无线通信技术在森林资源信息采集系统中的应用

杨 伟，林元乖，郑泽龙，卢利明

(1.琼州学院，海南 三亚 572022；2.河南理工大学，河南 焦作454671)

无线通信技术在森林资源信息采集系统中的应用

杨 伟1，林元乖1，郑泽龙1，卢利明2

(1.琼州学院，海南 三亚 572022；2.河南理工大学，河南 焦作454671)

为了解决大量森林资源信息采集系统的难题，采用无线通信技术，开发了一种基于无线通信技术的森林资源信息采集系统。通过通信技术来加强对森林资源信息的监控，根据实时监控反馈的情况，操作人员可以同步得到实验区有林地的信息。实验表明，该系统能够很好地监控森林资源信息，为森林资源信息采集的难题提供了极大的帮助。

森林资源；无线通信技术；信息采集；监控系统

我国林业发展至今，传统的掌握森林资源的数据已经无法满足现今的森林资源数据需求，包括图片在内的与森林生态环境相关的视频、声音等数据的采集已经成为现今森林资源数据采集的研究重点。随着我国园林绿化技术的逐渐普及，我国对森林资源信息采集的要求越来越高，森林资源信息采集的数据量也逐渐增大，类别也越来越多，移动设备不仅要接收大量的数据，还要对图片、视频等进行采集和处理。正由于如此，数据库服务器必须要有强大的信息处理功能以降低移动设备的压力。原先通讯系统利用GPRS网络进行接收数据和监控，但由于传输速度较慢，限制较大，因此，需要选择更稳定、更高速的无线通讯网络[1]。

目前，在我国主要使用GIS结合GPRS移动通信技术进行野外森林资源信息采集，这种方式被广泛应用，例如，中国林科院资源信息所GIS室就针对森林资源信息采集的需要，按照森林资源信息采集的特点，研发并成功构建了一种用于野外调绘的信息采集系统，但通过研究发现，这种系统有着极大的限制性[2]；国家农业信息化工程技术研究中心开发的一种利用移动通信设备搭载GPS设备来采集森林的资源分配情况和林木生长状况等,这种系统要求高配置的通信设备才能够使用，因此耗资巨大[3]。

笔者就以上提出的一些森林资源信息采集系统的问题，提出了一种无线通信技术在森里资源信息采集系统，以改善其应用功能。

1 无线通信技术概述

无线通信技术，也即Wireless Communication Technology，这种通信技术是主要通过电磁波信号在空间当中自由传播的特质来交换信息的。在当今信息通信头和通讯领域当中，无线通信技术无疑是所有通信技术当中发展最快且应用最广[4]。这种可以在移动过程中依旧能够实现功能的无线通信，也被称为“移动通信”，也可将其称之为“无线移动通信”。从无线通信技术的始祖——“电报”到如今的数字电信，其间的过程是通过无数科学家、发明家、研究人员与工程师的汗水和智慧的结合才得到今天的无线通信技术[5]。

无线技术无疑使人们的生活受到了巨大的影响。无线的使用人口不断增加，每天全球都有将近15万人加入无线使用者的队伍中去，至今，全球已经拥有超过10亿人口通过无线网络上网和工作，这些人包括仓库管理员、大学教授、办公室经理、护士、商店负责人、白领等各行各业的人士[6]。他们利用无线技术完成自己的工作，并且随着无线技术的更新，无线技术对他们的工作影响力也越来越大。自从20世纪的70年代起，人们就已经有了无线网的相关研究。随着20世纪80年代的以太局域网技术的普及，相比较于有线网，无线网更具有无需架线、使用方便和灵活性强等优势，从而一举得到了市场的认可。由于在20世纪80年代的无线网的限制，导致这款无线网的构架在拥有无线局域网不得不受到传输稳定性不高、网络传输速率低以及软硬件升级都较难的巨大限制。同时，不同的厂商所制造的不同产品没有相同的标准和规范，导致不同的产品之间相互并不兼容的问题也极为突出。诸如此类的问题层出不穷，大大限制了无线网的发展和无线网的进一步应用，而现在，21世纪的无线通信技术已经成为普通人日常生活中必不可少的东西。

2 系统目标及技术概要

2.1 开发目标

为了开发这种基于无线通信技术在森林资源信息采集的系统，必须要有能够搭载这种系统的相应环境，本文中拟将这种系统搭载在个人数字助理（PDA）或移动通信设备与Internet平台当中[7]。

2.2 采用的主要技术

2.2.1 GIS技术（地理信息系统）

GIS技术也即地理信息系统(Geographic Information System，GIS)，或可以称之为“资源与环境信息系统”和“地学信息系统”。目前GIS在国内外应用都较为广泛，因为它是一种特定的十分高效的空间信息系统，其实用性较高，可以通过计算机硬件的支持和计算机软件系统的合理设计来监控部分甚至包括大气层在内的整个地球的表层信息，并对这些信息经过筛选，将与地理分布的相关信息进行采集和处理，通过系统进行储存、记算、分析、描述以及显示等过程最终得到地理信息内容与结果[8]。地理信息系统的主要工作是管理和处理多种复杂的地理空间的实体数据以及他们相应的关系，其中有图形数据、空间定位数据、属性数据、遥感图像数据等，通过对这些数据的分析和处理，可以得到在限定的地域之内所需要的信息分布以及所有现象的发生及过程，从而解决管理、决策和规划问题[9-10]。

移动GIS技术则是建立在移动计算环境下的GIS。

2.2.2 无线通信技术

无线通信技术是自二十世纪九十年代的第一部模拟制式的手机发明以来（1G）到现在的3G技术，从只能进行通话的普通手机到能够接收数据信息的CDMA和GSM技术等，而一代（1G）到二代（2G）的升级过程总共只经历了1年到2年的时间就出现了从只能进行和普通电话机一样的通话功能到能够接收、发送数据的功能这样大幅的跨越。如今的第三代（3G）无线通信技术则在传输速度、传输质量以及安全程度等方面得到了大幅度的提升，同时，它能够实现全球漫游的功能以及信息的处理功能，这些信息包括图像、音乐、视频等多种媒体形式，提供了包括上网功能视频对话功能、网上银行、网上购物等功能。而3G技术具有更好的“穿墙”功能和稳定性，同时，它能够分别支持至少2 Mbps(兆比特，每秒)、384 kbps(千比特／每秒)以及144 kbps的传输速度[11-14]。

2.2.3 GPS技术（全球定位系统）

GPS技术也即全球定位系统（Global Positioning System），就是一种将通讯技术与卫星两者的技术相互结合后发展出来的一种技术。目前，世界上的卫星导航定位系统有俄罗斯的全球卫星定位系统（Global Navigation Satellite System）、中国的北斗星导航计划（Compass Navigation Satellite System）以及欧洲的伽利略计划（Galilee）[15]，而目前最为流行、全球拥有用户量最多的是隶属于美国的全球卫星定位系统（Global Position System），简称GPS。

3 系统设计

3.1 系统框架的设计

本系统的设计目的主要在无线通信的技术下，以手机、计算机、Internet互联网以及无线数字通讯技术为主要平台，以更好地发挥出GIS、GPS在森林资源信息采集的功能。因此，笔者设计如下构架的系统，系统主要由图1的几个部分组成。

图1 系统硬件构架Fig. 1 System hardware structure

3.2 系统的硬件平台

以TI公司的OMAP3530为目标板，其内部包含双处理器核：ARM Cortex-A8 内核和TMS320C64x + DSP 内核。而ARM Cortex-A8内核是一种性能强大的内核，它的处理功能可以很好地在本文所提出的这种系统当中发挥出来。

3.3 森林资源信息采集系统主要模块设计

结合现代森林资源数据采集和管理要求，对嵌入式森林资源信息采集系统功能需求进行分析，如下：

(1)能够实现常规森林资源数据的采集录入，森林资源数据包括很多种类，比如林种、树种组成、森林起源、林龄、疏密度、立地条件、权属等。

(2)能通过GPS对所调查地区进行定位和导航。

(3)无论是发送数据还是查询数据，与远程服务器的沟通都需要无线通信网络，基于数据量大的缘故，系统需提供高速的3G网络。

(4)为了更准确地判断和记录林木的生产情况，系统需提供现场图片或视频的摄制功能。根据系统设计的需求，将硬件模块分为以下5大部分，分别是：图像采集模块（通过摄像设备无线传输影像照片等信息）、串口模块(通过此模块来外接设备和移动终端，从而留下系统的升级空间)、GPS模块(通过向卫星发送请求和接收卫星信息来采集GPS位置信息)、3G无线模块(通过此模块连接服务器端与无线设备端的数据传输)。

(5)串口模块主要包括：处理器模块（移动设备的重要核心，用于处理信息以及数据的运算）、显示模块（用于显示具体数据到移动设备的屏幕上）、输入模块（将索要发送的内容或索要编辑的内容通过手写输入进去）。其中，本系统硬件的功能模块的示意如图2所示。

图2 系统硬件功能模块Fig. 2 Functional module of system hardware

3.4 具体功能模块设计

3.4.1 GPS定位模块

GPS模块用于将卫星发送的GPS信息解析后传递到相应的应用程序。例如，美国在使用GPS时，移动通讯设备实时接收包括GPS定位及地理信息一类的相关信息，通过美国电气制造商协会所制定的以NEMA0183为标准的解码之后，将可以得到所在位置中的经纬度、海拔高度、植被覆盖情况、环境温度等信息。

GPS 定位代码为：

POINT ptGoto；

if(GetCurrentGPSPosition(this，&ptGoto))

PointToCenter(&ptGoto)；

SetTempDrawPoint(ptGoto)；

oid SetTolerance()；

BOOL SetGPSTarget()；

BOOL CalcTargetPosInfo()；

void ShowGPSLeaderPath()；

3.4.2 图像采集模块

图像采集模块是基于Windows NT环境下进行编程开发。本模块主要通过野外设备进行采集数据，将信息通过图片、影像的形式收集和传输到服务器当中。图像采集模块为主要的数据采集模块，需要大量的资金、物力和人力来对设备进行布置和安装。但可以通过ESILI公司的ArcPad Application Builder对模块进行二次开发，从而节省系统开发的精力和所需消耗的时间，仅花少量时间和精力即可获得ESR/公司在移动GIS领域提供的专业级服务和功能。

图像采集模块代码：

enum Operation

{

opNone，

opAdd，

opSub，

opMul，

opDiv

}；

3.4.3 无线数字传输模块

当设备对数据采集之后，将直接把采集得到的数据发送到服务器当中，若利用普通摄像头来进行采集，就不得不铺设大量数据线进行传输，因此，无线数字传输模块将所收集到的数据通过无线传输技术，将设备所收集得到的数据无损快速地发送到服务器当中去。相比较于传统的GPRS服务，所要耗费的资金量过大，因此采用分点局域网的方式进行加密式传输，通过无线局域网的搭建和铺设，将可以达到监控视频和图像的传输速率和传输效率的需求。

无线数字传输代码：

C G e o Ve c t o r L a y e r*p L a y e r=p Vi e w-＞GetActiveLayer()；

POINT ptLocation = point；

pView-＞DPtoRP(&ptLocation)；

CGeoPoint*pGeoPoint=newCGeoPoint(ptLocati on)；

pGeoPoint-＞AttachLayer(pLayer)；

3.4.4 数据库维护模块

本模块主要在考虑到森林资源信息的保密性、安全性以及重要性的问题，因此开发此模块对数据库内的数据进行维护任务。由于移动数据端是随身携带的设备，必然没有太大的存储空间、维护能力以及足够的运算功能，因此，此模块将对服务器内的资料信息进行备份，并且根据用户的需求决定用户想要发布的数据。

3.4.5 网络发布模块

服务器按照用户的需求完成了数据的备份和选择工作后，可以通过本模块将数据发布到互联网上，数据发布可以使用Visual Studio 2010．NET结合ArcObject等相关技术进行编程开发。

网络发布模块代码：

connect(ui-＞pushButton_3,SIGNAL (clicked(),this,SLOT(wangluofabu());

voidtwo::wangluofabu()

{ui-＞ page3-＞ hide();

ui-＞ page2-＞ show();}

4 主要操作流程及系统评价

4.1 主要操作流程

当操作的时候，可以利用无线电脑或无线通讯设备通过无线网络接收主机下达的指令，按照语言正确的顺序，显示当前森林资源信息，对森林资源信息进行采集和应用。运行人员按照无线电脑或无线通讯设备的密匙来进入系统，并对系统进行操作。

首先，运行人员依照密匙所提示的设备号进行依次解锁，以获取对设备的操作权限；对于无线监控设备，无线电脑或无线设备通过无线网络发送解锁申请给主机，通过解锁设备来进行监控等功能。主机通过系统的总线，直接进行相对应的设备解锁，并开启监控的工作系统，运行人员就可以通过远程操控，对设备所记录的信息和内容进行远程监控和远程操作。

其次，远程设备通过监控和GPS导航定位系统发送相应的时间、地点、资源等信息给处理器，通过处理器对所有设备发送过来的信息进行整合和分配记录处理，并通过服务器进行相应的信息记录。同时，当处理器接收到相应的指令消息时，通过解码，将相应的任务转换为设备能够处理的信息，传递任务给相应设备，并进行相应的工作。同时，处理器将对所收到的监控设备发送的信息进行图像化处理后发送给相应的接收设备，让人能够接收可理解的图像和影像。

然后，当数据库接收到处理器发送得来的指令后，将对相应的指令进行存储，当存储量达到一定值的时候，将自动清除记录时间最早的记录，以免数据库内的信息过多而无法存储，因此，操作人员必须定时对数据库内的数据进行选择记录到其它外置设备中。

最后，数据库内的内容可通过互联网发布到相应的网络中备份，并附密匙，以防止他人入侵，密匙将以随机数列的方式产生，并发送一份于主机和相应的操作人员移动客户端内。而移动客户端也可以将相应图像、影像等内容添加到网络服务器当中。

详细操作流程如图3所示。

图3 主要操作流程Fig.3 Main operation fl ow

4.2 系统评价

本系统通过结合无线通信技术、GIS、GPS和互联网Internet技术，充分发挥了无线通信技术在森林资源信息采集系统中的巨大作用，同时也发挥了计算机软件开发技术和森林资源的经营管理领域的应用。在文章中，笔者将上述功能实现，达到森林资源信息采集的目的，并且，用来采集野外数据的设备能够和服务器通过无线通讯技术相互连接，从而实现移动设备发送信息到服务器或接收服务器的相关内容、在Internet当中分享和发布GIS信息、多种技术综合的森林资源信息采集系统。该系统在统计分析、采集以及信息的发布等问题上已经解决了绝大多数的问题，并且该系统能够实现以下功能：

(1)在林木生长状况方面，实现了对树木生长状况的数据采集；

(2)在野外数据采集方面，实现了对植被分布区域的数据采集。

表1是近几年无线通信技术对传统的森林资源信息采集系统改进后的有林面积预测值。

表1 近几年用无线通信技术采集信息的误差值Table 1 Information errors generated by wireless communication technology in recent years

5 结束语

本系统利用无线通信技术，改变了传统的森林资源信息采集系统采用前后一体化移动数据采集平台的人工野外采集方法，实现了无纸化作业，大大减少了人力物力，有效地提高了工作的质量和效率，这种基于无线通信技术的森林资源数据采集系统可以使操作人员实时地对目标森林进行监控，在野外工作现场也可以进行查看，根据这个系统的监控结果可以进行相关的调整和改进。

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Application of wireless communication technology in forest resources information collection system

YANG Wei1, LIN Yuan-guai1, ZHENG Ze-long1, LU Li-ming2
(1. Qiongzhou Univesity, Sanya 572022, Hainan, China; 2.Henan Polytechnic University, Jiaozuo 454671, Henan, China)

It is much diff i cult to collect forest resources information with large forest area. The current forest resources information system’s function is unable to meet the need of collecting a large number of forest resources information, thus a forest resources information collection system based on wireless communication technology has been realized. By using wireless communication technology, monitoring forest resources information, then according to the feedback information from the real-time monitoring, the operators can synchronize the information of experimental zone woodlands. The experimental results show that this system can monitor forest resources information well and provide a great help for solving the problem of forest resources information collection.

forest resources; wireless communication technology; information collection; monitoring system

S771

A

1673-923X(2013)07-0086-05

2012-10-12

海南省自然科学基金项目(609008)；三亚市院地科技合作项目(2012YD02)；海南省教育厅高等学校科学研究项目(Hjkj2011-40)

杨 伟（1976-），男，海南琼海市人，实验师，主要从事林业信息化方面的研究；E-mail：yzw.www@163.com

[本文编校：谢荣秀]