数字孪生驱动森林精准经营决策：理论模型、关键技术与应用示范

摘要

森林经营是实现森林质量精准提升的关键路径。由于森林类型复杂且生长周期长，森林经营长期面临管理粗放、方案实施困难，智能化水平低，试错成本高等突出问题，严重制约了森林质量精准提升。针对上述挑战，本文首先剖析了森林经营决策的转型需求——从粗放经验向数字智能转变，并阐释了森林数字孪生体的构建机理——将“林地”转变为“决策实验室”。在此基础上，围绕数据智能感知与更新、林分结构智能解析、森林生长建模与智能模拟、森林经营方案智能编制与优选、经营措施精准实施、经营成效智能评估与决策反馈等关键环节，提出了数字孪生驱动的精准经营决策理论模型和关键技术。以塞罕坝机械林场尚海纪念林数字孪生系统为例，系统阐释了从森林数字孪生构建、林分生长模拟、林分结构分析到森林经营决策优化的实现路径。最后，探讨了面临的机遇与挑战：“数字中国”战略引领、生物多样性保护与碳中和目标驱动、森林质量精准提升需求以及人工智能赋能形成多重战略契机；但亟需攻克多源异构数据融合更新、大规模孪生体高效建模、多目标优化决策的可解释性、虚实精准联动交互等关键技术瓶颈。为此，本文提出与多模态大模型、具身智能、生成式人工智能、元宇宙等前沿技术深度融合的演进方向，旨在推动森林经营向精准化、高效化和智能化发展，赋能林草行业高质量发展。

关键词

数字孪生 / 森林精准经营 / 林分结构分析 / 森林生长模拟 / 智能决策 / 多模态大模型 / 具身智能 / 塞罕坝