周国模:无线传感技术可有效监测城市森林环境

     6月19日讯，第八届中国城市森林论坛市长、专家专题演讲在大连举行。浙江农林大学校长周国模就“城市森林环境效应监测技术”为题在论坛上进行了讲解，从技术层面详细分析了城市森林在改善城市环境中的作用，进一步论证了森林进城的重要意义。他在发言中指出，无线传感网是沟通物理世界和数字世界的有效工具，能够很好的实现人、社会和物理世界的融合。 

浙江农林大学校长周国模教授。记者姚宇摄。 

      以下为嘉宾发言全文： 

　　各位专家、代表！城市森林具有很好的生态服务功能，环境效应非常明显，所以如何科学、准确地来监测这些效应，需要发展新的技术。今天我向大家简要介绍一下我们这几年所做的一些尝试。今天报告主要从四个方面做一个介绍。 

　　现在国内外以及我们国家林业局都对城市森林的概念做了一些定义，城市森林在我们整个城市建设当中非常重要，所以建设城市森林应该说是各级政府非常重视、群众拥护，林业主管部门也是尽心尽力，城市森林已经成为现代城市建设当中一个重要的组成部分。概括起来，城市森林已经成为森林的重要部分；城市森林已经成为城市重要的生态设施，成为城市改善、环境、品质提升的一个重要的抓手。　

　　城市森林的结构特征，我们知道城市森林在组织结构、功能目标上明显表现出与一般森林不一样的特点，城市森林主要是通过人为强制干预形成的，城市森林现在应该说人为干扰比较强烈，结构高度异质、类型复杂多样。 

　　从城市森林环境效应来看，主要有经济环境效应、社会环境效应与生态环境效应，从生态环境效应看主要有调节小气候、降温增湿、缓解城市热岛、固碳释氧、杀菌、滞尘、净化空气等等。城市森林生态环境效应是城市森林的主体服务功能，也是我们评估和研究的重点。 

　　现在监测面临的一些问题。对城市森林的监测是科学评价城市生态服务功能、科学分析城市森林结构功能关系的基础和关键。可以为城市生态规划、城市建设规划和城市森林合理构建提供生态学基础。现在面临的一个问题，因为城市森林的异质性的问题，监测非常重要，但城市森林结构复杂性、分布破碎性、交互频率性、空间异质性使生态环境效应监测变得十分困难。 

　　传统监测方法的不足。传统的监测分子，比如说我们缓解城市热岛效应，我们通常采用气象站点、定点观测法、运动样带法、遥感监测法、模型模拟法等等。表明是某一个时段上的观测，不能反映不同不断温度变化，包括传统监测分子里，固碳释氧，我们利用Li-6400等光和测定仪测定植株叶片光和速率、蒸腾速率等等。　

　　监测的基本特点，一个是小范围，一个是个别类型，一个是采取典型的监测。小气候和热导效应，受局部环境影响大，测点变动极大影响分析结论，难以模拟或获取大面积湿度场分布。固碳释氧、杀菌滞尘，个体叶表面特性、树体结构、枝叶密度决定了功能差异，典型定点观测难以反映城市森林的整体生态环境效应状况。而且我们讲城市森林生态功能具有明显的时间特征，某一个时间点上的所测数据不能代表一个时段，甚至一天的活动状况。所以面对复杂多样的城市森林结构，迫切需要良好的失控响应技术来监测和揭示其环境功能。 

　　无线传感技术和优势。主要采用无线多跳自组织网络技术，节点数量可以达到成千论万规模。利用多类型传感器，同步采集大范围多监测点的环境因子数据。这个主要特征，一个就是节点可以成千论万，第二个全天后实时监测，第三个多环境因子的同步感知。所以无线传感网是沟通物理世界和数字世界的有效工具，能够很好的实现人、社会和物理世界的融合。在污染整治、交通管理、生态建设方面提供优势。比如林内小气候监测、森林空气质量监测和森林土壤水质监测等等。　

　　从无线监测方法来看，空间上是小范围，时间上异步，粒度上是离散，光度上人类日常活动区域，成本上人力密集，不能全面反映城市森林生态环境真实情况，所以一定要做到大范围布设测量，异步与同步融合，连续观测，要少人工或者无人工。从定点监测和模型估计做出连续的准确数据统计。 

　　最后把我们的应用和结构做一些介绍。我们在浙江天目山地区建成了一个系统，已在真实的森林环境中稳定运行。在我们学校校园林布置了300多个结点的系统，进行林内光照、湿度二氧化碳等因子长期、连续监测。我们校园林的森林跟我们城市森林非常想象，在人工干扰下形成的。 

　　数据收集程序和数据格式，这里想解释一下数据的格式，时间精确到2011年3月8号19：16：12：778，这里就是我们一些光照、温湿度的数据。某一个结点里面，24小时光照的变化，可以以一个小时为单位，理论上可以以秒为单位。这里不同的位置在同一个时间段里光照的比较，某一个结点连续的数据，可以看到一天光照有两个高峰，另外林内光照强度低于林缘和林外。再一个温度的动态，一天当中温度的最高点和最低点在什么地方。第三个是湿度变化，林内湿度高于林缘和林外。通过这个我们可以再进行一些数据挖掘，比如林内温湿度有什么相关性等等。 

　　森林结构测评与模拟，我们感知数据以后进行理解，通过这个感触数据可以把整个森林划作光照的等值线、温度等值线，包括郁闭度等值线等，可以模拟森林结构模拟，更好指导城市森林的营建。 

　　我们的初步结论是无线传感网络技术是科学、精准监测城市森林环境效应的有效工具。谢谢大家。