林業工程中的智能對靶噴霧機軟件系統設計

摘 要：該文針對林業工程中的森林病蟲害防治工作方法，結合計算機科學技術的應用，將林業噴霧機設計成智能設備，并通過模塊劃分的方式來實現整個智能對靶噴霧機的軟件控制部分，最終形成一個林業智能病蟲害防治體系，為控制農藥施藥量，保護生態環境和改善操作人員的工作環境提供科學依據和技術支持。

關鍵詞：林業工程 智能對靶噴霧 軟件系統 模塊構件

中圖分類號：S491 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0070-03

Abstract：The forest insect pest prevention methods for forestry project in this paper，combined with the application of computer science and technology，forestry sprayer into intelligent equipment， and through module partition way to realize the intelligent part of the software control the target sprayer，eventually forming a smart forestry pest control system，to control the pesticide dosage，protect the ecological environment and improve working conditions for operators to provide scientific basis and technical support.

Key Words：Forestry Engineering；Intelligent Target Sprayer；Software System；Module Component

1 森林病蟲害防治工作的情況

目前我國國內的森林病蟲害情況依然非常嚴峻，傳統的農藥噴灑技術已經遠遠不能滿足大面積的農藥施藥工作，在農藥的使用上仍然局限在手工噴灑農藥的操作上，特別是在偏遠貧困地區，由于經濟不發達，導致先進設備的應用和推廣還較為滯后。針對這一問題可以通過科學技術方法來彌補傳統農藥施藥方面的欠缺，以提高農藥使用效率，達到保護生態環境的目的。

為了更好地提高森林病蟲害防治效率，減少農藥對人體的傷害，因此設計了智能對靶噴霧機軟件系統，使其能很好地在智能林業工程領域，為科技在林業領域中的應用提供強有力的科學支持。

2 智能對靶噴霧機軟件系統框架設計

在整個軟件系統設計中，需要達到的目的是減少軟件系統的開發時間，提高軟件的可靠性，并且便于后期整個系統的升級和維護，因此在設計和開發過程中采用軟件復用技術方式進行集成開發。通過功能的劃分進行模塊化設計與實現，在軟件系統設計中，先定義好需要預留的接口，接口之間可以互相通信完成數據的交換與傳輸，這樣可以做到軟件系統構件化設計的要求。在系統設計過程中定義了三個主要構件，即數據獲取構件、數據處理構件和控制執行構件，構件與構件之間通過定義的標準接口。圖1為整個系統的軟件構件框架，其特點是每個模塊和構件之間功能相互獨立，模塊和構件之間的通訊和信息交互不受系統外界的影響，其表現為低耦合和高內聚的特性。

數據獲取構件的功能是針對施藥目標的樹木靶標等信息通過二進制信息采集的方式輸入電腦中保存，在信息數據采集過程中采用不同的方式，使得后期輸出的內容也不同。在信息采集選擇視野上一般采用單目電荷耦合圖像采集器（CCD）作為信息輸入端。如果要想得到更多信息數據，單目數據采集技術已經不能達到信息獲取的要求，在此需要將雙目視覺技術應用在系統中。采用雙目視覺技術能使采集目標物體的深度信息得到獲取，并且可以彌補視野范圍不足的缺陷，應用這個技術可以使精確對靶技術有進一步的提升。構件示意圖如圖2所示。

數據處理構件的功能是將獲得到的數據信息完成處理加工的過程，其在整個系統中處于中間環節。在對施藥目標進行對靶噴霧時，計算機將數據圖像以256色進行存儲，之后將影響信息處理的多余噪聲去除，并進行數據信息的分割處理，使得施藥目標圖像與背景圖像能夠分離，采用合理的算法得到施藥目標的特征值。在施藥目標中，一般選擇樹木作為施藥對象，因此樹木的特征信息等相關數值是數據計算所要獲取的內容。在系統實時處理計算的過程中，對算法要求比較高?，F在多采用實時性較強的相對色彩因子的樹木圖像分割算法，其在光照充足的條件下能有效地辨別施藥目標樹木，高效地將施藥目標與背景分離，以達到精確對靶施藥的效果。構件示意圖如圖3所示。

控制執行構件的功能是將軟件處理后的數據進行選擇和應用，獲得想要的數據，實現控制決策。對樹木的特性與特征等數據信息做出辨別，實現智能變量噴霧操作。因此整個系統應裝在下位機中，施藥噴霧控制裝置設置通信控制接口，提供控制指令完成智能施藥的過程。構件的示意圖如圖4所示。

整個系統的每個構件都相對獨立，在開發時設計預留了相應的通信接口，為模塊之間的數據交流建立了通訊通道，也為系統后期的擴展做了準備工作，這樣使得系統的可擴展性大大增加，為智能對靶噴霧系統的研發提供了科學依據。

3 智能對靶噴霧軟件系統開發

3.1 智能噴霧軟件系統的集成思路

在可復用構件的基礎上，整個系統的實現過程成為了軟件的開發加集成的過程。根據系統的需求和功能的不同，在開發過程中需要選擇不同的構件模塊來完成集成組裝和定制工作，最終達到系統軟件靈活性和通用性的目的。

整個軟件系統的集成設計由三個部分來完成：（1）功能集成是系統在開發時由不同模塊實現不同的功能，在組裝成一個完整的系統時，進行相應構件的選擇實現系統功能；（2）界面集成是在系統集成時根據系統設計時的需求分析結果定制自己的系統界面，將用戶所定制的界面集成到應用系統中；（3）新構件的開發是在整個系統需要功能擴展時，當前構件庫中的構件不能滿足系統要求時，就需要有新功能構件進行研發，來滿足系統功能擴充的需要。

整個系統采用多樣化的構件形式，設計時構件的表現形式為：可執行文件、ActiveX控件和DLL動態鏈接庫中的任意一種，這樣可以提高系統的集成度。為了保證整個智能系統的相對穩定性，在實現系統中通過構件中封裝接口形式來滿足系統的需要。

系統軟件運行時消耗的系統資源根據系統平臺的不同而有所變化。為了提高系統的跨平臺應用能力，最大限度的滿足智能噴霧的實時性要求，在提升硬件設備的前提條件下，還要使智能噴霧軟件系統具有跨平臺的能力，以達到最佳的運行狀態。所以在構件的設計時要考慮構件的跨平臺應用能力，保證在異構環境下有良好的互操作性，實現系統的運行與操作系統平臺無關。

3.2 基于構件的智能對靶噴霧軟件系統開發流程

將軟件科學中構件技術應用在智能對靶噴霧系統上，用構件實現應用軟件的開發，并用構件技術設計方法對構件庫進行補充，完成需求分析到系統實現的全過程，其流程圖如圖5所示。

在系統的開發過程中，構件開發主要在領域工程中完成。根據系統的領域分析進行構件的設計與實現，形成智能噴霧系統的領域構件，使構件庫能統一管理和調用。構件的開發可通過基于構件的應用軟件開發工具來實現。

在整個智能系統中應用模式循環開發需要依靠軟件開發環境和復用構件庫來實現開發過程。在開發環境中通過標識、驗證和分類過程形成可復用的構件，將構件保存于復用構件庫中。在系統開發過程中需要相應的構件時，則開發者可從復用構件庫中進行檢索集成組合，實現完整的系統構件復用全過程。

基于構件技術的智能對靶噴霧軟件系統在開發應用時的前提條件是要能找到符合系統設計要求的構件，同時去除設計上不相匹配的因素和環節，對所選軟件系統結構類型進行集成，最終完成可升級的構件，該構件通用于智能對靶噴霧領域中的各個不同分系統中。通過該應用方式可使得智能對靶噴霧系統開發更容易實現。

3.3 與傳統軟件開發方法對比

如果假定用戶原型是用戶原始需求，而最后實現的應用系統為用戶的應用程序，則基于構件化實現系統和傳統方式實現系統的對比如圖6和圖7所示。

從對比中可以看出，整個智能系統的開發采用構件技術，同時研發中按照科學的規范開展工作，如果要在特定的領域內完成研發的內容，那么系統在完成之初，需要完成在特定的領域范圍內分析工作，整個過程反映在執行框圖上是智能對靶噴霧領域內的分析過程。依據整個領域內系統實現要求對軟件進行設計與劃分，其中包括有三個重要部分，即領域分析、領域設計和領域實現。領域分析的目的是實現整個智能系統內的功能性要求的設計與研發；領域設計則是軟件所要實現功能要完成的軟件劃分標準，可就是在研發中的軟件體系結構和系統總體設計方案等；領域實現是對具體代碼實現的步驟和過程，其主要是依據軟件整體思路來完成，整個設計、研發和實現過程需要完全符合領域工程內的要求。將這種技術應用在智能對靶噴霧領域中，可以高效地搭建出系統平臺，實現系統的高效應用和推廣。而傳統的開發模式則缺少很多的細節，并且沒有一套完整的體系保證軟件開發的質量和后期的維護，使軟件使用成本得不到控制，因此科學化開發和管理軟件是智能對靶噴霧系統的主要核心內容。

4 結語

該文針對智能對靶噴霧軟件系統提出了以軟件工程技術為思路的，結合軟件復用技術的模塊化與構件化設計思想的智能軟件系統，為農藥使用技術中的智能系統的開發做了鋪墊工作，為后續的應用打下了基礎，達到高效利用農藥、合理有效控制森林病蟲害發生和保護人身安全的目的。

參考文獻

[1] 胡天翔，鄭加強，周宏平.提高動態樹木圖像分割處理速度的方法研究[J].林業科學，2009，6（1）：68-70.

[2] 胡天翔，鄭加強，周宏平.基于機器視覺的樹木深度信息測量研究[J].農業機械學報，2010，11（2）：101-103.

[3] 胡天翔，鄭加強，周宏平.基于DSSA的智能對靶噴霧機軟件系統初步設計[J].林業科技開發，2008，2（3）：56-58.

[4] 胡天翔.軟構件技術在林業智能控制系統平臺中的應用[J].機械制造與自動化，2013，10（4）：89-92.

[5] 胡天翔.基于構件化設計的嵌入式軟件測試方法研究[J].機械制造與自動化，2011，1（5）：78-80.