漁業尾水處理智能管理平臺設計與實現

盧建青，董萬虎

（1.浙江省測繪科學技術研究院，浙江 杭州 310030）

養殖尾水處理和重復利用已經成為研究漁業養殖可持續發展的關鍵環節，現在各政府部門都在積極投入資金和各種設備，處理漁業養殖所產生的廢水[1-2]。但由于漁業養殖戶大多比較分散，各類尾水處理設備是否正常定期運行都無法達到建設預期效果，迫切需要通過地理信息及信息化技術進行統一管理，以提高漁業尾水設施及設備的使用效率。

1 技術實現思路

由于本系統涉及管理的設備和數據具有空間分布廣、數據傳輸實時性要求高等特點，故采用B/S架構模式進行設計開發，使用.NET 4.5的C#語言進行代碼實現，采用GeoServer 2.13作為地圖服務發布和管理平臺，后臺業務及空間數據管理采用MySQL作為數據庫，空間數據通過GeoServer進行直接管理和發布，瀏覽器前端頁面采用Leaflet地圖組件進行渲染展示。系統采用國家“天地圖”作為展示的地圖底圖。

在總體技術設計上，將MIS、GIS技術集成于同一系統之中，存儲于同一數據庫，真正實現了MIS、GIS的技術一體化，為各級領導和主管部門提供了圖文一體化的基于B/S結構的協同工作應用環境[3]。在數據結構設計方面，使系統可以不斷適應各種標準的變化發展。強化信息的收集和整理，需要保證信息庫建設的完整性、真實性、現勢性[4]。完整的信息庫為綜合分析和決策提供足夠的依據；真實的信息庫為綜合分析和決策提供可靠的保證；現勢的信息庫為綜合分析和決策提供發展的基礎[5]。

2 總體設計

2.1 框架結構設計

系統采用開放的技術架構，使之形成一個開放式的管理平臺。在這個系統平臺中，底層結構、中間件、應用模塊、界面都獨立封裝，具有極高的靈活性、開放性、拓展性和穩定性。總體架構上采用了5層架構，自下而上分別是基礎設施層、數據層、業務支撐層、應用系統層和用戶層，而標準規范體系和安全保障體系應貫穿所有層級，確保系統運行的各個層面安全可靠，如圖1所示。

圖1 系統框架結構圖

硬件和網絡環境：主要是確保系統正常運行的網絡通訊設施及對應的基礎軟件設施，為平臺提供高性能、高存儲量、穩定的硬件環境和運行環境。

數據層：確保系統正常運行的各類數據，包括需要遙感影像、基礎地形、視頻數據、業務數據和其他數據（例如水質數據、養殖魚塘數據等），具有數據量大、性能和安全性要求高的特點。針對這些要求，數據源系統必須具有海量的數據存儲、便于實現分布式應用、超強的管理能力。針對漁業尾水處理管理的業務數據管理特點，本項目采用MySQL存儲空間數據以及屬性數據。

支撐平臺：主要是滿足日常業務處理的各種支撐引擎，日常業務管理需要工作流引擎支撐、Web服務平臺、視頻設備服務管理平臺、水質設備管理支撐平臺等。其中地圖服務引擎主要采用開源的GeoServer進行地圖服務管理，并生成地圖緩存瓦片數據。

應用系統層：主要是構建在應用層面上的各種應用系統，分別是地圖展示、綜合查詢、綜合管理、大屏展示和系統管理。主要服務于職能管理部門，方便全面和實時掌握全域各治理點的漁業尾水處理情況。其中，大屏展示系統主要是為了滿足監控中心大屏展示的目的。

用戶層：主要是系統的使用用戶，包括系統管理人員、縣級管理領導、工作人員和治理點負責人等。

2.2 系統功能設計

系統的功能設計主要是為了服務日常辦公使用，實現水質監測管理自動化、信息化的一個綜合性地理信息管理平臺，主要目標是利用將要建設的視頻監控點、水質自動監測站點、通信線路、網絡傳輸設備，形成統一的視頻及監測數據收集和處理能力。系統主要由地圖展示、綜合查詢、綜合管理、大屏展示和系統管理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、設備點、視頻監控點和水質監測點空間位置分布情況。綜合查詢功能主要是方便以列表的方式查詢治理點和視頻點信息，并可快速定位到相應的空間地圖位置。綜合管理模塊主要是用于管理系治理點、曝氣設備、水質監測數據和視頻監控數據，包括增加、修改、刪除和參數設置等操作。大屏展示模塊主要是提供一個綜合數據展示平臺，將各類以匯總或輪播的方式綜合展示到一個大屏上。系統管理模塊主要是用于維護系統的登錄用戶、操作權限、數據字典和系統日志等數據。

圖2 系統主要功能結構圖

2.3 數據庫設計

數據是系統運行的基礎，數據庫設計是否能有效地組織和管理系統各個功能模塊的關鍵。漁業尾水處理智能管理平臺的數據庫選型和庫表設計，應充分考慮到空間數據和業務數據共同存儲的特點。數據庫的設計應避免冗余度，具備較高的數據獨立性和易擴張性，并且能夠被廣泛應用到各種不同的應用服務中。綜合考慮運行效率、空間數據存儲、維護成本、成熟性和建設成本等因素，本系統將采用MYSQL作為系統后臺數據庫，用于管理給空間和業務數據。數據庫設計的核心原則是：

1）不在數據庫做大運算。

2）CPU計算務必移至業務層。

3）控制列數量（字段少而精，字段數控制在20以內）。

4）平衡范式與冗余（效率優先；往往犧牲范式）。

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

根據前提需求分析，系統管理的數據主要有基礎文本數據、空間圖形數據、照片數據和視頻流數據。文本數據主要是各治理點的基本信息、水質監測數據、視頻接口數據和業務操作數據等。該類數據主要采用二維表格式進行存儲，并考慮查詢效率等需求，對于特定的數據庫表字段建立索引，以提高數據查詢效率。空間圖形數據主要是治理點面、曝氣池、凈化池等數據。系統將直接利用MYSQL的空間數據類型進行存儲，并通過GeoServer與MYSQL進行直連的方式發布地圖，以提高數據更新和顯示的效率[6]。圖片數據在服務器上采用文件結構進行存儲，并將存儲的相對URL地址存儲在二維表中進行管理。視頻流數據主要是視頻監控圖像數據，由于視頻數據存儲空間大的特點，視頻流數據將采用異地定期保存的方式，各治理點的視頻數據由治理點本地進行周期性覆蓋存儲，具體存儲周期取決于本地視頻存儲設備的存儲容量。

為了保證數據的安全性，數據庫必須設置定期自動備份任務，以有效地防止當系統出現故障或在數據

庫損壞時，能夠及時將備份的數據文件還原到數據庫服務器中，確保系統數據的安全性[7]。

3 主要功能實現

3.1 地圖展示

地圖展示功能是將漁業尾水基本信息展示到一張地圖上，在地圖上顯示治理點在地圖上的聚類情況。地圖放大比例尺后，以不同圖標的方式在地圖上展示各治理點、設備點和水質監測點。點擊治理點圖標能進一步查看治理點詳細信息，以及視頻播放、圖片展示、地圖定位等功能。點擊治理點圖標能進一步查看設備點詳細信息，以及設備開關控制、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尾水處理點相關信息的查詢和定位，主要包括治理點查詢和視頻監控查詢 2個部分。

治理點查詢。通過治理點名稱、地址、面積和戶數來篩選治理點列表，列表中的治理點可以查看詳情，定位治理點位置和查看治理點圖片，如圖3所示。

圖3 治理點查詢

視頻監控查詢。集中展示當前用戶權限內能查看的視頻，視頻的展示分為1×1、2×3、3×3、4×4 4種表現形式，也可以通過治理點查詢所在治理點的視頻，如圖4所示。

圖4 視頻監控查詢

3.3 綜合管理

綜合管理模塊主要是用于管理漁業尾水治理點各類基礎數據，包括治理點信息管理、視頻監控管理、曝氣設備管理和水質監測管理4個部分。

治理點信息管理。主要是管理治理點詳細信息的列表，依據權限展示是否可以對治理點進行數據修改和添加。點開治理點信息還能查看所在治理點的水質監測信息、視頻信息和設備信息，并可以控制設備開關。

視頻監控管理。主要是管理視頻監控設備的各類接入參數及地址，以便將各治理點的視頻數據接入系統中，并根據用戶權限判斷是否可以對視頻數據進行修改、添加和刪除。

曝氣設備管理。管理并展示設備詳細信息的列表，依據權限展示是否可以對視頻數據進行修改、添加和刪除。列表中可以遠程控制設備的開關。

水質監測管理。管理并展示水質點詳細信息的列表，依據權限展示是否可以對水質點數據進行修改、添加和刪除[8]。還可以查看水質點近5次修改的歷史數據，如圖5所示。

圖5 水質監測數據顯示

3.4 大屏展示

大屏展示功能主要是用于大數據的實時展示需求，用于大屏展示中心進行數據展示，主要操作以瀏覽展示數據為主。主要展示數據包括治理點聚類分析結果、水質監測情況輪播、水質預警和視頻監控輪播等。

3.5 系統管理

系統管理主要保證系統正常運行的各類基礎數據，包括用戶管理、權限管理、字典管理、個人信息管理、密碼修改和系統日志等功能。

4 結 語

基于GIS的漁業尾水處理智能管理平臺設計與實現，以地理空間數據為基礎，提供漁業尾水治理點周邊的地形地貌、治理點基本信息、沉淀池、曝氣池及視頻監控設備等綜合信息，實現漁業尾水治理點及相關曝氣設備的日常管理，并結合地理信息空間地圖的可視化，將全面提高漁業養殖及尾水處理監管部門的信息化管理水平，有利于改善周邊生態環境，促進社會經濟的可持續發展，具有一定的研究及應用價值。