林业野外作业数据采集系统基础平台设计及稳定性研究

唐耀航 唐铃第 张逢芳 梁永科 李烁泉　李　威　

林业野外作业数据采集系统基础平台设计及稳定性研究

唐耀航1,2唐铃第1张逢芳3梁永科4李烁泉5李威6

（1.广西科学院，广西 南宁 530007；2.广西科学技术期刊编辑学会 广西 南宁 530015；3.桂林市科协，广西 桂林 541199；4.中国林业科学研究院热带林业实验中心，广西 崇左 532600；5.广西亿健智慧信息科技股份有限公司，广西 南宁 530000；6.广西梯度科技股份有限公司，广西 南宁 530221）

为响应国家无纸化办公的号召，提升我国野外作业质量，推进林业野外作业数据采集系统的建设，系统技术平台的设计及稳定性研究至关重要。目前我国的野外作业中信息化程度正处于不断提升阶段，工作数量巨大、效率有待提升。文章从系统的总体机构设计展开，通过系统方案设计推动，完成环境与系统的功能结合。并在此基础上，保证系统的稳定性，通过实地检测的形式观看系统平台界面功能是否齐全，或是存在异常情况，进而通过改进使其使用价值不断提升。

林外野外作业；数据采集；基础平台设计

引言

由于我国森林资源正处于不断丰富的状态，植被种类丰富，占地面积较广，不同区域的地形情况也有较大差异。因此，林业资源数量巨大，数据繁多。目前，我国林业业务数据采集已经从传统的采集方式转变成为无纸化采集，每次的野外作业展开中，作业人员身上的记录卡片需要保证其自身的充足性，相关人员将收集的收据记载入系统之中。该种记录形式存在漏洞，二次记录的情况时有出现，数据统计问题时有发生，存在调查数据难以保持精准、数据采集质量低、速度缓慢等问题，对于之后的数据使用产生不利影响。因而，推进林业野外作业数据采集系统的建设，全面展开系统技术平台的设计及稳定性研究就显得非常必要。

1 林业野外数据采集系统建设的相关概述

目前，就国际上的林业野外作业系统平台来说，林外作业的模式已经开始发生转变，由单一的模式转变成为综合模式[1]。我国关于林业调查与数据处理相关的信息产品的使用中，移动式信息产品的使用在一段时间内完成普及，该产品在之后也完成了后续的开发，作为以采集信息为主的设备，使用对象具有一定的单一性。就该种状态来说，使用能力的开发与拓展是当前技术研究中不可忽视的部分，相关人员可以完全针对设备的软件以及硬件功能展开研究，在提升其通用能力时，保证其稳定性，通过控制中实时交互，以及其它功能的补充提升野外作业的跟踪功能，在林业信息化功能发展的技术上，使林业野外定位精准性提升[2]。同时，数据采集的精准性得以保证，将搜集到的信息保存至系统平台之中，通过无线传输、智能化处理、个性化服务等保证信息的保存质量，为其之后的发展提供建议。

2 林业野外作业设计采集系统平台建设方案

2.1 信息采集系统总体架构设计

信息采集系统的建设之中，设计人员需要在系统构成相关内容加以重视，以通过多方因素的考虑，保证系统构成的全面性，尤其是采集的终端、后端服务器等设计，都需要提起相应的重视。采集的终端、后端服务器设计通过两部分内容构成：采集终端在林业野外作业数据采集的实际需求下，构成了多个组成部分，在计算机自有的操作系统之中，通过设计完成通用软件的开发，其适用于我国的自然保护区，以为自然植被以及野生动植物提供良好的生存环境；后端服务器的设计中，其主要是完成数据的信息收集与整理，在智能化系统的作用中，合成与其他信息的交换。系统整体设计方案具体如图1所示。

图1 林业野外作业数据采集系统基础平台设计方案

采集的终端硬件系统包含多个模块功能，包含采集、定位、通信、存储以及电源等。目前，该项技术在我国的林业野外作业中能够基本满足其需求[3]。

2.2 开发设计系统功能与环境结合

林业设计的工作展开对象为林业部门，根据其需求展开，有针对性地推动设计研究工作，以一体化系统建设的形式，将满足前端数据采集、后端智能化处理工作需求，并将其结合在一起，提升其附加功能[4]。数据采集开发系统功能构成及设备应用如表1所示。

表1 数据采集开发系统功能构成及设备应用

林业作业展开的过程中，相关人员需要结合不同的作业对象运行不同的数据采集软件模块，完成数据录入工作[5]。无线网络技术在此过程中对实际的工作进行推动，或是利用短消息发送到相应的移动终端之中，为相关人员决策与实践处理提供建议，进而保证各个对象之间的信息联动，完成野外作业不同层次人员之间的互动工作。具体工作内容如图2所示。

图2 林业野外作业数据采集系统示意图

3 林业野外作业系统稳定性模型研究

3.1 系统稳定性研究的必要性

未定型作为系统运行的根本内容，是保证数据可靠性与有效性的主要条件。在进行系统的综合分析中，可通过测试查找影响系统稳定性的相关因素，保证系统在不同环境下运行的质量[6]。系统稳定性研究包含内容为：硬件系统、软件系统、数据传输稳定性。

3.2 系统稳定性模型建立

系统稳定性的保证中，其具体可以从系统应用的可靠度、可用度等方面完成研究工作，模型的建立公式为：

其中，S－系统稳定性；R－系统可靠度；A－系统可用度。

就系统中个工鞥模块的关系来说建立系统可靠度的分析模型，可靠度会随之变化，具体模型为：

此中，

R（t）－为不同单元系统的可靠性；n－多个串联的单元系统；m－多个并联单元系统；-表示第列单元系统；－表示第行单元系统。

此种状态下，系统稳定性模型公式如下所示：

4 林业野外作业平台硬件系统可靠性研究

系统硬件的应用中，为保证系统平台使用的稳定性，不可修复理论为其提供相应建议[7]。因此，为了保证不可修复理论的实际应用，可以通过建模的形式确定系统可靠度的相关数据。具体的模型如图3、图4所示。

图3 系统可靠度子模型

图4 硬件系统可靠性模型框架

系统建设中，为保证各单元元器件的状态，需要通过质检后方可投入实际的使用，其可靠性与稳定性需要与国家标准保持一致状态[8]。单元模块的输入中，电源电压恒定在12 V之间，输出的电压为5 V与3.3 V。设置信水平为0.95。因此，其输出的电压置信区间分别为（4.75, 5.25）以及（3.14, 3.46），允许的误差范围值在（-0.25, 0.25）以及（-0.16, 0.16）。通过对于电源单元模块进行试验之后可知，在置信区间之间的实验次数在达到177后处于不变状态，在得到电源可靠度的同时，显示单元、传输单元、定位单元、存储单元等根据实验检验结果也随即得出，模块共分为四个区间，数值分别为：

相关人员将后端服务器数值调节，将可靠度数值控制在标准范围之中[9]。经可靠度分析可知硬件系统可靠度为：

5 林业野外作业平台软件系统稳定性研究

软件系统研究之中，稳定性主要是指野外作业数据的准确性，在确保数据成功传输的同时，后天服务器自动传输数据。本系统的建设中，考虑采集终端软件的功能开发，包含初始化的相关功能、内核镜像文件的使用、设备加载与驱动程序文件的配置等，以优质运行保证软件的安全与应用。

（1）初始化硬件，在实际的操作中，相关硬件的操作主要包含其初始化的相关功能、内核镜像文件的使用、设备加载与驱动程序文件的配置等，以提升最终的设备使用质量。

（2）为保证系统具有一定的稳定性，在软件实际的应用中，可以选择相对稳定的集成开发环境，通过软件陷阱的制造，保证在软件在使用中存在相应的提示功能，防止软件漏洞对之后的工作造成影响[10]。

（3）目前软件系统的使用价值受到多方面内容的影响：软件自启动系统的稳定性与软件运行系统的稳定性。

（4）板级支持包在实际的应用中，可以通过单元分析的形式投入使用，完成软件的检测工作，以固定次数的实验得出最终的实验结果，确定单元实验的可靠度。

6 传输稳定性研究

传输稳定是在数据传输中是一切工作的关键内容能够保证数据在安全状态下到达后端服务企业制定的终端。本系统平台的建设中，主要指通过IP的形式进行应用，利用定位技术将网络与数据传输的道路打牢。并在多种技术的支持下提升传输数据的稳定性。

（1）网络信号标准的确定。通过数据信号的情况确定，信道是否需要维修，以暂停服务维修的形式展开，信号强度的测定标准为R=-100 dBm，信道出现错误的概率为Be＞6.4%时，将服务暂停，完成维修之后，将传输服务进行开通。

（2）数据压缩方面。在采集数据的过多的情况下，可以通过压缩的形式保证数据传输的全面性与效率。

（3）MD5数字标签较多方面，为保证数据在传输之中不被相关人员或机构窃取，可通过相关技术完成加密工作，在获取相关数据的必要条件下，需要一个与其相契合的密钥解锁，之后提取有效信息。

（4）断点续传，为保证数据在网络异常的情况下持续传输，或是在恢复网络时已传输的部分不破损，其故意经传输的数据文件分为多个节点，线路的传输只需要在信号恢复后从断点继续传输，即可提高传输效率。

7 实践检验林业野外作业平台稳定性状态

数据的林业野外作业之中，作业数据的系统采集、古树、名木等作业数据采集、野生动物野外作业数据采集、国各野外自然风光等中得以利用，尤其是大量国家的森林公园建设中，野生动物是数据采集的主要对象，在国家级森林公园的实验中，收集的数据会被纳入数据库之中，为之后的统一运用做出准备工作。

图5 手持终端采集界面

具体的数据采集完成后，显示在服务器界面，生成相应的检测数据报告单。经相关单位调查的数据测量后发现，在获取200组数据时，无效信息接收的共有4组，保存数据共有200组，最终得出的数据传输失败率为2%，就数据发送至服务器成功的时间间隔在40 s以内，数据的无线传输稳定性相对较高。经上述数据计算后可知，系统的稳定性为：

因此，林业野外作业数据的收集在收集中，采集系统的设计和实施应可加快林业信息化建设，明确林业部门的具体需求，通过相关技术的应用，推广硬件统一框架的应用产品。在不断的实验测试中，可加强对系统相关组成部分的研究，其中：

（1）系统硬件的稳定性相对较差，反映质量佳，采集终端待机的时间相对较长，林业野外数据采集使用的需求可以满足。

（2）系统应用对象多元化的条件下，平台下不同系统应用可以基本满足林业不同类型与野外作业需求。

（3）采集数据相对较快的环境下，其安全性能够得以保证，与此同时，其还可以提升野外作业中的各项结果与效率。

（4）野外作业的过程中，后台的服务也应实际的操作保持一致，通过信息的实时交互工作，及时处理并提供相应的个性化的服务，在信息联动下，系统中管理和互动的效果迅速提升。

（5）不同管理对象的野外作业需求之中，数据采集系统之间需要进行数据交换，在多系统之间的联动中，使信息使用主体获取信息的效率随之提升。

在不同管理对象的野外现场操作需求中，林业数据采集系统各项数据的交互。以在多系统的信息互换与应用中，提高信息用户获取信息的效率。

8 结束语

综上所述，本文主要针对林业作业数据采集系统的建设展开研究，以期在保证基础平台高质量建设的状态下，提升其使用的稳定性能，保证最终数据的科学性与可实用性。因此，具体的研究从林业野外数据采集系统建设的相关概述展开，通过对系统稳定性模型研究、平台硬件系统可靠性研究、平台软件系统稳定性研究、传输稳定性研究，最终得出实践检验平台稳定性状态等相关信息，以期为之后的林业野外作业数据采集工作提供相关建议。

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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，广西南宁人，广西科学院助理工程师，在读硕士研究生，从事工业设计与管理工作。

唐铃第，广西南宁人，广西科学院工程师，从事数字化管理工作。