基于云计算木材采伐运输物联网管理系统的设计开发

刘凤媛，蓝海洋，李 昀

（北京林业大学 信息学院，北京 100083）

基于云计算木材采伐运输物联网管理系统的设计开发

刘凤媛，蓝海洋，李 昀

（北京林业大学 信息学院，北京 100083）

以福建省将乐国有林场为例分析木材采伐运输过程中木材检尺和运输证办理等业务流程管理，设计开发一个B/S和C/S架构相结合的、基于云计算的木材采伐运输物联网管理系统。该系统能够实时采集处理伐区现场的木材检尺数据，提高林业站点运输证办理效率，并提供数据检验、对账、分析等功能，从而达到信息化处理国有林场伐区作业数据，提高伐区生产作业效率等目的。

木材采伐运输；物联网管理系统；国有林场；木材检尺码单；云计算；二维码

林业信息化是现代林业科学发展的支柱和目标，物联网、云计算、移动互联网等技术的发展与成熟，必将极大提高林业信息化的水平和程度。物联网通过集成多种感知、通信与计算机技术，形成一个具有感知、互联、计算和控制能力的网络化智能计算系统[1]，能够极大丰富信息来源，而云计算、大数据、移动互联等技术的集成应用将显著提高数据存储处理能力，加快信息传递速度[2]。

在国家发改委、工信部等部门联合制定的2013～2015年《物联网发展专项行动计划》[3]中，将林业定为物联网发展行动计划重点领域之一，明确了物联网在林业行业的任务与应用。其中，物联网在森林防火、古树名木管理、珍稀野生动物保护、木材追踪、苗木花卉栽培等林业领域有着巨大的应用价值[4]；同时结合云计算在林业信息服务中绿色生态、高效性、个性化、移动泛在化、安全性等优势[5]，必将为我国林业信息化带来新的发展前景。

基于以上情况，本研究以福建省将乐国有林场为例，通过分析其木材采伐运输流程，设计开发一个B/S和C/S架构相结合的、基于云计算的木材采伐运输物联网管理系统，该系统能够在野外实时收集、处理、打印和传输木材采伐运输相关数据，有效优化木材采伐运输流程。

1 系统流程分析

按照《中华人民共和国森林法》相关规定，从林区运出木材必须持有林业主管部门发给的运输证件。木材从采伐到运出林区需要经过木材检尺和运输证办理等流程，并且检尺人员开具的木材检尺码单作为运输证办理的重要合法凭证[6]，我国对其识别效率、数据准确性以及监管力度都有极其严格的规定。然而随着我国林权制度改革加深，林区经营权逐渐由国有林场分散到林农个体身上，木材检尺工作逐渐分散，原木运输越发频繁而且不易控制[7]，非法二次运输木材、人为篡改木材检尺码单数据等情况时有发生，给数据采集、传输、审核、对账及查询统计等工作造成严重影响。

为解决上述数据采集分散、传输延迟、对账困难等问题，选择森林资源丰富的福建省将乐国有林场作为调研对象[8]，根据木材采伐运输管理流程中涉及的场合，将系统流程分为野外现场作业和国有林场内部办公，有效优化了福建省木材采伐运输管理流程。其中野外作业现场是系统数据采集的主要场所，其主要流程如图1所示。

图1 福建省木材采伐运输管理流程Fig.1 Management process of timber cutting and transporting in Fujian province

林木所有者与检尺人员预约上山后，检尺人员在采伐现场进行木材检尺，通过Android客户端将木材检尺野账单（简称野账单）数据采集并提交到云计算平台后，系统能够自动生成二维码，该二维码存储加密后的野账单身份和链接信息，在检尺人员打印时将二维码一并打印到该野账单上，木材运输到堆头后，检尺人员可以通过扫描二维码核对野账单数据。

林木所有者提出木材下山申请后，检尺人员在堆头对木材进行二次检尺，在Android客户端上录入木材检尺码单（简称码单）数据并提交到云计算平台后，系统自动生成附带码单身份与链接信息加密后的二维码。检尺人员核对码单信息确认无误并现场打印，最后将打印完成的纸质版码单上的唯一编号录入系统更新码单信息。保存后的野账单和码单信息能够实时传输到云计算平台，供林场内部工作人员查询统计数据和林业站点工作人员办理运输证使用。

林木所有者将木材运输出林区时随车携带纸质版码单一联，林业检查站点工作人员扫描二维码即可查看木材检尺码单信息，核对运输车辆和运输木材检量信息，并办理全国统一木材运输凭证。运输证办理后系统自动对码单进行标记，有效防止木材非法二次运输。

国有林场内部办公人员可以通过PC机浏览器登陆系统，在Android客户端出现故障而导致检尺人员无法采集数据时，辅助野外数据收集处理工作，保证系统数据的完整性，同时为办公人员提供野账单和码单等数据的查询、对账、统计分析等功能。

2 系统设计

2.1 系统架构设计

本系统应用程序部署在IaaS云计算平台上，通过互联网和移动互联网，在Android客户端、PC端、电子触摸屏终端等平台上开展业务，系统设备整体架构如图2。

图2 木材采伐运输管理系统架构Fig.2 System infrastructure of timber cutting and transporting management

（1）系统B/S应用程序部署在云计算平台，利用云计算虚拟化、访存/计算密集、高并行、高可靠性、按需服务、价格低廉、使用简便等优势[9]，动态管理系统信息集成资源。

（2）在木材采伐现场和堆头等野外作业现场，Android客户端通过移动互联网访问云计算平台，通过无线蓝牙技术连接打印机现场打印野账单和码单。网络连接出现问题时，Android客户端支持在本地离线存储数据，等待网络连接正常后可将数据传输到云计算平台。

（3）在林业检查站点，电子触摸屏通过互联网实时获取云计算平台的木材检尺码单数据，站点工作人员对车辆运输木材进行检尺，使用电子触摸屏核对纸质版码单的数据准确性，确认无误后可以直接办理打印运输证。

（4）国有林场办公人员在办公科室通过PC端浏览器使用HTTP方式访问云计算平台，管理维护野账单和码单等数据，查看、打印相应的数据报表并将其提交给上级部门。

2.2 系统功能设计

在对福建省将乐国有林场林木采伐运输管理流程全面了解的基础上，将系统主要功能分成Android客户端和PC端两部分。Android客户端功能模块如图3所示。

图3 Android客户端功能结构Fig.3 Function structure of Android client

（1）木材检量野账单管理包括野账单基本信息管理和野账单打印2个功能模块。检尺人员有权限维护自己采集的所有野账单基本信息，包括野账单编号、采伐伐区信息、检尺信息等，记录的野账单信息存储在野账单数据表中。

（2）木材检尺码单管理主要包括码单信息管理、码单打印和码单审核三个功能模块。码单基本信息主要包括码单编号、发货和林权单位信息、检尺地点、运输起始时间和地点、运输车辆和木材检量信息等，记录的码单数据存储在码单数据表中。在码单打印前检尺人员对自己检尺记录的码单信息有所有操作权限，在码单打印后检尺人员仅能对该码单编号进行修改，如需修改码单其他信息，需要经过国有林场领导审核，审核通过后码单的历史修改数据都存储在码单数据备份表中。

（3）材积计算根据我国公布的GB4814-84《原木材积表》、GB4815-84《杉原条材积表》等标准，以树种、检尺径和检尺长作为输入条件，采用二元材积法计算单根木材的材积。为方便检尺人员在网络无法连接时使用，用户可以匿名登录系统直接使用该功能。

（4）个人信息管理主要对登录用户的基本信息进行管理维护。

在国有林场办公部门，生产科、销售科和财务科3个部门的工作人员以检尺人员记录的纸质版木材检尺码单作为数据来源，辅助Android客户端数据的采集、处理、查询和分析工作，PC端功能模块如图4所示。

图4 PC端功能结构图Fig.4 Function structure of PC client

①木材检量野账单管理主要是检尺人员和部门工作人员对野账单数据进行管理维护。其中，野外野账单信息管理由检尺人员维护自己检尺记录的野账单信息，数据来源于野账单数据表；部门野账单信息管理是生产科、销售科和财务科对各自部门录入的野账单信息进行管理维护，其数据存储在部门野账单数据表中。

②木材检尺码单管理包括野外码单信息管理、部门码单信息管理以及码单审核3个功能。野外码单信息管理主要是检尺人员维护自己检尺的码单信息，数据来源于码单数据表；部门码单信息管理主要是生产科、销售科和财务科3个部门对各自部门录入的码单信息进行维护，其数据存储在部门码单数据表中；码单审核是当检尺人员修改除码单编号外的其他码单信息时国有林场领导进行审核工作，数据来源于码单数据表。

③对账管理由财务科科员操作，对生产科、销售科和财务科三个部门记录的野账单和码单信息进行自动对账，并处理对账中产生的错误数据，系统自动将对账正确的部门野账单或码单数据分别在野账单或码单数据表中复制一份，以保证野账单和码单数据表记录的完整性。对账成功后部门记录的野账单和码单数据将不在对账管理模块中显示，如果修改原始纸质版野账单或码单的错误，仅需要在野外野账单管理或野外码单信息管理功能模块进行操作，即修改野账单或码单数据表中的数据。

④台账管理主要是用户根据上级部门要求，按照年度、月份、伐区等分类生成不同类型的报告，并通过政府内网将报告提交到上级部门服务器，报告数据主要来源于野账单数据表或码单数据表。

⑤系统管理包括管理和维护系统角色、用户和基本参数等信息。

3 系统实现

本系统服务器端程序采用Microsoft Visual Studio工具进行开发，程序设计基于C#语言，数据库采用SQL Server 2005，系统部署在微软推出的Windows Azure云计算平台上[10]。Android客户端程序采用Eclipse工具下的Adt插件与Android SDK工具包建立连接进行开发，程序设计主要基于Java语言进行实现，调用了Android的部分API函数库。Android客户端和服务器端将数据转换成Json字符串格式进行数据传递，有效提高数据传输效率。Android客户端的福建省统一木材检尺码单打印预览页面如图5所示。

4 结 论

本研究在对福建省将乐国有林场木材采伐运输业务流程研究的基础上，设计开发了一个B/S和C/S架构相结合的、基于云计算的木材采伐运输物联网管理系统。与现有系统相比，该系统具有以下几个特点：

图5 Android客户端木材检尺码单打印预览Fig.5 Print preview of timber scaling checklist on Android client

（1）本系统通过使用物联网、云计算、移动互联网等先进技术，能够支持海量木材采伐运输相关数据的采集传输处理工作，开展林业信息服务。

（2）Android客户端能够实时采集、打印、处理、传输木材检尺数据，PC客户端辅助完成系统数据的收集统计工作，二者相互配合共同保证系统数据完整性，有效解决木材运输过程中人为篡改码单数据、非法二次运输等问题，且用户体验性较好。

（3）根据各省林区木材采伐运输管理特点对系统进行适当调整后，可以将该系统应用于全国林区范围内的木材采伐运输业务。

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A management system of timber cutting and transporting based on cloud computing and internet of things

LIU Feng-yuan, LAN Hai-yang, LI Yun
(School of Information Science and Technology, Beijing Forestry University, Beijing 100083, China)

∶ According to analyzing the management processes of timber cutting and transporting, such as checking timber, handling transporting document, for state-owned forest farms in Fujian province, for example, a management system of timber cutting and transporting combined with both B/S and C/S architectures, and based on cloud computing and the Internet of Things has been designed and developed. The system can collect and handle timber scaling checklist data in cutting fi eld without delay, improve the eff i ciency of handling transporting documents at forestry sites, and provide functions such as data examining, verif i cation of account and analysis in order to achieving the purposes including processing data about wood cutting area job on state-owned forest farms with information technology and improving production and operation eff i ciency of wood cutting area.

∶ timber cutting and transporting; management system for Internet of Things; state-owned forest farm; timber scaling checklist; cloud computing; two-dimensional code

S773；S782

A

1673-923X(2014)06-0129-05

2014-01-12

国家林业局公益性行业科研专项（200904003-6）

刘凤媛（1987-），女，河北衡水人，硕士研究生，主要研究方向为林业信息化

李 昀（1968-），女，辽宁营口人，博士，副教授，研究生导师，主要研究方向为林业信息化

[本文编校：文凤鸣]