基于物聯(lián)網(wǎng)與GIS 的白蟻智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張文童，王文晶，楊志蘭，張新平，王 瑊，張 欣

（南通市白蟻防治管理中心，江蘇 南通 226001）

白蟻是一種古老的社會(huì)性昆蟲，破壞性極大，危害涉及房屋建筑、文物古建、水庫堤壩、園林綠化與交通設(shè)施等眾多領(lǐng)域，白蟻危害不僅給人民群眾的財(cái)產(chǎn)帶來損失，還影響著我們的正常生活[1]。白蟻防治工作涉及到千家萬戶的房屋安全和財(cái)產(chǎn)安全問題，白蟻防治工程的相關(guān)信息是白蟻防治部門提供后期服務(wù)的重要依據(jù)，白蟻防治業(yè)務(wù)涉及新建房屋建筑、水利工程、園林綠地、軌道交通、文物古建、傳統(tǒng)村落等多個(gè)板塊，但是大部分防治機(jī)構(gòu)仍采用傳統(tǒng)人工的項(xiàng)目管理模式，傳統(tǒng)的施工管理和信息管理方法主要以紙質(zhì)材料流轉(zhuǎn)為主，在信息管理和查詢工作方面耗時(shí)耗力，效率較低，不能滿足現(xiàn)代白蟻防治數(shù)字化管理的相關(guān)要求，制約了白蟻防治的管理水平。

近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)、GIS 技術(shù)、大數(shù)據(jù)、智能終端等新技術(shù)的革新，白蟻防治工作者不斷探索這些新技術(shù)在白蟻防治工作中應(yīng)用，提升白蟻防治科技含量和現(xiàn)代化管理水平，推動(dòng)白蟻防治向自動(dòng)化、數(shù)字化的方向發(fā)展，唐麗華[2]應(yīng)用GIS 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)房屋白蟻治理的“一戶一檔”信息化管理；黃海娣等[3]設(shè)計(jì)了白蟻防治移動(dòng)操作平臺(tái)，應(yīng)用于白蟻防治業(yè)務(wù)流程辦理；王雷等[4]開發(fā)建設(shè)了移動(dòng)監(jiān)察預(yù)警系統(tǒng)用于白蟻預(yù)防與滅治軌跡跟蹤、最短線路規(guī)劃；楊靜等[5]利用GIS 管理系統(tǒng)應(yīng)用在白蟻危害預(yù)警及工程管理中。本文以南通基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS 技術(shù)的智能白蟻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用實(shí)踐為例，闡述了系統(tǒng)開發(fā)設(shè)計(jì)的總體架構(gòu)、開發(fā)技術(shù)、系統(tǒng)功能模塊及系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，利用移動(dòng)客戶端平臺(tái)對(duì)白蟻工程項(xiàng)目進(jìn)行管理，及時(shí)發(fā)現(xiàn)白蟻危害并進(jìn)行綜合治理，利用大數(shù)據(jù)對(duì)白蟻危害進(jìn)行分析和研判，探討和分析了白蟻智能監(jiān)控系統(tǒng)的建立方法和實(shí)現(xiàn)路徑，以期借助現(xiàn)代化的信息技術(shù)，提高白蟻防治工程的管理水平，為白蟻智慧防控管理體系建立提供有力的科學(xué)依據(jù)。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 總體框架

本系統(tǒng)以南通市白蟻防治管理系統(tǒng)為基礎(chǔ)，綜合運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)通信、地理信息系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理等技術(shù)，依托南通現(xiàn)有的白蟻防治工作體系，構(gòu)建了適用于移動(dòng)Android 主流版本的APP 系統(tǒng)，改變了原有記錄難以跟蹤查詢、表現(xiàn)形式單一、數(shù)據(jù)離散難以分析的情況，開創(chuàng)了白蟻防治管理的新模式，提高了白蟻防治的服務(wù)水平和效率。系統(tǒng)采用“M/S+B/S”分布式多層架構(gòu)技術(shù)，其中手機(jī)終端白蟻監(jiān)測(cè)APP 開發(fā)選用M/S（Mobile/Server）模式，Web端主要采用B/S（Browser/Server）模式，通過現(xiàn)場(chǎng)采集、在線交換、人工錄入等方式，對(duì)位置、蟻害圖片等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，通過4G/5G/無線網(wǎng)絡(luò)等通信方式上傳到系統(tǒng)存儲(chǔ)，結(jié)合GIS 地圖服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫管理、流程控制技術(shù)，將南通地區(qū)的白蟻防治全過程管理實(shí)現(xiàn)“一張圖”管理。

本系統(tǒng)使用三層應(yīng)用體系結(jié)構(gòu)（圖1），主要由表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)服務(wù)層組成，方便開發(fā)和維護(hù)，為后續(xù)的系統(tǒng)升級(jí)和功能擴(kuò)展提供足夠的接口。表現(xiàn)層主要是把系統(tǒng)的分布展示內(nèi)容、信息查詢功能和項(xiàng)目信息等進(jìn)行最終的呈現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了操作者和管理者的信息共享。業(yè)務(wù)邏輯層主要是根據(jù)防治部門的業(yè)務(wù)邏輯，設(shè)計(jì)分布式部件對(duì)象模型，基于開放式軟件基礎(chǔ)的分布式計(jì)算環(huán)境的遠(yuǎn)程控制調(diào)控，使白蟻預(yù)防、白蟻滅治及智能監(jiān)測(cè)等業(yè)務(wù)流程環(huán)環(huán)相扣，白蟻防治工作者能夠更快、更容易地訪問重要的業(yè)務(wù)信息。數(shù)據(jù)服務(wù)層主要是信息數(shù)據(jù)庫以及與其有關(guān)的后臺(tái)存儲(chǔ)過程和存取規(guī)則，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫的訪問權(quán)限管理、操作日志維護(hù)、特殊情況及時(shí)備份和恢復(fù)，保障數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的安全、穩(wěn)定。

圖1 白蟻智能監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

1.2 開發(fā)技術(shù)

1.2.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

在白蟻監(jiān)測(cè)裝置內(nèi)安裝感知模塊，將白蟻喜食餌料與智能感知模塊相連接，白蟻入侵監(jiān)測(cè)裝置時(shí)就會(huì)觸發(fā)智能傳感器，將白蟻危害的信息通過NB-IoT 物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸，智能監(jiān)測(cè)裝置原有的系統(tǒng)平臺(tái)收到傳感數(shù)據(jù)后會(huì)智能報(bào)警[6]，通過接口調(diào)用技術(shù)獲取這些監(jiān)測(cè)裝置的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接到白蟻智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中，管理人員可以通過系統(tǒng)平臺(tái)及時(shí)掌握白蟻危害治理實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和報(bào)警信息。

1.2.2 地理信息系統(tǒng)技術(shù)（GIS）

GIS 技術(shù)為白蟻防治的空間分布和分析提供了可操作性[7]，運(yùn)用測(cè)繪、定位、空間、信息技術(shù)，將房屋平面分布圖、園林綠化類型圖等建立成空間數(shù)據(jù)庫，運(yùn)用空間數(shù)據(jù)操作和圖形處理等功能[8]，在圖層上可以分圖層進(jìn)行編輯，對(duì)于特定項(xiàng)目也可以分圖層專題展示，分行政區(qū)域進(jìn)行搜素和分布數(shù)量統(tǒng)計(jì)，分析白蟻在時(shí)間、空間、數(shù)量上的變化以及與外環(huán)境的關(guān)系，從而采取有效的管理措施。

1.2.3 數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)

安卓系統(tǒng)端的數(shù)據(jù)庫與原來的業(yè)務(wù)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫同屬于一個(gè)數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)數(shù)據(jù)利用SQL Server 數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)對(duì)一套業(yè)務(wù)流程、用戶權(quán)限進(jìn)行管理，保持業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理同步，以歷年白蟻危害防治檔案構(gòu)建白蟻防治業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫，以GIS 技術(shù)建立白蟻危害空間數(shù)據(jù)庫，以智能監(jiān)測(cè)裝置的應(yīng)用為基礎(chǔ)建立監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫[9]，實(shí)現(xiàn)白蟻各項(xiàng)數(shù)據(jù)的展示和分析。

1.2.4 移動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)

移動(dòng)數(shù)據(jù)采集技術(shù)是結(jié)合便攜式移動(dòng)終端、移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)、電腦端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、儲(chǔ)存和處理為一體的新技術(shù)，將電腦端的應(yīng)用程序下載到移動(dòng)終端上，可在脫離電腦時(shí)進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸，發(fā)揮多設(shè)備采集的優(yōu)勢(shì)，移動(dòng)終端現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)庫及時(shí)導(dǎo)入到電腦端的數(shù)據(jù)庫中，使電腦端共享與同步獲得采集數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用安卓?jī)?nèi)置定位裝置的控制技術(shù)，調(diào)用移動(dòng)設(shè)備的內(nèi)置攝像頭，開發(fā)影像采集、定位功能，完成白蟻防治過程中軌跡記錄、影像上傳，利用手機(jī)推送服務(wù)，實(shí)現(xiàn)白蟻防治各環(huán)節(jié)待辦事項(xiàng)消息提醒功能。

2 系統(tǒng)功能模塊

根據(jù)日常業(yè)務(wù)工作流程，確定了白蟻防治智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的功能模塊，具體包括白蟻滅治勘查施工、房屋白蟻預(yù)防勘查施工、白蟻危害動(dòng)態(tài)分布展示、房屋白蟻預(yù)防工程動(dòng)態(tài)展示、白蟻綜合治理項(xiàng)目管理和信息查詢統(tǒng)計(jì)等幾個(gè)模塊功能。

2.1 白蟻滅治及預(yù)防模塊

白蟻滅治模塊包括白蟻業(yè)務(wù)受理、滅治勘查、滅治施工、資料歸檔等子模塊，房屋白蟻預(yù)防模塊包括業(yè)務(wù)受理、現(xiàn)場(chǎng)勘查、現(xiàn)場(chǎng)施工、竣工驗(yàn)收、回訪復(fù)查和資料歸檔等子模塊，實(shí)現(xiàn)了白蟻防治業(yè)務(wù)從業(yè)務(wù)受理到資料歸檔整個(gè)流程的流轉(zhuǎn)與存儲(chǔ)功能，各個(gè)部門之間通過完成相應(yīng)的任務(wù)環(huán)節(jié)來進(jìn)行業(yè)務(wù)的流轉(zhuǎn)，并且各用戶根據(jù)權(quán)限以待辦事項(xiàng)進(jìn)行顯示提醒辦理。

2.2 動(dòng)態(tài)展示模塊

動(dòng)態(tài)展示模塊包括白蟻危害動(dòng)態(tài)分布、房屋白蟻預(yù)防工程動(dòng)態(tài)展示、白蟻綜合治理項(xiàng)目展示模塊（圖2），主要有地圖展示、地圖操作和數(shù)據(jù)展示等功能子模塊。對(duì)于滅治地圖展示以戶為單位展示，房屋白蟻預(yù)防工程以工程項(xiàng)目進(jìn)行展示，白蟻綜合治理項(xiàng)目以具體特色項(xiàng)目為單位進(jìn)行展示。地圖操作可以進(jìn)行放大或縮小地圖顯示，下拉式菜單搜索和輸入關(guān)鍵詞搜索，點(diǎn)擊具體的圖標(biāo)就會(huì)顯示具體的白蟻危害和治理信息。整體數(shù)據(jù)展示分別以各行政區(qū)域的白蟻危害數(shù)量、工程量、綜合治理項(xiàng)目數(shù)展示，白蟻危害種類以具體的白蟻種類展示。

圖2 白蟻智能監(jiān)控系統(tǒng)模塊

2.3 信息查詢及統(tǒng)計(jì)模塊

業(yè)務(wù)查詢模塊可以方便、快捷地查閱相關(guān)受理信息，可以輸入受理編號(hào)、項(xiàng)目名稱、地址等查詢條件快速進(jìn)行查詢，系統(tǒng)會(huì)顯示所需要的信息記錄，點(diǎn)擊要查詢的記錄，詳細(xì)內(nèi)容就會(huì)顯示出來。統(tǒng)計(jì)分析模塊能對(duì)白蟻預(yù)防、白蟻滅治、特色項(xiàng)目分類、分區(qū)域進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并以柱形圖進(jìn)行展示，而白蟻危害種類以餅狀圖進(jìn)行展示和統(tǒng)計(jì)分析。

2.4 系統(tǒng)管理模塊

系統(tǒng)管理模塊對(duì)用戶名、用戶權(quán)限、用戶角色、部門管理、編碼管理、工作流程控制、數(shù)據(jù)庫管理和系統(tǒng)日志等系統(tǒng)信息進(jìn)行管理，同時(shí)設(shè)置歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)錄、系統(tǒng)幫助等子模塊，歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)錄子模塊對(duì)以往的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)錄和完善，便于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，系統(tǒng)幫助子模塊介紹各模塊的功能及相應(yīng)操作方法。管理部門人員具有系統(tǒng)的通用權(quán)限和管理權(quán)限，可以對(duì)業(yè)務(wù)部門、質(zhì)監(jiān)部門、綜合部門和工程部門進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)管，在默認(rèn)情況下顯示當(dāng)天各部門的總體運(yùn)行處理情況，也可以查看近一個(gè)月或指定時(shí)間段的業(yè)務(wù)處理情況。

3 系統(tǒng)功能實(shí)現(xiàn)

3.1 新建房屋白蟻預(yù)防工程項(xiàng)目管理功能實(shí)現(xiàn)

建設(shè)單位提出白蟻預(yù)防工程申請(qǐng)，業(yè)務(wù)部門通過白蟻防治管理系統(tǒng)進(jìn)行受理，將白蟻預(yù)防工程項(xiàng)目的受理編號(hào)、工程名稱、工程地址、建設(shè)單位名稱等項(xiàng)目基本信息錄入到管理系統(tǒng)，然后業(yè)務(wù)流轉(zhuǎn)至工程部門，工程部門派技術(shù)人員上門勘查，通過白蟻智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)填寫勘查方案，包括原址蟻情情況、地形地貌、地下室深度、蟻害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、選用藥劑、施工方式等信息，定位、拍攝現(xiàn)場(chǎng)勘查照片上傳，為了施工人員上門勘查操作方便，主要通過安卓平板，各條信息錄入主要以選項(xiàng)為主，方案流轉(zhuǎn)至施工組，施工時(shí)將施工幢號(hào)、施工日期、施工部位、施藥面積、藥劑名稱、配比濃度、施藥人和配藥人等信息錄入，施工結(jié)束后定位、拍攝現(xiàn)場(chǎng)勘查照片上傳，進(jìn)入竣工驗(yàn)收環(huán)節(jié)，開具白蟻預(yù)防證明，再進(jìn)行信息電子歸檔。施工項(xiàng)目在一張圖上顯示，待勘查和施工的項(xiàng)目分圖標(biāo)顯示，這樣更便于白蟻防治部門實(shí)時(shí)掌握白蟻預(yù)防工程項(xiàng)目受理、勘查、施工、竣工、歸檔的具體數(shù)量和分布，及時(shí)掌握工程施工進(jìn)展，對(duì)工程進(jìn)行全過程動(dòng)態(tài)監(jiān)管，極大地提高了預(yù)防工程的效率和質(zhì)量。

3.2 白蟻防治綜合治理項(xiàng)目管理功能實(shí)現(xiàn)

白蟻智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中設(shè)置了傳統(tǒng)建筑及傳統(tǒng)建筑組群、文保古建、園林綠化、軌道交通和不可移動(dòng)革命文物等多個(gè)白蟻綜合治理專項(xiàng)信息，分析各類綜合治理項(xiàng)目，可以有針對(duì)性地分類管理和開展治理工作。以傳統(tǒng)建筑及傳統(tǒng)建筑組群綜合治理專項(xiàng)為例，可以在地圖上直接點(diǎn)擊要查詢的項(xiàng)目圖標(biāo)或通過搜索欄搜索項(xiàng)目的關(guān)鍵詞，各綜合項(xiàng)目按照不同圖標(biāo)進(jìn)行區(qū)分，在地圖上一目了然，點(diǎn)擊后可以在右側(cè)直接以下拉式菜單式顯示項(xiàng)目名稱、項(xiàng)目地址、項(xiàng)目簡(jiǎn)要介紹描述、重點(diǎn)保護(hù)對(duì)象、蟻情蟻害信息和綜合治理情況等。

3.3 白蟻危害動(dòng)態(tài)分布功能實(shí)現(xiàn)

業(yè)務(wù)部門在收到老百姓的白蟻報(bào)治申請(qǐng)時(shí)，會(huì)在系統(tǒng)上登記房屋的位置信息、聯(lián)系人、聯(lián)系電話等基本信息，然后勘查人員會(huì)上門進(jìn)行白蟻危害勘查，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)定位、現(xiàn)場(chǎng)拍照、電子簽名、本地保存等數(shù)據(jù)采集和信息上傳操作，數(shù)據(jù)采集內(nèi)容主要包括白蟻危害種類、原址蟻情、蟻害部位、分飛時(shí)間及擬采用的施工方案等，將這些數(shù)據(jù)導(dǎo)入到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，就能實(shí)現(xiàn)南通地區(qū)的危害動(dòng)態(tài)分布圖（圖3），分散白蟻、乳白蟻、土白蟻和其他白蟻種類4 個(gè)圖標(biāo)進(jìn)行展示，在地圖上就能清晰地看到，南通地區(qū)主要以散白蟻屬危害為主，散白蟻屬的黑胸散白蟻、黃胸散白蟻為危害優(yōu)勢(shì)種，約占危害種類比例的80%。近幾年隨著物流運(yùn)輸業(yè)發(fā)展越來越迅速，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)乳白蟻屬的危害案例，土白蟻屬白蟻危害，在南通危害的案例較少，該種白蟻主要以樹木移栽過程中帶入。

圖3 白蟻危害動(dòng)態(tài)分布

3.4 白蟻分飛預(yù)測(cè)預(yù)警功能實(shí)現(xiàn)

在每年的三、四月份，南通市在南通發(fā)布、《江海晚報(bào)》《南通日?qǐng)?bào)》等新聞媒體上發(fā)布白蟻高飛預(yù)警，預(yù)警的內(nèi)容包含白蟻分飛高峰期的時(shí)間段、主要白蟻危害種類、白蟻危害高發(fā)區(qū)域以及分飛期的注意事項(xiàng)等內(nèi)容。通過白蟻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的建設(shè)、更新和優(yōu)化，目前已積累近十年白蟻危害信息數(shù)據(jù)，在危害發(fā)布之前，根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)歷年來白蟻滅治數(shù)據(jù)，通過屬性數(shù)據(jù)庫和GIS 時(shí)空數(shù)據(jù)庫進(jìn)行模型分析，以近五年的白蟻分飛數(shù)據(jù)為分析單元，結(jié)合歷年天氣狀況，如氣溫、氣壓、濕度、降雨量等數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，預(yù)警當(dāng)年的白蟻分飛集中爆發(fā)期，提醒廣大群眾提前做好防范。

4 結(jié)束語

隨著傳感技術(shù)、GIS 技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)的快速發(fā)展[10]，現(xiàn)代化信息技術(shù)在白蟻防治領(lǐng)域也在不斷地探索和應(yīng)用，在數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、安全性方面都有了很大改善和提升，促進(jìn)了白蟻防治工作現(xiàn)代化管理。本文設(shè)計(jì)和開發(fā)的基于物聯(lián)網(wǎng)和GIS 開發(fā)的白蟻智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采用模塊化開發(fā)方式，便于后期的修改、維護(hù)和功能的完善，界面操作簡(jiǎn)單快捷，有效解決了人工管理效率不高、流程不規(guī)范的問題；防治信息“一張圖”展示，讓白蟻防治工作者能夠?qū)崟r(shí)、遠(yuǎn)程掌握白蟻危害動(dòng)態(tài)信息，初步實(shí)現(xiàn)了以圖管業(yè)務(wù)，以圖促管理的效果，提高了白蟻防治的高效化、精細(xì)化、智能化管理水平，為智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在白蟻防治行業(yè)的應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)。