劉鳳媛，藍(lán)海洋，李 昀

（北京林業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，北京 100083）

基于云計(jì)算木材采伐運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)開發(fā)

劉鳳媛，藍(lán)海洋，李 昀

（北京林業(yè)大學(xué) 信息學(xué)院，北京 100083）

以福建省將樂國(guó)有林場(chǎng)為例分析木材采伐運(yùn)輸過程中木材檢尺和運(yùn)輸證辦理等業(yè)務(wù)流程管理，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)B/S和C/S架構(gòu)相結(jié)合的、基于云計(jì)算的木材采伐運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)采集處理伐區(qū)現(xiàn)場(chǎng)的木材檢尺數(shù)據(jù)，提高林業(yè)站點(diǎn)運(yùn)輸證辦理效率，并提供數(shù)據(jù)檢驗(yàn)、對(duì)賬、分析等功能，從而達(dá)到信息化處理國(guó)有林場(chǎng)伐區(qū)作業(yè)數(shù)據(jù)，提高伐區(qū)生產(chǎn)作業(yè)效率等目的。

木材采伐運(yùn)輸；物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)；國(guó)有林場(chǎng)；木材檢尺碼單；云計(jì)算；二維碼

林業(yè)信息化是現(xiàn)代林業(yè)科學(xué)發(fā)展的支柱和目標(biāo)，物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的發(fā)展與成熟，必將極大提高林業(yè)信息化的水平和程度。物聯(lián)網(wǎng)通過集成多種感知、通信與計(jì)算機(jī)技術(shù)，形成一個(gè)具有感知、互聯(lián)、計(jì)算和控制能力的網(wǎng)絡(luò)化智能計(jì)算系統(tǒng)[1]，能夠極大豐富信息來源，而云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等技術(shù)的集成應(yīng)用將顯著提高數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理能力，加快信息傳遞速度[2]。

在國(guó)家發(fā)改委、工信部等部門聯(lián)合制定的2013～2015年《物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展專項(xiàng)行動(dòng)計(jì)劃》[3]中，將林業(yè)定為物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展行動(dòng)計(jì)劃重點(diǎn)領(lǐng)域之一，明確了物聯(lián)網(wǎng)在林業(yè)行業(yè)的任務(wù)與應(yīng)用。其中，物聯(lián)網(wǎng)在森林防火、古樹名木管理、珍稀野生動(dòng)物保護(hù)、木材追蹤、苗木花卉栽培等林業(yè)領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用價(jià)值[4]；同時(shí)結(jié)合云計(jì)算在林業(yè)信息服務(wù)中綠色生態(tài)、高效性、個(gè)性化、移動(dòng)泛在化、安全性等優(yōu)勢(shì)[5]，必將為我國(guó)林業(yè)信息化帶來新的發(fā)展前景。

基于以上情況，本研究以福建省將樂國(guó)有林場(chǎng)為例，通過分析其木材采伐運(yùn)輸流程，設(shè)計(jì)開發(fā)一個(gè)B/S和C/S架構(gòu)相結(jié)合的、基于云計(jì)算的木材采伐運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠在野外實(shí)時(shí)收集、處理、打印和傳輸木材采伐運(yùn)輸相關(guān)數(shù)據(jù)，有效優(yōu)化木材采伐運(yùn)輸流程。

1 系統(tǒng)流程分析

按照《中華人民共和國(guó)森林法》相關(guān)規(guī)定，從林區(qū)運(yùn)出木材必須持有林業(yè)主管部門發(fā)給的運(yùn)輸證件。木材從采伐到運(yùn)出林區(qū)需要經(jīng)過木材檢尺和運(yùn)輸證辦理等流程，并且檢尺人員開具的木材檢尺碼單作為運(yùn)輸證辦理的重要合法憑證[6]，我國(guó)對(duì)其識(shí)別效率、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性以及監(jiān)管力度都有極其嚴(yán)格的規(guī)定。然而隨著我國(guó)林權(quán)制度改革加深，林區(qū)經(jīng)營(yíng)權(quán)逐漸由國(guó)有林場(chǎng)分散到林農(nóng)個(gè)體身上，木材檢尺工作逐漸分散，原木運(yùn)輸越發(fā)頻繁而且不易控制[7]，非法二次運(yùn)輸木材、人為篡改木材檢尺碼單數(shù)據(jù)等情況時(shí)有發(fā)生，給數(shù)據(jù)采集、傳輸、審核、對(duì)賬及查詢統(tǒng)計(jì)等工作造成嚴(yán)重影響。

為解決上述數(shù)據(jù)采集分散、傳輸延遲、對(duì)賬困難等問題，選擇森林資源豐富的福建省將樂國(guó)有林場(chǎng)作為調(diào)研對(duì)象[8]，根據(jù)木材采伐運(yùn)輸管理流程中涉及的場(chǎng)合，將系統(tǒng)流程分為野外現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)和國(guó)有林場(chǎng)內(nèi)部辦公，有效優(yōu)化了福建省木材采伐運(yùn)輸管理流程。其中野外作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)是系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的主要場(chǎng)所，其主要流程如圖1所示。

圖1 福建省木材采伐運(yùn)輸管理流程Fig.1 Management process of timber cutting and transporting in Fujian province

林木所有者與檢尺人員預(yù)約上山后，檢尺人員在采伐現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行木材檢尺，通過Android客戶端將木材檢尺野賬單（簡(jiǎn)稱野賬單）數(shù)據(jù)采集并提交到云計(jì)算平臺(tái)后，系統(tǒng)能夠自動(dòng)生成二維碼，該二維碼存儲(chǔ)加密后的野賬單身份和鏈接信息，在檢尺人員打印時(shí)將二維碼一并打印到該野賬單上，木材運(yùn)輸?shù)蕉杨^后，檢尺人員可以通過掃描二維碼核對(duì)野賬單數(shù)據(jù)。

林木所有者提出木材下山申請(qǐng)后，檢尺人員在堆頭對(duì)木材進(jìn)行二次檢尺，在Android客戶端上錄入木材檢尺碼單（簡(jiǎn)稱碼單）數(shù)據(jù)并提交到云計(jì)算平臺(tái)后，系統(tǒng)自動(dòng)生成附帶碼單身份與鏈接信息加密后的二維碼。檢尺人員核對(duì)碼單信息確認(rèn)無誤并現(xiàn)場(chǎng)打印，最后將打印完成的紙質(zhì)版碼單上的唯一編號(hào)錄入系統(tǒng)更新碼單信息。保存后的野賬單和碼單信息能夠?qū)崟r(shí)傳輸?shù)皆朴?jì)算平臺(tái)，供林場(chǎng)內(nèi)部工作人員查詢統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和林業(yè)站點(diǎn)工作人員辦理運(yùn)輸證使用。

林木所有者將木材運(yùn)輸出林區(qū)時(shí)隨車攜帶紙質(zhì)版碼單一聯(lián)，林業(yè)檢查站點(diǎn)工作人員掃描二維碼即可查看木材檢尺碼單信息，核對(duì)運(yùn)輸車輛和運(yùn)輸木材檢量信息，并辦理全國(guó)統(tǒng)一木材運(yùn)輸憑證。運(yùn)輸證辦理后系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)碼單進(jìn)行標(biāo)記，有效防止木材非法二次運(yùn)輸。

國(guó)有林場(chǎng)內(nèi)部辦公人員可以通過PC機(jī)瀏覽器登陸系統(tǒng)，在Android客戶端出現(xiàn)故障而導(dǎo)致檢尺人員無法采集數(shù)據(jù)時(shí)，輔助野外數(shù)據(jù)收集處理工作，保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)的完整性，同時(shí)為辦公人員提供野賬單和碼單等數(shù)據(jù)的查詢、對(duì)賬、統(tǒng)計(jì)分析等功能。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)應(yīng)用程序部署在IaaS云計(jì)算平臺(tái)上，通過互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)，在Android客戶端、PC端、電子觸摸屏終端等平臺(tái)上開展業(yè)務(wù)，系統(tǒng)設(shè)備整體架構(gòu)如圖2。

圖2 木材采伐運(yùn)輸管理系統(tǒng)架構(gòu)Fig.2 System infrastructure of timber cutting and transporting management

（1）系統(tǒng)B/S應(yīng)用程序部署在云計(jì)算平臺(tái)，利用云計(jì)算虛擬化、訪存/計(jì)算密集、高并行、高可靠性、按需服務(wù)、價(jià)格低廉、使用簡(jiǎn)便等優(yōu)勢(shì)[9]，動(dòng)態(tài)管理系統(tǒng)信息集成資源。

（2）在木材采伐現(xiàn)場(chǎng)和堆頭等野外作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，Android客戶端通過移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)訪問云計(jì)算平臺(tái)，通過無線藍(lán)牙技術(shù)連接打印機(jī)現(xiàn)場(chǎng)打印野賬單和碼單。網(wǎng)絡(luò)連接出現(xiàn)問題時(shí)，Android客戶端支持在本地離線存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，等待網(wǎng)絡(luò)連接正常后可將數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆朴?jì)算平臺(tái)。

（3）在林業(yè)檢查站點(diǎn)，電子觸摸屏通過互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)獲取云計(jì)算平臺(tái)的木材檢尺碼單數(shù)據(jù)，站點(diǎn)工作人員對(duì)車輛運(yùn)輸木材進(jìn)行檢尺，使用電子觸摸屏核對(duì)紙質(zhì)版碼單的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性，確認(rèn)無誤后可以直接辦理打印運(yùn)輸證。

（4）國(guó)有林場(chǎng)辦公人員在辦公科室通過PC端瀏覽器使用HTTP方式訪問云計(jì)算平臺(tái)，管理維護(hù)野賬單和碼單等數(shù)據(jù)，查看、打印相應(yīng)的數(shù)據(jù)報(bào)表并將其提交給上級(jí)部門。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

在對(duì)福建省將樂國(guó)有林場(chǎng)林木采伐運(yùn)輸管理流程全面了解的基礎(chǔ)上，將系統(tǒng)主要功能分成Android客戶端和PC端兩部分。Android客戶端功能模塊如圖3所示。

圖3 Android客戶端功能結(jié)構(gòu)Fig.3 Function structure of Android client

（1）木材檢量野賬單管理包括野賬單基本信息管理和野賬單打印2個(gè)功能模塊。檢尺人員有權(quán)限維護(hù)自己采集的所有野賬單基本信息，包括野賬單編號(hào)、采伐伐區(qū)信息、檢尺信息等，記錄的野賬單信息存儲(chǔ)在野賬單數(shù)據(jù)表中。

（2）木材檢尺碼單管理主要包括碼單信息管理、碼單打印和碼單審核三個(gè)功能模塊。碼單基本信息主要包括碼單編號(hào)、發(fā)貨和林權(quán)單位信息、檢尺地點(diǎn)、運(yùn)輸起始時(shí)間和地點(diǎn)、運(yùn)輸車輛和木材檢量信息等，記錄的碼單數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在碼單數(shù)據(jù)表中。在碼單打印前檢尺人員對(duì)自己檢尺記錄的碼單信息有所有操作權(quán)限，在碼單打印后檢尺人員僅能對(duì)該碼單編號(hào)進(jìn)行修改，如需修改碼單其他信息，需要經(jīng)過國(guó)有林場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)審核，審核通過后碼單的歷史修改數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在碼單數(shù)據(jù)備份表中。

（3）材積計(jì)算根據(jù)我國(guó)公布的GB4814-84《原木材積表》、GB4815-84《杉原條材積表》等標(biāo)準(zhǔn)，以樹種、檢尺徑和檢尺長(zhǎng)作為輸入條件，采用二元材積法計(jì)算單根木材的材積。為方便檢尺人員在網(wǎng)絡(luò)無法連接時(shí)使用，用戶可以匿名登錄系統(tǒng)直接使用該功能。

（4）個(gè)人信息管理主要對(duì)登錄用戶的基本信息進(jìn)行管理維護(hù)。

在國(guó)有林場(chǎng)辦公部門，生產(chǎn)科、銷售科和財(cái)務(wù)科3個(gè)部門的工作人員以檢尺人員記錄的紙質(zhì)版木材檢尺碼單作為數(shù)據(jù)來源，輔助Android客戶端數(shù)據(jù)的采集、處理、查詢和分析工作，PC端功能模塊如圖4所示。

圖4 PC端功能結(jié)構(gòu)圖Fig.4 Function structure of PC client

①木材檢量野賬單管理主要是檢尺人員和部門工作人員對(duì)野賬單數(shù)據(jù)進(jìn)行管理維護(hù)。其中，野外野賬單信息管理由檢尺人員維護(hù)自己檢尺記錄的野賬單信息，數(shù)據(jù)來源于野賬單數(shù)據(jù)表；部門野賬單信息管理是生產(chǎn)科、銷售科和財(cái)務(wù)科對(duì)各自部門錄入的野賬單信息進(jìn)行管理維護(hù)，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在部門野賬單數(shù)據(jù)表中。

②木材檢尺碼單管理包括野外碼單信息管理、部門碼單信息管理以及碼單審核3個(gè)功能。野外碼單信息管理主要是檢尺人員維護(hù)自己檢尺的碼單信息，數(shù)據(jù)來源于碼單數(shù)據(jù)表；部門碼單信息管理主要是生產(chǎn)科、銷售科和財(cái)務(wù)科3個(gè)部門對(duì)各自部門錄入的碼單信息進(jìn)行維護(hù)，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在部門碼單數(shù)據(jù)表中；碼單審核是當(dāng)檢尺人員修改除碼單編號(hào)外的其他碼單信息時(shí)國(guó)有林場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行審核工作，數(shù)據(jù)來源于碼單數(shù)據(jù)表。

③對(duì)賬管理由財(cái)務(wù)科科員操作，對(duì)生產(chǎn)科、銷售科和財(cái)務(wù)科三個(gè)部門記錄的野賬單和碼單信息進(jìn)行自動(dòng)對(duì)賬，并處理對(duì)賬中產(chǎn)生的錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，系統(tǒng)自動(dòng)將對(duì)賬正確的部門野賬單或碼單數(shù)據(jù)分別在野賬單或碼單數(shù)據(jù)表中復(fù)制一份，以保證野賬單和碼單數(shù)據(jù)表記錄的完整性。對(duì)賬成功后部門記錄的野賬單和碼單數(shù)據(jù)將不在對(duì)賬管理模塊中顯示，如果修改原始紙質(zhì)版野賬單或碼單的錯(cuò)誤，僅需要在野外野賬單管理或野外碼單信息管理功能模塊進(jìn)行操作，即修改野賬單或碼單數(shù)據(jù)表中的數(shù)據(jù)。

④臺(tái)賬管理主要是用戶根據(jù)上級(jí)部門要求，按照年度、月份、伐區(qū)等分類生成不同類型的報(bào)告，并通過政府內(nèi)網(wǎng)將報(bào)告提交到上級(jí)部門服務(wù)器，報(bào)告數(shù)據(jù)主要來源于野賬單數(shù)據(jù)表或碼單數(shù)據(jù)表。

⑤系統(tǒng)管理包括管理和維護(hù)系統(tǒng)角色、用戶和基本參數(shù)等信息。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)服務(wù)器端程序采用Microsoft Visual Studio工具進(jìn)行開發(fā)，程序設(shè)計(jì)基于C#語(yǔ)言，數(shù)據(jù)庫(kù)采用SQL Server 2005，系統(tǒng)部署在微軟推出的Windows Azure云計(jì)算平臺(tái)上[10]。Android客戶端程序采用Eclipse工具下的Adt插件與Android SDK工具包建立連接進(jìn)行開發(fā)，程序設(shè)計(jì)主要基于Java語(yǔ)言進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，調(diào)用了Android的部分API函數(shù)庫(kù)。Android客戶端和服務(wù)器端將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Json字符串格式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞，有效提高數(shù)據(jù)傳輸效率。Android客戶端的福建省統(tǒng)一木材檢尺碼單打印預(yù)覽頁(yè)面如圖5所示。

4 結(jié) 論

本研究在對(duì)福建省將樂國(guó)有林場(chǎng)木材采伐運(yùn)輸業(yè)務(wù)流程研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)開發(fā)了一個(gè)B/S和C/S架構(gòu)相結(jié)合的、基于云計(jì)算的木材采伐運(yùn)輸物聯(lián)網(wǎng)管理系統(tǒng)。與現(xiàn)有系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：

圖5 Android客戶端木材檢尺碼單打印預(yù)覽Fig.5 Print preview of timber scaling checklist on Android client

（1）本系統(tǒng)通過使用物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)，能夠支持海量木材采伐運(yùn)輸相關(guān)數(shù)據(jù)的采集傳輸處理工作，開展林業(yè)信息服務(wù)。

（2）Android客戶端能夠?qū)崟r(shí)采集、打印、處理、傳輸木材檢尺數(shù)據(jù)，PC客戶端輔助完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)的收集統(tǒng)計(jì)工作，二者相互配合共同保證系統(tǒng)數(shù)據(jù)完整性，有效解決木材運(yùn)輸過程中人為篡改碼單數(shù)據(jù)、非法二次運(yùn)輸?shù)葐栴}，且用戶體驗(yàn)性較好。

（3）根據(jù)各省林區(qū)木材采伐運(yùn)輸管理特點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整后，可以將該系統(tǒng)應(yīng)用于全國(guó)林區(qū)范圍內(nèi)的木材采伐運(yùn)輸業(yè)務(wù)。

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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

國(guó)家林業(yè)局公益性行業(yè)科研專項(xiàng)（200904003-6）

劉鳳媛（1987-），女，河北衡水人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)榱謽I(yè)信息化

李 昀（1968-），女，遼寧營(yíng)口人，博士，副教授，研究生導(dǎo)師，主要研究方向?yàn)榱謽I(yè)信息化

[本文編校：文鳳鳴]