数、地理位置地图等信息提供支持[5]。监测人员可通过系统传回的数据和图像充分掌握被监测林区的植被覆盖率、野生动物栖息等情况，了解林区各类参数变化情况，持续提升林业环境监测质量和效率。

2.2数据采集端设计流程

为充分满足林业生态环境多元化监测应用需求，节约监测系统设计和研发成本。在构建林业环境监测系统时，笔者直接使用由赛灵思公司开发设计的开发板，并将其作为核心处理器。赛灵思公司研发的开发板不仅集成了GPS传感器等模块，还兼容了多个控制器，具备形式多样的数据接入口，可以较好地同外部设备连接。此外，为提升林业监测管理效率，技术人员在设计系统时，还在开发板上增加了可供图片、视频、音频传输的多媒体阵列接口，为林业环境监测图像传播共享提供了便利。

除此之外，在林业环境监测系统设计应用环节，为确保信息数据传输效率和质量，设计人员专门对数据采集端工作流程进行调整和优化。具体流程如下。

第一，数据采集工作完成后，GPS模块会直接将监测对象所处地区的经纬度信息上传至系统终端。在完成地理位置信息数据收集后，系统中自带的传感器装置会自动收集监测区域速度、风向、环境、污染物颗粒度、湿度及负氧指标等信息数据。第二，GPS模块和传感器模块会按照系统数据标准协议，启用RS485通信模式或将串口获取到的数据全部上传至控制处理模块。第三，控制处理模块在获取并接收传输数据之后，可以提前按照设计人员预设标准，从海量信息提取有价值的环境参数，最终完成该次数据采集工作。

3林业环境监测系统的具体应用

第一，应用于森林资源监测。采用以GIS技术为核心的林业环境监测系统，可实现对监测森林面积变化情况、植被覆盖范围及林木生长状况进行自动化监测。例如，可利用GIS林业环境监测系统自带的卫星遥感影像功能，对树种的生长分布情况进行监测，从而为林业部门工作人员掌握森林资源数量变化情况提供便利，为行业从业者制定林业环境监测方案提供数据支撑。此外，该监测系统具备历史数据调阅功能，技术人员可通过对比森林资源周期性数量增减状况制定相应的森林资源保护方案。

第二，该系统还可以实时监测区域内气象数据。使用传感器装置对森林区域的温度、湿度、降水量以及风速等环境参数进行监测，并依托通信数据传输模块将捕捉到的环境参数传输至中控平台，为相关部门了解森林生态系统变化情况、预测森林火灾发生率提供支持。

4结束语

综上所述，笔者结合GIS系统应用特征和场景，依托物联网技术和无线传感技术等信息技术，开发设计了具备实时动态监测功能的林业环境智慧化监测系统。设计人员分别从系统开发架构、应用程序配置等环节入手，对林业环境监测系统的具体应用场景和设计流程进行了梳理和分析。该监测系统不仅可以利用传感器装置采集终端数据，还具备信息数据动态化传输功能，可直接将采集到的林业环境数据上传至中控系统，为林业资源管理人员决策提供参考。利用基于GIS的林业环境监测系统开展工作，符合林业管理工作需求，可以有效提升林业环境监测质量和效率。

参考文献：

[1]李喜友.基于GIS的林业环境监测系统设计[J].乡村科技，2023，14（11）：153-157.

[2]寇男.林业有害生物防治在林业生态环境建设中的影响［J].世界热带农业信息，2022（5）：44-45.

[3]赵强国.基于无人机的林业环境重金属污染远程监测研究[J].环境科学与管理，2021，46（10）：116-119，170.

[4]万静.GIS技术在林业资源管理中的应用：以甘肃省小陇山林业保护中心江洛林场为例[J].广东蚕业，2024，58（8）：80-82.

[5]张忠军.林业信息化技术在森林资源管理中的应用[J].中国高新科技，2024（18）：139-141.