人工智能，驅動林草業(yè)現(xiàn)代化變革

——訪中國工程院院士、中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所所長朱教君

“人工智能已深入各行各業(yè)，林草行業(yè)主動擁抱人工智能，深化智慧化引領，這不僅是全面建設智慧林草業(yè)的重要舉措，更是林草業(yè)順應時代潮流、實現(xiàn)創(chuàng)新發(fā)展的良好機遇。”

在深圳舉行的第二屆中國林草高新技術應用大會上，中國工程院院士、中國科學院沈陽應用生態(tài)研究所所長朱教君接受本報記者采訪時，強調了人工智能等高新技術對林草事業(yè)高質量發(fā)展的戰(zhàn)略意義。

生態(tài)監(jiān)測亟需人工智能破解難題

面對林草、濕地、荒漠生態(tài)綜合監(jiān)測與精準管理的世界性難題，朱教君院士指出，傳統(tǒng)的研究與管理方式存在諸多局限。例如，森林的生長周期短則數(shù)十年，長則數(shù)百年，其空間分布廣泛、組成結構復雜，決定森林功能的結構參數(shù)多種多樣，使得監(jiān)測工作耗時、費力且量化困難。此外，森林具有動態(tài)變化性和全球性特點，多過程耦合、試錯成本高，傳統(tǒng)的人工監(jiān)測與管理效率低下，如同“盲人摸象”。

目前，我國正在推進森林“四庫”高質量建設，首要任務是深入了解森林“四庫”的形成機理、變化規(guī)律和庫存總量，而這一目標的實現(xiàn)離不開人工智能等高新技術的助力。否則，將難以準確摸清森林“四庫”的“家底”，更談不上高質量建設。

朱教君院士介紹，2018年，在國家林草局委托下，他牽頭對“三北”工程40年建設成效進行了綜合評估，采用激光雷達-無人機遙感技術，并結合衛(wèi)星遙感進行尺度轉換，利用大數(shù)據(jù)模型整合地面監(jiān)測與遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)，從而確保了評估結果的準確性和可靠性。

2021年，中國科學院啟動了“大數(shù)據(jù) 人工智能（AI）”科研范式變革應用示范項目。其中，遼寧清原森林生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站（中國科學院清原森林生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站）作為野外生態(tài)定位站的唯一代表，開展了人工智能變革林學與森林生態(tài)學科研、管理范式的示范研究。研究結果表明：信息化 AI技術變革了立體感知與高效傳輸?shù)幕A數(shù)據(jù)獲取方式，運用遙感和深度學習技術實現(xiàn)森林生態(tài)系統(tǒng)實時監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)森林消長變化，動態(tài)評估森林健康狀況；結合林業(yè)大模型和人工智能方法，建立了面向主要森林類型、區(qū)分自然和經(jīng)營條件下的森林生長收獲預估模型體系，推動了森林資源可持續(xù)經(jīng)營管理；采用遙感衛(wèi)星、無人機、大數(shù)據(jù)等高新技術，編制了新一代航空數(shù)表，支撐森林資源精準監(jiān)測與質量提升，優(yōu)化了森林管理決策模式；利用衛(wèi)星監(jiān)測、無人機巡護、熱成像智能識別等技術，構建了一體化林草火災監(jiān)測預警系統(tǒng)，提升了火險預測、火情監(jiān)控與應急響應能力，推動了森林草原防火的智能化、精細化管理。

以示范研究森林流域的33萬株單木調查為例，與傳統(tǒng)方式相比，采用信息化 AI技術使數(shù)據(jù)獲取效率提高了500倍，且精確度大幅提升。此外，AI遙感 物聯(lián)網(wǎng)的立體監(jiān)測網(wǎng)絡使病蟲害識別效率提高85%，火情響應時間縮短至10分鐘以內(nèi)……這一系列技術應用的背后，是生態(tài)安全屏障的實質性加固。然而，信息化 AI技術目前尚未在林草業(yè)高質量發(fā)展中得到全面應用，亟需整合信息化 AI成熟技術，賦能林草業(yè)現(xiàn)代化建設。

“三化”融合重構林草新質生產(chǎn)力

在大會上，朱教君院士作了“森林生態(tài)科研范式變革：數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化”的主題報告，并提出了林草系統(tǒng)“三化”遞進發(fā)展路徑：以數(shù)字化筑基，實現(xiàn)山水林田湖草沙數(shù)據(jù)全要素歸集；以網(wǎng)絡化聯(lián)通，構建空天地一體化監(jiān)測體系；最終通過智能化躍升，打造具備自學習能力的生態(tài)決策大腦。

他認為，從東北虎豹國家公園的AI生物多樣性監(jiān)測平臺，到“三北”工程區(qū)的智能造林機器人試驗，再到基于遙感衛(wèi)星、無人機、大數(shù)據(jù)等技術編制的新一代航空數(shù)表，這些實踐印證了人工智能不僅是工具革新，更是思維革命。

朱教君院士強調，依托數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化驅動的新一代信息與人工智能（AI）技術，不僅能夠改變傳統(tǒng)森林生態(tài)的科研與管理模式，還能促進森林生態(tài)系統(tǒng)與氣候變化相互影響機制的深入理解，為基于自然氣候的森林生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)管理方案提供支撐。最終，人工智能將推動森林生態(tài)系統(tǒng)功能的高效、穩(wěn)定、可持續(xù)發(fā)展，實現(xiàn)人與自然和諧共生。林草系統(tǒng)應充分利用數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化“三化”技術，在研究、管理、決策、評估等環(huán)節(jié)深度融合，以重構林草新質生產(chǎn)力。

必須堅守“人機協(xié)同”的底線思維

“人工智能可以讓我們的認知突破時空局限，但它永遠無法替代生態(tài)學家對自然規(guī)律的深刻理解?！敝旖叹菏繌娬{，無論人工智能應用多么廣泛，我們必須堅守“人機協(xié)同”“尊重自然”的底線思維。

由于人工智能監(jiān)測結果由機器生成，仍需頂級專家與人工智能配合，進行實時評估。例如，一個森林生態(tài)系統(tǒng)人工研究可能需五六十年才能得出結果，而人工智能或許兩年就能完成，但結果的準確性需要實時監(jiān)測、評估，發(fā)現(xiàn)問題及時完善、優(yōu)化。為保障人工智能高效運行，經(jīng)驗豐富的頂級專家和實時監(jiān)測評估體系不可或缺。

展望未來，朱教君院士指出，隨著氣候智慧林業(yè)的不斷發(fā)展，須盡快創(chuàng)建一個以“數(shù)據(jù)獲取-分析-管理”為核心的新范式，推動行業(yè)大模型的建立，促進森林“四庫”聯(lián)動與協(xié)同增效技術的實施，助力綠色產(chǎn)業(yè)蓬勃發(fā)展。與此同時，研發(fā)新型智能裝備，構建立體感知、林業(yè)大模型與AI分析相結合的智慧林草新體系，并發(fā)展基于人與自然和諧共生導向的林草管理新模式，已是大勢所趨。特別是新一代航空數(shù)表與人工智能算法的結合，能夠更加精準地實現(xiàn)森林資源的實時監(jiān)控與質量評估，其所提供的數(shù)據(jù)支撐是森林資源高效、精準監(jiān)測的關鍵基礎。該技術的突破與推廣應用，直接關系到森林資源可持續(xù)管理的未來，必須引起全社會、尤其林業(yè)管理部門的高度關注，并迅速付諸實踐，以保障森林資源的長遠保護與可持續(xù)利用。

這位深耕森林生態(tài)40年的科學家期待，一場以人工智能為引擎的“生態(tài)智慧革命”，正從實驗室走向綠水青山，驅動林草業(yè)實現(xiàn)現(xiàn)代化變革。（劉慎元）