物联网在林业中的应用与展望 张旭 于新文 杨彦臣 中国林业科学研究院资源信息研究所，北京，100091
一、 背景介绍 物联网(Internet of Things)概念提出于上世纪90年代。所谓“物联网”，指的是将各种信息传感设备，如射频识别（RFID）装置、红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等种种装置与互联网结合起来而形成的一个巨大网络。其目的是让所有的物品都与网络连接在一起，方便识别和管理。物联网是利用无所不在的网络技术建立起来的，实现数据采集、融合、处理，并通过操作终端，实现智能化识别和管理。 从“智慧地球”到“感知中国”，“物联网”成为全球瞩目的关键词。被美国列为振兴经济的两大工具之一；被欧盟定位成使欧洲领先全球的基础战略，被中国纳入战略性新兴产业规划重点，业界认为是继计算机与互联网后的又一次信息化浪潮。 温家宝总理在首都科技界大会上的讲话《让科技引领中国可持续发展》（2009.11.03）中指出，“在应对这场国际金融危机中，各国正在进行抢占经济科技制高点的竞赛，全球将进入空前的创新密集和产业振兴时代。我们必须在这场竞争中努力实现跨越式发展。”“要着力突破传感网、物联网的关键技术，及早部署后IP时代相关技术研发，使信息网络产业成为推动产业升级，迈向信息社会的‘发动机’”。随后，温家宝总理在2010年两会期间的《政府工作报告》（2010.03.05）中再次指出，把“加快物联网的研发应用”纳入要大力培育的战略性新兴产业重点之中。 我国现代林业发展确立了以生态建设为主的林业可持续发展道路，建立以森林植被为主体的国土生态安全体系，建设山川秀美的生态文明社会。其核心是生态建设、生态安全、生态文明。现代林业发展战略指出，为更好地满足经济社会发展需要，赶超世界林业发达国家的先进水平，必须要采取一种超常规发展模式。 现阶段，中国林业跨越式发展是指以林业重点工程为主要途径，以体制创新为突破、科技创新为动力，加速由木材生产为主向以生态建设为主的转变，尽快使我国林业走上可持续发展道路，早日建成比较完备的林业生态体系和比较发达的林业产业体系，努力缩小与世界林业发达国家的差距，而采取的发展模式。 在实现林业跨越式发展的过程中，林业发展一定要抓住物联网发展的机遇，参与到物联网创新的跨越式发展进程中，建设林业物联网，更好的服务林业跨越式发展。 综合考察各行业对物联网的定义，结合现代林业发展的实际需求，我们认为林业物联网应该由物联网、传感网、智能网、信息技术、林业技术共同交叉组成，是利用各种传感识别技术，网络信息技术，智能信息处理技术集成应用于推动产业发展方式转变，促进林业生态建设，保障生态安全、实现生态文明，提高林业生产的产量、质量、效益和可持续性能力的交叉学科。 林业物联网所包含的内容如下图所示： 图1.林业物联网概念结构 二、 工作基础（传感器网络、网格、SOA、决策支持） 1.面向林业监测的的Sensor Web的体系架构 提出了面向林业监测的SensorWeb体系架构。该架构既遵循开放地理空间协会OGC（Open Geospatial Consortium）的传感器网络整合框架SWE，又集成传感器网络以及分布式计算技术的平台。实现通过WEB技术利用标准的协议和应用程序接口访问的传感器网络。从而可以使各种内嵌web的传感器、测量设备、图像设备以及一些传感数据数据库能够通过WWW被发现、访问和应用。
气象传感器 光照传感器 土壤传感器 生物传感器 音视频传感器 卫星传感器
光谱传感器 RFID技术 二维码技术
气体传感器
其他传感器
应用系统 应用平台：林业物联网格环境 基础平台 林业感知 数据标准 林业感知
元数据标准 林业物联网格
技术标准 林业物联网服务标准 林业物联安
全控制标准
林业物联网搜索引擎 林业物联网门户 生态工程监测 保护区 监测 森林资源监测 灾害预警 森林火灾监测 林产品流通追踪 林木种苗生长监测 环境监测 林业经营
决策支持
林业感知资源管理中心 林业物联服务注册中心 网格环境开发部署工具 林业应用
系统模板
ZigBee WiFi Bluetooth LAN EtherNet WiMax WLAN WAN GPRS CDMA 3G
感知层 传输层
应 用 层 该传感器网络整合框架可划分为四个主要部分：基础架构层、服务层、辅助开发层、应用层，如下图所示。
林业生态系统监测研究Forest ecology system monitor research珍稀动物种群监测研究Rare animals species monitor research病虫害监测研究Diseases and insect pests monitor research自然灾害监测研究Natural disaster monitor森林防火应用系统Forest fire application
传感器编程框架Sensor programming framework可视化工具Visual tool传感器配置工具Sensor configuration services
第三方工具
Third party tools
传感器管理服务Sensor administration service传感器监测服务Sensor observation service传感器规划服务Sensor planning service传感器通知服务Sensor notification service传感器告警服务Sensor alert service
传感器网格处理服务Sensorgrid processing service传感器1Sensor 1传感器NSensor N触发器1Actuator 1触发器MActuator M传感器网络日常管理系统Sensor Network routine management system应用层Application...„辅助开发层Develop Layer模拟仿真simulation应用服务层Service Layer基础构架层fabric......传感器存储服务
Sensor repository service
图2. 林业监测SensorWeb体系结构 2.林业传感器网络关键技术研究 2.1传感器管理服务 传感器管理服务主要通过OGC CSW2.0规范来实现。即基于ebRIM的空间信息Web目录服务。包括（1）提供检索目录服务元数据的OGC-Service类；（2）提供了客户端用于发现注册的Discovery类；（3）提供在服务器端和客户端的会话操作Session类；（4）通过元数据的操作，将资源注册到目录中的Manager类；（5）提供了订阅识别资源代理访问类。
2.2传感器监测服务 传感器监测服务不仅负责连接收集监测数据的不同资源，还负责解释传感器和监测数据并将其编译成O&M和SensorML格式。架构的目的是使传感器监测服务更灵活、更容易扩展不同传感器应用和它们在应用系统中采用的异构资源。它有4个重要部件：代理、连接器、数据处理器和数据格式转换器。该架构可以使开发者方便扩展连接器、数据处理器和数据格式转换器来实现自己的特定应用需求。 传感器监测服务内部最重要的组件是连接器，它提供了异构资源的网关。连接器的不同实现负责连接特定的资源类型。现有两种不同的实现：TinyDB连接和SerialBasedSensor连接。它们都使用了有TinyOS提供的监听接口，该接口用于监听在由SerialForwarder创建的serial服务器。
2.3 原型系统实现 使用一个基站和两个传感器节点。基站采用MIB600传感器网关联入Internet网络，基站和各个传感器节点之间采用M2110无线发射板进行通信。传感器节点主要包括四个主要部分：电源、M2110无线发射板，MDA320传感器采集板以及传感器。
电源传感器
采集板发射板
网关
图3. 传感器网络硬件环境 基站节点观测值
存储日志
图4. 传感器数据采集 3.基于SOA的集成技术 智能决策研究所需的数据种类及数据源繁多，如林木品种、培育、经营数据、空间数据/立地条件数据（包括土壤种类、地貌类型、土层厚度、坡度、坡向、坡位、海拔高度等）、公共气象数据（气温、湿度、降雨量等）、生长模型、需要采用的技术多种多样，包括GIS/WebGIS技术、数据库技术、模型库技术、知识库技术等。为了充分实现数据资源和计算资源的可重用性，研究了SOA架构的应用，尽可能将数据资源和计算资源都封装成Web 服务，例如封装的服务有：桉树知识库服务、空间/立地数据服务、公共气象数据服务、气象数据插值计算服务、广西热量推算模型服务、模型库服务系统等。通过对这些服务的组合和集成实现了系统的开发，形成了应用于速生林经营管理的基于SOA架构的系统集成技术，保证了系统结构松耦合、功能可复用等特点。
4.智能决策支持技术 提出了针对特定树种的经营全过程决策流程：根据立地条件、进行立地评价，做出种植适宜性决策，根据桉树品种特性、气象数据做出树种选择决策，根据种植目标提出造林方案决策，并根据立地条件、气候条件预估桉树未来产量，根据市场状况进行经济效益分析，使得用户在终种植前就能获知将来的收益情况，便于用户做出科学合理的选择。
5.自然保护区监测应用