現(xiàn)在山林管控存在諸多問題,比如下列情況:
(1)人為火險(xiǎn)高
近年來,嚴(yán)格控制進(jìn)山人員攜帶火種、防火宣傳和火種控制力度不夠,在林區(qū)步道、祭英區(qū)存在吸煙、用火等情況,火災(zāi)隱患十分突出,可以說是防不勝防。
(2)巡護(hù)壓力大
大多數(shù)林區(qū)目前主要依靠人工巡查宣傳及管控。林區(qū)面積較廣、道路較多,人工巡查難于做到嚴(yán)防死守,更不可能24小時(shí)值守。若存在天干物燥、風(fēng)力較大等氣候條件,極容易造成重大林區(qū)火災(zāi)。
(3)人工管控難
現(xiàn)代化科技手段不足,火災(zāi)防控、應(yīng)急響應(yīng)、處置指揮都主要采取電話呼叫的方式進(jìn)行,但應(yīng)急處置組織指揮較為國(guó)難,總體防火管控,應(yīng)急響應(yīng)和處置指揮都相對(duì)被動(dòng),完全依靠人工方式開展工作,總體效率較低,且人工投入較大。
智慧林業(yè)實(shí)景三維動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以林業(yè)發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求以及信息化建設(shè)的成功經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ),以成熟穩(wěn)定的電子政務(wù)平臺(tái)和工作流引擎為依托,以實(shí)現(xiàn)林業(yè)高度信息化為目的,以系統(tǒng)集成的模塊化、流程化處理機(jī)制為手段,解決了林業(yè)信息化發(fā)展過程中的信息化管理、智慧化防治及一體化服務(wù)等問題,深化信息技術(shù)在林業(yè)業(yè)務(wù)中的集成應(yīng)用,可為各級(jí)林業(yè)部門的資源監(jiān)管、災(zāi)害防治與其他業(yè)務(wù)管理提供一體化解決方案。
1.數(shù)字孿生系統(tǒng)架構(gòu)
感知層:感知層主要包括物理實(shí)體中搭載先進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的各類新型基礎(chǔ)設(shè)施。
數(shù)據(jù)層:數(shù)據(jù)層主要包括保證運(yùn)算準(zhǔn)確性的高精度的數(shù)據(jù)采集、保證交互實(shí)時(shí)性的高速率數(shù)據(jù)傳輸、保證存取可靠性的全生命周期數(shù)據(jù)管理。
運(yùn)算層:運(yùn)算層是數(shù)字孿生體的核心,其充分借助各項(xiàng)先進(jìn)關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)下層數(shù)據(jù)的利用,以及對(duì)上層功能的支撐。
功能層:功能層是數(shù)字變生體的直接價(jià)值體現(xiàn),實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)認(rèn)知、系統(tǒng)分析、故障診斷、預(yù)測(cè)推演功能,從而起到輔助決策作用。系統(tǒng)認(rèn)知,數(shù)字孿生體能夠真實(shí)描述及呈現(xiàn)物理實(shí)體的狀態(tài),它是實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體其它高級(jí)和智能化功能的基礎(chǔ)。系統(tǒng)分析可實(shí)現(xiàn)數(shù)字孿生體的狀態(tài)監(jiān)測(cè)功能,發(fā)揮對(duì)物理實(shí)體的早期預(yù)警作用。故障診斷,通過分析物理實(shí)體的運(yùn)行狀態(tài),了解現(xiàn)象背后的原因。預(yù)測(cè)推演,是利用仿真技術(shù)來預(yù)見物理實(shí)體未來的狀態(tài)演變,從而指導(dǎo)當(dāng)前的運(yùn)行決策。
應(yīng)用層:應(yīng)用層是面向各類場(chǎng)景的數(shù)字孿生體的最終價(jià)值體現(xiàn),具體表現(xiàn)為不同行業(yè)的各種產(chǎn)品,能夠明顯推動(dòng)各行各業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型。
2.數(shù)字孿生系統(tǒng)的典型特征
等價(jià)映射:數(shù)字孿生體是對(duì)物理實(shí)體的等價(jià)描述,是對(duì)物理實(shí)體進(jìn)行數(shù)字化而松建的模型數(shù)字孿生體的變化能夠真實(shí)反映現(xiàn)實(shí)世界中的物理實(shí)體的變化。數(shù)字孿生體能夠?qū)崿F(xiàn)雙向映射、數(shù)據(jù)連接和狀態(tài)交互,起到“數(shù)化”、“保真”效果。
實(shí)時(shí)交互:基于實(shí)時(shí)傳感等多元數(shù)據(jù)的獲取,孿生體可全面、精準(zhǔn)、動(dòng)態(tài)反映物理對(duì)象的狀態(tài)變化,包括外觀、性能、位置、異常等?!皩?shí)時(shí)”體現(xiàn)數(shù)字孿生體所處狀態(tài)是物理實(shí)體狀態(tài)的實(shí)時(shí)虛擬映射;“交互”體現(xiàn)數(shù)字孿生體與物理實(shí)體間存在數(shù)據(jù)及指令互動(dòng)。
共生演進(jìn):“共生”體現(xiàn)在數(shù)字孿生體與物理實(shí)體同步構(gòu)建,在全生面周期中相互依存,孿生體隨著孿生對(duì)象的生長(zhǎng)而不斷演變。共智體現(xiàn)在三個(gè)層面:孿生體與孿生對(duì)象間共享智慧(包括:數(shù)據(jù)、算法)、孿生體內(nèi)部各種孿生模型間共享智慧、不同生命周期階段的孿生體間共享智慧。
預(yù)測(cè)優(yōu)化:根據(jù)物理實(shí)體的各項(xiàng)真實(shí)數(shù)據(jù),通過數(shù)字孿生體進(jìn)行仿真,實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體未來狀態(tài)的預(yù)測(cè),預(yù)先知曉未來狀態(tài)能夠輔助用戶做出更合理的決策。根據(jù)物理實(shí)體的實(shí)時(shí)運(yùn)行狀態(tài),通過數(shù)字孿生體進(jìn)行監(jiān)測(cè),實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)不穩(wěn)定狀態(tài)的預(yù)測(cè),預(yù)先覺察即將可能發(fā)生的不穩(wěn)定狀態(tài),使用戶更從容地處理該問題。
建立數(shù)字孿生體的最終目的,是通過描述物理實(shí)體集合內(nèi)在機(jī)理,分析規(guī)律、洞察趨勢(shì),基于分析與仿真對(duì)物理世界形成優(yōu)化指令或策略,實(shí)現(xiàn)對(duì)物理實(shí)體決策優(yōu)化功能的閉壞。根據(jù)數(shù)字孿生的典型特征,可以得出數(shù)字孿生的體系架構(gòu)。
3.智慧林業(yè)實(shí)景三維動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能
(1)林業(yè)資源管理:數(shù)字孿生技術(shù)可以對(duì)林業(yè)資源進(jìn)行精確建模和仿真,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)資源的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和管理。通過采集和分析大數(shù)據(jù),可以實(shí)時(shí)更新數(shù)字模型,反映資源變化情況,并通過算法分析和優(yōu)化實(shí)現(xiàn)資源的合理配置和利用。
(2)林業(yè)病蟲害預(yù)防與治理:數(shù)字孿生技術(shù)可以對(duì)林業(yè)病蟲害進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè),幫助提前制定防治方案。通過與實(shí)際情況的數(shù)據(jù)交互,數(shù)字模型可以不斷優(yōu)化,提高病蟲害防治的精細(xì)化管理水平,減少病蟲害對(duì)林業(yè)資源的損害。
(3)林業(yè)生態(tài)恢復(fù)和保護(hù):數(shù)字孿生技術(shù)可以模擬林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的運(yùn)行和演化過程,通過數(shù)據(jù)交互和模型優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)和保護(hù)。同時(shí),數(shù)字模型還可以用于評(píng)估和分析不同干預(yù)措施的效果,為林業(yè)生態(tài)管理提供科學(xué)依據(jù)。
(4)林業(yè)作業(yè)規(guī)劃與決策支持:數(shù)字孿生技術(shù)可以對(duì)林業(yè)作業(yè)進(jìn)行模擬和優(yōu)化,提供作業(yè)規(guī)劃和決策支持。通過對(duì)作業(yè)過程進(jìn)行數(shù)字化建模和仿真,可以實(shí)現(xiàn)作業(yè)流程的可視化和優(yōu)化,提高作業(yè)效率和質(zhì)量。