周國模:無線傳感技術(shù)可有效監(jiān)測城市森林環(huán)境

     6月19日訊，第八屆中國城市森林論壇市長、專家專題演講在大連舉行。浙江農(nóng)林大學(xué)校長周國模就“城市森林環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測技術(shù)”為題在論壇上進(jìn)行了講解，從技術(shù)層面詳細(xì)分析了城市森林在改善城市環(huán)境中的作用，進(jìn)一步論證了森林進(jìn)城的重要意義。他在發(fā)言中指出，無線傳感網(wǎng)是溝通物理世界和數(shù)字世界的有效工具，能夠很好的實(shí)現(xiàn)人、社會(huì)和物理世界的融合。 

浙江農(nóng)林大學(xué)校長周國模教授。記者姚宇攝。 

      以下為嘉賓發(fā)言全文： 

　　各位專家、代表！城市森林具有很好的生態(tài)服務(wù)功能，環(huán)境效應(yīng)非常明顯，所以如何科學(xué)、準(zhǔn)確地來監(jiān)測這些效應(yīng)，需要發(fā)展新的技術(shù)。今天我向大家簡要介紹一下我們這幾年所做的一些嘗試。今天報(bào)告主要從四個(gè)方面做一個(gè)介紹。 

　　現(xiàn)在國內(nèi)外以及我們國家林業(yè)局都對(duì)城市森林的概念做了一些定義，城市森林在我們整個(gè)城市建設(shè)當(dāng)中非常重要，所以建設(shè)城市森林應(yīng)該說是各級(jí)政府非常重視、群眾擁護(hù)，林業(yè)主管部門也是盡心盡力，城市森林已經(jīng)成為現(xiàn)代城市建設(shè)當(dāng)中一個(gè)重要的組成部分。概括起來，城市森林已經(jīng)成為森林的重要部分；城市森林已經(jīng)成為城市重要的生態(tài)設(shè)施，成為城市改善、環(huán)境、品質(zhì)提升的一個(gè)重要的抓手。　

　　城市森林的結(jié)構(gòu)特征，我們知道城市森林在組織結(jié)構(gòu)、功能目標(biāo)上明顯表現(xiàn)出與一般森林不一樣的特點(diǎn)，城市森林主要是通過人為強(qiáng)制干預(yù)形成的，城市森林現(xiàn)在應(yīng)該說人為干擾比較強(qiáng)烈，結(jié)構(gòu)高度異質(zhì)、類型復(fù)雜多樣。 

　　從城市森林環(huán)境效應(yīng)來看，主要有經(jīng)濟(jì)環(huán)境效應(yīng)、社會(huì)環(huán)境效應(yīng)與生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，從生態(tài)環(huán)境效應(yīng)看主要有調(diào)節(jié)小氣候、降溫增濕、緩解城市熱島、固碳釋氧、殺菌、滯塵、凈化空氣等等。城市森林生態(tài)環(huán)境效應(yīng)是城市森林的主體服務(wù)功能，也是我們?cè)u(píng)估和研究的重點(diǎn)。 

　　現(xiàn)在監(jiān)測面臨的一些問題。對(duì)城市森林的監(jiān)測是科學(xué)評(píng)價(jià)城市生態(tài)服務(wù)功能、科學(xué)分析城市森林結(jié)構(gòu)功能關(guān)系的基礎(chǔ)和關(guān)鍵?？梢詾槌鞘猩鷳B(tài)規(guī)劃、城市建設(shè)規(guī)劃和城市森林合理構(gòu)建提供生態(tài)學(xué)基礎(chǔ)。現(xiàn)在面臨的一個(gè)問題，因?yàn)槌鞘猩值漠愘|(zhì)性的問題，監(jiān)測非常重要，但城市森林結(jié)構(gòu)復(fù)雜性、分布破碎性、交互頻率性、空間異質(zhì)性使生態(tài)環(huán)境效應(yīng)監(jiān)測變得十分困難。 

　　傳統(tǒng)監(jiān)測方法的不足。傳統(tǒng)的監(jiān)測分子，比如說我們緩解城市熱島效應(yīng)，我們通常采用氣象站點(diǎn)、定點(diǎn)觀測法、運(yùn)動(dòng)樣帶法、遙感監(jiān)測法、模型模擬法等等。表明是某一個(gè)時(shí)段上的觀測，不能反映不同不斷溫度變化，包括傳統(tǒng)監(jiān)測分子里，固碳釋氧，我們利用Li-6400等光和測定儀測定植株葉片光和速率、蒸騰速率等等?！?

　　監(jiān)測的基本特點(diǎn)，一個(gè)是小范圍，一個(gè)是個(gè)別類型，一個(gè)是采取典型的監(jiān)測。小氣候和熱導(dǎo)效應(yīng)，受局部環(huán)境影響大，測點(diǎn)變動(dòng)極大影響分析結(jié)論，難以模擬或獲取大面積濕度場分布。固碳釋氧、殺菌滯塵，個(gè)體葉表面特性、樹體結(jié)構(gòu)、枝葉密度決定了功能差異，典型定點(diǎn)觀測難以反映城市森林的整體生態(tài)環(huán)境效應(yīng)狀況。而且我們講城市森林生態(tài)功能具有明顯的時(shí)間特征，某一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上的所測數(shù)據(jù)不能代表一個(gè)時(shí)段，甚至一天的活動(dòng)狀況。所以面對(duì)復(fù)雜多樣的城市森林結(jié)構(gòu)，迫切需要良好的失控響應(yīng)技術(shù)來監(jiān)測和揭示其環(huán)境功能。 

　　無線傳感技術(shù)和優(yōu)勢。主要采用無線多跳自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，節(jié)點(diǎn)數(shù)量可以達(dá)到成千論萬規(guī)模。利用多類型傳感器，同步采集大范圍多監(jiān)測點(diǎn)的環(huán)境因子數(shù)據(jù)。這個(gè)主要特征，一個(gè)就是節(jié)點(diǎn)可以成千論萬，第二個(gè)全天后實(shí)時(shí)監(jiān)測，第三個(gè)多環(huán)境因子的同步感知。所以無線傳感網(wǎng)是溝通物理世界和數(shù)字世界的有效工具，能夠很好的實(shí)現(xiàn)人、社會(huì)和物理世界的融合。在污染整治、交通管理、生態(tài)建設(shè)方面提供優(yōu)勢。比如林內(nèi)小氣候監(jiān)測、森林空氣質(zhì)量監(jiān)測和森林土壤水質(zhì)監(jiān)測等等。　

　　從無線監(jiān)測方法來看，空間上是小范圍，時(shí)間上異步，粒度上是離散，光度上人類日?；顒?dòng)區(qū)域，成本上人力密集，不能全面反映城市森林生態(tài)環(huán)境真實(shí)情況，所以一定要做到大范圍布設(shè)測量，異步與同步融合，連續(xù)觀測，要少人工或者無人工。從定點(diǎn)監(jiān)測和模型估計(jì)做出連續(xù)的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。 

　　最后把我們的應(yīng)用和結(jié)構(gòu)做一些介紹。我們?cè)谡憬炷可降貐^(qū)建成了一個(gè)系統(tǒng)，已在真實(shí)的森林環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行。在我們學(xué)校校園林布置了300多個(gè)結(jié)點(diǎn)的系統(tǒng)，進(jìn)行林內(nèi)光照、濕度二氧化碳等因子長期、連續(xù)監(jiān)測。我們校園林的森林跟我們城市森林非常想象，在人工干擾下形成的。 

　　數(shù)據(jù)收集程序和數(shù)據(jù)格式，這里想解釋一下數(shù)據(jù)的格式，時(shí)間精確到2011年3月8號(hào)19：16：12：778，這里就是我們一些光照、溫濕度的數(shù)據(jù)。某一個(gè)結(jié)點(diǎn)里面，24小時(shí)光照的變化，可以以一個(gè)小時(shí)為單位，理論上可以以秒為單位。這里不同的位置在同一個(gè)時(shí)間段里光照的比較，某一個(gè)結(jié)點(diǎn)連續(xù)的數(shù)據(jù)，可以看到一天光照有兩個(gè)高峰，另外林內(nèi)光照強(qiáng)度低于林緣和林外。再一個(gè)溫度的動(dòng)態(tài)，一天當(dāng)中溫度的最高點(diǎn)和最低點(diǎn)在什么地方。第三個(gè)是濕度變化，林內(nèi)濕度高于林緣和林外。通過這個(gè)我們可以再進(jìn)行一些數(shù)據(jù)挖掘，比如林內(nèi)溫濕度有什么相關(guān)性等等。 

　　森林結(jié)構(gòu)測評(píng)與模擬，我們感知數(shù)據(jù)以后進(jìn)行理解，通過這個(gè)感觸數(shù)據(jù)可以把整個(gè)森林劃作光照的等值線、溫度等值線，包括郁閉度等值線等，可以模擬森林結(jié)構(gòu)模擬，更好指導(dǎo)城市森林的營建。 

　　我們的初步結(jié)論是無線傳感網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是科學(xué)、精準(zhǔn)監(jiān)測城市森林環(huán)境效應(yīng)的有效工具。謝謝大家。