漁業(yè)尾水處理智能管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

盧建青，董萬(wàn)虎

（1.浙江省測(cè)繪科學(xué)技術(shù)研究院，浙江 杭州 310030）

養(yǎng)殖尾水處理和重復(fù)利用已經(jīng)成為研究漁業(yè)養(yǎng)殖可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，現(xiàn)在各政府部門都在積極投入資金和各種設(shè)備，處理漁業(yè)養(yǎng)殖所產(chǎn)生的廢水[1-2]。但由于漁業(yè)養(yǎng)殖戶大多比較分散，各類尾水處理設(shè)備是否正常定期運(yùn)行都無(wú)法達(dá)到建設(shè)預(yù)期效果，迫切需要通過(guò)地理信息及信息化技術(shù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，以提高漁業(yè)尾水設(shè)施及設(shè)備的使用效率。

1 技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

由于本系統(tǒng)涉及管理的設(shè)備和數(shù)據(jù)具有空間分布廣、數(shù)據(jù)傳輸實(shí)時(shí)性要求高等特點(diǎn)，故采用B/S架構(gòu)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)，使用.NET 4.5的C#語(yǔ)言進(jìn)行代碼實(shí)現(xiàn)，采用GeoServer 2.13作為地圖服務(wù)發(fā)布和管理平臺(tái)，后臺(tái)業(yè)務(wù)及空間數(shù)據(jù)管理采用MySQL作為數(shù)據(jù)庫(kù)，空間數(shù)據(jù)通過(guò)GeoServer進(jìn)行直接管理和發(fā)布，瀏覽器前端頁(yè)面采用Leaflet地圖組件進(jìn)行渲染展示。系統(tǒng)采用國(guó)家“天地圖”作為展示的地圖底圖。

在總體技術(shù)設(shè)計(jì)上，將MIS、GIS技術(shù)集成于同一系統(tǒng)之中，存儲(chǔ)于同一數(shù)據(jù)庫(kù)，真正實(shí)現(xiàn)了MIS、GIS的技術(shù)一體化，為各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)和主管部門提供了圖文一體化的基于B/S結(jié)構(gòu)的協(xié)同工作應(yīng)用環(huán)境[3]。在數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面，使系統(tǒng)可以不斷適應(yīng)各種標(biāo)準(zhǔn)的變化發(fā)展。強(qiáng)化信息的收集和整理，需要保證信息庫(kù)建設(shè)的完整性、真實(shí)性、現(xiàn)勢(shì)性[4]。完整的信息庫(kù)為綜合分析和決策提供足夠的依據(jù)；真實(shí)的信息庫(kù)為綜合分析和決策提供可靠的保證；現(xiàn)勢(shì)的信息庫(kù)為綜合分析和決策提供發(fā)展的基礎(chǔ)[5]。

2 總體設(shè)計(jì)

2.1 框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用開(kāi)放的技術(shù)架構(gòu)，使之形成一個(gè)開(kāi)放式的管理平臺(tái)。在這個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)中，底層結(jié)構(gòu)、中間件、應(yīng)用模塊、界面都獨(dú)立封裝，具有極高的靈活性、開(kāi)放性、拓展性和穩(wěn)定性?？傮w架構(gòu)上采用了5層架構(gòu)，自下而上分別是基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)支撐層、應(yīng)用系統(tǒng)層和用戶層，而標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和安全保障體系應(yīng)貫穿所有層級(jí)，確保系統(tǒng)運(yùn)行的各個(gè)層面安全可靠，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

硬件和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：主要是確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)通訊設(shè)施及對(duì)應(yīng)的基礎(chǔ)軟件設(shè)施，為平臺(tái)提供高性能、高存儲(chǔ)量、穩(wěn)定的硬件環(huán)境和運(yùn)行環(huán)境。

數(shù)據(jù)層：確保系統(tǒng)正常運(yùn)行的各類數(shù)據(jù)，包括需要遙感影像、基礎(chǔ)地形、視頻數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和其他數(shù)據(jù)（例如水質(zhì)數(shù)據(jù)、養(yǎng)殖魚塘數(shù)據(jù)等），具有數(shù)據(jù)量大、性能和安全性要求高的特點(diǎn)。針對(duì)這些要求，數(shù)據(jù)源系統(tǒng)必須具有海量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、便于實(shí)現(xiàn)分布式應(yīng)用、超強(qiáng)的管理能力。針對(duì)漁業(yè)尾水處理管理的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)管理特點(diǎn)，本項(xiàng)目采用MySQL存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)以及屬性數(shù)據(jù)。

支撐平臺(tái)：主要是滿足日常業(yè)務(wù)處理的各種支撐引擎，日常業(yè)務(wù)管理需要工作流引擎支撐、Web服務(wù)平臺(tái)、視頻設(shè)備服務(wù)管理平臺(tái)、水質(zhì)設(shè)備管理支撐平臺(tái)等。其中地圖服務(wù)引擎主要采用開(kāi)源的GeoServer進(jìn)行地圖服務(wù)管理，并生成地圖緩存瓦片數(shù)據(jù)。

應(yīng)用系統(tǒng)層：主要是構(gòu)建在應(yīng)用層面上的各種應(yīng)用系統(tǒng)，分別是地圖展示、綜合查詢、綜合管理、大屏展示和系統(tǒng)管理。主要服務(wù)于職能管理部門，方便全面和實(shí)時(shí)掌握全域各治理點(diǎn)的漁業(yè)尾水處理情況。其中，大屏展示系統(tǒng)主要是為了滿足監(jiān)控中心大屏展示的目的。

用戶層：主要是系統(tǒng)的使用用戶，包括系統(tǒng)管理人員、縣級(jí)管理領(lǐng)導(dǎo)、工作人員和治理點(diǎn)負(fù)責(zé)人等。

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)主要是為了服務(wù)日常辦公使用，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理自動(dòng)化、信息化的一個(gè)綜合性地理信息管理平臺(tái)，主要目標(biāo)是利用將要建設(shè)的視頻監(jiān)控點(diǎn)、水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測(cè)站點(diǎn)、通信線路、網(wǎng)絡(luò)傳輸設(shè)備，形成統(tǒng)一的視頻及監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)收集和處理能力。系統(tǒng)主要由地圖展示、綜合查詢、綜合管理、大屏展示和系統(tǒng)管理5大模塊組成，如圖2所示。地圖展示模塊主要是以空間地圖的形式展示電子地圖，以及地圖上的治理點(diǎn)、設(shè)備點(diǎn)、視頻監(jiān)控點(diǎn)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)空間位置分布情況。綜合查詢功能主要是方便以列表的方式查詢治理點(diǎn)和視頻點(diǎn)信息，并可快速定位到相應(yīng)的空間地圖位置。綜合管理模塊主要是用于管理系治理點(diǎn)、曝氣設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，包括增加、修改、刪除和參數(shù)設(shè)置等操作。大屏展示模塊主要是提供一個(gè)綜合數(shù)據(jù)展示平臺(tái)，將各類以匯總或輪播的方式綜合展示到一個(gè)大屏上。系統(tǒng)管理模塊主要是用于維護(hù)系統(tǒng)的登錄用戶、操作權(quán)限、數(shù)據(jù)字典和系統(tǒng)日志等數(shù)據(jù)。

圖2 系統(tǒng)主要功能結(jié)構(gòu)圖

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)是系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ)，數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)是否能有效地組織和管理系統(tǒng)各個(gè)功能模塊的關(guān)鍵。漁業(yè)尾水處理智能管理平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)選型和庫(kù)表設(shè)計(jì)，應(yīng)充分考慮到空間數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)共同存儲(chǔ)的特點(diǎn)。數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)應(yīng)避免冗余度，具備較高的數(shù)據(jù)獨(dú)立性和易擴(kuò)張性，并且能夠被廣泛應(yīng)用到各種不同的應(yīng)用服務(wù)中。綜合考慮運(yùn)行效率、空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、維護(hù)成本、成熟性和建設(shè)成本等因素，本系統(tǒng)將采用MYSQL作為系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，用于管理給空間和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的核心原則是：

1）不在數(shù)據(jù)庫(kù)做大運(yùn)算。

2）CPU計(jì)算務(wù)必移至業(yè)務(wù)層。

3）控制列數(shù)量（字段少而精，字段數(shù)控制在20以內(nèi)）。

4）平衡范式與冗余（效率優(yōu)先；往往犧牲范式）。

5）拒絕3B（拒絕大SQL語(yǔ)句：big sql、拒絕大事物：big transaction、拒絕大批量：big batch）。

根據(jù)前提需求分析，系統(tǒng)管理的數(shù)據(jù)主要有基礎(chǔ)文本數(shù)據(jù)、空間圖形數(shù)據(jù)、照片數(shù)據(jù)和視頻流數(shù)據(jù)。文本數(shù)據(jù)主要是各治理點(diǎn)的基本信息、水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、視頻接口數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)操作數(shù)據(jù)等。該類數(shù)據(jù)主要采用二維表格式進(jìn)行存儲(chǔ)，并考慮查詢效率等需求，對(duì)于特定的數(shù)據(jù)庫(kù)表字段建立索引，以提高數(shù)據(jù)查詢效率?？臻g圖形數(shù)據(jù)主要是治理點(diǎn)面、曝氣池、凈化池等數(shù)據(jù)。系統(tǒng)將直接利用MYSQL的空間數(shù)據(jù)類型進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過(guò)GeoServer與MYSQL進(jìn)行直連的方式發(fā)布地圖，以提高數(shù)據(jù)更新和顯示的效率[6]。圖片數(shù)據(jù)在服務(wù)器上采用文件結(jié)構(gòu)進(jìn)行存儲(chǔ)，并將存儲(chǔ)的相對(duì)URL地址存儲(chǔ)在二維表中進(jìn)行管理。視頻流數(shù)據(jù)主要是視頻監(jiān)控圖像數(shù)據(jù)，由于視頻數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間大的特點(diǎn)，視頻流數(shù)據(jù)將采用異地定期保存的方式，各治理點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)由治理點(diǎn)本地進(jìn)行周期性覆蓋存儲(chǔ)，具體存儲(chǔ)周期取決于本地視頻存儲(chǔ)設(shè)備的存儲(chǔ)容量。

為了保證數(shù)據(jù)的安全性，數(shù)據(jù)庫(kù)必須設(shè)置定期自動(dòng)備份任務(wù)，以有效地防止當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或在數(shù)據(jù)

庫(kù)損壞時(shí)，能夠及時(shí)將備份的數(shù)據(jù)文件還原到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中，確保系統(tǒng)數(shù)據(jù)的安全性[7]。

3 主要功能實(shí)現(xiàn)

3.1 地圖展示

地圖展示功能是將漁業(yè)尾水基本信息展示到一張地圖上，在地圖上顯示治理點(diǎn)在地圖上的聚類情況。地圖放大比例尺后，以不同圖標(biāo)的方式在地圖上展示各治理點(diǎn)、設(shè)備點(diǎn)和水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)。點(diǎn)擊治理點(diǎn)圖標(biāo)能進(jìn)一步查看治理點(diǎn)詳細(xì)信息，以及視頻播放、圖片展示、地圖定位等功能。點(diǎn)擊治理點(diǎn)圖標(biāo)能進(jìn)一步查看設(shè)備點(diǎn)詳細(xì)信息，以及設(shè)備開(kāi)關(guān)控制、視頻播放、圖片展示等功能。

3.2 綜合查詢

綜合查詢模塊是用于各漁業(yè)尾水處理點(diǎn)相關(guān)信息的查詢和定位，主要包括治理點(diǎn)查詢和視頻監(jiān)控查詢 2個(gè)部分。

治理點(diǎn)查詢。通過(guò)治理點(diǎn)名稱、地址、面積和戶數(shù)來(lái)篩選治理點(diǎn)列表，列表中的治理點(diǎn)可以查看詳情，定位治理點(diǎn)位置和查看治理點(diǎn)圖片，如圖3所示。

圖3 治理點(diǎn)查詢

視頻監(jiān)控查詢。集中展示當(dāng)前用戶權(quán)限內(nèi)能查看的視頻，視頻的展示分為1×1、2×3、3×3、4×4 4種表現(xiàn)形式，也可以通過(guò)治理點(diǎn)查詢所在治理點(diǎn)的視頻，如圖4所示。

圖4 視頻監(jiān)控查詢

3.3 綜合管理

綜合管理模塊主要是用于管理漁業(yè)尾水治理點(diǎn)各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括治理點(diǎn)信息管理、視頻監(jiān)控管理、曝氣設(shè)備管理和水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理4個(gè)部分。

治理點(diǎn)信息管理。主要是管理治理點(diǎn)詳細(xì)信息的列表，依據(jù)權(quán)限展示是否可以對(duì)治理點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)修改和添加。點(diǎn)開(kāi)治理點(diǎn)信息還能查看所在治理點(diǎn)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)信息、視頻信息和設(shè)備信息，并可以控制設(shè)備開(kāi)關(guān)。

視頻監(jiān)控管理。主要是管理視頻監(jiān)控設(shè)備的各類接入?yún)?shù)及地址，以便將各治理點(diǎn)的視頻數(shù)據(jù)接入系統(tǒng)中，并根據(jù)用戶權(quán)限判斷是否可以對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、添加和刪除。

曝氣設(shè)備管理。管理并展示設(shè)備詳細(xì)信息的列表，依據(jù)權(quán)限展示是否可以對(duì)視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、添加和刪除。列表中可以遠(yuǎn)程控制設(shè)備的開(kāi)關(guān)。

水質(zhì)監(jiān)測(cè)管理。管理并展示水質(zhì)點(diǎn)詳細(xì)信息的列表，依據(jù)權(quán)限展示是否可以對(duì)水質(zhì)點(diǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行修改、添加和刪除[8]。還可以查看水質(zhì)點(diǎn)近5次修改的歷史數(shù)據(jù)，如圖5所示。

圖5 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)顯示

3.4 大屏展示

大屏展示功能主要是用于大數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)展示需求，用于大屏展示中心進(jìn)行數(shù)據(jù)展示，主要操作以瀏覽展示數(shù)據(jù)為主。主要展示數(shù)據(jù)包括治理點(diǎn)聚類分析結(jié)果、水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況輪播、水質(zhì)預(yù)警和視頻監(jiān)控輪播等。

3.5 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)管理主要保證系統(tǒng)正常運(yùn)行的各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括用戶管理、權(quán)限管理、字典管理、個(gè)人信息管理、密碼修改和系統(tǒng)日志等功能。

4 結(jié) 語(yǔ)

基于GIS的漁業(yè)尾水處理智能管理平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以地理空間數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，提供漁業(yè)尾水治理點(diǎn)周邊的地形地貌、治理點(diǎn)基本信息、沉淀池、曝氣池及視頻監(jiān)控設(shè)備等綜合信息，實(shí)現(xiàn)漁業(yè)尾水治理點(diǎn)及相關(guān)曝氣設(shè)備的日常管理，并結(jié)合地理信息空間地圖的可視化，將全面提高漁業(yè)養(yǎng)殖及尾水處理監(jiān)管部門的信息化管理水平，有利于改善周邊生態(tài)環(huán)境，促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，具有一定的研究及應(yīng)用價(jià)值。