原标题：基于RFID和Android的林木调查系统设计方案

　　引言

　　RFID (Radio Frequency Identification)即射频识别技术, 又称无线射频识别，是一种通信技术，可通过无线电讯号识别 特定目标、读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建 立机械或光学接触。

　　RFID技术可以广泛应用于针对林木查验以及生物多样性 保护工作的外业调查、统计、保护、存档备案等方面，例如： 各类资源清查，林业专题调查，种子园母树林调查、优良及 原生树种种源保护，古树名木、重要观赏林木保护等。

　　1系统分析

　　在林业信息化进程不断加速及林业物联网应用研究快速 发展的背景下，本文以各类资源清查、林业专题调查、树种保护、 科学研究等具体业务为应用依托，将Android技术和RFID技 术结合应用于森林资源调查，实现了林木调查系统的设计与 研发。该系统主要由电子标签、服务器、野外采集系统组成, 其主要应用表现为立木定位调查、立木复位调查等。将该系统 用于立木定位调查的基本流程：首先是将嵌入式立木标签在 同一高度、同一方位以打孔等方式嵌入立木;然后通过RFID 手持扫描终端获得该立木的ID,并对该立木采集的相关信息 进行记录;最后将立木信息通过Android终端的内置MySQL 数据库保存到存储卡或者借助Wi-Fi、3G网络等保存到远程 服务器的数据库。

　　将该系统用于立木复位调查的基本流程：一是通过 RFID手持扫描终端获得该立木的ID,并将其发送到远程服 务器;二是用远程服务器获得手持终端传送的ID号，并将该 立木的历史调查数据发送到手持终端;对于没有网络支持的复 位调查，可将历史数据拷贝到SD存储卡，根据扫描ID从存 储卡返回历史调查信息;三是对该立木信息的重新采集，并 在手持终端对其采集数据进行修改记录，然后选择保存到本 机或发送到远程服务器。

　　2系统设计

　　2.1系统总体设计

　　本系统主要由电子标签、野外采集系统、服务器端组 成。电子标签作为立木的唯一标示，包括低频嵌入式立木标 签和高频可读写立木标签：低频嵌入式立木标签适用于可以 进行钻孔嵌入的目标对象中;高频可读写立木标签适用于需 实时读写目标信息及不宜钻孔嵌入的目标对象中。野外采集 系统主要用于立木调查数据的采集与记录，包括采集终端和 数据采集软件：采集终端可以选择加载有RFID扫描模块的 Android智能终端，也可以是具备蓝牙功能的RFID手持扫码 机与Android智能终端的组合，其中由RFID扫码机读取标 签ID并通过蓝牙将其发送至Android智能终端;数据采集软 件需根据具体业务的要求进行设计与开发，并安装在Android 智能终端上使用。服务器端，数据库用于立木调查信息的存 储与更新，数据库管理系统用于服务器端数据库的管理维护, WebService负责服务器数据库与野外采集终端的信息交互等。 图1所示为系统的总体框架图。

　　选择低频嵌入式立木标签，以林木调查应用为例，介绍其在实际工作中的具体应用流程，在野外采集工作中，用户 需根据Android终端的网络连接情况，选择数据采集的存储 方式，有网络支持的情况下可选择本机存储或远程数据库存 储，无网络连接只能选择本机存储。定位调查时，首先使用 手持扫码机扫描获得标签ID,并通过其蓝牙功能将其发送到Android智能终端数据采集软件相应的ID输入框，或者选择 加载RFID扫描模块的Android手持终端扫描获取标签ID, 并通过串口读数据将其写入数据采集软件相应的ID输入框; 然后进行该立木其它采集信息的输入、记录;最后将记录数 据保存到本机存储卡或者通过WebService保存到远程服务 器。复位调查时，Android终端在网络支持环境下会将获取的 ID号通过WebService发送到远程服务器，同时远程服务器 根据ID将该立木的历史调查数据反馈给Android终端，用户 可以根据当前立木调查情况对记录进行修改，并将其保存到 本机或远程数据库(后文均以加载有RFID模块的Android手 持终端为例进行相关设计及应用的介绍)图2所示为该应用 的具体实现流程。

　　2.2数据库设计

　　数据库设计是指对于一个给定的应用环境，构造(设计) 优化的数据库逻辑模式和物理结构，并据此建立数据库及其 应用系统，使之能够有效地存储和管理数据，满足各种用户 的应用需求叫数据库设计步骤包括，需求分析、概念设计、 逻辑设计、物理结构设计、实施、运行和维护六个阶段，数 据库设计的目标是为用户和各种应用系统提供一个信息基础 设施和高效的运行环境叫一个好的数据库设计，可以提高 应用系统的运行效率，降低后期数据库维护的成本。

　　针对不同的业务应用，所涉及的数据各有不同，但其数 据库设计的思路、方法基本相同，本文以资源清查中数据形 式最简单的一类调查为例(后文的相关设计均以一类调查为 例)，基于E-R模型的数据库设计方法，介绍针对一类调查数 据采集软件的数据库设计。一类调查的采集数据主要包括样 地因子和样木因子[8]，其中，样木因子主要为每木检尺数据, 包括样木ID、树高、胸径、冠幅、树种、位置等;样地因子 包括样地ID、样地编号、行政编号、样地类别、样地长度、 样地宽度、纵坐标、横坐标、造林时间、郁闭度、土壤类型、 土壤质地、草本覆盖度等。调查中包括多个样地，而一个样 地内又包含多个样木，但一个样木只能隶属于一个样地，因此, 两者之间就存在了一对多的关系，且它们之间通过样木因子表 “样地ID”属性作为外键关联。一类调查数据采集软件的数据 库设计E-R图如图3所示。

　　2.3功能设计

　　2.3.1终端功能设计

　　根据立木调查野外采集系统的应用流程设计，将其存储 功能划分为本机SD卡存储和远程服务器存储两种方式。本 机存储是利用Android内嵌的开源数据库SQLite实现，通过 对一系列数据库操作将其采集数据以*.db的形式保存到SD卡, 用户可通过数据线或读卡器将采集数据导入电脑，并将其导入 服务器的数据库;远程服务器存储是利用Web Service技术[6], 通过Wi-Fi或者3G网络，将采集数据直接保存到远程数据 库，其中对远程数据库进行操作，首先需要进行远程用户验 证，为保证用户信息的安全，本系统在验证时采用了 BASE64 加密算法对用户名、密码进行加密，并在服务器端进行相应的 算法解密。

　　森林资源一类调查的主要采集数据为样地信息和样木信 息，因此，将野外采集系统设计为样地因子记录和样木因子 记录两大功能。这两大功能在实际应用中是相辅的，进行样木 调查记录之前，系统首先要检查数据库样地因子表中是否存 在样地记录信息，不存在则提示首先添加样地，存在则返回 查询得到的样地ID列表;样木调查过程中，用户可以根据样 地代码列表选择相对应的样地，这样就保证了数据库中样木 因子记录表与样地因子记录表的关联，从而减少数据库中的 数据冗余，降低数据库维护的成本与难度。系统样木因子记 录功能的具体实现流程如图4所示。

　　2.3.2服务器端功能设计

　　服务器端，主要是Web服务的功能设计，包括用户验证、 样地代码查询、样地检查、添加样地、样木检查、添加样木等。

　　Web服务的用户验证功能用于智能终端的远程存储，它首先 对得到的用户名、密码进行BASE64算法解密并根据用户信 息库对其进行验证并给出相应的错误输入反馈机制，以便用户 更好的理解自己的输入错误。样地检查、样木检查功能用于检 查待记录样地及样木是否已经记录，并存在于数据库中，避 免用户在野外调查中重复调查、重复添加，并减少其对数据库 后期维护造成的麻烦。样地代码查询功能，是将获得的样地 代码以列表形式返回给用户，供用户在样木调查时选择，使得 样木因子记录表和样地因子记录表之间不缺失任何一条记录 的关联。添加样地、添加样木则供用户进行样地调查数据及样 木调查数据的远程存储。

　　3系统实现

　　3.1开发及运行环境

　　手持终端：选用MT35W-NL-LF智能终端，是一款具有GPS定位模块、RFID读写模块以及通讯模块的Android终 端，主机操作系统为Android2.3.7 ;使用Eclipse开发工具，由 KSoap框架及Java语言编程实现。

　　服务器端：Windows Server 2003 操作系统;Microsoft

　　SQL Server2005 和 Tomcat 6.0 的支撑环境;使用 My Eclipse 开发工具的xfire框架，由Java语言编程实现。

　　3.2主要技术实现

　　立木标签ID的获取是通过串口读数据来实现的，对于 选择Android终端加载的LFRFID模块，当其电源打开时, 只要有标签处在其有效范围内便会自动从串口返回标签号, 我们需要做的是不断读取串口来获得内容。通过Android的 Handler机制来解析和发送串口获取的内容。

　　本系统中，远程存储是由Web Service技术实现对远程 数据库的检索、存储等操作。Web Service是一种通过URL 标识的软件应用程序，其接口及其绑定形式可以通过XML标 准来定义、描述和查找，并能通过XML消息及Internet协议 与其他程序进行直接交互，简单地说，一个Web Service就 是一个能够使用XML消息通过网络来访问的接口，这个接口 描述了一组可以访问的操作叫

　　3.3功能实现

　　服务器端的主要功能实现为Web服务的设计与实现，其 主要是对服务器端数据库的操作，主要目的是服务于Android 终端的数据采集软件，其功能作用也由Android终端来体现。 接下来重点介绍Android智能终端数据采集软件的功能实现。 林木调查数据采集系统的首页如图5所示。

　　由系统首页可以看到，本系统主要提供两种存储方式： 本机存储和远程存储。本机存储是将调查记录数据由Android 内嵌的SQLite数据库存储到SD卡，在进入本机存储前，系 统首先检查终端是否已安装SD卡，未安装则不会进入本机 存储，并给出相应的提示;远程存储是将调查记录数据通过 Wi-Fi或3G移动网络存储到远程服务器，在进入远程存储前, 首先需要进行远程用户验证，只有通过验证的用户才可以进 行远程存储操作。远程登录服务器的页面如图6所示。

　　一类调查中的数据采集主要为样地信息和样木信息。根 据业务应用，将野外采集系统的主要功能设计为：样地因子 记录表和林木调查记录表。样地因子记录表用于样地采集信 息的记录，其中样地代码不允许重复，样地编号不允许空, 横、纵坐标统一规定为记录样地西南角的位置，样地调查记 录界面如图7所示。林木调查记录表用于样木调查信息的记 录，进入该页面前，系统首先检索样地数据库，查询得到样 地代码列表供用户选择，查询库中无样地代码时，会提示首先 添加样地;林木调查记录界面的编号即为嵌入立木的电子标 签ID,其通过对LFRFID加载模块的串口读数据获得，且在添加时，该编号不允许空，也不允许重复，样木调查记录界面 如图8所示。

　　4结语

　　本文所设计的林木调查系统可应用于各类资源清查、业专题调查、种子园母树林、优良及原生树种种源保护林、 科学研究与试验林木、重点保护林木、古树名木、重要观赏 林木、重要绿化林木、保护区保护对象树种等需要长期研究 或重点保护，并进行不定期调查的业务。这种无纸化采集、管 理系统，不但减少了传统工作模式“外业记录、内业整理”而 引起的错误，更是提高了调查工作的效率及调查数据的可研 究价值。将RFID技术和Android技术结合应用于林业调查, 不只是物联网技术应用范围的一个扩展，更是林业信息化的 一个重要表现，使林业信息化由内业数据管理走向外业资源调 查，随着计算机、物联网技术的发展及林业信息化的不断需求, 相信RFID技术和Android技术在保护区野外巡护、森林旅游、 森林火灾、位置服务等更多业务应用中将有较好的发展前景。