《高中地理智慧林业地理课｜了解发展 认识意义》

1课程导入演讲人CONTENTS课程导入智慧林业的发展脉络梳理智慧林业的核心技术构成与应用场景智慧林业的多重价值与现实意义高中地理视角下的智慧林业考点延伸与实践任务课程总结目录《高中地理智慧林业地理课｜了解发展认识意义》目录1课程导入2智慧林业的发展脉络梳理3智慧林业的核心技术构成与应用场景4智慧林业的多重价值与现实意义5高中地理视角下的智慧林业考点延伸与实践任务6课程总结01课程导入课程导入我是大家的地理老师，去年我带队到福建三明开展林业主题研学活动，在当地的国有林场，我们没有看到护林员翻山越岭巡护的场景，反而看到几个人坐在林区管理站的屏幕前，就能实时掌握上万亩林区的温湿度变化、火情预警、病虫害监测数据，甚至每棵百年古树的生长速率、树干含水量都能实时调取。当时很多同学都问我，这和我们课本里讲的传统林业完全不一样，这种模式到底是什么，又是怎么运行的。今天这节课我们就围绕智慧林业展开，一方面梳理它的发展历程，另一方面深入认识它的多重意义，同时也会结合我们高中地理的核心考点做对应解读，帮助大家把课本知识和现实产业发展结合起来。本节课的内容既包含行业前沿实践，也对接高考考点，希望大家能够结合生活见闻主动思考。02智慧林业的发展脉络梳理智慧林业的发展脉络梳理了解一个新的产业模式，首先要明确它的发展背景和演进路径，这样才能更清晰地认识它的价值。1传统林业的发展局限传统林业的运营模式已经延续了上百年，核心依赖人工投入和经验判断，存在多方面的明显局限。我之前到黑龙江伊春的国有林区调研，和有着40年护林经验的老护林员交流，他说上世纪90年代做一次林场资源清查，要组织30多个人的队伍，背着干粮在山里走3个月才能走完一个中型林场，数据带回整理还要半年时间，等数据能用来做经营规划的时候，实际的林木蓄积量、树种结构已经发生了变化，数据的实用价值大打折扣。除此之外，传统林业的灾害防控响应速度慢，火情监测依赖瞭望塔和人工巡护，通常等发现明火的时候已经扩散了一定范围，病虫害监测更是要等到林木出现明显的外观病变才能发现，往往已经错过最佳处置期。同时传统林业的经营规划精度低，采伐、抚育的方案大多依靠经验制定，很容易出现过度采伐或者抚育不到位的问题，不利于森林生态系统的长期稳定。2智慧林业的提出背景随着数字技术的快速发展，以及我国对生态保护重视程度的不断提升，智慧林业的发展被正式提上日程。2018年国家林业和草原局印发《智慧林业建设总体规划2018-2025年》，明确提出要利用现代信息技术提升林业治理的现代化水平，之后随着双碳目标的提出，林业碳汇的精准计量需求进一步推动了智慧林业的落地。和传统林业相比，智慧林业的核心是将数字技术和林业发展深度融合，实现资源清查精准化、灾害防控提前化、经营决策科学化、价值实现多元化，解决传统林业存在的各类痛点。3我国智慧林业的发展阶段我国智慧林业的发展整体可以分为三个阶段。第一阶段是2015年到2018年的试点探索阶段，这个阶段主要在重点国有林区、国家级自然保护区开展试点，主要建设内容是安装林区监控摄像头、环境传感器等基础感知设备，探索数字化监测的可行性。第二阶段是2019年到2022年的规模推广阶段，这个阶段全国多数省份都建成了省级或者市级的林业大数据平台，基础感知设备的覆盖范围大幅提升，重点林区的感知覆盖率已经达到70%以上，很多常规的林业管理工作都可以通过线上平台完成。第三阶段是2023年至今的融合创新阶段，这个阶段智慧林业开始和人工智能、碳汇交易、生态产品价值实现等新领域深度融合，比如浙江丽水已经将智慧林业平台的监测数据作为林业碳汇交易的核算依据，大幅提升了碳汇核算的精度和交易效率。03智慧林业的核心技术构成与应用场景智慧林业的核心技术构成与应用场景了解完发展脉络，我们接下来拆解智慧林业的核心技术体系，以及这些技术在实际场景中的应用，这部分内容和我们课本里学的地理信息技术内容高度相关，大家可以对应起来理解。1核心技术体系智慧林业的技术体系可以分为四个层级，每个层级对应不同的技术类型。1核心技术体系1.1感知层技术感知层是智慧林业的眼睛和耳朵，负责采集林区的各类数据，主要包括物联网传感器、高光谱监控摄像头、无人机巡航设备、卫星遥感设备四类。其中物联网传感器主要埋设在土壤里或者固定在树干上，负责实时采集土壤墒情、空气温湿度、树干径流、病虫害生物信号等微观数据；高光谱监控摄像头主要架设在林区的制高点，除了常规的画面监控之外，还能通过光谱变化识别林木的健康状态、监测隐燃火情；无人机主要负责定期巡航，采集高分辨率的林区影像，补充固定监控的盲区；卫星遥感主要负责大范围的资源清查、宏观的灾害监测。我在丽水调研的时候看到，当地的林区每隔500米就设置了一个太阳能供电的低功耗传感器，不需要人工维护，数据每15分钟就会自动上传到平台，去年当地出现过一次松材线虫病的早期迹象，传感器提前7天就监测到了冠层温度的异常，工作人员及时处置之后没有发生大范围扩散，避免了上千万元的损失。1核心技术体系1.2传输层技术传输层负责把感知层采集到的数据传到后端平台，主要包括林区专网、5G基站、卫星通信设备三类，在信号覆盖较好的林区主要用5G和专网传输，偏远的无人林区则用卫星通信传输，保证数据传输的稳定性和连续性。1核心技术体系1.3平台层技术平台层是智慧林业的大脑，核心是林业大数据平台，搭载地理信息系统、大数据分析系统、人工智能算法模型三类核心工具，负责存储、分析、处理各类林业数据，能够模拟林区的生态变化、预测灾害发生概率、生成经营规划方案。1核心技术体系1.4应用层技术应用层是面向使用者的终端，主要包括护林员的巡护APP、林草部门的管理后台、面向林农的服务端口、面向公众的开放平台四类，不同的使用者可以根据需求获取对应的服务。2典型应用场景目前智慧林业的应用已经覆盖了林业管理的全流程，主要有四类典型场景。2典型应用场景2.1森林资源精准清查传统人工清查的精度大概在90%左右，耗时长达几个月，而用卫星遥感加无人机航拍结合的方式，清查精度可以提升到98%以上，耗时可以压缩到一周以内，数据的时效性和准确性都有大幅提升。上次研学的时候我们组织学生用三明当地的智慧林业平台，查询我们学校周边公益林的蓄积量，最后得出的数据和当地林业部门人工清查的数据误差不到1%，很多同学都对技术的作用有了直观的认识。2典型应用场景2.2森林灾害智能防控火情防控方面，高光谱摄像头的热成像功能可以识别0.1平方米的隐燃点，比人工瞭望的预警时间早2到3小时，大幅提升了火情处置的效率，2022年重庆山火期间，当地的智慧林业平台提前预警了3个早期火点，为后续的处置争取了宝贵时间。病虫害防控方面，高光谱遥感可以识别出林木叶片的早期病变，比人工发现的时间早15天左右，处置成本可以降低70%以上。2典型应用场景2.3森林经营科学决策智慧林业平台可以根据每棵树的生长数据、林区的生态承载能力，生成科学的抚育、采伐方案，避免过度采伐或者抚育不到位的问题。福建三明的国有林场用智慧平台制定采伐方案之后，林区的年碳汇增量比之前提升了12%，同时林木的生长速率也提升了8%，实现了生态效益和经济效益的统一。2典型应用场景2.4生态产品价值实现现在很多地方用智慧林业的监测数据作为林业碳汇、生态旅游、林下经济发展的依据，江西井冈山用智慧平台的碳汇核算数据开发了林业碳汇项目，每年给当地林农的碳汇分红就超过200万元，同时平台还能根据林区的生态承载能力规划生态旅游路线，避开生态脆弱区，在发展旅游的同时保护生态环境。04智慧林业的多重价值与现实意义智慧林业的多重价值与现实意义了解完技术和应用场景，我们再从生态、经济、社会三个维度分析智慧林业的多重价值，这也是我们这节课的核心主题之一。1生态价值智慧林业首先带来的是生态价值的提升，一方面它大幅提升了森林生态系统的稳定性，通过提前防控灾害、科学规划经营，重点林区的灾害损失率下降了60%以上，森林覆盖率的提升速率比传统模式快20%左右。另一方面它实现了生物多样性的精准保护，我之前在云南西双版纳调研的时候，当地的智慧林业平台可以通过红外摄像头、定位项圈实时监测亚洲象的活动轨迹，提前给周边村民发送预警，既减少了人象冲突，也保护了亚洲象的栖息环境。除此之外，智慧林业还能精准计量林业碳汇，传统碳汇核算的误差在20%左右，用智慧平台的数据核算误差可以降到5%以内，能够更准确地支撑双碳目标的实现。2经济价值经济价值方面，首先是降低了林业的运营成本，护林员的巡护成本下降了40%左右，灾害处置成本下降了70%，林业经营的整体成本下降了30%以上。其次是提升了林业产业的收益，智慧平台可以根据林区的土壤、气候条件推荐适合种植的林下作物，浙江丽水的林农按照平台的推荐种植黄精，收益比之前种植毛竹高了3倍以上。同时智慧林业还带动了林业数字产业的发展，传感器制造、无人机运维、大数据平台开发等相关产业已经创造了超过10万个就业岗位，为乡村振兴提供了新的产业支撑。3社会价值社会价值方面，首先是提升了林农的收入水平，很多地方的林农除了林业经营的收入之外，每年还能获得几千元的碳汇分红，部分林区的林农年收入比之前提升了50%以上。其次是提升了林业治理的现代化水平，现在采伐证申请、林地流转等业务都可以在线上办理，办理效率比之前提升了80%，林农不需要再跑多个部门提交材料。除此之外，智慧林业还提升了公众的生态保护意识，很多地方的智慧林业平台对公众开放，大家可以在线认养古树、参与公益造林，实时查看树木的生长状态，我之前组织我们班的学生认养了三明的三棵百年古树，学生每个月都会主动查看树木的生长数据，生态保护的主动性明显提升。05高中地理视角下的智慧林业考点延伸与实践任务高中地理视角下的智慧林业考点延伸与实践任务作为高中地理课程的内容，我们还要把智慧林业的相关知识和我们的考点、日常学习结合起来。1考点对接首先是地理信息技术的应用，遥感、全球卫星导航系统、地理信息系统在智慧林业中的应用是高考的高频考点，通常会给出具体的应用场景，要求判断用到的技术类型，大家要注意区分三类技术的差异，遥感负责获取数据，全球卫星导航系统负责定位导航，地理信息系统负责分析处理数据。其次是区域可持续发展，智慧林业是实现林业生态、经济、社会效益统一的核心路径，经常会出现在区域发展措施类的主观题中，大家可以把智慧林业的相关内容作为答题素材积累。最后是生态保护与双碳目标，林业碳汇核算、生态产品价值实现是近几年的热门考点，智慧林业在其中的作用也是重要的考察方向。2课后实践任务我们安排了三个层级的课后任务，第一是基础任务，大家回去查阅自己家乡的林业发展情况，看看有没有应用智慧林业的相关技术，写一篇300字左右的小报告，下次课我们做分享。第二是提升任务，大家以小组为单位，结合我们本地的丘陵林区的实际情况，设计一个简易的智慧林业建设方案，要求用到我们学过的地理信息技术，方案要具备可操作性。第三是研学任务，下个月我们会组织大家到本地的国有林场开展研学活动，现场体验护林员的智慧巡护系统，实地采集一组林区的温湿度数据，和平台的监测数据做对比，加深对智慧林业的理解。06课程总结课程总结今天