森林經(jīng)營管理大數(shù)據(jù)研究進展

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1森林經(jīng)營管理系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀

森林經(jīng)營是森林培育措施的總稱，可分為森林培育與森林管護。森林經(jīng)營管理除了針對森林經(jīng)營全過程的管理之外，還包括森林調(diào)查和規(guī)劃設計、林業(yè)資金和勞動力的分配與安排等。森林經(jīng)營與管理活動的制定需要依據(jù)業(yè)務數(shù)據(jù)、森林資源數(shù)據(jù)與經(jīng)營活動中的人、財、物數(shù)據(jù)，因此對這些數(shù)據(jù)的監(jiān)測、搜集、獲取、分析與管理，是森林經(jīng)營管理中的關鍵內(nèi)容。本研究在中國知網(wǎng)、WebofScience、Springer等數(shù)據(jù)庫，以森林經(jīng)營業(yè)務為主題，以“系統(tǒng)”為關鍵詞的組合形式對森林經(jīng)營管理系統(tǒng)現(xiàn)狀進行文獻檢索，得到國內(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)營方案、制定合理的林分經(jīng)營措施的根本依據(jù)。我國森林資源數(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)。近年來各種科學有效的工具不斷應用于森林經(jīng)營實踐中，以實現(xiàn)森林精準經(jīng)營，隨著遙感技術、地理信息系統(tǒng)、全球定位系統(tǒng)的深入研究，森林資源動態(tài)監(jiān)測技術體系在國外發(fā)達國家已基本形成（王雪軍，2013），美國、奧地利、芬蘭、法國、瑞典等國家從20世紀90年代就已開始實施森林資源年度監(jiān)測。我國森林資源監(jiān)測技術在21世紀以來取得飛速的發(fā)展，利用遙感監(jiān)測、航空攝影測量配合地面調(diào)查技術建立了多尺度、多技術、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平臺在林業(yè)得到廣泛應用，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)絡數(shù)據(jù)庫與支持多維數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)森林資源動態(tài)監(jiān)測系統(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（朱煜，2014）等功能，近年來無人機遙感影像技術（史潔青等，2017）的加入使得森林資源能夠得到更精細化的監(jiān)測與管理。

1.2森林培育管理系統(tǒng)

森林培育主要包括造林規(guī)劃設計與施工、森林撫育與森林采伐等環(huán)節(jié)。造林作業(yè)設計是造林施工的依據(jù)，信息技術的引入使得造林決策可以自動化、科學化、合理化地進行。學者應用GIS（高志強等，2010）、ArcGIS（岑敏強，2012）、移動GIS（湯榮明，2009）建立造林規(guī)劃設計系統(tǒng)，處理分析造林立地信息。國內(nèi)外學者采用GIS、ES、DSS開發(fā)了造林決策支持與專家咨詢系統(tǒng)（RoberGDavis等，1993；吳保國等，2009）。還有學者利用PDA（龐麗峰等，2011）、ArcGIS（周克瑜等，2015）采集造林作業(yè)設計數(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)量評定檢驗方面，通過研發(fā)造林動態(tài)信息統(tǒng)計系統(tǒng)對造林實績進行統(tǒng)計分析（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、促進林木生長、改善林木組成和品質(zhì)采取的各項措施。李宇昊（2014）依據(jù)森林經(jīng)營技術規(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）運用空間分析和遺傳算法對撫育小班的智能選擇進行研究，解決了“在哪里撫育”的問題。為及時掌握撫育實施情況，高旗（2015）基于IOS、ArcGIS開發(fā)森林撫育檢查驗收數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)與森林撫育檢查與評價系統(tǒng)，周敏等（2018）對森林撫育成效監(jiān)測進行可視化的研究。森林采伐指從伐區(qū)中獲取木材的生產(chǎn)活動。魏鑫（2007）研究了森林采伐量測算系統(tǒng)，段劼（2010）引用了美國的FVS-BGC研究了森林生長收獲模擬系統(tǒng)，羅子淇等（2016）針對“采多少、采哪里、怎么采”的采伐決策進行決策支持系統(tǒng)的研究。

1.3森林防護管理系統(tǒng)

森林防護管理包括對森林病蟲害與森林火災進行管理與防護。國內(nèi)外學者在病蟲害監(jiān)測、診斷與預警等階段進行了大量的研究。病蟲害的監(jiān)測主要依托遙感技術、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；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；病蟲害的預警系統(tǒng)主要采用RS與GIS、WMS/WFS空間信息服務（常原飛等，2011）等技術。許多國家對森林火災的實時監(jiān)測、行為模擬與損失評估進行了研究。在森林火災監(jiān)測方面，紅外線傳感技術、微波技術、無人機系統(tǒng)（LuisMerino等，2012）、無線傳感器（田仲富等，2014）等技術有著廣闊的應用前景；在預測火災行為方面，主要有野火行為預測（TomàsArtés等，2014）、火災危險性預測模型（HuangFang等，2000）、火災熱點發(fā)生區(qū)域的可能性（KhairilAmri等，2015）、森林火災危險區(qū)域繪制（Ra⁃jendran等，2016）等研究；在火災損失評估方面，學者應用MODIS數(shù)據(jù)對火災破壞進行評估（PauloBarbo⁃sa等，2006）與面積估算（鄭偉等，2011）。

1.4森林經(jīng)營輔助管理系統(tǒng)

目前，森林經(jīng)營輔助管理主要是針對森林經(jīng)營人員、資金和財務的管理，大多沒有與森林經(jīng)營業(yè)務結(jié)合開展研究。人員管理方面，學者對人事工資（劉代明，2000）、森林火災撲救人員（顏桂梅等，2013）開發(fā)了信息系統(tǒng)。資金財務方面，有林業(yè)財務管理系統(tǒng)（馬駿等，1990）、基于網(wǎng)絡的林業(yè)財務決策支持系統(tǒng)（鐘鳳英，2006）等研究。森林經(jīng)營的日常管理主要綜合管理森林資源數(shù)據(jù)與日常經(jīng)營數(shù)據(jù)，引入GIS后實現(xiàn)了對林火防治、木材運輸管理、林業(yè)病蟲害防治、林業(yè)檔案的管理（聶芹等，2008）。

2新型信息技術在森林經(jīng)營管理中的應用研究

為了解這新型信息技術在森林經(jīng)營管理中的研究現(xiàn)狀，本研究在中國知網(wǎng)、WebofScience，Springer等數(shù)據(jù)庫，以“林業(yè)”為主題，以“商務智能”“數(shù)據(jù)倉庫”“數(shù)據(jù)挖掘”“云計算”“大數(shù)據(jù)”為關鍵詞，對新型信息技術在森林經(jīng)營管理中的應用進行文獻檢索，并進行相關研究。

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

為有效管理海量的森林資源與經(jīng)營業(yè)務數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)有效集成與多維分析，數(shù)據(jù)倉庫技術被引入林業(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）、火險因子（肖云丹等，2012）的森林資源數(shù)據(jù)倉庫，對森林資源數(shù)據(jù)進行抽取、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）。還有學者為森林資源經(jīng)營活動信息的存儲建立了空間數(shù)據(jù)倉庫（王育英等，2006）。數(shù)據(jù)挖掘技術被廣泛運用在森林資源管理（李廣水，2010）、森林管護（齊少群等，2007）和林業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)營服務（江林升等，2011）中。在森林資源管理中，學者對種質(zhì)資源（段旭良，2008）、立地因子（鞏茵熙，2013）、樹種適宜性（張宗藝，2016）等方面進行了研究；在造林設計中，采用關聯(lián)規(guī)則、決策樹算法挖掘造林技術措施之間的聯(lián)系（姚山，2008）；在森林防護中，采用粗糙集（張艷榮，2012）、關聯(lián)規(guī)則（楊露，2013）、粒子群（DieuTienBui等，2017）等算法進行病蟲害預測與森林防火研究。除此之外，還有學者對林分生長模型與森林成熟進行模擬與預測（劉榮其，2009；李金銘等，2009），利用大數(shù)據(jù)平臺對森林生態(tài)站數(shù)據(jù)進行挖掘分析（張正，2016）。

2.2大數(shù)據(jù)與云計算在森林經(jīng)營管理中的應用研究

云計算能夠利用分布獨立的計算資源，實現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的快速處理，為林業(yè)信息服務的集成動態(tài)管理提供可能。李珺（2012）建立林業(yè)信息共享服務平臺，侯瑞霞等（2016）搭建林業(yè)資源信息云服務體系架構；還有一些學者基于大數(shù)據(jù)和云平臺進行森林管護的研究：諸如基于位置服務的自然保護區(qū)智能管護云平臺（馬琰等，2015）、森林防火大數(shù)據(jù)的存儲與分析（曹夢鴿等，2018；曾志強等，2018）。中國林業(yè)科學研究院林業(yè)科技信息研究所充分利用大數(shù)據(jù)、虛擬化、云計算、數(shù)據(jù)挖掘和可視化技術，開展林業(yè)信息資源組織、知識挖掘和數(shù)據(jù)可視化等關鍵技術研究，建成了林業(yè)科技大數(shù)據(jù)平臺。

3文獻述評

3.1結(jié)論

本文結(jié)合森林經(jīng)營業(yè)務總結(jié)了森林經(jīng)營管理系統(tǒng)的開發(fā)現(xiàn)狀，對數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、云計算、大數(shù)據(jù)等新型技術在森林經(jīng)營管理中的應用進行了綜述，主要得到2個方面的研究結(jié)論。（1）3S技術在森林資源監(jiān)測中的應用和森林資源管理系統(tǒng)的開發(fā)研建，已經(jīng)實現(xiàn)森林資源數(shù)據(jù)的定期監(jiān)測與獲?。辉谏纸?jīng)營業(yè)務的基礎上，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)營業(yè)務系統(tǒng)，各類業(yè)務系統(tǒng)已經(jīng)形成了海量分散化的大數(shù)據(jù)基礎。海量多源的森林資源與經(jīng)營業(yè)務數(shù)據(jù)已經(jīng)實現(xiàn)了森林經(jīng)營業(yè)務的數(shù)據(jù)化，為森林經(jīng)營管理的后續(xù)研究奠定了林業(yè)大數(shù)據(jù)的基礎，而其背后隱含著大量具有實用價值的經(jīng)營決策信息還有待挖掘，以期實現(xiàn)數(shù)據(jù)信息化，進而可以指導森林經(jīng)營業(yè)務。（2）數(shù)據(jù)倉庫、數(shù)據(jù)挖掘、云計算等大數(shù)據(jù)處理方法被廣泛應用，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用在森林資源管理、森林經(jīng)營業(yè)務環(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；云計算用于建立林業(yè)資源信息云服務體系，大數(shù)據(jù)廣泛用于林業(yè)資源監(jiān)測管理、遠程診斷等領域。這些新型信息技術不但可以分析處理關系復雜的海量數(shù)據(jù)，還能挖掘隱含的信息與知識。盡管信息技術在森林經(jīng)營管理中已經(jīng)呈現(xiàn)豐厚的研究成果，但其中還存在4個方面的不足。（1）長期以來,森林資源管理系統(tǒng)和經(jīng)營業(yè)務系統(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、時間等存在差異，存在嚴重的“信息孤島”現(xiàn)象（楊衛(wèi)民，2005），造成數(shù)據(jù)的存儲分散、共享程度低，存在大量冗余和垃圾數(shù)據(jù)等問題。同時這些數(shù)據(jù)沒有直接從森林經(jīng)營業(yè)務環(huán)節(jié)抓取，不能及時反映森林經(jīng)營業(yè)務進展情況，數(shù)據(jù)源的分散性容易導致數(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)務系統(tǒng)對各類數(shù)據(jù)沒有統(tǒng)一規(guī)范存儲模式（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、多粒度對森林資源數(shù)據(jù)和森林經(jīng)營數(shù)據(jù)進行分析和展現(xiàn)，造成林業(yè)大數(shù)據(jù)中蘊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)營管理決策的能力低。（3）現(xiàn)有的對林業(yè)大數(shù)據(jù)進行的數(shù)據(jù)倉庫的建立主要針對二類調(diào)查等森林資源數(shù)據(jù)，沒有融合森林經(jīng)營業(yè)務、人力、財務數(shù)據(jù)和統(tǒng)計報表數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)挖掘也多圍繞森林資源、林木生長預測等方面，有關人員、財力、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)營管理主題進行業(yè)務分析，無法提供管理者關心的森林經(jīng)營關鍵指標，無法及時把控森林經(jīng)營生產(chǎn)活動，是現(xiàn)有研究中的缺憾。

3.2未來研究方向

目前國內(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，加強對林業(yè)大數(shù)據(jù)背后隱藏價值的研究已經(jīng)迫在眉睫，因此將大數(shù)據(jù)的理念和技術引入森林經(jīng)營管理是不容忽視的一個發(fā)展方向。基于此，本文提出未來的研究方向。（1）通過大數(shù)據(jù)、商務智能和數(shù)據(jù)倉庫等信息技術，基于森林資源和經(jīng)營數(shù)據(jù)，整合不同來源、粒度、層次的異構數(shù)據(jù)，形成森林經(jīng)營決策與管理人員關心的數(shù)據(jù)形式，構建一個能夠融合森林資源管理系統(tǒng)、森林經(jīng)營業(yè)務系統(tǒng)、森林經(jīng)營單位財務系統(tǒng)和報表系統(tǒng)等各個數(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、集成和計算等工作匯入數(shù)據(jù)倉庫，統(tǒng)一定義數(shù)據(jù)標準、數(shù)據(jù)規(guī)范、計算邏輯和數(shù)據(jù)模型，形成一個反映森林經(jīng)營范圍內(nèi)的森林資源狀況、森林經(jīng)營活動、經(jīng)營人員投入和經(jīng)營財物投資等綜合森林經(jīng)營成果和森林經(jīng)營業(yè)務要素的多源數(shù)據(jù)中心，是今后森林經(jīng)營單位數(shù)據(jù)管理的研究方向。（2）通過數(shù)據(jù)倉庫、多維分析等商務智能技術，對森林經(jīng)營關鍵指標進行多層次、多維度、多粒度的展示，實現(xiàn)森林經(jīng)營成果和森林經(jīng)營過程的動態(tài)管理和監(jiān)控；通過森林經(jīng)營關鍵指標差異分析，發(fā)現(xiàn)森林經(jīng)營的業(yè)務問題，倒逼業(yè)務部門進行優(yōu)化；通過監(jiān)測關鍵指標的落地情況，形成完整的業(yè)務過程監(jiān)控，為不同層級、不同職能部門的管理人員提供管理、流程和財務方面的信息支持，進而提高森林經(jīng)營管理的精細程度，為森林經(jīng)營業(yè)務提供精準信息服務和智能解決方案。綜上，如何基于森林經(jīng)理學和林業(yè)經(jīng)濟學知識背景，融合多平臺多系統(tǒng)獲取的數(shù)據(jù)，達到信息與應用共享的林業(yè)異構數(shù)據(jù)集成，從多源異構化的森林經(jīng)營管理信息中揭示科學規(guī)律和有效知識，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)大學經(jīng)濟管理學院