渔业尾水处理智能管理平台设计与实现

卢建青，董万虎

（1.浙江省测绘科学技术研究院，浙江 杭州 310030）

养殖尾水处理和重复利用已经成为研究渔业养殖可持续发展的关键环节，现在各政府部门都在积极投入资金和各种设备，处理渔业养殖所产生的废水[1-2]。但由于渔业养殖户大多比较分散，各类尾水处理设备是否正常定期运行都无法达到建设预期效果，迫切需要通过地理信息及信息化技术进行统一管理，以提高渔业尾水设施及设备的使用效率。

1 技术实现思路

由于本系统涉及管理的设备和数据具有空间分布广、数据传输实时性要求高等特点，故采用B/S架构模式进行设计开发，使用.NET 4.5的C#语言进行代码实现，采用GeoServer 2.13作为地图服务发布和管理平台，后台业务及空间数据管理采用MySQL作为数据库，空间数据通过GeoServer进行直接管理和发布，浏览器前端页面采用Leaflet地图组件进行渲染展示。系统采用国家“天地图”作为展示的地图底图。

在总体技术设计上，将MIS、GIS技术集成于同一系统之中，存储于同一数据库，真正实现了MIS、GIS的技术一体化，为各级领导和主管部门提供了图文一体化的基于B/S结构的协同工作应用环境[3]。在数据结构设计方面，使系统可以不断适应各种标准的变化发展。强化信息的收集和整理，需要保证信息库建设的完整性、真实性、现势性[4]。完整的信息库为综合分析和决策提供足够的依据；真实的信息库为综合分析和决策提供可靠的保证；现势的信息库为综合分析和决策提供发展的基础[5]。

2 总体设计

2.1 框架结构设计

系统采用开放的技术架构，使之形成一个开放式的管理平台。在这个系统平台中，底层结构、中间件、应用模块、界面都独立封装，具有极高的灵活性、开放性、拓展性和稳定性。总体架构上采用了5层架构，自下而上分别是基础设施层、数据层、业务支撑层、应用系统层和用户层，而标准规范体系和安全保障体系应贯穿所有层级，确保系统运行的各个层面安全可靠，如图1所示。

图1 系统框架结构图

硬件和网络环境：主要是确保系统正常运行的网络通讯设施及对应的基础软件设施，为平台提供高性能、高存储量、稳定的硬件环境和运行环境。

数据层：确保系统正常运行的各类数据，包括需要遥感影像、基础地形、视频数据、业务数据和其他数据（例如水质数据、养殖鱼塘数据等），具有数据量大、性能和安全性要求高的特点。针对这些要求，数据源系统必须具有海量的数据存储、便于实现分布式应用、超强的管理能力。针对渔业尾水处理管理的业务数据管理特点，本项目采用MySQL存储空间数据以及属性数据。

支撑平台：主要是满足日常业务处理的各种支撑引擎，日常业务管理需要工作流引擎支撑、Web服务平台、视频设备服务管理平台、水质设备管理支撑平台等。其中地图服务引擎主要采用开源的GeoServer进行地图服务管理，并生成地图缓存瓦片数据。

应用系统层：主要是构建在应用层面上的各种应用系统，分别是地图展示、综合查询、综合管理、大屏展示和系统管理。主要服务于职能管理部门，方便全面和实时掌握全域各治理点的渔业尾水处理情况。其中，大屏展示系统主要是为了满足监控中心大屏展示的目的。

用户层：主要是系统的使用用户，包括系统管理人员、县级管理领导、工作人员和治理点负责人等。

2.2 系统功能设计

系统的功能设计主要是为了服务日常办公使用，实现水质监测管理自动化、信息化的一个综合性地理信息管理平台，主要目标是利用将要建设的视频监控点、水质自动监测站点、通信线路、网络传输设备，形成统一的视频及监测数据收集和处理能力。系统主要由地图展示、综合查询、综合管理、大屏展示和系统管理5大模块组成，如图2所示。地图展示模块主要是以空间地图的形式展示电子地图，以及地图上的治理点、设备点、视频监控点和水质监测点空间位置分布情况。综合查询功能主要是方便以列表的方式查询治理点和视频点信息，并可快速定位到相应的空间地图位置。综合管理模块主要是用于管理系治理点、曝气设备、水质监测数据和视频监控数据，包括增加、修改、删除和参数设置等操作。大屏展示模块主要是提供一个综合数据展示平台，将各类以汇总或轮播的方式综合展示到一个大屏上。系统管理模块主要是用于维护系统的登录用户、操作权限、数据字典和系统日志等数据。

图2 系统主要功能结构图

2.3 数据库设计

数据是系统运行的基础，数据库设计是否能有效地组织和管理系统各个功能模块的关键。渔业尾水处理智能管理平台的数据库选型和库表设计，应充分考虑到空间数据和业务数据共同存储的特点。数据库的设计应避免冗余度，具备较高的数据独立性和易扩张性，并且能够被广泛应用到各种不同的应用服务中。综合考虑运行效率、空间数据存储、维护成本、成熟性和建设成本等因素，本系统将采用MYSQL作为系统后台数据库，用于管理给空间和业务数据。数据库设计的核心原则是：

1）不在数据库做大运算。

2）CPU计算务必移至业务层。

3）控制列数量（字段少而精，字段数控制在20以内）。

4）平衡范式与冗余（效率优先；往往牺牲范式）。

5）拒绝3B（拒绝大SQL语句：big sql、拒绝大事物：big transaction、拒绝大批量：big batch）。

根据前提需求分析，系统管理的数据主要有基础文本数据、空间图形数据、照片数据和视频流数据。文本数据主要是各治理点的基本信息、水质监测数据、视频接口数据和业务操作数据等。该类数据主要采用二维表格式进行存储，并考虑查询效率等需求，对于特定的数据库表字段建立索引，以提高数据查询效率。空间图形数据主要是治理点面、曝气池、净化池等数据。系统将直接利用MYSQL的空间数据类型进行存储，并通过GeoServer与MYSQL进行直连的方式发布地图，以提高数据更新和显示的效率[6]。图片数据在服务器上采用文件结构进行存储，并将存储的相对URL地址存储在二维表中进行管理。视频流数据主要是视频监控图像数据，由于视频数据存储空间大的特点，视频流数据将采用异地定期保存的方式，各治理点的视频数据由治理点本地进行周期性覆盖存储，具体存储周期取决于本地视频存储设备的存储容量。

为了保证数据的安全性，数据库必须设置定期自动备份任务，以有效地防止当系统出现故障或在数据

库损坏时，能够及时将备份的数据文件还原到数据库服务器中，确保系统数据的安全性[7]。

3 主要功能实现

3.1 地图展示

地图展示功能是将渔业尾水基本信息展示到一张地图上，在地图上显示治理点在地图上的聚类情况。地图放大比例尺后，以不同图标的方式在地图上展示各治理点、设备点和水质监测点。点击治理点图标能进一步查看治理点详细信息，以及视频播放、图片展示、地图定位等功能。点击治理点图标能进一步查看设备点详细信息，以及设备开关控制、视频播放、图片展示等功能。

3.2 综合查询

综合查询模块是用于各渔业尾水处理点相关信息的查询和定位，主要包括治理点查询和视频监控查询 2个部分。

治理点查询。通过治理点名称、地址、面积和户数来筛选治理点列表，列表中的治理点可以查看详情，定位治理点位置和查看治理点图片，如图3所示。

图3 治理点查询

视频监控查询。集中展示当前用户权限内能查看的视频，视频的展示分为1×1、2×3、3×3、4×4 4种表现形式，也可以通过治理点查询所在治理点的视频，如图4所示。

图4 视频监控查询

3.3 综合管理

综合管理模块主要是用于管理渔业尾水治理点各类基础数据，包括治理点信息管理、视频监控管理、曝气设备管理和水质监测管理4个部分。

治理点信息管理。主要是管理治理点详细信息的列表，依据权限展示是否可以对治理点进行数据修改和添加。点开治理点信息还能查看所在治理点的水质监测信息、视频信息和设备信息，并可以控制设备开关。

视频监控管理。主要是管理视频监控设备的各类接入参数及地址，以便将各治理点的视频数据接入系统中，并根据用户权限判断是否可以对视频数据进行修改、添加和删除。

曝气设备管理。管理并展示设备详细信息的列表，依据权限展示是否可以对视频数据进行修改、添加和删除。列表中可以远程控制设备的开关。

水质监测管理。管理并展示水质点详细信息的列表，依据权限展示是否可以对水质点数据进行修改、添加和删除[8]。还可以查看水质点近5次修改的历史数据，如图5所示。

图5 水质监测数据显示

3.4 大屏展示

大屏展示功能主要是用于大数据的实时展示需求，用于大屏展示中心进行数据展示，主要操作以浏览展示数据为主。主要展示数据包括治理点聚类分析结果、水质监测情况轮播、水质预警和视频监控轮播等。

3.5 系统管理

系统管理主要保证系统正常运行的各类基础数据，包括用户管理、权限管理、字典管理、个人信息管理、密码修改和系统日志等功能。

4 结 语

基于GIS的渔业尾水处理智能管理平台设计与实现，以地理空间数据为基础，提供渔业尾水治理点周边的地形地貌、治理点基本信息、沉淀池、曝气池及视频监控设备等综合信息，实现渔业尾水治理点及相关曝气设备的日常管理，并结合地理信息空间地图的可视化，将全面提高渔业养殖及尾水处理监管部门的信息化管理水平，有利于改善周边生态环境，促进社会经济的可持续发展，具有一定的研究及应用价值。