基于公有位置云服務(wù)的林業(yè)智能巡護管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

段　菁

（內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)信息中心，呼和浩特 010020）

基于公有位置云服務(wù)的林業(yè)智能巡護管理系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

段菁

（內(nèi)蒙古自治區(qū)林業(yè)信息中心，呼和浩特 010020）

文章在分析了云計算技術(shù)﹑位置服務(wù)技術(shù)及林業(yè)日常巡護的實際需求，提出在基于百度公有位置云服務(wù)技術(shù)構(gòu)建的林業(yè)巡護管理系統(tǒng)的技術(shù)方案和方法。護林員通過使用基于移動云計算技術(shù)設(shè)計的手機軟件，隨時將位置信息及采集回傳到云中心節(jié)點，林業(yè)智能巡護管理系統(tǒng)可以有效地對護林員的管護區(qū)域進行監(jiān)控，同時及時地對突發(fā)事件進行響應(yīng)，做出人員和車輛的調(diào)配。通過實際的應(yīng)用，不但提高了林業(yè)巡護的工作效率，也為林業(yè)部門節(jié)省了大量的IT硬件投資成本和維護成本。

林業(yè)巡護百度云LBS

1　引言

基于位置的服務(wù)（LocationBasedServices，LBS）是指采用GPS﹑GPRS﹑GIS﹑Internet﹑數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)交叉融合的一種基于空間位置的移動信息服務(wù)，是通過獲取移動用戶的位置信息為用戶提供包括地點查詢﹑位置查詢﹑車輛跟蹤﹑緊急呼叫等眾多服務(wù)的技術(shù)基礎(chǔ)。

林業(yè)對位置服務(wù)的需求主要表現(xiàn)在資源調(diào)查﹑重點工程管護﹑生物多樣性保護等方面。

（1）資源調(diào)查。在林業(yè)資源調(diào)查需求方面，從森林資源調(diào)查到濕地﹑荒漠化沙化土地調(diào)查，林業(yè)資源野外調(diào)查已經(jīng)成為一項系統(tǒng)化，大規(guī)模的工作，為完成大量的野外調(diào)查工作，采用GPS定位，綜合應(yīng)用3S技術(shù)進行規(guī)劃設(shè)計調(diào)查，已成為森林調(diào)查的發(fā)展方向。野外樣地的快速﹑精確定位﹑面積測量﹑野外作業(yè)雙向通信等，可實現(xiàn)規(guī)劃﹑設(shè)計﹑調(diào)查驗收任務(wù)下載﹑實地數(shù)據(jù)采集過程中自動上報，實現(xiàn)圖片回傳；實現(xiàn)人員﹑車輛和飛機的導(dǎo)航﹑選擇最佳路徑﹑實時定位﹑行為管理﹑智能監(jiān)控功能。

（2）重點工程管護。在林業(yè)重點工程管護中，護林員管理是國家重點公益林﹑地方公益林和天然林資源保護的重要工作內(nèi)容之一，是實現(xiàn)林業(yè)管理現(xiàn)代化﹑維護生態(tài)安全的必要基礎(chǔ)。為進一步加強護林員管理工作，提高村級護林員的工作責(zé)任感，防止森林火災(zāi)﹑蟲災(zāi)﹑亂砍亂伐事件的發(fā)生，防止發(fā)生不巡檢或巡檢不到位的現(xiàn)象，應(yīng)對護林員的位置信息進行采集和傳輸，有效地對護林員的管護區(qū)域進行監(jiān)控。

（3）生物多樣性保護。生物多樣性保護對于位置服務(wù)技術(shù)需求主要為生物多樣性監(jiān)測，實現(xiàn)野外樣地，保護對象的快速﹑精確定位﹑面積測量﹑野外作業(yè)雙向通信等，可實現(xiàn)任務(wù)下載﹑實地數(shù)據(jù)采集的上報，圖片回傳；實現(xiàn)人員﹑車輛日常巡護管理﹑與傳感器等設(shè)備結(jié)合，實現(xiàn)野生動植物位置﹑行為軌跡（動物）﹑環(huán)境監(jiān)測等。

隨著云計算﹑移動互聯(lián)網(wǎng)﹑3G/4G通信技術(shù)﹑LBS技術(shù)﹑移動GIS技術(shù)以及內(nèi)置GPS模塊的智能手機的普及，移動互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)融入到了人們的日常生活和工作當中。云計算作為一種新的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用模式，通過互聯(lián)網(wǎng)將異構(gòu)自治的計算資源集中起來，能夠處理海量的設(shè)備，云計算與智能手機相結(jié)合，形成移動云計算，通過智能手機使得人在通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的任何地點﹑時間和環(huán)境下，按需從云平臺上獲取服務(wù)。

根據(jù)林業(yè)日常巡護管護的需求，通過構(gòu)建基于百度公有位置云服務(wù)的林業(yè)智能系統(tǒng)，通過智能手機和巡護云平臺，林區(qū)不需要購買基礎(chǔ)的IT軟硬件環(huán)境，管理只需要通過web瀏覽器就可以為護林員設(shè)定巡檢計劃﹑巡檢路線和巡檢點﹑向手機客戶端發(fā)布巡護信息，既減少了護林員的工作強度，又提高了工作效率。同時，減少了大量的信息化投資。

2　關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1移動云計算技術(shù)

“云計算”的概念是Google公司于2006年提出。云計算是基于網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)，將共享的資源﹑軟件以及信息提供給發(fā)送請求的計算機或其他設(shè)備。移動云計算的發(fā)展始于移動互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，移動云計算是云計算將來發(fā)展的一個重大分支，用戶通過移動云計算可以不受設(shè)備局限而使用感興趣的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

移動云計算的成功案例有：（1）加拿大RIM公司提供的黑莓企業(yè)應(yīng)用服務(wù)器方案。黑莓的郵件服務(wù)器將企業(yè)應(yīng)用﹑無線網(wǎng)絡(luò)﹑移動終端連接在一起，用戶通過黑莓終端可以訪問自己的郵件賬戶，從而可以輕松地遠程同步郵件和日歷，查看附件和地址本。（2）Google公司作為移動云計算的先行者，積極開發(fā)面向移動環(huán)境的Android系統(tǒng)平臺和終端，不斷推出基于移動終端和云計算的新應(yīng)用，包括整合移動搜索﹑語音搜索服務(wù)﹑定點搜索以及Google手機地圖等。

移動云計算將主要的計算過程放在“云”中完成，“端”是智能化程度非常高的智能手機，它的數(shù)據(jù)需求和技術(shù)需求都會以服務(wù)的形式向云端提出?！霸啤焙汀岸恕敝g還需要有效的管理平臺來進行資源的分配和請求的調(diào)度。

2.2百度LBS云服務(wù)

基于位置的服務(wù)，它是通過電信移動運營商的無線電通訊網(wǎng)絡(luò)（如GSM網(wǎng)﹑CDMA網(wǎng)）或外部定位方式（如GPS）獲取移動終端用戶的位置信息（地理坐標，或大地坐標），在地理信息系統(tǒng)平臺的支持下，為用戶提供相應(yīng)服務(wù)的一種增值業(yè)務(wù)。

林業(yè)智能巡護管理系統(tǒng)采用百度地圖Android定位SDK為基于移動客戶端開發(fā)LBS應(yīng)用提供基礎(chǔ)定位能力。百度地圖LBS云是百度地圖針對LBS開發(fā)者全新推出的平臺級服務(wù)。通過LBS云，一方面解決移動開發(fā)者服務(wù)器端日益增長的海量位置數(shù)據(jù)的存儲維護壓力，另一方面徹底解決所有LBS開發(fā)者基于位置數(shù)據(jù)的高并發(fā)檢索瓶頸。

百度LBS云服務(wù)SDK采用GPS﹑基站﹑Wi-Fi信號進行定位。當應(yīng)用程序向定位SDK發(fā)起定位請求時，百度LBS云服務(wù)SDK會根據(jù)應(yīng)用的定位因素（GPS﹑基站﹑Wi-Fi信號）的實際情況（如是否開啟GPS﹑是否連接網(wǎng)絡(luò)﹑是否有信號等）來生成相應(yīng)定位依據(jù)進行定位。百度LBS云提供位置數(shù)據(jù)存儲﹑空間計算能力﹑自定義擴展字段存儲，可以方便開發(fā)者聚焦LBS應(yīng)用本身的業(yè)務(wù)邏輯。

圖1　移動云計算的“端”-“管”-“云”模型及服務(wù)類型構(gòu)成

圖2　百度LBS云的應(yīng)用模式

3　系統(tǒng)功能架構(gòu)

林業(yè)智能巡護系統(tǒng)是1個采用GPS﹑GPRS﹑GIS﹑ Internet﹑數(shù)據(jù)庫等相關(guān)技術(shù)交叉融合的信息服務(wù)平臺。在通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍內(nèi)的任何地點﹑時間和環(huán)境下，通過林區(qū)巡護員攜帶著安裝了智能巡檢APP的智能手機，實現(xiàn)了管護站與巡護員的雙向通訊。平臺分為巡護子平臺（包含手機巡護客戶端管理）﹑巡護數(shù)據(jù)采集子平臺﹑數(shù)據(jù)決策子平臺和系統(tǒng)管理子平臺。林業(yè)智能巡護系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖3所示。

平臺主要提供巡護員管理﹑生物信息采集﹑突發(fā)事件響應(yīng)等方面的功能。

（1）巡護員管理。實現(xiàn)對巡護員的位置信息進行采集和傳輸，歷史軌跡回放，保存所有巡護員巡護軌跡，有效地對巡護員的管護區(qū)域進行監(jiān)控。

（2）生物信息采集。實現(xiàn)野外作業(yè)雙向通信﹑任務(wù)下載﹑實地數(shù)據(jù)采集的上報，圖片回傳，實現(xiàn)野生動植物位置﹑行為軌跡（動物）﹑環(huán)境監(jiān)測等。

（3）突發(fā)事件響應(yīng)。通過一鍵報警的方式，及時地將盜砍盜伐﹑森林火災(zāi)﹑森林病蟲害等信息通過手機終端迅速的反饋到平臺上，并可以進行拍照﹑錄像，使得管護站對這些報警信息及時做出應(yīng)對。

系統(tǒng)的工作流程是：各個林區(qū)的管理人員可以設(shè)定好本區(qū)內(nèi)巡檢計劃后，通過巡護云平臺與移動云終端互聯(lián)，護林員攜帶著智能手機執(zhí)行管護工作，不按照計劃巡視，比如沒走到規(guī)定的地方去巡視，那么這地點的地理信息數(shù)據(jù)就取不回來，云服務(wù)平臺中集成的統(tǒng)計軟件分析的時候，這個地方就是未到，到月底綜合統(tǒng)計報表一出來，就可以看見該護林員當月的工作狀況，有了科學(xué)準確的考核依據(jù)，也使得重點工程區(qū)的總體管護工作量有了量化的分析，使得管護資金得到合理的分配。同時護林員通過移動云終端獲取的圖片﹑視頻﹑巡護日志﹑管護資源數(shù)據(jù)等反饋回巡護云平臺中的盜砍盜伐﹑病蟲害﹑林業(yè)資源等信息，使得管護區(qū)的管理員及時掌握林區(qū)內(nèi)的突發(fā)事件和生態(tài)環(huán)境的變化，使整個林區(qū)的生態(tài)得到很好的保護，真正發(fā)揮了護林員林業(yè)前沿監(jiān)督作用。

圖3　林業(yè)智能巡護系統(tǒng)功能架構(gòu)圖

圖4　林業(yè)智能巡護系統(tǒng)的巡護軌跡顯示

4　系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)

林業(yè)智能巡護系統(tǒng)是采用百度LBS云服務(wù)的開發(fā)接口來實現(xiàn)。使用百度LBS云存儲API對林業(yè)業(yè)務(wù)部門自有數(shù)據(jù)進行字段設(shè)計和存儲管理，利用可視化的數(shù)據(jù)編輯工具，使用地圖標注或批量數(shù)據(jù)導(dǎo)入的方式輕松管理林業(yè)業(yè)務(wù)部門自有數(shù)據(jù)。在云端，利用百度開放地圖引擎的運算能力對存儲的數(shù)據(jù)進行實時索引，使用百度LBS云檢索API返回各類基于位置數(shù)據(jù)的檢索請求。同時，使用百度地圖API實現(xiàn)豐富的地圖展現(xiàn)。利用百度LBS云服務(wù)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)流程如圖5所示。

圖5　利用百度LBS云服務(wù)開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)

圖6　林業(yè)智能巡護系統(tǒng)的數(shù)據(jù)流程

林業(yè)智能巡護系統(tǒng)的運行分為數(shù)據(jù)采集端﹑服務(wù)器端﹑操作端。數(shù)據(jù)流模式的設(shè)計情況是：首先調(diào)用百度LBS位置服務(wù)獲得手機客戶端的位置，并通過GPRS來傳遞回服務(wù)器端，然后由服務(wù)器端調(diào)用百度LBS云服務(wù)接口，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫?，利用云存儲來保存坐標?shù)據(jù)，服務(wù)端通過調(diào)用百度LBS云的地圖顯示接口，通過操縱平臺在網(wǎng)頁中顯示巡護監(jiān)測數(shù)據(jù)，同時服務(wù)器端將各種指令發(fā)送給手機客戶端。

智能數(shù)據(jù)采集終端一般采用目前主流的Android智能手機，采集的信息包括文本﹑數(shù)據(jù)﹑圖片等信息。

（1）文本信息。記錄的各種信息以SQLite文件，db的形式存儲在手機本地。

（2）數(shù)據(jù)信息。各種數(shù)據(jù)data，一般為.xls或.txt文件（或與文本信息記錄在一起）。

（3）圖片信息。各類照片，一般為.jpg﹑tif等文件。

根據(jù)林區(qū)內(nèi)的特點，位置服務(wù)定位采用無線電通訊網(wǎng)絡(luò)和GPS，網(wǎng)絡(luò)傳輸采用GPRS，信息傳輸功能，包括即時與非即時傳輸。

（1）即時信息傳輸。在有GPRS網(wǎng)絡(luò)信號的時候，位置信息及時傳回到遠程服務(wù)器端，以方便即時處理。

（2）非即時信息的傳輸。如果沒有GPRS網(wǎng)絡(luò)信號的時候或信號不佳的情況，位置信息暫時緩存到終端設(shè)備中，而后在回傳到遠程服務(wù)端。

Android智能手機作為云端設(shè)備，封裝了位置服務(wù)的API，在開發(fā)過程中主要用到Android操作系統(tǒng)中的LocationManager和LocationProvider2個對象。

LocationManager可以用來獲取當前的位置，追蹤設(shè)備的移動路線，其中提供了1種便捷﹑高效的位置監(jiān)視方法requestLocationUpdates，可以根據(jù)位置的距離變化和時間間隔設(shè)定產(chǎn)生位置改變事件的條件。Location Manager中設(shè)定了監(jiān)聽位置變化的代碼如下：第1個參數(shù)是定位的方法，是GPS定位還是網(wǎng)絡(luò)定位；第2個是產(chǎn)生位置改變事件的時間間隔參數(shù)，單位為微秒；第3個是距離參數(shù)條件，單位是米；第4個參數(shù)是回調(diào)函數(shù)，在滿足條件后的位置改變事件的處理函數(shù)。

LocationProvider是提供定位功能的相關(guān)組件集合，集合的每種組件以不同技術(shù)指出設(shè)備的當前位置，主要從定位精度﹑速度和成本等方面考慮。同時調(diào)用百度LBS云 服 務(wù) 的com.baidu.location.BDLocation，importcom. baidu.location.BDLocationListener，importcom.baidu.location. LocationClient進行云終端定位服務(wù)，調(diào)用com.baidu.mapapi. map.LocationData進行地圖顯示服務(wù)。

系統(tǒng)服務(wù)器是云端與百度LBS云服務(wù)之間的橋梁。所有從手機采集的數(shù)據(jù)，集中到系統(tǒng)服務(wù)器上，同時將位置信息的副本上傳到百度LBS云中進行存儲和管理。云存儲接口功能：支持單個geotable億級數(shù)據(jù)及數(shù)百G大小的存儲，每天支持百萬量級讀寫，每秒支持萬量級讀寫。

5　結(jié)語

基于公共位置云服務(wù)來構(gòu)建林業(yè)智能管護平臺，解決數(shù)據(jù)安全﹑統(tǒng)一訪問接口等問題，能夠更方便﹑更快捷地搭建林業(yè)管護業(yè)務(wù)應(yīng)用，推動基層林區(qū)林業(yè)管護部門GIS技術(shù)應(yīng)用，提高林業(yè)巡護的工作效率和技術(shù)水平。

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