林業野外作業數據采集系統基礎平臺設計及穩定性研究

唐耀航 唐鈴第 張逢芳 梁永科 李爍泉　李　威　

林業野外作業數據采集系統基礎平臺設計及穩定性研究

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.廣西科學院，廣西 南寧 530007；2.廣西科學技術期刊編輯學會 廣西 南寧 530015；3.桂林市科協，廣西 桂林 541199；4.中國林業科學研究院熱帶林業實驗中心，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）

為響應國家無紙化辦公的號召，提升我國野外作業質量，推進林業野外作業數據采集系統的建設，系統技術平臺的設計及穩定性研究至關重要。目前我國的野外作業中信息化程度正處于不斷提升階段，工作數量巨大、效率有待提升。文章從系統的總體機構設計展開，通過系統方案設計推動，完成環境與系統的功能結合。并在此基礎上，保證系統的穩定性，通過實地檢測的形式觀看系統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；數據采集；基礎平臺設計

引言

由于我國森林資源正處于不斷豐富的狀態，植被種類豐富，占地面積較廣，不同區域的地形情況也有較大差異。因此，林業資源數量巨大，數據繁多。目前，我國林業業務數據采集已經從傳統的采集方式轉變成為無紙化采集，每次的野外作業展開中，作業人員身上的記錄卡片需要保證其自身的充足性，相關人員將收集的收據記載入系統之中。該種記錄形式存在漏洞，二次記錄的情況時有出現，數據統計問題時有發生，存在調查數據難以保持精準、數據采集質量低、速度緩慢等問題，對于之后的數據使用產生不利影響。因而，推進林業野外作業數據采集系統的建設，全面展開系統技術平臺的設計及穩定性研究就顯得非常必要。

1 林業野外數據采集系統建設的相關概述

目前，就國際上的林業野外作業系統平臺來說，林外作業的模式已經開始發生轉變，由單一的模式轉變成為綜合模式[1]。我國關于林業調查與數據處理相關的信息產品的使用中，移動式信息產品的使用在一段時間內完成普及，該產品在之后也完成了后續的開發，作為以采集信息為主的設備，使用對象具有一定的單一性。就該種狀態來說，使用能力的開發與拓展是當前技術研究中不可忽視的部分，相關人員可以完全針對設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的跟蹤功能，在林業信息化功能發展的技術上，使林業野外定位精準性提升[2]。同時，數據采集的精準性得以保證，將搜集到的信息保存至系統平臺之中，通過無線傳輸、智能化處理、個性化服務等保證信息的保存質量，為其之后的發展提供建議。

2 林業野外作業設計采集系統平臺建設方案

2.1 信息采集系統總體架構設計

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

圖1 林業野外作業數據采集系統基礎平臺設計方案

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

2.2 開發設計系統功能與環境結合

林業設計的工作展開對象為林業部門，根據其需求展開，有針對性地推動設計研究工作，以一體化系統建設的形式，將滿足前端數據采集、后端智能化處理工作需求，并將其結合在一起，提升其附加功能[4]。數據采集開發系統功能構成及設備應用如表1所示。

表1 數據采集開發系統功能構成及設備應用

林業作業展開的過程中，相關人員需要結合不同的作業對象運行不同的數據采集軟件模塊，完成數據錄入工作[5]。無線網絡技術在此過程中對實際的工作進行推動，或是利用短消息發送到相應的移動終端之中，為相關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動，完成野外作業不同層次人員之間的互動工作。具體工作內容如圖2所示。

圖2 林業野外作業數據采集系統示意圖

3 林業野外作業系統穩定性模型研究

3.1 系統穩定性研究的必要性

未定型作為系統運行的根本內容，是保證數據可靠性與有效性的主要條件。在進行系統的綜合分析中，可通過測試查找影響系統穩定性的相關因素，保證系統在不同環境下運行的質量[6]。系統穩定性研究包含內容為：硬件系統、軟件系統、數據傳輸穩定性。

3.2 系統穩定性模型建立

系統穩定性的保證中，其具體可以從系統應用的可靠度、可用度等方面完成研究工作，模型的建立公式為：

其中，S－系統穩定性；R－系統可靠度；A－系統可用度。

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

此中，

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

此種狀態下，系統穩定性模型公式如下所示：

4 林業野外作業平臺硬件系統可靠性研究

系統硬件的應用中，為保證系統平臺使用的穩定性，不可修復理論為其提供相應建議[7]。因此，為了保證不可修復理論的實際應用，可以通過建模的形式確定系統可靠度的相關數據。具體的模型如圖3、圖4所示。

圖3 系統可靠度子模型

圖4 硬件系統可靠性模型框架

系統建設中，為保證各單元元器件的狀態，需要通過質檢后方可投入實際的使用，其可靠性與穩定性需要與國家標準保持一致狀態[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。設置信水平為0.95。因此，其輸出的電壓置信區間分別為（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，在置信區間之間的實驗次數在達到177后處于不變狀態，在得到電源可靠度的同時，顯示單元、傳輸單元、定位單元、存儲單元等根據實驗檢驗結果也隨即得出，模塊共分為四個區間，數值分別為：

相關人員將后端服務器數值調節，將可靠度數值控制在標準范圍之中[9]。經可靠度分析可知硬件系統可靠度為：

5 林業野外作業平臺軟件系統穩定性研究

軟件系統研究之中，穩定性主要是指野外作業數據的準確性，在確保數據成功傳輸的同時，后天服務器自動傳輸數據。本系統的建設中，考慮采集終端軟件的功能開發，包含初始化的相關功能、內核鏡像文件的使用、設備加載與驅動程序文件的配置等，以優質運行保證軟件的安全與應用。

（1）初始化硬件，在實際的操作中，相關硬件的操作主要包含其初始化的相關功能、內核鏡像文件的使用、設備加載與驅動程序文件的配置等，以提升最終的設備使用質量。

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

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

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

6 傳輸穩定性研究

傳輸穩定是在數據傳輸中是一切工作的關鍵內容能夠保證數據在安全狀態下到達后端服務企業制定的終端。本系統平臺的建設中，主要指通過IP的形式進行應用，利用定位技術將網絡與數據傳輸的道路打牢。并在多種技術的支持下提升傳輸數據的穩定性。

（1）網絡信號標準的確定。通過數據信號的情況確定，信道是否需要維修，以暫停服務維修的形式展開，信號強度的測定標準為R=-100 dBm，信道出現錯誤的概率為Be＞6.4%時，將服務暫停，完成維修之后，將傳輸服務進行開通。

（2）數據壓縮方面。在采集數據的過多的情況下，可以通過壓縮的形式保證數據傳輸的全面性與效率。

（3）MD5數字標簽較多方面，為保證數據在傳輸之中不被相關人員或機構竊取，可通過相關技術完成加密工作，在獲取相關數據的必要條件下，需要一個與其相契合的密鑰解鎖，之后提取有效信息。

（4）斷點續傳，為保證數據在網絡異常的情況下持續傳輸，或是在恢復網絡時已傳輸的部分不破損，其故意經傳輸的數據文件分為多個節點，線路的傳輸只需要在信號恢復后從斷點繼續傳輸，即可提高傳輸效率。

7 實踐檢驗林業野外作業平臺穩定性狀態

數據的林業野外作業之中，作業數據的系統采集、古樹、名木等作業數據采集、野生動物野外作業數據采集、國各野外自然風光等中得以利用，尤其是大量國家的森林公園建設中，野生動物是數據采集的主要對象，在國家級森林公園的實驗中，收集的數據會被納入數據庫之中，為之后的統一運用做出準備工作。

圖5 手持終端采集界面

具體的數據采集完成后，顯示在服務器界面，生成相應的檢測數據報告單。經相關單位調查的數據測量后發現，在獲取200組數據時，無效信息接收的共有4組，保存數據共有200組，最終得出的數據傳輸失敗率為2%，就數據發送至服務器成功的時間間隔在40 s以內，數據的無線傳輸穩定性相對較高。經上述數據計算后可知，系統的穩定性為：

因此，林業野外作業數據的收集在收集中，采集系統的設計和實施應可加快林業信息化建設，明確林業部門的具體需求，通過相關技術的應用，推廣硬件統一框架的應用產品。在不斷的實驗測試中，可加強對系統相關組成部分的研究，其中：

（1）系統硬件的穩定性相對較差，反映質量佳，采集終端待機的時間相對較長，林業野外數據采集使用的需求可以滿足。

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

（3）采集數據相對較快的環境下，其安全性能夠得以保證，與此同時，其還可以提升野外作業中的各項結果與效率。

（4）野外作業的過程中，后臺的服務也應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的個性化的服務，在信息聯動下，系統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需求之中，數據采集系統之間需要進行數據交換，在多系統之間的聯動中，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場操作需求中，林業數據采集系統各項數據的交互。以在多系統的信息互換與應用中，提高信息用戶獲取信息的效率。

8 結束語

綜上所述，本文主要針對林業作業數據采集系統的建設展開研究，以期在保證基礎平臺高質量建設的狀態下，提升其使用的穩定性能，保證最終數據的科學性與可實用性。因此，具體的研究從林業野外數據采集系統建設的相關概述展開，通過對系統穩定性模型研究、平臺硬件系統可靠性研究、平臺軟件系統穩定性研究、傳輸穩定性研究，最終得出實踐檢驗平臺穩定性狀態等相關信息，以期為之后的林業野外作業數據采集工作提供相關建議。

[1]趙建鵬，朱行輝，李國洪. 基于Android終端的GIS林業數據采集系統設計[J]. 測繪與空間地理信息，2020，43(2): 30-32，37.

[2]內蒙古自治區第六次荒漠化和沙化監測——林業監測規劃院規劃一室外業試點[J]. 內蒙古林業調查設計，2020(2): F002.

[3]趙馭陽. 基于MSP430AFE231系統數據采集模塊的硬件設計[J]. 電腦知識與技術(學術版)，2020，16(12): 217-218.

[4]恭映璧. 推進以智慧林業為主導的林業創新——戰后日本林業發展及其啟示(十二)[J]. 林業與生態，2021(5): 22-26.

[5]蔣鵬飛，劉延鶴，周建波，等. 林業野外作業機器人技術發展研究[J]. 林業和草原機械，2020(3): 20-27.

[6]王鎧. 基于Android的遼寧林業外業調查采集系統構建[J]. 綠色科技，2019(10)：249-250，263.

[7]王六如，尹洪波. 新型便攜式樹木測高儀DZH-30在森林資源調查中的應用[J]. 林業資源管理，2019(6)：132-136.

[8]王建武. 平板電腦外業數據采集系統在林業調查中的優點分析——以城固縣為例[J]. 吉林農業(下半月)，2018(4): 92.

[9]周玉晨，李昀，林珂卉，等. 基于Android的角規測樹及數據處理軟件的設計與實現[J]. 林業資源管理，2017(6): 143-148.

[10] 饒秀俊. 基于天地圖資源制作林業外業調查和導航用圖的研究[J]. 華東森林經理，2017，31(3): 15-18.

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，廣西科學院助理工程師，在讀碩士研究生，從事工業設計與管理工作。

唐鈴第，廣西南寧人，廣西科學院工程師，從事數字化管理工作。