森林經(jīng)營(yíng)管理大數(shù)據(jù)研究進(jìn)展

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1森林經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

森林經(jīng)營(yíng)是森林培育措施的總稱，可分為森林培育與森林管護(hù)。森林經(jīng)營(yíng)管理除了針對(duì)森林經(jīng)營(yíng)全過程的管理之外，還包括森林調(diào)查和規(guī)劃設(shè)計(jì)、林業(yè)資金和勞動(dòng)力的分配與安排等。森林經(jīng)營(yíng)與管理活動(dòng)的制定需要依據(jù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、森林資源數(shù)據(jù)與經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中的人、財(cái)、物數(shù)據(jù)，因此對(duì)這些數(shù)據(jù)的監(jiān)測(cè)、搜集、獲取、分析與管理，是森林經(jīng)營(yíng)管理中的關(guān)鍵內(nèi)容。本研究在中國(guó)知網(wǎng)、WebofScience、Springer等數(shù)據(jù)庫，以森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)為主題，以“系統(tǒng)”為關(guān)鍵詞的組合形式對(duì)森林經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)現(xiàn)狀進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，得到國(guó)內(nèi)的研究主要分為四部分。

1.1森林資源管理系統(tǒng)

森林資源數(shù)據(jù)是制定森林經(jīng)營(yíng)方案、制定合理的林分經(jīng)營(yíng)措施的根本依據(jù)。我國(guó)森林資源數(shù)據(jù)來源眾多，包含遙感影像、數(shù)字高程模型、森林資源二類調(diào)查數(shù)據(jù)、固定樣地調(diào)查數(shù)據(jù)。近年來各種科學(xué)有效的工具不斷應(yīng)用于森林經(jīng)營(yíng)實(shí)踐中，以實(shí)現(xiàn)森林精準(zhǔn)經(jīng)營(yíng)，隨著遙感技術(shù)、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)的深入研究，森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)體系在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家已基本形成（王雪軍，2013），美國(guó)、奧地利、芬蘭、法國(guó)、瑞典等國(guó)家從20世紀(jì)90年代就已開始實(shí)施森林資源年度監(jiān)測(cè)。我國(guó)森林資源監(jiān)測(cè)技術(shù)在21世紀(jì)以來取得飛速的發(fā)展，利用遙感監(jiān)測(cè)、航空攝影測(cè)量配合地面調(diào)查技術(shù)建立了多尺度、多技術(shù)、多方法的森林資源調(diào)查體系。隨著組件式GIS軟件Su⁃perMapObject等出現(xiàn)，MapInfo、ArcView、MapGIS等GIS平臺(tái)在林業(yè)得到廣泛應(yīng)用，森林資源管理信息系統(tǒng)開發(fā)全面轉(zhuǎn)向采用MapObject，ArcEn⁃gine進(jìn)行二次開發(fā)（李春干等，2015）。建立了林業(yè)資源環(huán)境網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫與支持多維數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)森林資源動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（陳端呂，2001）、森林資源小班數(shù)據(jù)更新（高飛，2011）、森林資源外業(yè)采集數(shù)據(jù)的上報(bào)（朱煜，2014）等功能，近年來無人機(jī)遙感影像技術(shù)（史潔青等，2017）的加入使得森林資源能夠得到更精細(xì)化的監(jiān)測(cè)與管理。

1.2森林培育管理系統(tǒng)

森林培育主要包括造林規(guī)劃設(shè)計(jì)與施工、森林撫育與森林采伐等環(huán)節(jié)。造林作業(yè)設(shè)計(jì)是造林施工的依據(jù)，信息技術(shù)的引入使得造林決策可以自動(dòng)化、科學(xué)化、合理化地進(jìn)行。學(xué)者應(yīng)用GIS（高志強(qiáng)等，2010）、ArcGIS（岑敏強(qiáng)，2012）、移動(dòng)GIS（湯榮明，2009）建立造林規(guī)劃設(shè)計(jì)系統(tǒng)，處理分析造林立地信息。國(guó)內(nèi)外學(xué)者采用GIS、ES、DSS開發(fā)了造林決策支持與專家咨詢系統(tǒng)（RoberGDavis等，1993；吳保國(guó)等，2009）。還有學(xué)者利用PDA（龐麗峰等，2011）、ArcGIS（周克瑜等，2015）采集造林作業(yè)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，以造林工程視角開展系統(tǒng)研究（黃晶，2016）。在造林質(zhì)量評(píng)定檢驗(yàn)方面，通過研發(fā)造林動(dòng)態(tài)信息統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)對(duì)造林實(shí)績(jī)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（李丹等，2012）。森林撫育是指在造林到成熟齡之間，為保證幼林成活、促進(jìn)林木生長(zhǎng)、改善林木組成和品質(zhì)采取的各項(xiàng)措施。李宇昊（2014）依據(jù)森林經(jīng)營(yíng)技術(shù)規(guī)程開發(fā)森林撫育診斷決策系統(tǒng)，診斷現(xiàn)有林“是否需要撫育”及“如何撫育”；王建明等（2017）運(yùn)用空間分析和遺傳算法對(duì)撫育小班的智能選擇進(jìn)行研究，解決了“在哪里撫育”的問題。為及時(shí)掌握撫育實(shí)施情況，高旗（2015）基于IOS、ArcGIS開發(fā)森林撫育檢查驗(yàn)收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與森林撫育檢查與評(píng)價(jià)系統(tǒng)，周敏等（2018）對(duì)森林撫育成效監(jiān)測(cè)進(jìn)行可視化的研究。森林采伐指從伐區(qū)中獲取木材的生產(chǎn)活動(dòng)。魏鑫（2007）研究了森林采伐量測(cè)算系統(tǒng)，段劼（2010）引用了美國(guó)的FVS-BGC研究了森林生長(zhǎng)收獲模擬系統(tǒng)，羅子淇等（2016）針對(duì)“采多少、采哪里、怎么采”的采伐決策進(jìn)行決策支持系統(tǒng)的研究。

1.3森林防護(hù)管理系統(tǒng)

森林防護(hù)管理包括對(duì)森林病蟲害與森林火災(zāi)進(jìn)行管理與防護(hù)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在病蟲害監(jiān)測(cè)、診斷與預(yù)警等階段進(jìn)行了大量的研究。病蟲害的監(jiān)測(cè)主要依托遙感技術(shù)、傳感器（齊建東等，2010）、TM影像（胡敏華等，2013）、高光譜數(shù)據(jù)（潘潔等，2015）等技術(shù)；病蟲害智能化的診斷主要基于專家系統(tǒng)（S.Kaloudisa等，2005）、自然語言理解（WangNihong等，2008）、Agent（YanrongZhang等，2010）等技術(shù)；病蟲害的預(yù)警系統(tǒng)主要采用RS與GIS、WMS/WFS空間信息服務(wù)（常原飛等，2011）等技術(shù)。許多國(guó)家對(duì)森林火災(zāi)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、行為模擬與損失評(píng)估進(jìn)行了研究。在森林火災(zāi)監(jiān)測(cè)方面，紅外線傳感技術(shù)、微波技術(shù)、無人機(jī)系統(tǒng)（LuisMerino等，2012）、無線傳感器（田仲富等，2014）等技術(shù)有著廣闊的應(yīng)用前景；在預(yù)測(cè)火災(zāi)行為方面，主要有野火行為預(yù)測(cè)（TomàsArtés等，2014）、火災(zāi)危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)模型（HuangFang等，2000）、火災(zāi)熱點(diǎn)發(fā)生區(qū)域的可能性（KhairilAmri等，2015）、森林火災(zāi)危險(xiǎn)區(qū)域繪制（Ra⁃jendran等，2016）等研究；在火災(zāi)損失評(píng)估方面，學(xué)者應(yīng)用MODIS數(shù)據(jù)對(duì)火災(zāi)破壞進(jìn)行評(píng)估（PauloBarbo⁃sa等，2006）與面積估算（鄭偉等，2011）。

1.4森林經(jīng)營(yíng)輔助管理系統(tǒng)

目前，森林經(jīng)營(yíng)輔助管理主要是針對(duì)森林經(jīng)營(yíng)人員、資金和財(cái)務(wù)的管理，大多沒有與森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)結(jié)合開展研究。人員管理方面，學(xué)者對(duì)人事工資（劉代明，2000）、森林火災(zāi)撲救人員（顏桂梅等，2013）開發(fā)了信息系統(tǒng)。資金財(cái)務(wù)方面，有林業(yè)財(cái)務(wù)管理系統(tǒng)（馬駿等，1990）、基于網(wǎng)絡(luò)的林業(yè)財(cái)務(wù)決策支持系統(tǒng)（鐘鳳英，2006）等研究。森林經(jīng)營(yíng)的日常管理主要綜合管理森林資源數(shù)據(jù)與日常經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)，引入GIS后實(shí)現(xiàn)了對(duì)林火防治、木材運(yùn)輸管理、林業(yè)病蟲害防治、林業(yè)檔案的管理（聶芹等，2008）。

2新型信息技術(shù)在森林經(jīng)營(yíng)管理中的應(yīng)用研究

為了解這新型信息技術(shù)在森林經(jīng)營(yíng)管理中的研究現(xiàn)狀，本研究在中國(guó)知網(wǎng)、WebofScience，Springer等數(shù)據(jù)庫，以“林業(yè)”為主題，以“商務(wù)智能”“數(shù)據(jù)倉庫”“數(shù)據(jù)挖掘”“云計(jì)算”“大數(shù)據(jù)”為關(guān)鍵詞，對(duì)新型信息技術(shù)在森林經(jīng)營(yíng)管理中的應(yīng)用進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，并進(jìn)行相關(guān)研究。

2.1數(shù)據(jù)倉庫與數(shù)據(jù)挖掘在森林經(jīng)營(yíng)管理中的應(yīng)用研究

為有效管理海量的森林資源與經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)有效集成與多維分析，數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)被引入林業(yè)數(shù)據(jù)的處理中，建立基于二類調(diào)查數(shù)據(jù)（陳昌鵬，2004）、火險(xiǎn)因子（肖云丹等，2012）的森林資源數(shù)據(jù)倉庫，對(duì)森林資源數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、轉(zhuǎn)換與加載，形成森林資源多維數(shù)據(jù)集，并開展多維數(shù)據(jù)的在線分析（楊衛(wèi)民等，2007）。還有學(xué)者為森林資源經(jīng)營(yíng)活動(dòng)信息的存儲(chǔ)建立了空間數(shù)據(jù)倉庫（王育英等，2006）。數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)被廣泛運(yùn)用在森林資源管理（李廣水，2010）、森林管護(hù)（齊少群等，2007）和林業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營(yíng)服務(wù)（江林升等，2011）中。在森林資源管理中，學(xué)者對(duì)種質(zhì)資源（段旭良，2008）、立地因子（鞏茵熙，2013）、樹種適宜性（張宗藝，2016）等方面進(jìn)行了研究；在造林設(shè)計(jì)中，采用關(guān)聯(lián)規(guī)則、決策樹算法挖掘造林技術(shù)措施之間的聯(lián)系（姚山，2008）；在森林防護(hù)中，采用粗糙集（張艷榮，2012）、關(guān)聯(lián)規(guī)則（楊露，2013）、粒子群（DieuTienBui等，2017）等算法進(jìn)行病蟲害預(yù)測(cè)與森林防火研究。除此之外，還有學(xué)者對(duì)林分生長(zhǎng)模型與森林成熟進(jìn)行模擬與預(yù)測(cè)（劉榮其，2009；李金銘等，2009），利用大數(shù)據(jù)平臺(tái)對(duì)森林生態(tài)站數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘分析（張正，2016）。

2.2大數(shù)據(jù)與云計(jì)算在森林經(jīng)營(yíng)管理中的應(yīng)用研究

云計(jì)算能夠利用分布獨(dú)立的計(jì)算資源，實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速處理，為林業(yè)信息服務(wù)的集成動(dòng)態(tài)管理提供可能。李珺（2012）建立林業(yè)信息共享服務(wù)平臺(tái)，侯瑞霞等（2016）搭建林業(yè)資源信息云服務(wù)體系架構(gòu)；還有一些學(xué)者基于大數(shù)據(jù)和云平臺(tái)進(jìn)行森林管護(hù)的研究：諸如基于位置服務(wù)的自然保護(hù)區(qū)智能管護(hù)云平臺(tái)（馬琰等，2015）、森林防火大數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與分析（曹夢(mèng)鴿等，2018；曾志強(qiáng)等，2018）。中國(guó)林業(yè)科學(xué)研究院林業(yè)科技信息研究所充分利用大數(shù)據(jù)、虛擬化、云計(jì)算、數(shù)據(jù)挖掘和可視化技術(shù)，開展林業(yè)信息資源組織、知識(shí)挖掘和數(shù)據(jù)可視化等關(guān)鍵技術(shù)研究，建成了林業(yè)科技大數(shù)據(jù)平臺(tái)。

3文獻(xiàn)述評(píng)

3.1結(jié)論

本文結(jié)合森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)總結(jié)了森林經(jīng)營(yíng)管理系統(tǒng)的開發(fā)現(xiàn)狀，對(duì)數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等新型技術(shù)在森林經(jīng)營(yíng)管理中的應(yīng)用進(jìn)行了綜述，主要得到2個(gè)方面的研究結(jié)論。（1）3S技術(shù)在森林資源監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用和森林資源管理系統(tǒng)的開發(fā)研建，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)的定期監(jiān)測(cè)與獲??；在森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)上，研建了造林、森林撫育、森林采伐、病蟲害防治與防火等森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，各類業(yè)務(wù)系統(tǒng)已經(jīng)形成了海量分散化的大數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。海量多源的森林資源與經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)化，為森林經(jīng)營(yíng)管理的后續(xù)研究奠定了林業(yè)大數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)，而其背后隱含著大量具有實(shí)用價(jià)值的經(jīng)營(yíng)決策信息還有待挖掘，以期實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化，進(jìn)而可以指導(dǎo)森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)。（2）數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、云計(jì)算等大數(shù)據(jù)處理方法被廣泛應(yīng)用，建立了眾多以森林資源為主題的數(shù)據(jù)倉庫；將數(shù)據(jù)挖掘的模型與算法應(yīng)用在森林資源管理、森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)的輔助決策、森工企業(yè)生產(chǎn)管理與人員配置等方面；云計(jì)算用于建立林業(yè)資源信息云服務(wù)體系，大數(shù)據(jù)廣泛用于林業(yè)資源監(jiān)測(cè)管理、遠(yuǎn)程診斷等領(lǐng)域。這些新型信息技術(shù)不但可以分析處理關(guān)系復(fù)雜的海量數(shù)據(jù)，還能挖掘隱含的信息與知識(shí)。盡管信息技術(shù)在森林經(jīng)營(yíng)管理中已經(jīng)呈現(xiàn)豐厚的研究成果，但其中還存在4個(gè)方面的不足。（1）長(zhǎng)期以來,森林資源管理系統(tǒng)和經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)自行研發(fā)，缺乏全面、系統(tǒng)、一致的規(guī)劃，使得獲取數(shù)據(jù)的方式、粒度、時(shí)間等存在差異，存在嚴(yán)重的“信息孤島”現(xiàn)象（楊衛(wèi)民，2005），造成數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)分散、共享程度低，存在大量冗余和垃圾數(shù)據(jù)等問題。同時(shí)這些數(shù)據(jù)沒有直接從森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)抓取，不能及時(shí)反映森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)進(jìn)展情況，數(shù)據(jù)源的分散性容易導(dǎo)致數(shù)據(jù)疏漏、數(shù)據(jù)造假等數(shù)據(jù)質(zhì)量問題。（2）盡管森林資源與森林經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)已經(jīng)初具規(guī)模，但這些數(shù)據(jù)沒有做到有效集成。業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)各類數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一規(guī)范存儲(chǔ)模式（蒲瑩等，2013），缺乏數(shù)據(jù)類型之間的協(xié)同性與集成性，更缺乏從多維度、多粒度對(duì)森林資源數(shù)據(jù)和森林經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和展現(xiàn)，造成林業(yè)大數(shù)據(jù)中蘊(yùn)藏的極大的信息資源不能有效集成，從而造成支持森林經(jīng)營(yíng)管理決策的能力低。（3）現(xiàn)有的對(duì)林業(yè)大數(shù)據(jù)進(jìn)行的數(shù)據(jù)倉庫的建立主要針對(duì)二類調(diào)查等森林資源數(shù)據(jù)，沒有融合森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)、人力、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)報(bào)表數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘也多圍繞森林資源、林木生長(zhǎng)預(yù)測(cè)等方面，有關(guān)人員、財(cái)力、物力的數(shù)據(jù)挖掘分析十分有限。（4）依據(jù)現(xiàn)有的林業(yè)數(shù)據(jù)倉庫，數(shù)據(jù)可視化能夠呈現(xiàn)的主題僅局限于森林資源在不同信息維度的分布情況，沒有結(jié)合森林經(jīng)營(yíng)管理主題進(jìn)行業(yè)務(wù)分析，無法提供管理者關(guān)心的森林經(jīng)營(yíng)關(guān)鍵指標(biāo)，無法及時(shí)把控森林經(jīng)營(yíng)生產(chǎn)活動(dòng)，是現(xiàn)有研究中的缺憾。

3.2未來研究方向

目前國(guó)內(nèi)林業(yè)大數(shù)據(jù)已經(jīng)形成，“數(shù)據(jù)豐富，但信息缺乏”的問題仍然存在，加強(qiáng)對(duì)林業(yè)大數(shù)據(jù)背后隱藏價(jià)值的研究已經(jīng)迫在眉睫，因此將大數(shù)據(jù)的理念和技術(shù)引入森林經(jīng)營(yíng)管理是不容忽視的一個(gè)發(fā)展方向?；诖?，本文提出未來的研究方向。（1）通過大數(shù)據(jù)、商務(wù)智能和數(shù)據(jù)倉庫等信息技術(shù)，基于森林資源和經(jīng)營(yíng)數(shù)據(jù)，整合不同來源、粒度、層次的異構(gòu)數(shù)據(jù)，形成森林經(jīng)營(yíng)決策與管理人員關(guān)心的數(shù)據(jù)形式，構(gòu)建一個(gè)能夠融合森林資源管理系統(tǒng)、森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)系統(tǒng)、森林經(jīng)營(yíng)單位財(cái)務(wù)系統(tǒng)和報(bào)表系統(tǒng)等各個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)中心。將各種數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)通過清洗、轉(zhuǎn)換、集成和計(jì)算等工作匯入數(shù)據(jù)倉庫，統(tǒng)一定義數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)規(guī)范、計(jì)算邏輯和數(shù)據(jù)模型，形成一個(gè)反映森林經(jīng)營(yíng)范圍內(nèi)的森林資源狀況、森林經(jīng)營(yíng)活動(dòng)、經(jīng)營(yíng)人員投入和經(jīng)營(yíng)財(cái)物投資等綜合森林經(jīng)營(yíng)成果和森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)要素的多源數(shù)據(jù)中心，是今后森林經(jīng)營(yíng)單位數(shù)據(jù)管理的研究方向。（2）通過數(shù)據(jù)倉庫、多維分析等商務(wù)智能技術(shù)，對(duì)森林經(jīng)營(yíng)關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行多層次、多維度、多粒度的展示，實(shí)現(xiàn)森林經(jīng)營(yíng)成果和森林經(jīng)營(yíng)過程的動(dòng)態(tài)管理和監(jiān)控；通過森林經(jīng)營(yíng)關(guān)鍵指標(biāo)差異分析，發(fā)現(xiàn)森林經(jīng)營(yíng)的業(yè)務(wù)問題，倒逼業(yè)務(wù)部門進(jìn)行優(yōu)化；通過監(jiān)測(cè)關(guān)鍵指標(biāo)的落地情況，形成完整的業(yè)務(wù)過程監(jiān)控，為不同層級(jí)、不同職能部門的管理人員提供管理、流程和財(cái)務(wù)方面的信息支持，進(jìn)而提高森林經(jīng)營(yíng)管理的精細(xì)程度，為森林經(jīng)營(yíng)業(yè)務(wù)提供精準(zhǔn)信息服務(wù)和智能解決方案。綜上，如何基于森林經(jīng)理學(xué)和林業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)知識(shí)背景，融合多平臺(tái)多系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，達(dá)到信息與應(yīng)用共享的林業(yè)異構(gòu)數(shù)據(jù)集成，從多源異構(gòu)化的森林經(jīng)營(yíng)管理信息中揭示科學(xué)規(guī)律和有效知識(shí)，是未來研究的發(fā)展方向。

作者：王博 溫繼文 王武魁 瞿華 王明天 單位：北京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院