林业工程中的智能对靶喷雾机软件系统设计

摘 要：该文针对林业工程中的森林病虫害防治工作方法，结合计算机科学技术的应用，将林业喷雾机设计成智能设备，并通过模块划分的方式来实现整个智能对靶喷雾机的软件控制部分，最终形成一个林业智能病虫害防治体系，为控制农药施药量，保护生态环境和改善操作人员的工作环境提供科学依据和技术支持。

关键词：林业工程 智能对靶喷雾 软件系统 模块构件

中图分类号：S491 文献标识码：A 文章编号：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 森林病虫害防治工作的情况

目前我国国内的森林病虫害情况依然非常严峻，传统的农药喷洒技术已经远远不能满足大面积的农药施药工作，在农药的使用上仍然局限在手工喷洒农药的操作上，特别是在偏远贫困地区，由于经济不发达，导致先进设备的应用和推广还较为滞后。针对这一问题可以通过科学技术方法来弥补传统农药施药方面的欠缺，以提高农药使用效率，达到保护生态环境的目的。

为了更好地提高森林病虫害防治效率，减少农药对人体的伤害，因此设计了智能对靶喷雾机软件系统，使其能很好地在智能林业工程领域，为科技在林业领域中的应用提供强有力的科学支持。

2 智能对靶喷雾机软件系统框架设计

在整个软件系统设计中，需要达到的目的是减少软件系统的开发时间，提高软件的可靠性，并且便于后期整个系统的升级和维护，因此在设计和开发过程中采用软件复用技术方式进行集成开发。通过功能的划分进行模块化设计与实现，在软件系统设计中，先定义好需要预留的接口，接口之间可以互相通信完成数据的交换与传输，这样可以做到软件系统构件化设计的要求。在系统设计过程中定义了三个主要构件，即数据获取构件、数据处理构件和控制执行构件，构件与构件之间通过定义的标准接口。图1为整个系统的软件构件框架，其特点是每个模块和构件之间功能相互独立，模块和构件之间的通讯和信息交互不受系统外界的影响，其表现为低耦合和高内聚的特性。

数据获取构件的功能是针对施药目标的树木靶标等信息通过二进制信息采集的方式输入电脑中保存，在信息数据采集过程中采用不同的方式，使得后期输出的内容也不同。在信息采集选择视野上一般采用单目电荷耦合图像采集器（CCD）作为信息输入端。如果要想得到更多信息数据，单目数据采集技术已经不能达到信息获取的要求，在此需要将双目视觉技术应用在系统中。采用双目视觉技术能使采集目标物体的深度信息得到获取，并且可以弥补视野范围不足的缺陷，应用这个技术可以使精确对靶技术有进一步的提升。構件示意图如图2所示。

数据处理构件的功能是将获得到的数据信息完成处理加工的过程，其在整个系统中处于中间环节。在对施药目标进行对靶喷雾时，计算机将数据图像以256色进行存储，之后将影响信息处理的多余噪声去除，并进行数据信息的分割处理，使得施药目标图像与背景图像能够分离，采用合理的算法得到施药目标的特征值。在施药目标中，一般选择树木作为施药对象，因此树木的特征信息等相关数值是数据计算所要获取的内容。在系统实时处理计算的过程中，对算法要求比较高。现在多采用实时性较强的相对色彩因子的树木图像分割算法，其在光照充足的条件下能有效地辨别施药目标树木，高效地将施药目标与背景分离，以达到精确对靶施药的效果。构件示意图如图3所示。

控制执行构件的功能是将软件处理后的数据进行选择和应用，获得想要的数据，实现控制决策。对树木的特性与特征等数据信息做出辨别，实现智能变量喷雾操作。因此整个系统应装在下位机中，施药喷雾控制装置设置通信控制接口，提供控制指令完成智能施药的过程。构件的示意图如图4所示。

整个系统的每个构件都相对独立，在开发时设计预留了相应的通信接口，为模块之间的数据交流建立了通讯通道，也为系统后期的扩展做了准备工作，这样使得系统的可扩展性大大增加，为智能对靶喷雾系统的研发提供了科学依据。

3 智能对靶喷雾软件系统开发

3.1 智能喷雾软件系统的集成思路

在可复用构件的基础上，整个系统的实现过程成为了软件的开发加集成的过程。根据系统的需求和功能的不同，在开发过程中需要选择不同的构件模块来完成集成组装和定制工作，最终达到系统软件灵活性和通用性的目的。

整个软件系统的集成设计由三个部分来完成：（1）功能集成是系统在开发时由不同模块实现不同的功能，在组装成一个完整的系统时，进行相应构件的选择实现系统功能；（2）界面集成是在系统集成时根据系统设计时的需求分析结果定制自己的系统界面，将用户所定制的界面集成到应用系统中；（3）新构件的开发是在整个系统需要功能扩展时，当前构件库中的构件不能满足系统要求时，就需要有新功能构件进行研发，来满足系统功能扩充的需要。

整个系统采用多样化的构件形式，设计时构件的表现形式为：可执行文件、ActiveX控件和DLL动态链接库中的任意一种，这样可以提高系统的集成度。为了保证整个智能系统的相对稳定性，在实现系统中通过构件中封装接口形式来满足系统的需要。

系统软件运行时消耗的系统资源根据系统平台的不同而有所变化。为了提高系统的跨平台应用能力，最大限度的满足智能喷雾的实时性要求，在提升硬件设备的前提条件下，还要使智能喷雾软件系统具有跨平台的能力，以达到最佳的运行状态。所以在构件的设计时要考虑构件的跨平台应用能力，保证在异构环境下有良好的互操作性，实现系统的运行与操作系统平台无关。

3.2 基于构件的智能对靶喷雾软件系统开发流程

将软件科学中构件技术应用在智能对靶喷雾系统上，用构件实现应用软件的开发，并用构件技术设计方法对构件库进行补充，完成需求分析到系统实现的全过程，其流程图如图5所示。

在系统的开发过程中，构件开发主要在领域工程中完成。根据系统的领域分析进行构件的设计与实现，形成智能喷雾系统的领域构件，使构件库能统一管理和调用。构件的开发可通过基于构件的应用软件开发工具来实现。

在整个智能系统中应用模式循環开发需要依靠软件开发环境和复用构件库来实现开发过程。在开发环境中通过标识、验证和分类过程形成可复用的构件，将构件保存于复用构件库中。在系统开发过程中需要相应的构件时，则开发者可从复用构件库中进行检索集成组合，实现完整的系统构件复用全过程。

基于构件技术的智能对靶喷雾软件系统在开发应用时的前提条件是要能找到符合系统设计要求的构件，同时去除设计上不相匹配的因素和环节，对所选软件系统结构类型进行集成，最终完成可升级的构件，该构件通用于智能对靶喷雾领域中的各个不同分系统中。通过该应用方式可使得智能对靶喷雾系统开发更容易实现。

3.3 与传统软件开发方法对比

如果假定用户原型是用户原始需求，而最后实现的应用系统为用户的应用程序，则基于构件化实现系统和传统方式实现系统的对比如图6和图7所示。

从对比中可以看出，整个智能系统的开发采用构件技术，同时研发中按照科学的规范开展工作，如果要在特定的领域内完成研发的内容，那么系统在完成之初，需要完成在特定的领域范围内分析工作，整个过程反映在执行框图上是智能对靶喷雾领域内的分析过程。依据整个领域内系统实现要求对软件进行设计与划分，其中包括有三个重要部分，即领域分析、领域设计和领域实现。领域分析的目的是实现整个智能系统内的功能性要求的设计与研发；领域设计则是软件所要实现功能要完成的软件划分标准，可就是在研发中的软件体系结构和系统总体设计方案等；领域实现是对具体代码实现的步骤和过程，其主要是依据软件整体思路来完成，整个设计、研发和实现过程需要完全符合领域工程内的要求。将这种技术应用在智能对靶喷雾领域中，可以高效地搭建出系统平台，实现系统的高效应用和推广。而传统的开发模式则缺少很多的细节，并且没有一套完整的体系保证软件开发的质量和后期的维护，使软件使用成本得不到控制，因此科学化开发和管理软件是智能对靶喷雾系统的主要核心内容。

4 结语

该文针对智能对靶喷雾软件系统提出了以软件工程技术为思路的，结合软件复用技术的模块化与构件化设计思想的智能软件系统，为农药使用技术中的智能系统的开发做了铺垫工作，为后续的应用打下了基础，达到高效利用农药、合理有效控制森林病虫害发生和保护人身安全的目的。

参考文献

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