海島遠離大陸,受海風(fēng)、海浪、鹽霧、土壤養(yǎng)分等影響,土壤含鹽量較高、水分較低、土層貧瘠,島上植被以灌草叢為主,原生植被較少,多為次生植被,植物形態(tài)與陸域環(huán)境相比差異明顯,但卻形成了獨特的生態(tài)景觀,如一些隱域性植被海島矮林。不少海島上分布有名貴藥用植物、國家重點保護動物等,周邊海域分布有紅樹林、珊瑚礁、珍稀水生生物等典型海洋生態(tài)系統(tǒng)。對于海島而言,惡劣的氣候環(huán)境和貧瘠的土壤大多不利于植物生長,植物群落結(jié)構(gòu)簡單且不穩(wěn)定,演替緩慢,生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單因而脆弱,一旦破壞將難以恢復(fù)。正因為如此,開展海島生態(tài)學(xué)研究對于海島植被保護與修復(fù)具有重要意義。海島,尤其是面積較小的海島,作為一種特殊而脆弱的生態(tài)系統(tǒng),極易受到干擾和破壞[1- 3]。近年來,隨著海島開發(fā)活動的不斷加劇,海島自然資源環(huán)境破壞的問題逐漸突出,如陸源污染[4- 5]、海水養(yǎng)殖,以及外來物種入侵[7- 8]等問題,使得海島生態(tài)環(huán)境面臨較大威脅,且有可能造成難以挽回的損失。例如,20世紀90年代廣東省的內(nèi)伶仃島出現(xiàn)的薇甘菊入侵幾乎使島上的珍稀野生動物滅絕。因此加強海島生態(tài)監(jiān)測就顯得十分重要。

海島作為自然資源的重要組成部分,是海洋經(jīng)濟發(fā)展的重要依托,是構(gòu)建海洋生態(tài)文明的藍色屏障。黨的十九大以來,習(xí)近平總書記多次強調(diào)要加強生態(tài)保護,而生態(tài)保護的前提是對生態(tài)本底狀況、發(fā)展變化趨勢等一系列信息具有全面的掌握以此做出環(huán)境保護管理的決策依據(jù)。因此,在當今信息化技術(shù)飛躍發(fā)展的趨勢下,探索一種完善的、基于現(xiàn)代信息技術(shù)而進行對海島生態(tài)系統(tǒng)的綜合觀測將成為一種有效工具和必然趨勢。眾所周知,物聯(lián)網(wǎng)作為互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的重大變革,已經(jīng)深入到社會各個領(lǐng)域,然而在海島上利用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)獲得海島生態(tài)系統(tǒng)長期觀測鮮有研究。人們對于海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)是什么？有什么用？如何構(gòu)建？等一系列問題并不十分清楚。因此本文在前人對物聯(lián)網(wǎng)及其應(yīng)用研究的有關(guān)基礎(chǔ)上,以無居民小海島這一典型且極少有人關(guān)注的研究領(lǐng)域作為研究對象,明確闡述了海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的概念,構(gòu)建了概念模型,并以典型海島為例示范了海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)概念模型在具體海島上的構(gòu)建,為加強海島生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測及海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的實踐應(yīng)用提供基礎(chǔ)參考。

1 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)概念與內(nèi)涵

1.1 物聯(lián)網(wǎng)

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展帶動了物聯(lián)網(wǎng)的產(chǎn)生,物聯(lián)網(wǎng)是互聯(lián)網(wǎng)向物理世界的延伸,被認為是下一信息時代的主要部分,也會是現(xiàn)階段網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的方向[9]。當前國際上較通用的物聯(lián)網(wǎng)定義為：運用射頻識別、全球定位系統(tǒng)、紅外感應(yīng)器等信息傳感設(shè)備,根據(jù)約定協(xié)議,以通過物品與互聯(lián)網(wǎng)連接實現(xiàn)信息和通信的交換為手段,從而實現(xiàn)智能識別、跟蹤、定位等功能的一種網(wǎng)絡(luò)概念[10]。

物聯(lián)網(wǎng)是許多領(lǐng)域的巨大整合[11],包括傳感器網(wǎng)絡(luò),嵌入式系統(tǒng),智能控制,數(shù)據(jù)處理和融合,任務(wù)調(diào)度和分配等。普遍認為物聯(lián)網(wǎng)的架構(gòu)是由數(shù)據(jù)采集層、數(shù)據(jù)傳輸層和應(yīng)用服務(wù)層3個層次組成[9]。

目前,物聯(lián)網(wǎng)已廣泛應(yīng)用于各種行業(yè)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中,識別和辨認技術(shù)在各種物聯(lián)網(wǎng)場景中得到應(yīng)用,例如門衛(wèi),物流,食品安全,移動支付等[12]。在文化遺產(chǎn)的預(yù)防性保護[13]、醫(yī)療及衛(wèi)生保健[14-15]、智能城市[16]和智能生活[17- 18]以及工業(yè)[19]、制造業(yè)[20]、農(nóng)業(yè)[21]等領(lǐng)域均已經(jīng)得到廣泛使用。物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也極大的推動了環(huán)境監(jiān)測[22]研究的進展,以獲取實時、長期的環(huán)境動態(tài)信息。

1.2 生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)

生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)(ecological internet of things, EIOT)是將網(wǎng)絡(luò)和感應(yīng)器嵌入生態(tài)應(yīng)用對象,監(jiān)測生態(tài)信息(水體、土壤、大氣、生物)、社會經(jīng)濟數(shù)據(jù)和環(huán)保數(shù)據(jù)(污染狀況、環(huán)境效應(yīng)、管理策略)等[23],其基礎(chǔ)和核心仍然是互聯(lián)網(wǎng),是用戶端擴展到了生態(tài)研究、管理及工程相關(guān)的諸多方面,并進行生態(tài)信息交換和通信,是生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)與現(xiàn)代生態(tài)管理相結(jié)合的產(chǎn)物[24]。

生態(tài)環(huán)境監(jiān)測[25]是物聯(lián)網(wǎng)的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)在生態(tài)/環(huán)境相關(guān)研究主要分為兩大類,一是(生態(tài))環(huán)境因子監(jiān)測和生物過程,如森林生態(tài)因子[26]、水環(huán)境[27]、農(nóng)田[28]、城市環(huán)境[29]、植被[30]、土壤[31]、湖泊碳通量[25]等的監(jiān)測；另一類是生物監(jiān)測物聯(lián)網(wǎng),如害蟲監(jiān)測[32]、動物[25]等。然而到目前為止,國內(nèi)外鮮有從生態(tài)學(xué)角度開展監(jiān)測要素的系統(tǒng)性監(jiān)測研究,要建立一個較為完整的生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)還需要一些理論和監(jiān)測體系的支撐。

1.3 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)概念

海島的地理位置決定其易受臺風(fēng)、地震、海嘯等海洋災(zāi)害的不利影響,存在災(zāi)害多發(fā),抗災(zāi)害能力差等弱點。例如,位于我國東南沿海的海島,受臺風(fēng)影響較大,由此造成的海島環(huán)境的自然破壞時有發(fā)生[3]。因此加強海島生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)控是海島保護的重要前提。海島生態(tài)系統(tǒng)的構(gòu)成與其他生態(tài)系統(tǒng)相比具有自身的特點,海島四面環(huán)海水因此相對獨立,形成了特有的海島生態(tài)景觀。海島與周邊海域界限明確,以島岸線為界限,島岸線以上的陸域是海島生態(tài)系統(tǒng)的主要組成部分,并與潮間帶及近海兩個子系統(tǒng)共同構(gòu)成了海島生態(tài)系統(tǒng)的3個子系統(tǒng)[33]。這些決定了海島生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測的復(fù)雜性。

在海島生態(tài)智能監(jiān)測方面,已有文獻對海島紅樹林[34]、氣象[35]、島上鼠類[36]等進行物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用研究,但總體上研究不多。當前國家對海島資源環(huán)境保護的重視和管理迫切需要系統(tǒng)掌握海島生態(tài)現(xiàn)狀及發(fā)展變化等信息。然而,利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開展海島生態(tài)系統(tǒng)的系統(tǒng)性研究較少,且沒有完整的海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的概念。因此,本文在前人相關(guān)研究的基礎(chǔ)上,首次明確闡述了海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的概念。

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)(island ecological internet of things, IEIOT)是將物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用于海島生態(tài)系統(tǒng)的監(jiān)測。它是指通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),將海島生態(tài)系統(tǒng)中的生物和非生物要素(包括生態(tài)安全要素)進行系統(tǒng)的采集、集中存儲并經(jīng)過島-陸間的傳輸實現(xiàn)海島生態(tài)信息的共享應(yīng)用,以便獲得海島生態(tài)系統(tǒng)實時、長期的動態(tài)變化,掌握海島生態(tài)系統(tǒng)在長期自然和人為干擾下的變化規(guī)律、機制和生態(tài)安全狀況,為政策制定提供科學(xué)依據(jù)、為海島生態(tài)學(xué)等科學(xué)研究提供重要支撐的基礎(chǔ)信息網(wǎng)絡(luò)。

圖1 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)狹義和廣義概念示意圖
Fig.1 A schematic diagram of broad and narrow sense of island ecological internet of things

由于海島與大陸隔離,要正確認知海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的特征就需要從廣義和狹義的角度深刻理解海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的涵義(如圖1)。一是從海島內(nèi)部信息的獲取、傳輸、存儲及應(yīng)用,可理解為狹義海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng),這部分信息的獲取以完全智能化的傳感器為手段,在島內(nèi)形成信息自動獲取、實時傳輸及島內(nèi)第一層次的應(yīng)用,這與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)架是一致的,但應(yīng)用層相對簡單,僅為島內(nèi)工作人員,數(shù)據(jù)并不傳輸至島外；二是信息的獲取除了依靠智能化設(shè)備外,其他一些需要人工輔助的信息也是海島生態(tài)系統(tǒng)信息的來源,兩種來源的信息集成至海島控制中心而形成大數(shù)據(jù)庫,這些數(shù)據(jù)通過島-陸間傳輸及應(yīng)用,即構(gòu)成了廣義的海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng),其應(yīng)用層則面向更廣闊的客戶端。

1.4 構(gòu)建海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的目的和意義

海島生態(tài)監(jiān)測的目的最終是為海島保護與管理提供科學(xué)依據(jù),保障海島生態(tài)系統(tǒng)的健康、可持續(xù)發(fā)展。通過構(gòu)建海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng),掌握海島生態(tài)系統(tǒng)現(xiàn)狀、結(jié)構(gòu)、功能變化規(guī)律,一方面為海島生態(tài)學(xué)研究提供重要的平臺,同時也為加強海島的有效保護,促進海島生態(tài)系統(tǒng)健康發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

中國擁有上萬個海島,但這些海島因為遠離大陸、交通閉塞等原因而成為名副其實的“信息孤島”,制約了海島的管理以及相關(guān)研究的開展。在中國生態(tài)系統(tǒng)研究網(wǎng)絡(luò)中,海島生態(tài)系統(tǒng)試驗站到目前為止依然是一片空白,而海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的建立,將實現(xiàn)對海島生態(tài)系統(tǒng)長期的生態(tài)監(jiān)測,填補中國生態(tài)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的空白。此外,中國作為海島大國,歷來重視海島的保護,在國家構(gòu)建海洋生態(tài)文明、海洋戰(zhàn)略安全等時代背景下,小海島的保護是南海戰(zhàn)略和保障領(lǐng)海安全非常重要的環(huán)節(jié)。海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)恰恰能為生態(tài)島礁建設(shè)、海島統(tǒng)計調(diào)查制度、海島監(jiān)視監(jiān)測、海島生態(tài)本底調(diào)查等提供信息獲取途徑。因此對海島生態(tài)系統(tǒng)開展長期的生態(tài)監(jiān)測,無論是對于海島自身資源環(huán)境的保護還是對政府管理部門決策的制定均有重要意義。

2 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)概念模型的構(gòu)建

2.1 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)組成

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)以海島生態(tài)系統(tǒng)為監(jiān)測對象,以島-陸傳輸作為海島生態(tài)系統(tǒng)信息共享應(yīng)用的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。綜合海島所處地理位置、環(huán)境狀況、海島的戰(zhàn)略地位等特征,在參考傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,提出了適合海島的生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)組成,即生態(tài)監(jiān)測層、數(shù)據(jù)采集層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、海島控制層、能源保障層、數(shù)據(jù)保密層和應(yīng)用服務(wù)層7部分(如圖2)。

其中生態(tài)要素層是海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)最基本、最關(guān)鍵的組成部分,回答海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測什么？主要包括海島生物要素、非生物和特殊要素的監(jiān)測；數(shù)據(jù)采集層,既包含智能監(jiān)測設(shè)備如氣象傳感器、視頻監(jiān)控傳感器等,又包含需要借助人工調(diào)查完成的信息監(jiān)測如植物多樣性、生物入侵等的監(jiān)測以及其他國內(nèi)目前還未研發(fā)出相應(yīng)傳感器的關(guān)鍵生物參量如樹木徑向生長自動觀測儀、陸生脊椎動物監(jiān)測設(shè)備等[37]；與陸地相比,無居民海島供電、網(wǎng)絡(luò)通訊等保障具有較大的難度,因此,能源保障和數(shù)據(jù)的傳輸及共享對海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的可持續(xù)運行和數(shù)據(jù)的島外傳輸及共享非常關(guān)鍵。結(jié)合海島特點,可考慮太陽能發(fā)電、海上風(fēng)電,有條件的地區(qū)還可以通過海底電纜保障用電,而數(shù)據(jù)的傳輸不僅要解決島內(nèi)各傳感器與海島控制中心之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸,即島內(nèi)網(wǎng)絡(luò)傳輸,更要解決海島控制中心與大陸控制中心之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸,即島-陸間數(shù)據(jù)傳輸,海島控制中心既是島內(nèi)傳輸?shù)慕K端(存儲、分析等),又是島陸間傳輸?shù)慕涌诙?數(shù)據(jù)采集端)；由于一些海島的特殊性,例如一些權(quán)益類海島,因此還應(yīng)當注意增加數(shù)據(jù)的安全保密層；海島的應(yīng)用服務(wù)層主要是面向各級政府、海洋主管部門、執(zhí)法監(jiān)督部門、科研機構(gòu)、海島開發(fā)商、社會大眾等,這些機構(gòu)獲取海島信息后分別制定相應(yīng)的管理決策、科學(xué)研究目標以及知情海島的基本現(xiàn)狀信息,增強海島保護與宣傳意識。

圖2 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的概念模型
Fig.2 Conceptual model of island ecological internet of things (IEIOT)

2.2 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)概念模型構(gòu)建流程

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建時一般應(yīng)注意三方面的內(nèi)容。首先需詳細分析海島及周邊海域狀況并據(jù)此確定生態(tài)監(jiān)測指標和相應(yīng)的設(shè)備；其次進行數(shù)據(jù)信息的自動/人工收集并由海島控制中心匯集后傳輸至陸地服務(wù)器；最后根據(jù)對海島生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測的評價結(jié)果制定海島管理的決策依據(jù)(如圖3)。海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建除了上述一般流程之外,還應(yīng)考慮海島之間的差異性、特殊性,如對于有海島植被恢復(fù)的應(yīng)當重點增加植被恢復(fù)的監(jiān)測指標；對于海島沙灘有破壞趨勢的,增加沙灘的動態(tài)監(jiān)測指標；對于海島有采石滑坡風(fēng)險的還應(yīng)當增加地質(zhì)安全要素的監(jiān)測。

圖3 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)建流程分析
Fig.3 Construction process analysis of ecological internet of things (IEIOT)

2.3 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的特點、特征

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)是對自然因素和人為因素共同干擾下海島生態(tài)系統(tǒng)響應(yīng)的綜合監(jiān)測,因此它不僅監(jiān)測海島生態(tài)系統(tǒng)在自然因子影響下的變化同時還包括海島及周邊海域海域人為活動對海島生態(tài)系統(tǒng)的影響。由于海島長期暴露于海洋環(huán)境強烈的影響中,空氣濕度大、鹽霧多,對于儀器設(shè)備防潮、抗風(fēng)、防腐蝕、使用壽命等的性能要求高,此外交通不便利導(dǎo)致了維護成本較高。

由于海島的使用需要按照程序申請用島、用海,因而海島生態(tài)物理網(wǎng)建設(shè)的前期工作復(fù)雜、流程長,且涉及多個管理部門。獲得海島使用權(quán)是構(gòu)建海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的保密性要求高。海島是維護國家海洋權(quán)益的象征,不少領(lǐng)海基點所在海島、國防安全用島等涉及國家海上安全戰(zhàn)略,因此海島物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建應(yīng)考慮數(shù)據(jù)保密性。

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成與傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)相比,測重從生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測出發(fā),強調(diào)系統(tǒng)性的監(jiān)測指標,因此增加了生態(tài)要素層以明確監(jiān)測指標,此外對于能源保障、網(wǎng)絡(luò)通訊、數(shù)據(jù)保密等有特殊要求。

如前所述海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)具有廣義和狹義之分。在一個成熟的海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)中同時存在狹義、廣義兩種情形,而后者是真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)。

2.4 海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用特色

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)更加強調(diào)信息的保密性。對于前文提及的特殊類海島的信息應(yīng)進行保密處理,確保信息的專網(wǎng)專用,因此數(shù)據(jù)的使用管理更加嚴格。

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測包括了各種氣象災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害等特殊要素,對這些信息的監(jiān)測將有助于及時掌握和了解極端天氣對海島生態(tài)系統(tǒng)的影響,并能通過預(yù)警及時做好防范措施,最大程度降低損失。

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)測重生態(tài)因子的監(jiān)測,更加強調(diào)對自然植被的演替、植被恢復(fù)效果、入侵物種、動物群落等的動態(tài)、長期跟蹤監(jiān)測,這些對于開展海島生態(tài)學(xué)的長期跟蹤評估研究十分關(guān)鍵。

與傳統(tǒng)的人工調(diào)查相比,海島生態(tài)物理網(wǎng)監(jiān)測科獲取大量、實時、長期的海島資源環(huán)境的綜合信息,因此對于海島管理部門而言將是十分有利的管理手段；

海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)獲取的信息在社會公共平臺共享后,可以讓更多人了解海島、認知海島、保護海島,對于在全社會范圍內(nèi)加強海島的保護宣傳、增強海島保護意識也是非常重要的。

3 三角島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)概念模型應(yīng)用分析

三角島(22°08′30″N、 113°42′34″E)是隸屬于廣東省珠海市的眾多無居民小島中的一個,海島面積雖小(不足1 km2),但島上有沙灘、地下水、植被等資源,是無居民海島中資源相對豐富的海島。因受采石活動影響,海島原生植被及地貌遭到嚴重破壞,是珠江口采石造成破壞的典型海島,亟需開展海島生態(tài)修復(fù)。2017年三角島已獲得了廣東省第一個不動產(chǎn)權(quán)屬證書,且屬于“公益+旅游”聯(lián)合用島創(chuàng)新模式,且目前旅游用島項目已經(jīng)開展前期通電、通訊基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),為海島物聯(lián)網(wǎng)觀測基站的建立提供了重要基礎(chǔ)支撐,是三角島構(gòu)建生物物聯(lián)網(wǎng)的巨大優(yōu)勢。

應(yīng)用海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)概念模型,結(jié)合三角島資源、環(huán)境現(xiàn)狀、生態(tài)存在的問題及未來旅游開發(fā)活動可能存在的生態(tài)環(huán)境影響等因素綜合考慮,構(gòu)建了三角島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測指標體系,形成了海島植被、土壤、氣象、沙灘、淡水、岸線、海島垃圾等在內(nèi)的21項優(yōu)先監(jiān)測內(nèi)容、 95個生態(tài)監(jiān)測指標(表1),作為生態(tài)監(jiān)測要素層。根據(jù)生態(tài)監(jiān)測指標確定了3大類傳感器設(shè)備,即生態(tài)監(jiān)測設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、海洋水文傳感器設(shè)備；采用Mini-GSentry節(jié)點保障數(shù)據(jù)島內(nèi)傳輸。由各傳感器所獲取的數(shù)據(jù)以及人工錄入數(shù)據(jù)將匯聚至海島西北部區(qū)域擬建的控制中心,并通過海底光纖、北斗、GPRS等傳輸至島外。上述幾部分組合便構(gòu)成了三角島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的概念模型,如圖3。

表1 三角島生態(tài)監(jiān)測要素及數(shù)據(jù)采集方式

Table 1 Ecological monitoring elements and data collection method of SanJiao island

三角島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的構(gòu)建在一定程度上具有重要的示范意義。該島屬于遭受人為破壞嚴重的海島,這類海島集中分布在珠江口,如小蜘洲、三門島、牛頭島、二洲島等,其他海域情況類似的海島有馬鞭洲等,因此構(gòu)建海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng),通過關(guān)注植被的恢復(fù),驗證生態(tài)學(xué)理論在海島生態(tài)恢復(fù)、植物群落構(gòu)建中的應(yīng)用,對于海島植被恢復(fù)理論和實踐研究均具有探索意義,也是很好的實例驗證。同時對于未來海島開發(fā)建設(shè)中不可避免造成植被破壞的修復(fù)也是重要的探索嘗試,將為海島植被的保護與修復(fù)提供重要的理論和實踐支撐,從而對于推動海島生態(tài)學(xué)的研究具有重要的啟示。長期、動態(tài)、連續(xù)的觀測則有助于揭示該島生態(tài)系統(tǒng)的演變規(guī)律,以便制定更加科學(xué)合理的海島發(fā)展策略,為海島生態(tài)建設(shè)、生態(tài)恢復(fù)提供可復(fù)制、可推廣的經(jīng)驗。

其次,三角島是自2010年海島保護法公布實施以來全國首個“一島雙證”(即旅游用島不動產(chǎn)權(quán)屬證書和公共服務(wù)用島權(quán)屬證書)的無居民海島,對于探索旅游開發(fā)與公共服務(wù)用島相結(jié)合的新型海島開發(fā)模式具有重要的示范作用,將是全國第一個開展“公益+旅游”創(chuàng)新海島開發(fā)模式的有益探索。此外,三角島作為粵港澳大灣區(qū)發(fā)展中的重要節(jié)點,通過構(gòu)建三角島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng),還可為周邊海域安全預(yù)警提供重要的信息平臺,也將是開啟南海生態(tài)監(jiān)視監(jiān)測與安全預(yù)警的重要開端。

圖4 三角島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測模型
Fig.4 Monitoring model of ecological internet of things (EIOT) of SanJiao island

4 結(jié)論與展望

運用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù),自動監(jiān)測、存儲、傳輸、評價海島生態(tài)系統(tǒng)的相關(guān)信息,為海島管理部門和研究機構(gòu)提供決策依據(jù)和科學(xué)基礎(chǔ),這便是海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)。海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)概念模型由海島生態(tài)監(jiān)測要素層、數(shù)據(jù)采集層(信息錄入層)、能源保障層、數(shù)據(jù)保密層、信息存儲層、傳輸層(島內(nèi)傳輸和島外傳輸)、應(yīng)用層7個具體部分構(gòu)成。從廣義的尺度上理解海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)與其他領(lǐng)域物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用是一致的,但在海島內(nèi)部的信息獲取則包括智能獲取和人工錄入相結(jié)合的模式,因此自海島控制中心向島外傳輸數(shù)據(jù)開始才可以算作真正意義上的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的范疇,島內(nèi)部分信息的獲取、傳輸及存儲可以看做是狹義的物聯(lián)網(wǎng)范疇。

正因為海島具有區(qū)別于農(nóng)田、山地等陸域生態(tài)系統(tǒng)的特殊性,海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)具有綜合監(jiān)測、需履行前期用島手續(xù)、建成及運營成本高、數(shù)據(jù)保密性強等特點,決定了海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用具有一定的針對性、選擇性、側(cè)重性、科研性、管理性等方面的特色。

盡管物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已較為成熟,但關(guān)于海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)的監(jiān)測體系及應(yīng)用和管理等相關(guān)研究仍處于摸索階段,在諸多方面仍需開展進一步的研究：如何構(gòu)建適合海島特殊地理實體的生態(tài)監(jiān)測指標的評價體系,讓生態(tài)監(jiān)測能夠更好的為管理和科研服務(wù)；如何有效融合、展示多類型數(shù)據(jù)信息模塊,以一種簡單、便捷、高效的形式展現(xiàn)海島生態(tài)監(jiān)測的信息；如何進一步完善海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測指標體系的建設(shè),對模型的應(yīng)用進行修改與提升；如何構(gòu)建全國海島生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)體系平臺、將全國沿海島嶼生態(tài)監(jiān)測網(wǎng)納入中國生態(tài)系統(tǒng)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)中；如何提高智能化監(jiān)測水平、逐步解決人工錄入的問題,將是未來在海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)研發(fā)方面最大的挑戰(zhàn)。筆者下一步將以三角島為例,通過構(gòu)建海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng),探索海島生態(tài)物理網(wǎng)模型在實踐中的應(yīng)用并據(jù)此進一步完善海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)模型構(gòu)建,為推廣海島生態(tài)物聯(lián)網(wǎng)開展有益探索。

致謝：陳寶明副教授、廖慧璇副研究員、胡娜胥幫助寫作，特此致謝。