基于物联网技术的森林资源数据更新系统研究

吴 鑫，张 贵，文世熙

（中南林业科技大学 理学院，湖南 长沙 410004）

基于物联网技术的森林资源数据更新系统研究

吴 鑫，张 贵，文世熙

（中南林业科技大学 理学院，湖南 长沙 410004）

森林资源数据更新是森林资源动态监测的重要内容，以GIS、GPS、RFID、3G为技术基础，以移动互联网、无线传感器网络为传输媒介，构建了基于物联网技术标准的森林资源数据更新系统，设计了用于复杂通信条件下的森林资源数据采集、传输、更新的小班信息标识与通信器，并以广州市为例进行了应用，提出了一种全新的森林资源数据更新模式。

物联网技术；森林资源数据更新；小班；信息标识与通信器

RFID技术即无线射频识别，是无线通信技术中的一种，不需要识别设备与目标之间进行接触，即可通过无线电磁场产生的信号识别一定距离范围内的目标物体，它是自动识别技术中的一种关键技术，是物联网中最重要的信息获取方式之一。随着物联网主要技术和运用形式的不断发展和完善，作为林业信息化发展高级阶段的林业物联网正展现出其蓬勃的生命力[1]。物联网技术是近年来兴起的新型技术，被广泛地运用在交通[2]、图书馆书籍和人员管理[3]、物流[4]、移动支付[5]等领域，对经济和社会的发展具有重要意义[6]。

目前，森林资源小班调查主要通过外业调查后再将获取的数据进行内业处理，很难准确、及时、便捷地将发生变化的森林资源数据更新到各级森林资源数据库。因此，在林业信息化进程不断推进及林业物联网应用研究快速发展的背景下，各级林业管理部门迫切的需要建立一个基于物联网技术标准的森林资源数据更新系统，将森林资源数据及时、准确、便捷地更新落实到小班，为林业的可持续发展带来巨大的利益。

1 森林资源数据更新系统架构

基于物联网技术的森林资源数据更新系统作为一个整体，分为小班信息标识与通信感知层、小班传输层、森林资源数据更新系统客户端层以及森林资源数据库层[8-9]（如图1所示）。本系统主要由小班信息标识与通信器、无线传感器网络、3G网络、服务器端空间数据库、森林资源数据更新系统等部分组成。该系统主要应用于以小班为单位的森林资源调查，具体流程如下：首先，将小班属性数据记录保存到小班信息标识与通信器中的RFID标签中，并将RFID标签按照既定规则悬挂在对应小班中；然后，调查人员通过森林资源数据更新系统对RFID标签进行射频识别获取该该小班的图形和属性信息；最后，在移动通信网络信号不良的情况下，将发生变化的信息实时进行修改，提交到离线数据库。在网路状况良好的情况下通过移动通信网络提交到服务器端数据库。

图1 基于物联网技术的森林资源数据更新系统体系构架Fig. 1 Forest resources data updating system structure based on IOT technology

2 森林资源数据更新系统设计

2.1 小班信息标识与通信感知层

感知层的信息感知发生在小班信息标识与通信器中的RFID标签和RFID读写器中。主要包括两个方面：一是RFID读写器扫描附近RFID标签；二是RFID读写器通过射频识别获取RFID标签中存储的小班信息。

小班信息标识与通信器由RFID标签和RFID读写器及应用软件系统组成（如图2所示）。RFID读写器通过接口模块获取RFID标签中存储的小班信息，再将信息传送给应用软件系统进行小班数据的更新。

图2 小班信息标识与通信器基本组成Fig.2 The basic components of the forest subcompartment information-sign and communicator

小班信息标识与通信器中的RFID标签作为小班信息的标识载体，其结构如图3所示。

图3 RFID标签结构Fig.3 The structure of RFID tags

天线作为通信媒介，主要用于接收读写器传递给RFID标签的射频信号，并将读写器请求的RFID标签中信息传送给读写器；调制器是将射频信号进行处理与传输的器件，RFID标签信息经过逻辑控制单元进行调制转化成信号，然后通过天线将存储在标签中的小班信息传输给RFID读写器；解调器是对调制的信号进行信息复原的器件，将天线接收的载波信号解调，转化成调制信号；电压调节器是将RFID标签发送的信号转化成直流电，并存储在电容中，然后通过电路提供电源；逻辑控制单元响应读写器发出的信号，然后将读写器发射的信号解译并存储信息，将RFID标签信息调制后经天线发送给读写器；存储单元由EEPROM和ROM组成，是RFID标签信息识别、存储与系统运行的位置；EEPROM是一种掉电后数据不丢失的存储芯片，ROM 是只读内存镜像的简称。

2.2 小班数据传输层

传输层主要包含三个方面，一是发生在感知层，传感器与移动终端之间的数据交互过程[10]；二是指将感知层得到的数据经过移动终端处理后通过3G网络和无线通信网络传输到服务器；三是客户端从服务器中获取历史数据，查找小班信息。

2.3 森林资源数据更新系统客户端层

客户端层主要包括三个方面：（1）RFID读写器，加载在手机SD卡中，可以对小班中的RFID标签进行射频识别并获取小班信息；（2）智能手机终端自带定位、通信等功能，为森林资源数据更新系统提供平台支持；（3）森林资源数据更新客户端系统，首先通过路径分析获取调查人员当前位置到需要调查区域的路线，到达指定调查位置；然后通过RFID读写器射频识别获取的小班信息找到相应的小班历史数据；最后根据当前小班调查实际资料对小班的图形和属性数据进行修改，并将数据更新到数据库中。

2.4 森林资源数据库层

森林资源数据库层包括小班空间地理数据和小班属性数据。调查人员在使用客户端软件进行森林资源数据更新后将修改过的小班空间数据和属性数据提交到服务端数据库保存，森林资源数据库层支持客户端对数据库中历史数据的查询及新数据的提交。

3 森林资源数据更新系统功能

3.1 路径分析

进行森林资源二类调查前，调查人员按照实际调查分配任务确定调查区域，并根据悬挂在小班中的小班信息标识与通信器的经纬度与当前位置的经纬度确定起点和终点，通过系统中的路径分析功能获取服务端交通图规划通往需要调查的小班的路径。如图4所示，以广州市卫星地图、道路交通图、林相图、行政区划图等地图为数据基础，对各类数据进行叠加，根据调查区域的大致经纬度位置获取前往调查的规划路线。

3.2 射频识别功能

射频读写器加载在手机SD卡中，可以对小班中的RFID标签进行识别。将存储小班信息的RFID标签放置在小班靠近山路的位置，调查人员在到达需要调查的小班位置时通过手机中嵌入的RFID读写器对周围小班RFID标签进行扫描，获得小班具体位置显示在频幕上，调查员所在的位置处于识别中心，图上显示的亮点表示该位置处有小班可以调查，当点击亮点的时候即可进入属性和图形信息编辑界面对小班发生变化的信息进行更改，图5所示为射频识别的示意图。

图4 路径分析Fig.4 Path analysis

图5 射频识别Fig.5 Radio frequency identi fi cation

3.3 数据采集与更新

图6 小班属性数据更新Fig.6 Subcompartment attribute data updating

森林资源数据更新系统能够获取读写器中传送过来的信息，并根据这个信息查询历史小班记录找到相应的小班数据，数据采集更新模块主要分为空间数据采集更新和属性数据采集更新两个方面。属性数据采集更新是将森林资源二类调查小班的数据发生变化的表项修改后更新到服务端系统中，如图6所示广州市萝岗区某小班，将实际调查的数据逐项与已有数据进行比对后进行修改，可直接将属性数据更新，也可以显示到地图，查看图形数据是否也需要进行更改。空间数据采集更新则是按照调查的实际情况对发生变化的点、线、面数据中的各个节点进行修改，形成新的点、线、面数据，保存在空间数据库中。如图7所示，绿色多边形即为正在调查的小班，可以根据实际林分发展需要，对组成小班边界的各个节点进行增删改，最后形成实际小班边界进行保存后更新。

图7 小班空间数据更新Fig.7 Subcompartment spatial data updating

4 结论与讨论

（1）将物联网技术应用到森林资源数据更新当中具有前瞻性，将图形和属性的更新结合在一起，同时与实际小班中的林业RFID标签结合起来，减少了因调查时内外业分离而导致的张冠李戴现象。

（2）调查人员直接在调查现场就对小班发生变化的图形和属性信息进行更改，大大减少了内外业分离的出错几率，同时也提高了调查的效率。

（3）在现实当中运行时可能因为射频识别距离只有几十到一百米而存在局限性，在系统结构及功能上需要根据实际遇到的情况进行不断的完善和改进。

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Study on updating of forest resource data system based on IOT technology

WU Xin, ZHANG Gui, WEN Shi-xi
(College of Sciences, Central South University of Forestry & Technology, Changsha 410004, Hunan, China)

The forest resources data-updating is one of the important components in forest resources dynamic monitoring. This study mainly described a forest resources data updating system which is Technically supported by GIS, GPS, RFID, 3G. In this system, the mobile Internet and the wireless sensor network were used as transmission medium with an information-sign and communicator has been designed to collect, transmit, update subcompartment data in complex communication conditions. Taking Guangzhou city as an example to carry on the system application, it is proposed a new model of forest resource data updating.

internet of things technology; forest resource data updating; subcompartment; the information-sign and communicator

S778

A

1673-923X(2016)09-0078-04

10.14067/j.cnki.1673-923x.2016.09.015

2016-03-01

广州数字林业及大树名木保护系统建设项目（GZIT2010-ZB0533）

吴 鑫，硕士研究生

张 贵，教授，博士，博士生导师；E-mail：csfu3s@163.com

吴 鑫，张 贵 ，文世熙. 基于物联网技术的森林资源数据更新系统研究[J].中南林业科技大学学报，2016, 36(9): 78-81.

[本文编校：谢荣秀]