國內外智慧林業建設概況及中國發展對策*

管志杰，張薇

(1.常州大學 吳敬璉經濟學院，江蘇 常州 213164；2.常州大學 商學院，江蘇 常州 213164)

黨的二十大報告指出：“中國式現代化是人與自然和諧共生的現代化”。從而明確了中國新時代生態文明建設的戰略任務是推動綠色發展，促進人與自然和諧共生。林業作為生態文明建設的主戰場，生態建設是林業發展的主要任務。在數字中國建設的大背景下，林業發展需要實現程度更深、范圍更廣的信息化變革，向更高級別的數字化、網絡化、智能化邁進[1]。智慧林業作為新一代信息技術與傳統林業相結合的新發展模式，把“信息化”與“生態文明”兩大建設亮點相結合，滿足了新發展階段對林業的新需求，越來越受到各個國家的重視。

圍繞智慧林業，國內外學者主要圍繞以下幾個方面展開了研究：

(1)智慧林業的內涵 李世東等[2]認為智慧林業是在“數字林業”信息化發展階段基礎上，與新一代信息技術相融合的林業現代化建設新模式。ZOU等[3]認為智慧林業是智慧地球的一個子系統，促進了林業資源管理和生態系統建設的協調發展；Lechosaw和Robert[4]則認為智慧林業利用廣泛的數字化轉型和ICT實現管理流程自動化。

(2)智慧林業建設的意義 梅路俊[5]認為智慧林業使林業更加注重各環節的協調、各種資源的整合與共享；吳振江等[6]認為智慧林業將有力支撐現代林業改革發展，為社會實現綠色發展提供了新的路徑；Aghamirkarim等[7]提出智慧林業既可以最大限度地生產木材，又有助于人類應對氣候變化。

(3)智慧林業推進策略研究 曹林等[8]認為智慧林業的發展需要將現代技術融入林業生產和管理業務流程。卓明強等[9]認為發展智慧林業要建設物聯網技術和云計算技術等基礎信息支撐系統。

中國智慧林業建設取得了階段性成效，根據《全國林草信息化發展測評報告》，2020年全國林草信息化率達到81.74%。中國林業更加綠色，截至2022年，中國森林覆蓋率已達到了24.02%，森林蓄積量達到194.93×108m3，森林面積和森林蓄積量連續保持“雙增長”“信息化”與“生態文明”得到共同發展[10]。美國、加拿大、日本、英國、挪威等林業發達國家高度關注智慧林業，采取了一系列措施，積極推進林業物聯網、森林精準培育、森林智慧監測和保護、林業智能裝備等智慧林業關鍵核心技術的研究[8]。中國智慧林業建設與國外相比，在政策支持、科技研發、創新科技應用方面尚存在差距，進一步推動中國智慧林業的發展，有必要借鑒國外發達國家建設經驗。因此，本文在分析中國智慧林業建設現狀的基礎上，通過剖析美國、加拿大和日本智慧林業發展經驗，并結合中國實際，提出推動中國智慧林業建設的對策，期望為中國林業信息化建設提供政策參考。

1 智慧林業內涵及中國智慧林業建設發展現狀

1.1 智慧林業的內涵

國家林業局在2013年發布的《中國智慧林業發展指導意見》中提出智慧林業是指充分利用云計算、物聯網、大數據、移動互聯網等新一代信息技術，通過感知化、物聯化、智能化的手段，形成林業立體感知、管理協同高效、生態價值凸顯、服務內外一體的林業發展新模式[2]?；谥笇б庖?，本文認為智慧林業的本質是利用先進的理念和技術，豐富林業自然資源、開發完善林業生態系統、科學構建林業生態文明，形成生態優先、產業綠色、文明顯著的智慧林業體系，最終使中國林業實現生態、經濟、社會綜合效益的最大化。

智慧林業總體架構主要包括“四橫兩縱”[10]。四橫即設施層、數據層、支撐層、應用層，四橫中的設施層是智慧林業的基礎，數據層是智慧林業的信息倉庫，支撐層則是智慧林業科學、高效運營的關鍵，應用層是智慧林業建設與運營的核心。四橫層層推進，各個部分相互銜接、相互融合，推動智慧林業的應用效果和價值逐步顯現。兩縱即標準規范體系、安全與綜合管理體系[6]。標準規范體系是智慧林業建設和運營的重要支撐。安全與綜合管理體系是智慧林業建設與運營的重要保障。兩縱始終貫穿于四橫，有力保障著智慧林業的建設運營?！八臋M兩縱”相互聯系、相互支撐，形成一個閉環的運營體系[10]。

1.2 中國智慧林業發展現狀

中國建設智慧林業分基礎建設、展開實施、深化應用3個階段。

(1)基礎建設階段 2013—2018年。國家林業局2013年發布《中國智慧林業發展指導意見》后，各地區根據自身特點相繼制定了智慧林業發展規劃，2016年6月、8月國家林業局又分別發布了《關于推進中國林業物聯網發展的指導意見》和《關于加快中國林業大數據發展的指導意見》，提出了要推進物聯網技術與林業核心業務高度融合，大力推進林業大數據建設及資源開放共享，智慧林業進入到實質性基礎建設階段。

(2)展開實施階段 2019—2020年。國家林業和草原局在2019年發布《關于促進林業和草原人工智能發展的指導意見》，全面推動人工智能技術在林草業核心業務中的應用，智慧林業建設進入展開實施階段。

(3)深化應用階段 2021年8月至今。國家林業和草原局2021年發布《“十四五”林業草原保護發展規劃綱要》，提出加強生態網絡感知體系建設，進一步將智慧林業運用于生態保護。智慧林業的應用效果和價值逐步顯現，競爭力、集聚力、輻射力明顯增強，標志著智慧林業進入深化應用階段。發展到現在，中國智慧林業取得一定成效，但也存在不足。

1.2.1 中國智慧林業建設主要成效

(1)政策文件齊全，推動了智慧林業的發展 國家林業局陸續發布《中國智慧林業發展指導意見》《關于推進中國林業物聯網發展的指導意見》等指導意見，為全國各省各單位開展智慧林業建設工作引領了方向；各省根據以上指導意見結合自身特點先后制定了發展規劃。如：河北省林業廳在2014發布了《關于智慧林業建設的指導意見》；江蘇省、廣西壯族自治區等在2021年《“十四五”林業發展規劃》提出建設智慧林業平臺；福建省、浙江省林業局在2022年分別印發《福建省智慧林業“123”工程建設實施方案》《浙江省林業數字化改革五年行動計劃》，提出了各自發展智慧林業的具體措施。國家和各省自治區智慧林業建設文件對數字設施、平臺建設作出了明確的規定，為政府部門、林果企業和經濟組織等多方主體開展智慧林業建設提供了正確的導向和政策保障，有效推動了智慧林業的發展。

(2)信息基礎設施建設完善，為發展智慧林業奠定了堅實的基礎 中國信息基礎設施建設在全球領先，截至2021年底，全國4G、5G用戶普及率達87%左右。中國林業網站群不斷壯大，已經成為規模最大的政府網站群。如：福建省在智慧林業“123”工程建設中為全省林業基層配備無人機設備，為林業監測工作的開展提供保障；內蒙古大興安嶺林區的公網覆蓋率從10%提升至50%，為智慧林業監測提供網絡保障。

(3)智慧林業關鍵技術不斷突破，為智慧林業發展提供了技術支持 在新技術創新領域，雖然歐美等發達國家處于領先地位，但是中國在智慧林業關鍵技術上實現了不斷突破：先進技術如森林電子圍欄技術、特定森林環境的無線通信技術等得到應用；天地一體化森林傳感網絡、森林物聯網終端、樹木智能標識網絡等創新技術成功研發；智慧林業專用衛星順利發射。地方省市也在智慧林業技術方面取得突破，如浙江省在林業數據采集、傳輸、處理方面的關鍵技術實現突破并成功服務于林業災害應急管理[11]。

1.2.2 中國智慧林業建設存在問題

(1)智慧林業相關技術尚未完全普及 林業生產、經營、管理、監測等各個環節中一些關鍵技術還不成熟，且部分林業管理者對于相關設施設備的技術原理和使用方法不甚了解，智慧林業系統缺乏堅實的技術支撐。此外，部分生態治理工程和傳統林業產業由于體量大、技術發展緩慢，未能與現代信息技術相融合，導致信息技術應用深度和廣度不足。如中國四大國有林區之一的內蒙古大興安嶺重點國有林區由于位置偏遠、地廣人稀，通信網絡覆蓋不足，新技術沒有廣泛得到應用。

(2)各地區智慧林業建設重視程度存在差距 中國各地區、各林產業領域發展不平衡，對智慧林業重視程度存在差異，很多林場和林業企業尚不清楚智慧林業概念，導致對林業信息化建設不夠主動、措施不夠有力、資金投入不足等。例如，湖南省作為全國首批林業信息化示范省，在全國林業信息化測評中，已經連續10年(2013—2022年)位居前三位(排名數據來源于《全國林草信息化發展測評報告》)，而貴州省、黑龍江省等省份排名靠后，信息化投入不足，林業信息化整體水平較低。

(3)林業數據治理能力有待提升 在智慧林業建設過程中，中國雖然構建了各類針對不同地區特點的林業信息系統、數據庫，但在實際建設中，依然存在林業數據來源單一、共享不暢、數據挖掘能力不足、數據標準體系尚不健全、林業信息資源浪費嚴重等問題[12-14]。此外，數據安全隱私、數據知識產權保護等數據安全隱患還存在。

(4)智慧林業專業人才仍然缺乏 智慧林業建設中對人才具有較高的要求，2022年，“智慧林業”才成為中國普通高等學校開設的新專業。此外，林區人口受教育的程度和城市相比存在很大差距的狀況又使林業人才短缺的現狀更加突出[15]。林區經濟發展也較為落后，人才政策不夠完善，人才引不進來，來了留不住，2018—2022年中國林草系統從業人員人數五年連續遞減，很大程度上影響了智慧林業的發展。

2 國外智慧林業發展經驗

隨著新一代信息技術的發展，美國、加拿大、日本等都先后開展智慧林業的建設。美國農業部林務署2015年啟動智慧林業項目，加拿大魁北克大學2017年啟動了智慧林業項目，日本林野廳2018年啟動智慧林業實踐項目。這些國家積極推進智慧林業的建設，取得了顯著的成效[8]。

2.1 美國智慧林業狀況

美國既是世界經濟強國，也是世界林業發達國家之一。2015年美國農業部林務署啟動了美國智能森林建設計劃[7]，該計劃通過構建遍布美國全境的森林資源與生態系統監測網絡實現對全國森林的空氣、水等資源綜合研究和監測，使美國森林管理部門能進行科學管理森林資源(圖1)。監測網絡使用一系列傳感器提供有關氣溫、降水、相對濕度、風速等實時數據，監測和管理城市與農村森林環境，以此開展森林自然資源的清查和監測、控制破壞性入侵物種、控制森林火災等工作[16]。美國通過以下措施推廣其智能森林建設。首先，推廣物聯網技術用于林業生物的全生命周期監測，使播種、灌溉、施肥、病蟲害防治等環節的數據共享，林業管理者也能夠實時獲取數據，及時作出智能決策[17]。其次，美國出臺大量的政策支撐智能森林計劃，先后出臺與農業和林業信息化相關的法律法規和發展計劃，如2021年美國通過促進利用先進技術，加強森林經營管理，促使土地管理者采用更加現代化的林業作業方式方法的《林業技術促進法案》[18]。最后，美國農業部林務署支持高新技術研發與應用。美國農業部林務署的新技術科研團隊堅持人工智能、機器人、大數據等方面的科技創新，自然資源清查和監測、控制破壞性入侵物種、控制森林火災等森林管理等方面前沿技術的研究[19]。

圖1 美國智能森林建設計劃Fig.1 Smart forests of United States

2.2 加拿大智慧林業狀況

加拿大擁有豐富的森林資源，林業也在國民經濟中占有重要地位。與美國不同，加拿大發展智慧林業主要以高校和機構為主。2017年，加拿大魁北克大學在加拿大創新基金會(CFI)資助下啟動了智慧林業建設計劃，2018年，抓住數字革命所帶來的機遇，又啟動了“林業4.0建設”，使森林價值鏈能夠充分利用數字技術[20]。加拿大智慧林業建設重視數據收集與分析，通過對收集數據的分析，建立下一代森林增長模型的發展，以提供最佳森林管理和適應戰略的信息(圖2)[21]。具體來說，首先，加拿大致力開發基礎數據，以便對林業的供應鏈進行監控、分析和決策。目前，加拿大普遍使用圖像和LiDAR 3D點云技術，為描述森林資源特征提供豐富的數據。其次，加拿大通過實時通信、大數據交換和技術組裝開發和實施資源運營中的通信系統，以解決智慧林業數據資源流通存在的障礙。如通過開發新技術和新方法實施數據分析，將“智能采伐”和人工智能實施到加拿大林業部門價值鏈的管理中，形成一個數字化的平臺——“數字孿生”[20]。最后，加拿大先后頒布《人工智能和數據法案》《數字憲章實施法案》等法案，加強數據的監管、風險防范和數據安全保護[22]。

用水效率控制紅線包括工業指標、農業指標、生活服務業指標和綜合指標，主要有萬元GDP用水量、萬元工業增加值用水量、工業水重復利用率、農田灌溉水有效利用系數、畝均用水量、農業節水灌溉面積比例、城鎮供水管網漏失率、城鎮公共及生活節水器具普及率和人均綜合用水量等指標，也包括各行業用水定額，可以作為宏觀控制指標衡量流域、區域或行業以及具體用水戶的用水效率。東北四省區節水增糧行動項目涉及面廣，種植結構和灌溉方式種類繁多，故此項目的用水效率控制決定著項目用水總量及項目發展的規模和布局。用水效率控制紅線，主要體現在農業用水控制指標和用水定額方面，有效改變過去粗放型用水模式，加快推進節水型社會建設步伐。

圖2 加拿大智慧林業建設Fig.2 Smart forest of Canada

2.3 日本智慧林業狀況

日本因國土面積小、自然資源缺乏，對生態保護尤其重視。日本林野廳在2018年開始實施智慧林業建設實踐項目，強調以智慧林業為主導實現林業創新，促進林業產業實現“砍伐→利用→造林”的良性循環發展[23]。日本智慧林業發展主要依靠人工智能、信息通信技術和機器人等新技術對林業創新的推動，使林業成為更具吸引力的成長產業。日本智慧林業的發展有著強大的政策保障、技術保障、人才保障(圖3)。首先，日本林野廳制定了林業發展戰略，提出了推進智慧林業十年目標，到2028年基本實現讓有意愿、有能力的林業經營者都能使用智慧林業技能。其次，日本林野廳長期致力于新技術在林業領域的引進和應用，為智慧林業發展提供堅實的技術基礎。如日本開發構建森林地理信息系統，并制定了標準規格，使林業措施不斷加強和道路網絡建設得到協調整合[23]。日本政府還開發了“森林云”，在不同的利益相關者之間建立適當的森林信息共享框架，實現多方共贏。最后，日本重視對林業人才的培養。日本的林業人才培養主要由林業科普組織和林業高校承擔。林業普及組織和林業研究組織會在全國開展智慧林業普及活動，對林業從業者進行相關技術指導。全國林業研究組織與全林協主導各協會共同舉辦研修班及競賽等來培養林業接班人[24]。日本林業類大學通過開設森林和林業相關課程，也培養了大量的林業人才。

圖3 日本智慧林業建設Fig.3 Smart forestry of Japan

2.4 經驗總結及啟示

美國、加拿大、日本開展智慧林業建設，在政策支持、信息基礎建設、科技研發、創新科技應用方面做出了系列部署，智慧林業取得了快速發展(表1)。歸納起來，三個國家有以下經驗值得借鑒。

表1 美、加、日智慧林業建設經驗總結Tab.1 Summary of experience in smart forestry construction in the United States，Canada and Japan

2.4.1 政策操作務實靈活，緊跟形勢變化

美國、加拿大和日本發展智慧林業的政策措施務實靈活，能根據形勢的變化及時調整。加拿大魁北克大學意識到數字革命機遇，及時啟動了“林業4.0建設”，推動數字技術與智慧林業結合，另外，根據市場需求狀況、氣候變化趨勢及時調整了智慧林業應用標準。日本政府在智慧林業實踐項目中雖然框定了4個建設方向，但各縣仍可以從實際情況出發，選擇與本地區相匹配的技術路線[23]。美國在智慧林業的建設過程中，制定的智慧林業發展的相關政策，充分考慮了實操性和引領性，使這些政策在運行過程中把現代信息技術與林業發展現狀充分結合，有效地推動林業的發展[25]。

2.4.2 充分重視基礎設施、設備和技術創新

首先，重視技術基礎設施。美國通過物聯網建設，讓林業產業周期數據共享；加拿大在智慧林業建設過程中，大力開發通信網絡系統，使信息、數據能夠更大范圍、更快速高效地傳遞[21]。其次，重視信息技術與林業技術設備的結合。日本推動新一代信息技術與設備的結合，提高設備的自動化水平，使林業生產過程安全可控，進一步提高林產品和服務的品質[24]。最后，在智慧林業的發展中3個國家都重視技術創新開發。美國農業部林務署一直對應用新技術開展前沿研究[26]；加拿大形成了“設施—數據—系統—平臺”的全面技術開發體系[27]；日本通過產學研合作聯合開展技術研發[23]。

2.4.3 強化場景應用

首先，強化智慧林業在生態領域應用。美國、加拿大、日本都將智慧林業應用在自然資源清查和監測、控制破壞性入侵物種、控制林火等各方面。同時，利用信息化技術豐富生態文化宣傳和自然教育開展方式，擴展生態文化傳播范圍和普及力度，增強人們對生態文化的認知[28]。其次，強化智慧林業在林業產業中的應用。日本將智慧林業運用于木材檢驗、木材供需與流通，以提高經營效率和節約人力[23]。美國在林業生物全生命周期的各個環節深度應用物聯網技術，使林業數據共享、全過程一直處于智能決策的狀態中[29]。最后，強化在管理領域的應用。美國以3S、物聯網等前沿技術為依托，部署智能灌溉、精準溫控等相關設備，全面推進林業數字化、智慧化進程，強化以各類林產品產地環境監測和安全保障，實現林產品生產過程全程數字化控制，促進產品質量提升。加拿大則通過提高產業數據分析能力，為經營決策提供科學支撐[27]。

2.4.4 加強數據共享和監管

加強對林業數據的共享和監管是推動智慧林業發展、健全智慧林業數據治理體系的關鍵[30]。首先，構建數據共建共享機制，強化數據匯聚整合，實現智慧林業數據流動暢通[31]。日本政府開發了“森林云”，讓利益相關者之間建立適當的森林信息共享框架，做到了數據共享。加拿大建立的通信系統推進了智慧林業數據的共建共享，實現了智慧林業數據資源無障礙流通[32]。其次，完善智慧林業數據共享標準。美國各級政府部門積極推進智慧林業數據各種標準統一化，規范了智慧林業數據匯聚、質量和應用標準等，通過網站建設優化數據共享、查詢的方式。最后，加快推進智慧林業數據立法，保障數據主體的合法權益。美國、加拿大和日本對數據保護都非常重視，為防止數據被破壞、更改和泄露，發布相關法律法規，對數據所有權的歸屬做出了明確規定。

3 中國發展智慧林業的對策

3.1 思路

中國智慧林業建設要圍繞林業信息化，以應用需求為導向，以融合創新為動力，以新一代信息技術為支撐，實現新一代信息技術與林業融合發展。要全面應用云計算、物聯網、移動互聯、大數據等新一代信息技術，形成生態優先、產業綠色、文明顯著的智慧林業體系，做到投入更低、綜合效益最優化[30]。建設智慧林業尤其突出生態效益，為建設生態文明和美麗中國作出新貢獻。

3.2 對策

基于智慧林業建設總體思路，結合中國建設智慧林業現狀，借鑒美國、加拿大、日本等國建設智慧林業的經驗，分別從設施、應用、保障層面系統地提出建設智慧林業的對策。

3.2.1 設施層面

(1)加強技術創新與普及 一方面，要加強關鍵核心技術攻關，充分調動企業、科研機構參與數字技術創新、開發的積極性。政府圍繞智慧林業科技創新，推進建立政產學研用相結合的創新體系，并給予林業企業、科研機構有關智慧林業相關技術研發的補貼[33]。另一方面，要充分運用云計算、物聯網、大數據等技術加強智慧林業發展的網絡、通信基礎設施建設，提升數字技術和互聯網在林業中的滲透率，有序推進以遙感衛星、無人機、北斗衛星導航系統等為核心的林業“天網”建設。

(2)健全數據共享和保護機制 一方面，全面歸集已有和實時采集的林業相關各類數據，對各種林業數據進行標準化處理、入庫，建立全國、各省的林業數據平臺。構建林業資源數據匯聚中心，為林業業務提供最基本數據服務，使全國、各省之間數據能夠共建共享。另一方面，要加強風險防范和保護數據安全，防止數據丟失和受損，各級人大、國家網信部門、國家安全機關等相關部門可以通過出臺數據安全隱私、數據知識產權相關的法律法規，深入做好林業網站、林業信息系統和關鍵信息基礎設施的安全維護，并及時開展網絡安全知識技能普及工作。

3.2.2 應用層面

(1)推動智慧林政管理應用 首先，加強林業網站群的建設。通過林業網站發布相關林業政策和信息，使林政業務公開透明[2]。其次，優化智慧林政管理平臺。推動建設智慧林業網上服務平臺[34]，逐步改善傳統的行政審批模式，實現政府服務網上辦，最大程度地方便相關主體。建成智慧林業決策平臺，為林業生產者、管理者提供科學高效決策服務，提高政府管理的效率和公共服務的質量。最后，建設林業管理數字化平臺。利用信息化技術將林業管理人員工作范圍、工作內容與電子地圖相結合，劃定管理人員巡護管轄區域和工作范圍，明確其相關責任，促進管理人員管理水平和工作效率不斷提升。

(2)推動智慧林業生態應用 一方面，林業人員要加強林業生態的智能監管，整合森林、自然保護地、濕地、野生動植物、森林防火等林業資源數據，建設野生動植物保護、生態修復、森林火災監測等方面綜合管理平臺。另一方面，注重新媒體、新技術、新手段在科普和宣傳教育中的推廣運用。發展基于5G、虛擬現實、人工智能等技術的新一代沉浸式體驗型生態文化宣傳模式，加強各種環保紀念節日的線上宣傳工作，探索義務植樹等環?；顒优c互聯網的結合，提高全社會生態文明建設意識。

(3)推動智慧林業產業應用 將智慧林業與林業產業發展深度融合，實現林業產業數字化、網絡化、智能化升級，做大做強數字林業產業。首先，加強現代電子技術、傳感器技術、計算機控制技術等高新技術在林業生產裝備中的應用，使種植、灌溉、砍伐等林產品生產鏈智能化、數字化。其次，強化林產品產地環境監測和安全保障，根據實時環境數據對林產品進行管理，實現林產品生產過程全程數字化控制，促進產品質量提升。最后，以新一代信息技術為依托，建立林業產業服務系統，實現林業產業鏈中的各個節點數據可追溯、質量可監控、信息可查詢。

3.2.3 支撐層面

(1)建立多元主體參與機制 要建立政府、企業、高校、個人等多元主體參與智慧林業建設的機制。政府要加強統一領導，明確頂層設計，提出建設指導意見；地方政府要依據本地現實發展情況制定相應的實施方案，將國家的頂層規劃和意見真正落實到實踐中；林業相關企業要全力貫徹各項政策；高校和個人要努力參與國家智慧林業建設計劃。各主體加強分工協作，加大協調力度，加快形成有利于林業智慧建設的合力。

(2)建立完善的人才引進激勵機制和培養機制 要創建吸引人才、留住人才、培養人才的良好環境。政府相關部門要制定吸引林業人才的激勵政策，如為林業高層次人才在職稱評定、住房補貼等方面提供一系列優惠；林業企業要健全收入分配機制，對在技術研發、產品創新等方面有突出貢獻的個人給予必要獎勵，從收入層面加強對人才的激勵；林業教育、培訓、科研機構等單位要充分發揮主渠道作用，開展信息安全、系統架構等信息化專業培訓，有序推進林業信息化復合型人才培養。

(3)加大智慧林業建設資金支持力度 一方面，有條件的地方要積極爭取設立智慧林業建設專項資金，為智慧林業項目建設提供必要保障。另一方面，政府可以引導相關金融機構為智慧林業建設相關的項目提供金融服務，創新推廣林業保險、林業信用貸款等多種線上綠色金融產品，增強林業融資服務功能，提升林業發展的內生動力。