◎31万~60万中国科技信息2021年第6期・CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2021回 回
行业曲线
link appraisement in d ustry 吴嘉贺1齐胜男2
1.沈阳航空航天大学自动化学院；
2.沈阳航空航天大学图书馆
吴嘉贺，女，本科，测控技术与仪器。
项目：大学生创新创业训练计划项目（项目编号：X202010143077）
可替代J
DOI：10.3969/j.issn.1001-8972.2021.06.025
可实现度
影响力
行业关联度
森林资源在自然资源的组成中十分重要，但自建国以来，因自然因素和人为因素导致的森林火灾使森林资源和人民生命财产安全都遭受了巨大伤害。本文提出的这种基于卫星定位的森林火灾巡防系统，
是一种为护林部门提供防护火灾、盗窃、虫害等的巡防管理系统，通过研究北斗卫星返回的森林数据地图，结合图论、数学规划等经典理论，
以实际应用中最广泛的Dijkstra算法为核心，具有网络查询、远程管理、数据共享等功能，对实现森林火灾的快速预警和及时处理对森林资源和人民财产安全的保护具有重要意义。
森林有着防风固沙、涵养水源、改善环境等多方面的作用，但一直以来，森林火灾就频频爆发。由于森林火灾往往发生突然，可预测性低，如果不能及时发现和采取控制措施极易导致火灾的迅速蔓延，就会造成不可估量的损失。因此在森林保护中建立预警机制，并且在得到预警之后能做出迅速反应就显得尤为重要。
本文设计的森林火灾巡防系统，主要是为护林部门提供防护火灾、盗窃、虫害等的巡防管理的功能，通过研究北斗卫星返回的森林数据地图，结合图论、数学规划等经典理论，结合Dijkstra算法，提出了一种森林巡防最优路径规划办法。并且能通过手持巡防仪（安卓手机）以拍照或录影等方式自动或手动上传信息，及时向林区管理中心上报巡防过程中发生的情况，提供准确的定位，给营救人员提供准确的位置。而且可由林业部门自行设置巡防的地区、路线、时间、人员等，具有网络查询、远程管理、数据共享等功能。利用高技术手段，通过卫星定位系统的路径规划，在火灾发生之初就迅速反应，以最快的速度抵达火灾现场，处置灾情。可以预见，利用这种方法必定对森林火灾的防护和处置效果产生重要影响。
系统总体方案设计
传统的森林巡防方式难以应对突发的森林火灾，而这款基于卫星定位的森林火灾巡防系统在一定程度上可以解决这些问题。本设计中的基于Dijkstra算法与卫星定位的森林灾害巡防系统以大型林区及森林为研究背景，经过阅读和研究相关文献，实现了对生成的森林巡防路径的优化，通过摄像头、安卓手机等开源设备完成软硬件开发，基于卫星定位的森林灾害巡防系统的总体结构图如图1所示。
系统硬件结构设计
森林巡防系统的硬件系统由北斗卫星导航系统、通用分组无线业务网络等组成，软件系统由巡防服务
管理系统、巡防地理信息系统、手持机巡防系统三个主要部分组成。
该系统将规划路径内的巡查点与巡查轨迹结合在一起，这样既可以准确地了解到巡防人员在巡防任务点的工作时间、轨迹和具体情况，同时，也可以及时地了解巡防任务点内的森林安全情况，能够使管理人员更好地管理巡防人员的工作状态和获取巡防地区的具体情况，保证及时发现，及时处理，保障森林资源，甚至人民生命财产的安全。各部分运输模块硬件结构图如图2所示。 图1基于卫星定位的森林灾害巡防系统的总体设计图
CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2021•中国科技信息2021年第6期31万~60万©
器
图2各部分运输模块硬件结构图
GSM'GPRS通用分组无线业务网络
可应用现有的电信运营商，如，中国移动、中国联通、
中国电信等，提供的语音、数据服务功能。
巡防服务管理系统
巡防服务管理系统包括数据管理模块、线路巡检模块、
实时监控模块和数据共享模块。
系统数据管理模块：完成基本信息的数据管理操作。
线路巡检模块：可以管理线路巡视的路径及过程。
实时监控模块：通过北斗卫星实时监控巡防人员的位置,
保障巡防人员的安全。能及时确定火灾发生的位置，进行救
援。
数据共享模块：能够将本系统与其他系统的数据共享。
拉紧装置
微生物过滤通柜手持机巡防系统
手持机是可实现北斗导航和GSM手机通讯的手机终端，具有线路巡视、地理信息、实时监控和数据同步等功能。
基于卫星定位的森林火灾巡防系统对手机品牌型号没有任何要求，对安卓2.3版本以上的平台都可兼容使用，手机与森林巡防系统结合就成为了一部手持巡防仪。
系统软件设计
传统的森林巡防模式在实际应用中存在许多问题，简单电子巡检也无法满足对森林火灾的防护。故而，本文所研究的巡防系统设计了手持巡检仪终端，此终端以"互联网+”模式，将And roid操作系统和
地理信息服务（Location based srnice,LBS）相结合，以期达到智能化的巡检方式。森林巡防的过程主要分为三个步骤：管理中心下发巡防任务，巡林人员实地巡防以及统计巡防结果。本研究采取的智能巡
检方式如图3所示。
巡防任务下发
巡防任务是由林区Web管理调度中心下发，巡防人员在巡检手持仪终端接收。管理中心下发任务的同时就在电脑
端将寻访地点的经纬度信息上传至云服务器，手持仪终端软件连接云服务器，就能获取任务的数据信息，符合超文本传
输协议。主要流程为，通过Http发起Get请求，向云服务器查询信息，这样就得到了含有巡防任务数据信息的数据包,
数据包为JSON形式，具体JSON格式协议如下所示：{“locinfo“Crnam””l”d””at”.n
图3智能巡检方式
巡检复査
联表査询实际
（开摘）
解折任务敘据包
査询任务点綠况表
结制实际窈免
地图绘制连檢
所有任务点
询所有轨迹点
披历史數据绘
制路径
图4规划巡防路径流程图示
“Ig'”，”notet”，”schek”hityid”.”“}
代表含义是，locname为地点名称，locid为地点编号, lat是巡防地点的纬度，lng是巡防地点的经度，notet是具体巡检任务信息，ischeck为是否为复查任务。hist o r y id是历史巡防编号。LBS地理位置信息服务可根据数据包信息生成基础地图，定位巡防位置，描绘巡防路径，手持巡检仪就可自动生成规划出的巡防路径。规划巡防路径的流程图如图4所示。
优化巡防路径
森林地区地势复杂、情况特殊，实际上，LBS地理信息服务无法规划出真正按照林区中道路巡防的巡防路径。LBS 仅能根据管理中心下发的巡防任务信息，将各个任务点按顺序连接，只是提供了了一个方向性的导航服务，在进行巡防任务时中并不具备可行性。而本文研究的森林巡防系统实现了对巡防路径的优化，其中利用了SQLite数据库存储巡防实际路径的历史信息。在执行巡防任务初期，本地中并无历史数据信息，巡防人员就可直接利用LBS地理信息服务提供的点接点的方向性导航服务，根据生成的基础地图按照大致方向进行巡防。在进行巡防任务过程中，北斗卫星导航系统可以定时地获取实时位置，即可生成实际路径，同时将实际路径保存在本地SQLite数据库内，并通过Http协议发起Post请求，将上传的实际路径保存在云服务器中。
将历史巡防任务中位置点之间的实际巡防路径信息储存
（下转第78页）
◎31万~60万中国科技信息2021年第6期，CHINA SCIENCE AND TECHNOLOGY INFORMATION Mar.2021
表2由OA和SSD列并置构成的最优混合水平超饱和设计SSDs OA初始SSD最终SSD
L8(27)S(8；21,44)S(8；28,44) 2L12(211)S(12；31,44)S(12；211,31,44) 3L16(215)S(16；21,88)S(16；216,88)
4L2c(219)S(20；41,55)S(20；219,41,55) 5L24(223)S(24；31,88)S(24；223,31,88) 6L28(227)S(28；41,77)S(28；227,41,77)具有混合水平的超饱和设计在实际运用中有很大的作
用。本文将E(f NOD)最优混合水平超饱和设计与正交设计通过列并置的方法构造出一类新的E(f NOD)最优混合水平超饱和设计，并且我们可以发现这类矩阵总是存在的。也就
是说，这类新构造的试验设计具有一般性，并不是只有个别例子。在实际的药物组合应用中，我们可以借鉴例子1的设计方法，比如，一^药物公司想做一^药物组合试验，在这项实验中，一共有12种药物参加测试，其中有8种药物只有低和高两个水平，另外的4种药物有低，较低，较高，高四种水平，然后我们可以采用例子1构造的混合水平超饱和设计方法进行药物组合设计，由例子1可以知道，我们只用做18次的药物组合实验，就能得出不错的实验结果，但是如果要采用全因子试验方法，我们一共需要运行65536次，这对任何一家单位来说都是负担不起的，不管是时间成本还是金钱成本。由此可以看出本文构造的试验设计的优越性，而且通过将一个E(f NOD)最优混合水平超饱和设计与一个正交矩阵通过列并置，我们可以极大的扩展试验次数以及试验因子，很好的符合了实际的试验需求。在各类生物，药物组合实验中，可以采用我们新构造的E(f NOD)最优混合水平超饱和设计试验，通过这样的实验方法，可以很好的减少我们做实验的时间成本，做实验的经济成本。最终得出的实验结果也是有效的。
在本文中，我们通过一个E(f NOD)最优混合水平超饱和设计与一个正交矩阵。通过列并置的方法得到一种新的混合水平E(f NOD)最优超饱和设计。得到的这种新设计，不仅使因子的个数有很大的增加，同时也能很好的保持超饱和
试验的E(f NOD)最优性。
(上接第75页)
到手持巡检仪的内部数据库中，能够在后续巡防任务中不断生成更为准确的林区任务导航路径。在手持巡检仪数据库中建立表2'表3。
表2目标点信息
Startpoint Varchar Y任务点1
End P oint Varchar V任务点2
Start T ime DateTime N到达任务点i的时间连续退火炉
En d Time DateTime N到达任务点2的时间
Patrolid Varchar N对应的巡检路轮编号
表3实际巡防轨迹表
字段名称类型是否主键含义
Patrolid Varchar Y巡检路径編号
小样机
PatrolTime DateTime Y巡检实时时间Lat Double N位置纬度
Lng Double N位置经度
在表2中存储的是位置点的信息，当手持巡检仪收到巡防任务时，根据巡防位置点的名称在表2中搜索。若存在对应的两个相邻任务点的信息，则取出时间t1与t2以及相应的路径名称。在表3中查询相应路径中时间在t1与t2之间所有位置点的经纬度信息。查询到任务点的坐标信息后，地图上就可生成优化后的按林区道路规划的实际路径。
GSON库可对获取的巡防任务进行解析，若解析得到的是巡防复查指令，就会按照巡防路径编号，从历史巡防任务的数据表中调取相应任务的巡防轨迹，并生成巡防路径导航图，从而实现完整的巡防复查任务。在本地数据库和云服务器中将所有巡防任务的结果备份，在手持巡检仪软件终端
可按模板利用ExcelUtils库可将数据导出，生成Excel表格文件，便于进一步分析处理。
结语
本文设计的系统是一种基于卫星定位的森林火灾巡防系
统，利用现有的GSM公共网络进行数据通讯，网络建设的成本低，能够自动接收定位信息，也可自动上传巡防信息，
自动获收卫星信号，并采集、记录、上传位置坐标，更方便快捷地实现了林区管理中心与巡防人员之间的数据共享，紧急情况可以分类别一键发送，更好地保障了森林资源的安全与防护，同时，也能在一定程度上保障工作人员的安全。道生液
近年来，森林火灾的频发以及对人民生命财产安全的损害已经足够引起人们对森林火灾防护的重视，一件件关于森林火灾的悲剧，让我们有了这款关于森林火灾巡防系统的构想，区别于传统的森林巡防方式，结合北斗导航系统获得更优化的巡防路径，可以预见，它在对森林火灾的预警与防护问题上有很好的应用前景。
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