引言

RFID (Radio Frequency Identification)即射頻識別技術, 又稱無線射頻識別，是一種通信技術，可通過無線電訊號識別 特定目標、讀寫相關數(shù)據(jù)，而無需識別系統(tǒng)與特定目標之間建 立機械或光學接觸。

RFID技術可以廣泛應用于針對林木查驗以及生物多樣性 保護工作的外業(yè)調查、統(tǒng)計、保護、存檔備案等方面，例如： 各類資源清查，林業(yè)專題調查，種子園母樹林調查、優(yōu)良及 原生樹種種源保護，古樹名木、重要觀賞林木保護等。

1系統(tǒng)分析

在林業(yè)信息化進程不斷加速及林業(yè)物聯(lián)網(wǎng)應用研究快速 發(fā)展的背景下，本文以各類資源清查、林業(yè)專題調查、樹種保護、 科學研究等具體業(yè)務為應用依托，將Android技術和RFID技 術結合應用于森林資源調查，實現(xiàn)了林木調查系統(tǒng)的設計與 研發(fā)。該系統(tǒng)主要由電子標簽、服務器、野外采集系統(tǒng)組成, 其主要應用表現(xiàn)為立木定位調查、立木復位調查等。將該系統(tǒng) 用于立木定位調查的基本流程：首先是將嵌入式立木標簽在 同一高度、同一方位以打孔等方式嵌入立木；然后通過RFID 手持掃描終端獲得該立木的ID,并對該立木采集的相關信息 進行記錄；最后將立木信息通過Android終端的內置MySQL 數(shù)據(jù)庫保存到存儲卡或者借助Wi-Fi、3G網(wǎng)絡等保存到遠程 服務器的數(shù)據(jù)庫。

將該系統(tǒng)用于立木復位調查的基本流程：一是通過 RFID手持掃描終端獲得該立木的ID,并將其發(fā)送到遠程服 務器；二是用遠程服務器獲得手持終端傳送的ID號，并將該 立木的歷史調查數(shù)據(jù)發(fā)送到手持終端；對于沒有網(wǎng)絡支持的復 位調查，可將歷史數(shù)據(jù)拷貝到SD存儲卡，根據(jù)掃描ID從存 儲卡返回歷史調查信息；三是對該立木信息的重新采集，并 在手持終端對其采集數(shù)據(jù)進行修改記錄，然后選擇保存到本 機或發(fā)送到遠程服務器。

2系統(tǒng)設計

2.1系統(tǒng)總體設計

本系統(tǒng)主要由電子標簽、野外采集系統(tǒng)、服務器端組 成。電子標簽作為立木的唯一標示，包括低頻嵌入式立木標 簽和高頻可讀寫立木標簽：低頻嵌入式立木標簽適用于可以 進行鉆孔嵌入的目標對象中；高頻可讀寫立木標簽適用于需 實時讀寫目標信息及不宜鉆孔嵌入的目標對象中。野外采集 系統(tǒng)主要用于立木調查數(shù)據(jù)的采集與記錄，包括采集終端和 數(shù)據(jù)采集軟件：采集終端可以選擇加載有RFID掃描模塊的 Android智能終端，也可以是具備藍牙功能的RFID手持掃碼 機與Android智能終端的組合，其中由RFID掃碼機讀取標 簽ID并通過藍牙將其發(fā)送至Android智能終端；數(shù)據(jù)采集軟 件需根據(jù)具體業(yè)務的要求進行設計與開發(fā)，并安裝在Android 智能終端上使用。服務器端，數(shù)據(jù)庫用于立木調查信息的存 儲與更新，數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)用于服務器端數(shù)據(jù)庫的管理維護, WebService負責服務器數(shù)據(jù)庫與野外采集終端的信息交互等。 圖1所示為系統(tǒng)的總體框架圖。

選擇低頻嵌入式立木標簽，以林木調查應用為例，介紹其在實際工作中的具體應用流程，在野外采集工作中，用戶 需根據(jù)Android終端的網(wǎng)絡連接情況，選擇數(shù)據(jù)采集的存儲 方式，有網(wǎng)絡支持的情況下可選擇本機存儲或遠程數(shù)據(jù)庫存 儲，無網(wǎng)絡連接只能選擇本機存儲。定位調查時，首先使用 手持掃碼機掃描獲得標簽ID,并通過其藍牙功能將其發(fā)送到Android智能終端數(shù)據(jù)采集軟件相應的ID輸入框，或者選擇 加載RFID掃描模塊的Android手持終端掃描獲取標簽ID, 并通過串口讀數(shù)據(jù)將其寫入數(shù)據(jù)采集軟件相應的ID輸入框； 然后進行該立木其它采集信息的輸入、記錄；最后將記錄數(shù) 據(jù)保存到本機存儲卡或者通過WebService保存到遠程服務 器。復位調查時，Android終端在網(wǎng)絡支持環(huán)境下會將獲取的 ID號通過WebService發(fā)送到遠程服務器，同時遠程服務器 根據(jù)ID將該立木的歷史調查數(shù)據(jù)反饋給Android終端，用戶 可以根據(jù)當前立木調查情況對記錄進行修改，并將其保存到 本機或遠程數(shù)據(jù)庫（后文均以加載有RFID模塊的Android手 持終端為例進行相關設計及應用的介紹）圖2所示為該應用 的具體實現(xiàn)流程。

2.2數(shù)據(jù)庫設計

數(shù)據(jù)庫設計是指對于一個給定的應用環(huán)境，構造（設計） 優(yōu)化的數(shù)據(jù)庫邏輯模式和物理結構，并據(jù)此建立數(shù)據(jù)庫及其 應用系統(tǒng)，使之能夠有效地存儲和管理數(shù)據(jù)，滿足各種用戶 的應用需求叫數(shù)據(jù)庫設計步驟包括，需求分析、概念設計、 邏輯設計、物理結構設計、實施、運行和維護六個階段，數(shù) 據(jù)庫設計的目標是為用戶和各種應用系統(tǒng)提供一個信息基礎 設施和高效的運行環(huán)境叫一個好的數(shù)據(jù)庫設計，可以提高 應用系統(tǒng)的運行效率，降低后期數(shù)據(jù)庫維護的成本。

針對不同的業(yè)務應用，所涉及的數(shù)據(jù)各有不同，但其數(shù) 據(jù)庫設計的思路、方法基本相同，本文以資源清查中數(shù)據(jù)形 式最簡單的一類調查為例（后文的相關設計均以一類調查為 例），基于E-R模型的數(shù)據(jù)庫設計方法，介紹針對一類調查數(shù) 據(jù)采集軟件的數(shù)據(jù)庫設計。一類調查的采集數(shù)據(jù)主要包括樣 地因子和樣木因子［8］，其中，樣木因子主要為每木檢尺數(shù)據(jù), 包括樣木ID、樹高、胸徑、冠幅、樹種、位置等；樣地因子 包括樣地ID、樣地編號、行政編號、樣地類別、樣地長度、 樣地寬度、縱坐標、橫坐標、造林時間、郁閉度、土壤類型、 土壤質地、草本覆蓋度等。調查中包括多個樣地，而一個樣 地內又包含多個樣木，但一個樣木只能隸屬于一個樣地，因此, 兩者之間就存在了一對多的關系，且它們之間通過樣木因子表 “樣地ID”屬性作為外鍵關聯(lián)。一類調查數(shù)據(jù)采集軟件的數(shù)據(jù) 庫設計E-R圖如圖3所示。

2.3功能設計

2.3.1終端功能設計

根據(jù)立木調查野外采集系統(tǒng)的應用流程設計，將其存儲 功能劃分為本機SD卡存儲和遠程服務器存儲兩種方式。本 機存儲是利用Android內嵌的開源數(shù)據(jù)庫SQLite實現(xiàn)，通過 對一系列數(shù)據(jù)庫操作將其采集數(shù)據(jù)以*.db的形式保存到SD卡, 用戶可通過數(shù)據(jù)線或讀卡器將采集數(shù)據(jù)導入電腦，并將其導入 服務器的數(shù)據(jù)庫;遠程服務器存儲是利用Web Service技術［6］, 通過Wi-Fi或者3G網(wǎng)絡，將采集數(shù)據(jù)直接保存到遠程數(shù)據(jù) 庫，其中對遠程數(shù)據(jù)庫進行操作，首先需要進行遠程用戶驗 證，為保證用戶信息的安全，本系統(tǒng)在驗證時采用了 BASE64 加密算法對用戶名、密碼進行加密，并在服務器端進行相應的 算法解密。

森林資源一類調查的主要采集數(shù)據(jù)為樣地信息和樣木信 息，因此，將野外采集系統(tǒng)設計為樣地因子記錄和樣木因子 記錄兩大功能。這兩大功能在實際應用中是相輔的，進行樣木 調查記錄之前，系統(tǒng)首先要檢查數(shù)據(jù)庫樣地因子表中是否存 在樣地記錄信息，不存在則提示首先添加樣地，存在則返回 查詢得到的樣地ID列表；樣木調查過程中，用戶可以根據(jù)樣 地代碼列表選擇相對應的樣地，這樣就保證了數(shù)據(jù)庫中樣木 因子記錄表與樣地因子記錄表的關聯(lián)，從而減少數(shù)據(jù)庫中的 數(shù)據(jù)冗余，降低數(shù)據(jù)庫維護的成本與難度。系統(tǒng)樣木因子記 錄功能的具體實現(xiàn)流程如圖4所示。

2.3.2服務器端功能設計

服務器端，主要是Web服務的功能設計，包括用戶驗證、 樣地代碼查詢、樣地檢查、添加樣地、樣木檢查、添加樣木等。

Web服務的用戶驗證功能用于智能終端的遠程存儲，它首先 對得到的用戶名、密碼進行BASE64算法解密并根據(jù)用戶信 息庫對其進行驗證并給出相應的錯誤輸入反饋機制，以便用戶 更好的理解自己的輸入錯誤。樣地檢查、樣木檢查功能用于檢 查待記錄樣地及樣木是否已經(jīng)記錄，并存在于數(shù)據(jù)庫中，避 免用戶在野外調查中重復調查、重復添加，并減少其對數(shù)據(jù)庫 后期維護造成的麻煩。樣地代碼查詢功能，是將獲得的樣地 代碼以列表形式返回給用戶，供用戶在樣木調查時選擇，使得 樣木因子記錄表和樣地因子記錄表之間不缺失任何一條記錄 的關聯(lián)。添加樣地、添加樣木則供用戶進行樣地調查數(shù)據(jù)及樣 木調查數(shù)據(jù)的遠程存儲。

3系統(tǒng)實現(xiàn)

3.1開發(fā)及運行環(huán)境

手持終端：選用MT35W-NL-LF智能終端，是一款具有GPS定位模塊、RFID讀寫模塊以及通訊模塊的Android終 端，主機操作系統(tǒng)為Android2.3.7 ；使用Eclipse開發(fā)工具，由 KSoap框架及Java語言編程實現(xiàn)。

服務器端：Windows Server 2003 操作系統(tǒng)；Microsoft

SQL Server2005 和 Tomcat 6.0 的支撐環(huán)境；使用 My Eclipse 開發(fā)工具的xfire框架，由Java語言編程實現(xiàn)。

3.2主要技術實現(xiàn)

立木標簽ID的獲取是通過串口讀數(shù)據(jù)來實現(xiàn)的，對于 選擇Android終端加載的LFRFID模塊，當其電源打開時, 只要有標簽處在其有效范圍內便會自動從串口返回標簽號, 我們需要做的是不斷讀取串口來獲得內容。通過Android的 Handler機制來解析和發(fā)送串口獲取的內容。

本系統(tǒng)中，遠程存儲是由Web Service技術實現(xiàn)對遠程 數(shù)據(jù)庫的檢索、存儲等操作。Web Service是一種通過URL 標識的軟件應用程序，其接口及其綁定形式可以通過XML標 準來定義、描述和查找，并能通過XML消息及Internet協(xié)議 與其他程序進行直接交互，簡單地說，一個Web Service就 是一個能夠使用XML消息通過網(wǎng)絡來訪問的接口，這個接口 描述了一組可以訪問的操作叫

3.3功能實現(xiàn)

服務器端的主要功能實現(xiàn)為Web服務的設計與實現(xiàn)，其 主要是對服務器端數(shù)據(jù)庫的操作，主要目的是服務于Android 終端的數(shù)據(jù)采集軟件，其功能作用也由Android終端來體現(xiàn)。 接下來重點介紹Android智能終端數(shù)據(jù)采集軟件的功能實現(xiàn)。 林木調查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的首頁如圖5所示。

由系統(tǒng)首頁可以看到，本系統(tǒng)主要提供兩種存儲方式： 本機存儲和遠程存儲。本機存儲是將調查記錄數(shù)據(jù)由Android 內嵌的SQLite數(shù)據(jù)庫存儲到SD卡，在進入本機存儲前，系 統(tǒng)首先檢查終端是否已安裝SD卡，未安裝則不會進入本機 存儲，并給出相應的提示；遠程存儲是將調查記錄數(shù)據(jù)通過 Wi-Fi或3G移動網(wǎng)絡存儲到遠程服務器，在進入遠程存儲前, 首先需要進行遠程用戶驗證，只有通過驗證的用戶才可以進 行遠程存儲操作。遠程登錄服務器的頁面如圖6所示。

一類調查中的數(shù)據(jù)采集主要為樣地信息和樣木信息。根 據(jù)業(yè)務應用，將野外采集系統(tǒng)的主要功能設計為：樣地因子 記錄表和林木調查記錄表。樣地因子記錄表用于樣地采集信 息的記錄，其中樣地代碼不允許重復，樣地編號不允許空, 橫、縱坐標統(tǒng)一規(guī)定為記錄樣地西南角的位置，樣地調查記 錄界面如圖7所示。林木調查記錄表用于樣木調查信息的記 錄，進入該頁面前，系統(tǒng)首先檢索樣地數(shù)據(jù)庫，查詢得到樣 地代碼列表供用戶選擇，查詢庫中無樣地代碼時，會提示首先 添加樣地；林木調查記錄界面的編號即為嵌入立木的電子標 簽ID,其通過對LFRFID加載模塊的串口讀數(shù)據(jù)獲得，且在添加時，該編號不允許空，也不允許重復，樣木調查記錄界面 如圖8所示。

4結語

本文所設計的林木調查系統(tǒng)可應用于各類資源清查、業(yè)專題調查、種子園母樹林、優(yōu)良及原生樹種種源保護林、 科學研究與試驗林木、重點保護林木、古樹名木、重要觀賞 林木、重要綠化林木、保護區(qū)保護對象樹種等需要長期研究 或重點保護，并進行不定期調查的業(yè)務。這種無紙化采集、管 理系統(tǒng)，不但減少了傳統(tǒng)工作模式“外業(yè)記錄、內業(yè)整理”而 引起的錯誤，更是提高了調查工作的效率及調查數(shù)據(jù)的可研 究價值。將RFID技術和Android技術結合應用于林業(yè)調查, 不只是物聯(lián)網(wǎng)技術應用范圍的一個擴展，更是林業(yè)信息化的 一個重要表現(xiàn)，使林業(yè)信息化由內業(yè)數(shù)據(jù)管理走向外業(yè)資源調 查，隨著計算機、物聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展及林業(yè)信息化的不斷需求, 相信RFID技術和Android技術在保護區(qū)野外巡護、森林旅游、 森林火災、位置服務等更多業(yè)務應用中將有較好的發(fā)展前景。

20211120_61990dec08bcb__基于RFID和Android的林木調查系統(tǒng)