智慧林业.森林防火.环境监测-物联网工程解决方案文档格式.docx

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第3章解决方案 8

3.1总体方案 8

3.1.1总体目标 8

3.1.2建设原则 8

3.1.3总体架构 9

3.1.4运管模式 10

3.2方案优势 11

3.2.1先进可靠、实用成熟 11

3.2.2建设快、成本低 12

3.2.3应用简便、管理高效、运维省心 12

3.3技术方案 12

3.3.1技术架构 12

3.3.2前端设备 15

3.3.3传输网络 33

3.3.4云计算平台 35

第4章实施方案 38

4.1勘察设计 38

4.2工程建设 38

4.3投入运用 38

4.4运营管理 38

第5章工程案例 39

-II-

前言

林业既是一项重要的公益事业，也是一项重要的基础产业，在国家经济社会发展中发挥着不可替代的作用。

党的十八大把建设生态文明纳入中国特色社会主义事业“五位一体”总体布局，并提出“走中国特色新型工业化、信息化、城镇化、农业现代化道路”这为新时期大力加强现代林业建设，着力保障和改善民生提供了重大机遇，具有重大的现实意义和深远的历史意义。

林业信息化，是我国林业现代化的必然要求和重要支撑。

随着我国物联网战略性新兴产业的兴起，国家林业局先后颁布了《关于进一步加快林业信息化发展的指导意见》、《中国智慧林业发展指导意见》和《中国林业物联网发展行动计划（2013—2020年）》，吹响了物联网技术助推智慧林业发展的号角，为加快推进我国数字林业向智慧林业跨越式发展绘制了顶层设计的蓝图。

英卡电子，从2007年成立之始，致力于专注林业、景区应用领域的森林防火、生态监测等系列无线传感网技术、设备及系统研发，在国家及地方10余项科技项目支持下，成功突破了野外供能、无线组网、智能传感等关键技术，承担了国家发改委的“国家级物联网应用示范工程”，积累了5年以上的森林防火、环境监测应用经验，在黄山、峨眉山、赤水、仙女山等国内数十个景区进行了规模应用，为英卡电子投身于《中国林业物联网发展行动计划》实施奠定了坚实的基础，并希望为推动我国智慧林业发展和生态文明建设贡献力量。

-9-

第1章方案概述

1.1提出背景

森林生态资源是支撑我国经济社会可持续发展的重要基础，林业现代化是中华民族伟大复兴实现强国梦的必然要求。

林业信息化是林业现代化的基本要求，数字林业向智慧林业的转型升级，既是新一代信息科技进步的必然趋势，也是林业现代化发展的必由之路。

为此，国家林业局颁布实施了《中国智慧林业发展指导意见》（2013.8）、《中国林业物联网发展行动计划（2013-2020）》（2013.10），为我国智慧林业发展指明了方向，绘制了蓝图。

本方案以《行动计划》为蓝图，以传感网、云计算、大数据等新一代信息技术为支撑，利用独特的野外环境长效供能、复杂地貌气候环境无线组网、微功耗智能传感等核心技术，提供了一种适用于森林防火、环境监测的无线传感网应用解决方案，可在高火险、高价值林区构建林火监测、环境监测的地网与人网监测系统，再融合现有的天网监测信息，可形成立体的智慧林业“信息金矿”，为我国长效生态治理智慧化转型发展开创良好的发展空间。

1.2问题与对策

林业生态是系统工程，需要一体化、协同化、智慧化治理。

智慧林业发展，就必然离不开物联网、云计算、大数据等新一代信息技术应用。

但是，当前林业物联网技术发展较慢，体系化、规模化应用较少，主要存在以下几方面瓶颈问题：

1、林业物联网的瓶颈问题

（1）缺乏顶层设计：

林业物联网应用涉及标准、体系、技术、产品和系统等系列问题，归根结底是缺乏顶层设计的问题，所以体系化和规模化的应用较少。

（2）存在技术瓶颈：

林业物联网应用需要在野外环境部署传感设备、网络设备、安全设备和供电设备，在野外长效供电、低能耗无线组网、可靠信息感知、安全信息传输等方面存在技术瓶颈。

（3）信息共享不足：

生态治理需要跨区域、跨行业信息共享，相互协同。

但存在信息系统及信息安全异构问题，信息交换与共享存在障碍，普遍信息共享利用水平偏低，信息挖掘深度不够。

（4）建设资金缺乏:

林业信息化建设投入巨大，长效运行维护成本高，长期以来主要依靠中央财政支持，市场化程度低，可持续发展模式亟待商业创新，引进更多创新商业模式才能支撑长效发展需要。

（5）专业人才不足：

林业信息化发展需要储备专业技术和管理人才，长期

以来林业缺乏相关人才储备，配套规章制度也很不健全。

2、本方案的应对措施

（1）顶层设计的问题：

《行动计划》的颁布，根本上解决了顶层设计问题，并指明技术、研究、应用和发展的方向。

（2）技术瓶颈的问题：

本方案已突破了野外长效供电、野外无线组网、野外可靠传感等关键技术，研发了系列森林防火、系列环境监测无线传感网产品，承担了国家发改委的“国家级物联网应用示范工程”，并在国内具有长达5年以上的规模化应用经验。

（3）信息共享不足的问题：

本方案与阿里云合作，构建了“智慧林业物联网平台”（），面向国家、省市、区县等各级林业部门开放服务，并提供属地化分级协同的林火监测、环境监测、生态评估、灾害定位、灾害预警、应急指挥、应急演练等服务功能，支持与地方部门的一体化、协同化、可视化管控和信息共享。

（4）建设资金缺乏的问题：

本方案支持设备采购、服务采购等多种创新商业模式，林业部门采购产品应用的同时，就可避免获得云计算、APP应用等服务；

本方案运营方通过大数据挖掘面向研究机构、政府机关、相关行业等提供商业数据服务，从而避免林业部门投资运行维护，解决长效运维投资的问题。

（5）专业人才不足的问题：

本方案只需要林业部门采购传感网智能硬件设备，不需要投资建设“智慧林业物联网平台”及APP软件，也不需要专业技术与管理人才运维，从根本上解决了技术与管理人才的问题。

1.3编制依据

（1）《关于进一步加快林业信息化发展的指导意见》（2013.3）

（2）《中国智慧林业发展指导意见》（2013.8）

（3）《中国林业物联网发展行动计划（2013-2020）》（2013.10）

（4）三北防护林的建设、指导原则、意义和效益及问题

（5）三北防护林体系建设五期工程规划技术手册（2009）

第2章目标与内容

2.1林火监测预警与防控

森林火灾监测预警与防控，除利用卫星遥感、航空遥感等天网系统大范围监测与防控外，重点在于建设与应用视频监控、红外感应等地网系统，以及移动智能终端（智能手机）、单兵设备等人网系统。

目前，视频监控技术主要替代人工瞭望，适用于较大范围森林资源的出林烟火现象识别；

红外传感网技术主要替代人工巡护，适用于高火险、高价值森林资源的林下烟火现象识别。

两种技术均为林火地网监测技术，针对不同应用场景，互为补充，亦可协同。

本方案主要提出红外传感网林火监测地网系统建设的内容与目标，重点针对高火险、高价值林区（景区、公园、自然保护区、生态保护区等），特别适用于该高价值林区的农作区、祭奠区、人行道、车行道、观光区、休闲区等高火险周界防护。

2.1.1地网与人网监测

（1）红外传感网地网监测系统：

利用红外感应、无线组网、野外供能等野外环境传感网核心技术，在高火险灾林区的周界（人行、车行、农作、祭奠、观光等），部署“无线红外火焰探测器”、“物联网网关”等物联网产品，通过短距离无线通信自组网，形成无线传感网火险灾地网监测系统，替代人工巡护，实现对早期森林火险灾现象的7*24小时全天候、全自动监测。

（2）移动智能终端人网监测系统：

利用移动互联网、GPS、GIS等3G技术，为林业管护人员配置移动智能终端（或智能手机），安装“安全监管网格化管理系统”APP软件，形成火险灾应急防控人网监测系统，实现对森林火险灾管控的巡护、监管、考核、应急、协同和指挥。

2.1.2立体预警

（1）天网气象火险灾预警：

每日从中国气象网采集防控地区的气象预报数

据，结合地网监测系统采集的小气候数据，依据QX/T77-2007《森林火险气象等级》标准，利用森林气象火险等级预测算法模型，计算被防控林区的森林气象火险等级，通过“智慧林业物联网平台”，向林业管护人员移动智能终端（智能手机）发送气象火险等级预警信息，以便林业管护人员适时加强火患因素管控。

（2）地网传感火险灾预警：

通过红外感应地网监测系统，7*24小时全天候、全自动地监测早期火险灾现象，再通过“智慧林业物联网平台”，快速、准确地向林业管护人员移动智能终端（智能手机）发送火险灾现象的定位预警信息，以便快速响应组织扑救与应急指挥。

（3）人网巡护火险灾预警：

通过智能终端人网监测系统，统一计划、安排、调度人工巡护区域、路线和任务，林业管护人员利用移动智能终端（智能手机）进行网格化分布巡护，将发现火险灾隐患或现象上传到“智慧林业物联网平台”，并向相关人员及上级管理者发出预警，以便快速响应组织扑救与应急指挥。

2.1.3综合防控

（1）立体防控：

综合利用天网（卫星、航空、气象等）、地网（视频、传感等）、人网（移动智能终端、单兵设备等）监测信息，构建立体化、可视化、智慧化、协同化的森林火险灾防控体系，通过“智慧林业物联网平台”，提高森林火险灾监测、预警预报以及指挥调度，灾后评估等应急响应能力。

（2）资源管控：

通过“智慧林业物联网平台”，对各地区的防火资源（防火物资、装备、人员）进行管理、指挥和调度，实现防火资源的区域共享、应急调拨、快速响应，提升对森林火险灾的应急防控水平。

（3）指挥演练：

通过“智慧林业物联网平台”，可定期或临时模拟火险灾事件，训练、评估、总结和提高火险灾应急响应能力和指挥水平，持续改进应急预案和指挥方式。

2.2长效生态监测与评估

林业生态环境的长效监测与评估，主要指对森林、湿地、荒漠三大陆地生态系统的有关指标进行连续观测，进而评估生态系统的健康状况、生态服务功能和价值，并为森林资源保护、湿地保护与恢复、荒漠化和沙化防治、碳汇造林等林

业生态工程建设与管理提供科学依据。

目前，除天网监测系统外，重点在于构建与应用地网监测系统，从而进行更

加精准、长效的监测与评估。

从国际类似应用与技术发展来看，本方案重点介绍野外环境无线传感网、物联网的技术解决内容与目标。

2.2.1地网监测

（1）多要素传感网地网监测系统：

利用野外供能、无线组网、复合传感等野外传感网关键技术平台，复合集成大气温度、大气湿度、大气压力、光照度等核心要素生态环境参数监测传感器，针对重点生态监测区域，密集部署无线传感网生态环境探测器，进行高密度、高精准、长效性的生态环境监测与评估（是国际最先进的长效生态环境监测方案）。

（2）多要素分布式地网监测系统：

利用复合传感、野外供能、移动通信、卫星通信等物联网技术，在森林、湿地、荒漠等分布地域较广的区域，科学规划、合理部署气象（大气温度、大气湿度、大气压力、土壤温度、土壤湿度、风速、风向、降雨量、光照度、能见度、蒸发等参数）、空气（PM2.5、PM10、二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、二氧化碳等参数）多要素气象生态环境监测设备（站仪），通过移动通信数据网、卫星通信网传输，形成大陆尺度的长效林业生态监测物联网地网系统，实现对林业生态环境实时、准确、可靠、长效的监测。

2.2.2长效评估

（1）立体信息融合：

通过“智慧林业物联网平台”与林业部门现有天网监测信息接口获得卫星、航空等监测信息，融合地网监测系统的长效性、分布式、精准监测信息，融合形成长效生态环境监测“信息金矿”。

（2）生态变化评估：

利用“智慧林业物联网平台”构建专业、科学的林业生态环境大数据分析模型，长效、深入挖掘生态环境“信息金矿”，分析生态系统动态变化及其原因，生态系统健康状况及生态服务功能与价值，重大生态工程和生态系统管理成效等，提供科学的生态评估与风险预测决策信息。

2.2.3生态预警

（1）异常气候生态预警：

利用“智慧林业物联网平台”对“信息金矿”进

行评估与预测，可对区域性异常气候进行预测预警，以便林业部门及时应急响应。

（2）长效监测生态预警：

行评估与预测，可对林地、湿地、荒漠等区域进行生态预警，以便辅助决策。

第3章解决方案

3.1总体方案

3.1.1总体目标

遵循国家林业局《行动计划》，结合地区智慧林业建设与发展实际需要，充分利用野外环境无线传感网核心技术优势及成熟应用设备，着力构建森林火灾监测预警与防控、长效生态环境监测评估与防控的地网监测系统和人网监测系统，融合现有天网监测系统，形成区域性智慧林业“信息金矿”，实现一体化、协同化、智慧化的大数据共享与生态环境监测、分析、评估、预警和防控，为加快区域林业现代化发展奠定坚实的基础。

3.1.2建设原则

智慧林业建设在秉承“统筹规划、资源整合、阶段建设”的总体原则下，还

需要遵循下述建设原则：

（1）集成已有业务应用系统原则

各地区智慧林业建设已具有一定基础，充分利用现有天网系统、地网系统和人网系统信息资源，是实现信息共享和保护已有投资的重要手段，智慧林业建设必须总体集成已有业务应用及信息资源。

（2）提取公用信息与服务避免重复建设原则

在总体建设目标之下，应合理提取现有业务应用系统的信息，进行信息资源的充分融合，再合理整合与优化服务功能，避免现有服务重复建设，影响信息共享与一体化、协同化、智能化服务。

（3）可靠、高效、可扩展原则

智慧林业地网、人网监测系统是数据的来源和管理的支撑，遵从可靠性原则，应保证7*24小时运行，且无人值守，否则将致使智慧林业应用瘫痪。

作为专业模型计算、海量实时数据处理的承载平台，必须实现高效快速的计算以满足业务应用需求，遵从高效率原则，否则将会严重影响实际应用与体验。

新的应用与业务将随管理变化而变化，应遵从可扩展性原则，否则无法适应形势变化需要。

3.1.3总体架构

遵循国家林业局《行动计划》要求，本方案提出的智慧林业物联网工程总体架构由3个层次（感知层、网络层、应用层）和2个体系（标准规范、安全与综合管理体系）构成。

图3-1智慧林业物联网解决方案总体架构

（1）感知层：

解决的是智能感知、短距离传输与组网路由、野外供能长效工作等关键技术问题，由无线红外火焰探测器、多要素生态环境探测器等智能硬件设备构成，形成区域性传感器网络或大陆尺度分布式物联网，具有长期稳定可靠的位置感知、环境感知、气象感知、火灾感知等功能。

（2）网络层：

也称为物联层，解决的是感知层获得数据的汇聚、联网、远程传输等关键技术问题，由室内型或野外型物联网网关等智能硬件设备构成，负

责对感知层传感网或物联网设备的管理，以及与互联网、移动互联网、卫星网等

互联，接入物联网服务平台，实现物联层面的双向信息交换与协议解析。

（3）应用层：

也称为业务层，解决的是信息采集、存储、处理、展现、交互等一体化、协同化、智能化业务应用问题，由应用支撑子层和应用执行子层两个子层次。

其中应用支撑子层由基础数据库、业务数据库、知识库、模型库等数据库以及数据管理体系等构成，涉及的技术包括数据库技术、云计算技术、大数据技术、基于SOA（面向服务的架构）的中间件技术以及支撑跨行业、跨业务、跨系统的信息共享交换技术等；

应用执行子层由林业火灾监测预警、生态监测与评估等应用系统构成，满足林业服务、管理、决策的应用需求。

（4）标准规范体系:

解决的是智慧林业物联网工程建设的技术与管理标准化、规范化问题，由系列国家标准、行业标准、地方标准以及各类技术与管理规范构成，为智慧林业物联网工程建设的规划、设计、建设、应用、管理和运维提供科学指导，确保互联、共享、稳定、高效地运行。

（5）安全与综合管理体系:

解决的是智慧林业物联网工程建设的信息安全、综合应用、科学管理等体制、机制、制度的体系化问题，由信息安全制度、管理制度、运维制度以及管理机构等构成，为智慧林业物联网提供基础设施、应用系统等有效监管与安全保障。

3.1.4运管模式

智慧林业物联网平台，基于UNIX操作系统大型计算平台、J2EE技术标准、大型数据库系统构建，部署在阿里云存储与计算平台。

面向省厅、地市、区县及下属林区等单位按属地化分级提供应用与服务（授权登录即可使用），支持与各级地方行政部门互联互通（按需互联），提供属地化、一体化、协同化的管控。

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图3-2智慧林业物联网平台一体化、协同化、智慧化运营管理框架

3.2方案优势

3.2.1先进可靠、实用成熟

（1）技术先进：

本方案为林火监测预警与防控、长效生态环境监测评估与防控等地网系统提供的红外无线探测器、环境探测器、物联网网关等系列无线传感网产品，以及部署在阿里云的智慧林业物联网平台，成果鉴定为“国际先进、国内领先”水平，是国家林业局《行动计划》中主推的技术方案之一。

（2）产品可靠：

本方案提供的无线传感网智能硬件产品及物联网服务平台智能软件系统，均在国内景区领域具有5年以上实际推广应用经验，而且承担实施了国家发改委的“国家级物联网应用示范工程”，代表林业、景区领域战略新兴产业面向全国进行推广应用。

（3）系统实用：

本方案提供的智慧林业物联网平台基于阿里云面向全国林业、景区领域提供SAAS云计算应用服务，具有存储容量大、性能稳定、安全可靠等特点，应用功能包括地网与人网监测、天网信息融合、大数据分析与评估、灾害定位与预警等实用化的服务功能，且支持按需求的免费功能拓展。

（4）应用成熟：

本方案提供的技术、产品和系统应用成熟，自2010年始在

西南地区示范应用，2012年开始在国家级示范工程支持下面向全国景区推广应

用，产品与系统推广应用到黄山、峨眉山、赤水、仙女山等数十个景区，为智慧林业推广应用奠定了技术与产品的坚实基础。

3.2.2建设快、成本低

（1）建设快：

不需要建设专门的安装、供电、通信等基础设施；

不需要规划建设信息平台；

不需要组建专业技术与管理队伍。

只需要勘察、设计、计算设备部署数量及位置，即可在不超过4周内完成安装与培训。

（2）成本低：

节省了信息平台建设与维护、人才队伍经费等投资，单位区域建设投资比视频监控更低，实际应用效果更好、管理更简便、可靠性更强。

3.2.3应用简便、管理高效、运维省心

（1）应用方便：

本方案提供的产品及系统为7*24小时全天候、全自动运行，无人值守，物联网平台将自动分析处理实时数据和大数据信息，自动将若干分类的林业生态安全事件预警、定位等信息发到预定人员手机，可通过短信、微信、APP等界面主动获得信息，仅需要在应急响应、演练指挥、应急指挥时登录物联网服务平台。

（2）管理高效：

本方案提供的物联网平台可监测与防控分布在全国各地的林区、湿地、荒漠的无线传感网或和物联网智能终端，可自动根据林业生态安全事件因素树算法模型进行监测、分析、评估和预警，不需要过多的人为干预，即可全天候、全自动地对生态环境进行监测、预警与防控。

（3）运维省心：

本方案提供的产品及系统均由厂商提供免费质保、售后服务和运维服务，不需要管理部门配备专业技术与管理人员，省事、省心。

3.3技术方案

3.3.1技术架构

本解决方案技术架构的核心是分布式测控计算集群、业务服务总线集群和消

息数据服务总线集群。

智慧林业.森林防火.环境监测-物联网工程解决方案 技术咨询：

智慧林业物联网技术架构框图

-13-

1、分布式测控计算集群

是实现林业生态安全地网监测预警与防控的分布式传感网络集群，是实现林火监测预警与防控、生态监测评估与防控的信息支撑，是信息感知的神经器官。

（1）面向林火监测：

集成分布到各地域的红外传感网络及物联网网关，形成分布式地网林火探测神经器官。

（2）面向环境监测：

集成分布到各地区的多要素生态环境传感网络、物联网网关或点状气候站仪，形成区域性或大陆尺度的地网环境监测神经器官。

（3）面向综合防护：

集成分布到各地区的巡护人员智能手机及APP软件，

形成分布式林火、环境、林政、应急等综合性生态安全神经器官。

2、业务服务总线集群

是实现面向服务架构（SOA）思想的核心技术，是实现天网、地网、人网林业生态安全监测预警与综合立体防控的关键手段，是解决方案的神经中枢。

（1）面向服务集成：

业务应用之间通过服务调用实现集成。

如林火预警可通过调用天网监测、地网监测、人网监测信息进行定位、预警和响应；

生态预警通过调用天网、地网、人网监测数据融合及评估结果进行预警。

（2）面向事件集成：

事件分类之间通过业务调用实现集成。

如气象火险预警通过调用气象预报、地网监测等数据融合预测预警；

灾害气候预警通过调用气象预报、地网监测数据等数据融合预测预警；

林火险灾通过调用地网、人网监测及确认信息进行分级预警或报警。

3、消息数据服务总线集群

是实现智慧林业物联网立体防控的重要途径，是神经中枢向神经器官传递信息的神经网络。

（1）面向地网、人网系统：

业务应用通过消息数据服务总线与设备和人员

收发消息。

如配置传感网及设备参数，调度指挥现场人员等。

（2）面向业务应用子系统：

感知数据通过消息数据服务总线与数据库、业务子系统收发消息。

如接收数据及数据融合处理，以及融合后在GIS上的虚拟呈现等。

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3.3.2前端设备

3.3.2.1高危区域林火监测地网系统

1、系统构成

由红外光谱感应、环境参数感应复合传感网和智慧林业物联网平台构成。

其中：

无线传感网由红外火焰探测器、传感网中继器、环境探测器、物联网网关等野外部署的智能硬件设备组成，主要安装在人行道、车行道、观光区、农作区、祭奠区等高火险区域周界，利用RF433MHz短距离无线通信技术，自动组成任意拓扑结构无线传感网，7*24小时全天候、全自动监测早期火险灾现象，同时监测主要生态环境参数，辅助林区气象火险等级预测修正；

智慧林业物联网平台部署在阿里云平台，通过物联网网关设备可接入分布在全国各地林区的无线传感网，利用GIS空间信息及三维仿真，可视化呈现传感网部署林区（位置）、生态参数，以及火险灾发生的准确位置、蔓延方向、蔓延面积等信息。