林業(yè)野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺設(shè)計及穩(wěn)定性研究

唐耀航 唐鈴第 張逢芳 梁永科 李爍泉　李　威　

林業(yè)野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺設(shè)計及穩(wěn)定性研究

唐耀航1,2唐鈴第1張逢芳3梁永科4李爍泉5李威6

（1.廣西科學(xué)院，廣西 南寧 530007；2.廣西科學(xué)技術(shù)期刊編輯學(xué)會 廣西 南寧 530015；3.桂林市科協(xié)，廣西 桂林 541199；4.中國林業(yè)科學(xué)研究院熱帶林業(yè)實驗中心，廣西 崇左 532600；5.廣西億健智慧信息科技股份有限公司，廣西 南寧 530000；6.廣西梯度科技股份有限公司，廣西 南寧 530221）

為響應(yīng)國家無紙化辦公的號召，提升我國野外作業(yè)質(zhì)量，推進林業(yè)野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)，系統(tǒng)技術(shù)平臺的設(shè)計及穩(wěn)定性研究至關(guān)重要。目前我國的野外作業(yè)中信息化程度正處于不斷提升階段，工作數(shù)量巨大、效率有待提升。文章從系統(tǒng)的總體機構(gòu)設(shè)計展開，通過系統(tǒng)方案設(shè)計推動，完成環(huán)境與系統(tǒng)的功能結(jié)合。并在此基礎(chǔ)上，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過實地檢測的形式觀看系統(tǒng)平臺界面功能是否齊全，或是存在異常情況，進而通過改進使其使用價值不斷提升。

林外野外作業(yè)；數(shù)據(jù)采集；基礎(chǔ)平臺設(shè)計

引言

由于我國森林資源正處于不斷豐富的狀態(tài)，植被種類豐富，占地面積較廣，不同區(qū)域的地形情況也有較大差異。因此，林業(yè)資源數(shù)量巨大，數(shù)據(jù)繁多。目前，我國林業(yè)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)采集已經(jīng)從傳統(tǒng)的采集方式轉(zhuǎn)變成為無紙化采集，每次的野外作業(yè)展開中，作業(yè)人員身上的記錄卡片需要保證其自身的充足性，相關(guān)人員將收集的收據(jù)記載入系統(tǒng)之中。該種記錄形式存在漏洞，二次記錄的情況時有出現(xiàn)，數(shù)據(jù)統(tǒng)計問題時有發(fā)生，存在調(diào)查數(shù)據(jù)難以保持精準(zhǔn)、數(shù)據(jù)采集質(zhì)量低、速度緩慢等問題，對于之后的數(shù)據(jù)使用產(chǎn)生不利影響。因而，推進林業(yè)野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)，全面展開系統(tǒng)技術(shù)平臺的設(shè)計及穩(wěn)定性研究就顯得非常必要。

1 林業(yè)野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)概述

目前，就國際上的林業(yè)野外作業(yè)系統(tǒng)平臺來說，林外作業(yè)的模式已經(jīng)開始發(fā)生轉(zhuǎn)變，由單一的模式轉(zhuǎn)變成為綜合模式[1]。我國關(guān)于林業(yè)調(diào)查與數(shù)據(jù)處理相關(guān)的信息產(chǎn)品的使用中，移動式信息產(chǎn)品的使用在一段時間內(nèi)完成普及，該產(chǎn)品在之后也完成了后續(xù)的開發(fā)，作為以采集信息為主的設(shè)備，使用對象具有一定的單一性。就該種狀態(tài)來說，使用能力的開發(fā)與拓展是當(dāng)前技術(shù)研究中不可忽視的部分，相關(guān)人員可以完全針對設(shè)備的軟件以及硬件功能展開研究，在提升其通用能力時，保證其穩(wěn)定性，通過控制中實時交互，以及其它功能的補充提升野外作業(yè)的跟蹤功能，在林業(yè)信息化功能發(fā)展的技術(shù)上，使林業(yè)野外定位精準(zhǔn)性提升[2]。同時，數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性得以保證，將搜集到的信息保存至系統(tǒng)平臺之中，通過無線傳輸、智能化處理、個性化服務(wù)等保證信息的保存質(zhì)量，為其之后的發(fā)展提供建議。

2 林業(yè)野外作業(yè)設(shè)計采集系統(tǒng)平臺建設(shè)方案

2.1 信息采集系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計

信息采集系統(tǒng)的建設(shè)之中，設(shè)計人員需要在系統(tǒng)構(gòu)成相關(guān)內(nèi)容加以重視，以通過多方因素的考慮，保證系統(tǒng)構(gòu)成的全面性，尤其是采集的終端、后端服務(wù)器等設(shè)計，都需要提起相應(yīng)的重視。采集的終端、后端服務(wù)器設(shè)計通過兩部分內(nèi)容構(gòu)成：采集終端在林業(yè)野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集的實際需求下，構(gòu)成了多個組成部分，在計算機自有的操作系統(tǒng)之中，通過設(shè)計完成通用軟件的開發(fā)，其適用于我國的自然保護區(qū)，以為自然植被以及野生動植物提供良好的生存環(huán)境；后端服務(wù)器的設(shè)計中，其主要是完成數(shù)據(jù)的信息收集與整理，在智能化系統(tǒng)的作用中，合成與其他信息的交換。系統(tǒng)整體設(shè)計方案具體如圖1所示。

圖1 林業(yè)野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)基礎(chǔ)平臺設(shè)計方案

采集的終端硬件系統(tǒng)包含多個模塊功能，包含采集、定位、通信、存儲以及電源等。目前，該項技術(shù)在我國的林業(yè)野外作業(yè)中能夠基本滿足其需求[3]。

2.2 開發(fā)設(shè)計系統(tǒng)功能與環(huán)境結(jié)合

林業(yè)設(shè)計的工作展開對象為林業(yè)部門，根據(jù)其需求展開，有針對性地推動設(shè)計研究工作，以一體化系統(tǒng)建設(shè)的形式，將滿足前端數(shù)據(jù)采集、后端智能化處理工作需求，并將其結(jié)合在一起，提升其附加功能[4]。數(shù)據(jù)采集開發(fā)系統(tǒng)功能構(gòu)成及設(shè)備應(yīng)用如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)采集開發(fā)系統(tǒng)功能構(gòu)成及設(shè)備應(yīng)用

林業(yè)作業(yè)展開的過程中，相關(guān)人員需要結(jié)合不同的作業(yè)對象運行不同的數(shù)據(jù)采集軟件模塊，完成數(shù)據(jù)錄入工作[5]。無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在此過程中對實際的工作進行推動，或是利用短消息發(fā)送到相應(yīng)的移動終端之中，為相關(guān)人員決策與實踐處理提供建議，進而保證各個對象之間的信息聯(lián)動，完成野外作業(yè)不同層次人員之間的互動工作。具體工作內(nèi)容如圖2所示。

圖2 林業(yè)野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)示意圖

3 林業(yè)野外作業(yè)系統(tǒng)穩(wěn)定性模型研究

3.1 系統(tǒng)穩(wěn)定性研究的必要性

未定型作為系統(tǒng)運行的根本內(nèi)容，是保證數(shù)據(jù)可靠性與有效性的主要條件。在進行系統(tǒng)的綜合分析中，可通過測試查找影響系統(tǒng)穩(wěn)定性的相關(guān)因素，保證系統(tǒng)在不同環(huán)境下運行的質(zhì)量[6]。系統(tǒng)穩(wěn)定性研究包含內(nèi)容為：硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸穩(wěn)定性。

3.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性模型建立

系統(tǒng)穩(wěn)定性的保證中，其具體可以從系統(tǒng)應(yīng)用的可靠度、可用度等方面完成研究工作，模型的建立公式為：

其中，S－系統(tǒng)穩(wěn)定性；R－系統(tǒng)可靠度；A－系統(tǒng)可用度。

就系統(tǒng)中個工鞥模塊的關(guān)系來說建立系統(tǒng)可靠度的分析模型，可靠度會隨之變化，具體模型為：

此中，

R（t）－為不同單元系統(tǒng)的可靠性；n－多個串聯(lián)的單元系統(tǒng)；m－多個并聯(lián)單元系統(tǒng)；-表示第列單元系統(tǒng)；－表示第行單元系統(tǒng)。

此種狀態(tài)下，系統(tǒng)穩(wěn)定性模型公式如下所示：

4 林業(yè)野外作業(yè)平臺硬件系統(tǒng)可靠性研究

系統(tǒng)硬件的應(yīng)用中，為保證系統(tǒng)平臺使用的穩(wěn)定性，不可修復(fù)理論為其提供相應(yīng)建議[7]。因此，為了保證不可修復(fù)理論的實際應(yīng)用，可以通過建模的形式確定系統(tǒng)可靠度的相關(guān)數(shù)據(jù)。具體的模型如圖3、圖4所示。

圖3 系統(tǒng)可靠度子模型

圖4 硬件系統(tǒng)可靠性模型框架

系統(tǒng)建設(shè)中，為保證各單元元器件的狀態(tài)，需要通過質(zhì)檢后方可投入實際的使用，其可靠性與穩(wěn)定性需要與國家標(biāo)準(zhǔn)保持一致狀態(tài)[8]。單元模塊的輸入中，電源電壓恒定在12 V之間，輸出的電壓為5 V與3.3 V。設(shè)置信水平為0.95。因此，其輸出的電壓置信區(qū)間分別為（4.75, 5.25）以及（3.14, 3.46），允許的誤差范圍值在（-0.25, 0.25）以及（-0.16, 0.16）。通過對于電源單元模塊進行試驗之后可知，在置信區(qū)間之間的實驗次數(shù)在達到177后處于不變狀態(tài)，在得到電源可靠度的同時，顯示單元、傳輸單元、定位單元、存儲單元等根據(jù)實驗檢驗結(jié)果也隨即得出，模塊共分為四個區(qū)間，數(shù)值分別為：

相關(guān)人員將后端服務(wù)器數(shù)值調(diào)節(jié)，將可靠度數(shù)值控制在標(biāo)準(zhǔn)范圍之中[9]。經(jīng)可靠度分析可知硬件系統(tǒng)可靠度為：

5 林業(yè)野外作業(yè)平臺軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

軟件系統(tǒng)研究之中，穩(wěn)定性主要是指野外作業(yè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，在確保數(shù)據(jù)成功傳輸?shù)耐瑫r，后天服務(wù)器自動傳輸數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的建設(shè)中，考慮采集終端軟件的功能開發(fā)，包含初始化的相關(guān)功能、內(nèi)核鏡像文件的使用、設(shè)備加載與驅(qū)動程序文件的配置等，以優(yōu)質(zhì)運行保證軟件的安全與應(yīng)用。

（1）初始化硬件，在實際的操作中，相關(guān)硬件的操作主要包含其初始化的相關(guān)功能、內(nèi)核鏡像文件的使用、設(shè)備加載與驅(qū)動程序文件的配置等，以提升最終的設(shè)備使用質(zhì)量。

（2）為保證系統(tǒng)具有一定的穩(wěn)定性，在軟件實際的應(yīng)用中，可以選擇相對穩(wěn)定的集成開發(fā)環(huán)境，通過軟件陷阱的制造，保證在軟件在使用中存在相應(yīng)的提示功能，防止軟件漏洞對之后的工作造成影響[10]。

（3）目前軟件系統(tǒng)的使用價值受到多方面內(nèi)容的影響：軟件自啟動系統(tǒng)的穩(wěn)定性與軟件運行系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

（4）板級支持包在實際的應(yīng)用中，可以通過單元分析的形式投入使用，完成軟件的檢測工作，以固定次數(shù)的實驗得出最終的實驗結(jié)果，確定單元實驗的可靠度。

6 傳輸穩(wěn)定性研究

傳輸穩(wěn)定是在數(shù)據(jù)傳輸中是一切工作的關(guān)鍵內(nèi)容能夠保證數(shù)據(jù)在安全狀態(tài)下到達后端服務(wù)企業(yè)制定的終端。本系統(tǒng)平臺的建設(shè)中，主要指通過IP的形式進行應(yīng)用，利用定位技術(shù)將網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡缆反蚶巍２⒃诙喾N技術(shù)的支持下提升傳輸數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性。

（1）網(wǎng)絡(luò)信號標(biāo)準(zhǔn)的確定。通過數(shù)據(jù)信號的情況確定，信道是否需要維修，以暫停服務(wù)維修的形式展開，信號強度的測定標(biāo)準(zhǔn)為R=-100 dBm，信道出現(xiàn)錯誤的概率為Be＞6.4%時，將服務(wù)暫停，完成維修之后，將傳輸服務(wù)進行開通。

（2）數(shù)據(jù)壓縮方面。在采集數(shù)據(jù)的過多的情況下，可以通過壓縮的形式保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜嫘耘c效率。

（3）MD5數(shù)字標(biāo)簽較多方面，為保證數(shù)據(jù)在傳輸之中不被相關(guān)人員或機構(gòu)竊取，可通過相關(guān)技術(shù)完成加密工作，在獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的必要條件下，需要一個與其相契合的密鑰解鎖，之后提取有效信息。

（4）斷點續(xù)傳，為保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)異常的情況下持續(xù)傳輸，或是在恢復(fù)網(wǎng)絡(luò)時已傳輸?shù)牟糠植黄茡p，其故意經(jīng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)文件分為多個節(jié)點，線路的傳輸只需要在信號恢復(fù)后從斷點繼續(xù)傳輸，即可提高傳輸效率。

7 實踐檢驗林業(yè)野外作業(yè)平臺穩(wěn)定性狀態(tài)

數(shù)據(jù)的林業(yè)野外作業(yè)之中，作業(yè)數(shù)據(jù)的系統(tǒng)采集、古樹、名木等作業(yè)數(shù)據(jù)采集、野生動物野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集、國各野外自然風(fēng)光等中得以利用，尤其是大量國家的森林公園建設(shè)中，野生動物是數(shù)據(jù)采集的主要對象，在國家級森林公園的實驗中，收集的數(shù)據(jù)會被納入數(shù)據(jù)庫之中，為之后的統(tǒng)一運用做出準(zhǔn)備工作。

圖5 手持終端采集界面

具體的數(shù)據(jù)采集完成后，顯示在服務(wù)器界面，生成相應(yīng)的檢測數(shù)據(jù)報告單。經(jīng)相關(guān)單位調(diào)查的數(shù)據(jù)測量后發(fā)現(xiàn)，在獲取200組數(shù)據(jù)時，無效信息接收的共有4組，保存數(shù)據(jù)共有200組，最終得出的數(shù)據(jù)傳輸失敗率為2%，就數(shù)據(jù)發(fā)送至服務(wù)器成功的時間間隔在40 s以內(nèi)，數(shù)據(jù)的無線傳輸穩(wěn)定性相對較高。經(jīng)上述數(shù)據(jù)計算后可知，系統(tǒng)的穩(wěn)定性為：

因此，林業(yè)野外作業(yè)數(shù)據(jù)的收集在收集中，采集系統(tǒng)的設(shè)計和實施應(yīng)可加快林業(yè)信息化建設(shè)，明確林業(yè)部門的具體需求，通過相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，推廣硬件統(tǒng)一框架的應(yīng)用產(chǎn)品。在不斷的實驗測試中，可加強對系統(tǒng)相關(guān)組成部分的研究，其中：

（1）系統(tǒng)硬件的穩(wěn)定性相對較差，反映質(zhì)量佳，采集終端待機的時間相對較長，林業(yè)野外數(shù)據(jù)采集使用的需求可以滿足。

（2）系統(tǒng)應(yīng)用對象多元化的條件下，平臺下不同系統(tǒng)應(yīng)用可以基本滿足林業(yè)不同類型與野外作業(yè)需求。

（3）采集數(shù)據(jù)相對較快的環(huán)境下，其安全性能夠得以保證，與此同時，其還可以提升野外作業(yè)中的各項結(jié)果與效率。

（4）野外作業(yè)的過程中，后臺的服務(wù)也應(yīng)實際的操作保持一致，通過信息的實時交互工作，及時處理并提供相應(yīng)的個性化的服務(wù)，在信息聯(lián)動下，系統(tǒng)中管理和互動的效果迅速提升。

（5）不同管理對象的野外作業(yè)需求之中，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)之間需要進行數(shù)據(jù)交換，在多系統(tǒng)之間的聯(lián)動中，使信息使用主體獲取信息的效率隨之提升。

在不同管理對象的野外現(xiàn)場操作需求中，林業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)的交互。以在多系統(tǒng)的信息互換與應(yīng)用中，提高信息用戶獲取信息的效率。

8 結(jié)束語

綜上所述，本文主要針對林業(yè)作業(yè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的建設(shè)展開研究，以期在保證基礎(chǔ)平臺高質(zhì)量建設(shè)的狀態(tài)下，提升其使用的穩(wěn)定性能，保證最終數(shù)據(jù)的科學(xué)性與可實用性。因此，具體的研究從林業(yè)野外數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)建設(shè)的相關(guān)概述展開，通過對系統(tǒng)穩(wěn)定性模型研究、平臺硬件系統(tǒng)可靠性研究、平臺軟件系統(tǒng)穩(wěn)定性研究、傳輸穩(wěn)定性研究，最終得出實踐檢驗平臺穩(wěn)定性狀態(tài)等相關(guān)信息，以期為之后的林業(yè)野外作業(yè)數(shù)據(jù)采集工作提供相關(guān)建議。

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Design and Stability Study of Basic Platform for Forestry Field Operation Data Acquisition System

In order to respond to the call of national paperless office, improve the quality of field operation in China, and promote the construction of data acquisition system for forestry field operation, the design and stability study of the system technology platform are very important. At present, the informatization degree of field operation in China is in the stage of continuous improvement, with a huge amount of work and efficiency needs to be improved. This paper starts from the overall mechanism design of the system, and completes the combination of environment and system functions through the promotion of system scheme design. On this basis, ensure the stability of the system, and observe whether the system platform interface functions are complete or there are abnormal conditions through on-the-spot inspection, so as to continuously improve its use value through improvement.

forestry field operation; data acquisition; foundation platform design

S771; TP319

A

1008-1151(2022)08-0004-04

2022-06-10

唐耀航，廣西南寧人，廣西科學(xué)院助理工程師，在讀碩士研究生，從事工業(yè)設(shè)計與管理工作。

唐鈴第，廣西南寧人，廣西科學(xué)院工程師，從事數(shù)字化管理工作。