基于物聯(lián)網(wǎng)的大型人工濕地?cái)?shù)字化系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

吳博帆 趙樹成 劉丹

摘? 要：該文緊緊圍繞雄安新區(qū)府河河口濕地水質(zhì)監(jiān)測、水雨情監(jiān)測、視頻監(jiān)控等系統(tǒng)運(yùn)行管理特點(diǎn)，利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，分析研究系統(tǒng)建設(shè)的關(guān)鍵問題，以在線自動監(jiān)測信息管理為核心，以數(shù)字府河河口濕地運(yùn)維管理平臺為支撐，統(tǒng)籌考慮工程運(yùn)行管理要求，進(jìn)行感知層數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲系統(tǒng)的建設(shè)，做到采集數(shù)據(jù)全面、傳輸及時(shí)、數(shù)據(jù)暢通、信息共享。該數(shù)字化系統(tǒng)具有監(jiān)測數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)瀏覽、查詢、編輯、分析等功能，系統(tǒng)對于提高濕地全天候、全方位監(jiān)測能力，實(shí)現(xiàn)大型濕地的遠(yuǎn)程監(jiān)測及運(yùn)維提供了重要的技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：大型濕地? 物聯(lián)網(wǎng)? 數(shù)字化? 遠(yuǎn)程監(jiān)測

中圖分類號：TP391? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2021）05（b）-0006-09

Abstract： Focusing on the operation and management characteristics of Fuhe estuary wetland water quality monitoring， water and rain monitoring， video monitoring and other systems in Xiong'an new area， this paper analyzes and studies the key problems of system construction by using the Internet of things technology， with online automatic monitoring information management as the core， and digital Fuhe estuary wetland operation and maintenance management platform as the support， taking the project operation and management requirements into overall consideration， The construction of data acquisition， transmission and storage system in the perception layer can achieve comprehensive data acquisition， timely transmission， smooth data flow and information sharing. The digital system has the functions of real-time browsing， querying， editing and analyzing the monitoring data. The system provides important technical support for improving the all-weather and all-round monitoring ability of wetlands and realizing the remote monitoring and operation and maintenance of large wetlands.

Key Words： Large scale wetland; Internet of things; Digitization; Remote monitoring

濕地被人們稱為“地球之腎”，具有涵養(yǎng)水分、調(diào)節(jié)氣候、維護(hù)生態(tài)多樣性和提供可利用資源等生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能，是人類賴以生存和持續(xù)發(fā)展的重要基礎(chǔ)[1]。白洋淀是“華北之腎”，維護(hù)白洋淀入淀水質(zhì)和生態(tài)景觀是雄安新區(qū)一項(xiàng)重要工作，府河河口濕地是雄安新區(qū)新建的大型人工濕地，面積為4.23 km2，濕地地處雄安新區(qū)腹地，緊靠安新和寨里組團(tuán)，是府河、瀑河、漕河入淀河流的緩沖區(qū)域。雄安新區(qū)府河河口濕地位置見圖1。工程任務(wù)是凈化入淀水質(zhì)，并兼顧應(yīng)急處理突發(fā)水污染事故及濕地生態(tài)恢復(fù)，重點(diǎn)建設(shè)府河河口濕地物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的水雨情監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等核心應(yīng)用子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度管理集中化，兼顧運(yùn)行維護(hù)系統(tǒng)、安全保障體系、通信系統(tǒng)等輔助子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)決策科學(xué)化，為工程運(yùn)行管理提供現(xiàn)代化的信息技術(shù)保障。

物聯(lián)網(wǎng)（Internet of things）是互聯(lián)網(wǎng)的延伸，利用局部網(wǎng)絡(luò)或互聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)把傳感器、控制器、機(jī)器、人員和物等通過新的方式聯(lián)在一起，形成人與物、物與物相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息化、遠(yuǎn)程管理控制和智能化的網(wǎng)絡(luò)[2]。府河河口濕地水質(zhì)凈化工程建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，不僅順應(yīng)水利現(xiàn)代化管理的需要，同時(shí)也符合國家對水利信息化的要求以及雄安新區(qū)對城市規(guī)劃的建設(shè)要求。府河河口濕地水質(zhì)凈化工程物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)建設(shè)水雨情監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、運(yùn)行維護(hù)管理平臺等，能夠有效提高府河河口濕地水質(zhì)凈化工程運(yùn)維管理水平，物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用也為實(shí)現(xiàn)大型濕地的遠(yuǎn)程監(jiān)測提供了重要的技術(shù)支持。

1? 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想

基于物聯(lián)網(wǎng)的大型人工濕地?cái)?shù)字化系統(tǒng)以在線自動監(jiān)測信息管理為核心，以運(yùn)維管理平臺為支撐，統(tǒng)籌考慮工程運(yùn)行管理要求，進(jìn)行感知層數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲系統(tǒng)的建設(shè)，做到采集數(shù)據(jù)全面、傳輸及時(shí)、數(shù)據(jù)暢通、信息共享，為濕地運(yùn)行管理提供功能強(qiáng)大的支持環(huán)境[3]。充分考慮系統(tǒng)建設(shè)的開放性、可靠性、可維護(hù)性，進(jìn)行系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)。

從府河河口濕地水質(zhì)凈化工程管理者角度出發(fā)，本著技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理、安全適用、便于安裝、方便維護(hù)的使用要求，并結(jié)合雄安新區(qū)遠(yuǎn)期發(fā)展規(guī)劃，以節(jié)省工程投資和降低維護(hù)費(fèi)用、提高社會效益為指導(dǎo)思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。

1.2 設(shè)計(jì)要點(diǎn)

基于物聯(lián)網(wǎng)的大型人工濕地?cái)?shù)字化系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容涵蓋了硬件設(shè)備監(jiān)測和軟件應(yīng)用系統(tǒng)，硬件設(shè)備監(jiān)測的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于落實(shí)各系統(tǒng)功能需求，從工程實(shí)際出發(fā)，合理進(jìn)行設(shè)備選型，合理組織系統(tǒng)架構(gòu)。

軟件應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于數(shù)據(jù)資源方面、各系統(tǒng)功能方面以及與雄安新區(qū)層面上平臺的關(guān)系方面。

1.2.1 數(shù)據(jù)資源方面

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源方面的要點(diǎn)，主要分為以下4點(diǎn)。

（1）數(shù)據(jù)的存儲位置。目前可供數(shù)據(jù)存儲的位置有雄安云和各縣管理處，如何根據(jù)用戶的需求、業(yè)務(wù)應(yīng)用的內(nèi)容確定各類數(shù)據(jù)的存儲位置，是設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一。

（2）數(shù)據(jù)的種類、來源、流程等。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的業(yè)務(wù)系統(tǒng)種類較多，功能豐富，因此需要作為支撐的數(shù)據(jù)種類就非常多。在設(shè)計(jì)階段明確數(shù)據(jù)的種類，思考各類數(shù)據(jù)的可能來源，理清各業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流程，為實(shí)施階段的工作打好基礎(chǔ)，是設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一。

（3）接入不同硬件監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)。硬件監(jiān)測設(shè)備的種類較多，監(jiān)測對象和內(nèi)容差異也較大。如何設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)接入接口，統(tǒng)一接入各硬件監(jiān)測設(shè)備的數(shù)據(jù)，是設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一。

（4）與雄安新區(qū)層面上各平臺數(shù)據(jù)的交換問題。雄安新區(qū)層面上平臺種類較多，按新區(qū)要求，工程建設(shè)、運(yùn)營治理過程中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、IoT數(shù)據(jù)應(yīng)匯聚到指定平臺，同時(shí)，工程建設(shè)、運(yùn)營治理也可向該類平臺申請共享其平臺內(nèi)的數(shù)據(jù)。如何向各平臺提供數(shù)據(jù)或讀取數(shù)據(jù)，是設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一。

1.2.2 各系統(tǒng)功能方面

各系統(tǒng)的重點(diǎn)功能設(shè)計(jì)，是物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)，具體針對每個系統(tǒng)而言。

（1）運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)中，各業(yè)務(wù)流程比較繁雜，需要理清各業(yè)務(wù)流程及相應(yīng)的數(shù)據(jù)流程。

（2）數(shù)字府河河口濕地運(yùn)維管理平臺如何與其他的業(yè)務(wù)系統(tǒng)功能相關(guān)聯(lián)，在具體業(yè)務(wù)上發(fā)揮運(yùn)維平臺的優(yōu)勢，是設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一。

（3）物聯(lián)服務(wù)支撐平臺中，考慮如何將各系統(tǒng)集成，如何發(fā)揮其承上啟下的作用，是設(shè)計(jì)要點(diǎn)之一。

1.3 設(shè)計(jì)思路

立足于府河河口濕地實(shí)際情況與整體水質(zhì)凈化工程設(shè)計(jì)，結(jié)合雄安新區(qū)的規(guī)劃要求，以府河河口濕地在線自動監(jiān)測為核心，高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)物聯(lián)網(wǎng)硬件監(jiān)測系統(tǒng)和軟件應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對工程建設(shè)和運(yùn)行管理的數(shù)字化、信息化，并能夠無縫對接雄安新區(qū)相關(guān)的信息化平臺[4]。

1.4 總體框架結(jié)構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)總體框架共分為5個層次，從下到上依次為感知層、數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層和用戶層。同時(shí)安全保障體系為系統(tǒng)的全層次提供安全保障。具體見圖2。

2? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 服務(wù)器硬件配置

系統(tǒng)服務(wù)器種類分為布設(shè)在雄安云的GIS服務(wù)器、網(wǎng)站服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器、文件服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、備份服務(wù)器和布設(shè)在各管理處的水質(zhì)、水雨情監(jiān)測服務(wù)器、閘門監(jiān)控服務(wù)器。GIS服務(wù)器主要用于GIS相關(guān)平臺，提供三維GIS服務(wù)[5]。網(wǎng)站服務(wù)器主要用于Web端和App端網(wǎng)站的部署和發(fā)布。應(yīng)用服務(wù)器主要用于系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)部署。文件服務(wù)器主要用于存儲靜態(tài)資源文件。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器主要用于存儲IoT數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。備份服務(wù)器主要對文件與數(shù)據(jù)庫等進(jìn)行備份。

采用虛擬服務(wù)器技術(shù)，將一臺完整的服務(wù)器主機(jī)分成若干個主機(jī)。實(shí)質(zhì)是將真實(shí)的硬盤空間分成若干份，然后供給不同用戶，每一臺被分割的主機(jī)都具有獨(dú)立的域名和IP地址，但共享真實(shí)主機(jī)的CPU、RAM、操作系統(tǒng)、應(yīng)用軟件等，對外表現(xiàn)為多個服務(wù)器，從而可以充分利用服務(wù)器硬件資源。

基于虛擬服務(wù)器技術(shù)，考慮支持多用戶同時(shí)并發(fā)請求大量數(shù)據(jù)的需求，該系統(tǒng)實(shí)際需要利用3臺高性能的物理服務(wù)器進(jìn)行虛擬。服務(wù)器配置見表1。

2.2 軟件配置

推薦系統(tǒng)相關(guān)的軟件配置具體如下。

服務(wù)器環(huán)境：JDK1.8.0版本+Tomcat8.0版本+CDH。開發(fā)環(huán)境：Java+Intellij IDEA+JDK1.8.0版本+Tomcat8.0版本。

數(shù)字府河濕地運(yùn)維平臺客戶端配置如下。

B/S客戶端，需要運(yùn)維插件版方式支撐，應(yīng)用能力強(qiáng)大，可支持可視化、查詢、編輯等權(quán)限操作?？蛻舳谁h(huán)境配置見表2。

2.3 網(wǎng)絡(luò)配置

數(shù)字府河濕地運(yùn)維平臺網(wǎng)絡(luò)配置，如果在局域網(wǎng)或政務(wù)內(nèi)網(wǎng)共享，每個訪問需100M帶寬，服務(wù)端需根據(jù)用戶同時(shí)訪問量來計(jì)算網(wǎng)絡(luò)帶寬，客戶端獨(dú)享100M網(wǎng)絡(luò)帶寬。

系統(tǒng)性能要求：（1）WebGIS響應(yīng)速度應(yīng)小于5 s。（2）復(fù)雜報(bào)表響應(yīng)速度應(yīng)小于5 s。（3）一般查詢響應(yīng)速度應(yīng)小于3 s。（4）信息接收并發(fā)數(shù)應(yīng)不低于150。

（5）信息處理時(shí)間應(yīng)不大于1 min。（6）信息報(bào)送到達(dá)時(shí)間應(yīng)不超過30 min。（7）基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理時(shí)間應(yīng)不大于15 min。（8）該系統(tǒng)是一個涉及數(shù)據(jù)儲存、數(shù)據(jù)庫建設(shè)、數(shù)據(jù)庫管理的完整體系，必須滿足數(shù)據(jù)完整性、高可靠性和高可用性。

3? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 監(jiān)測數(shù)據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1.1 系統(tǒng)概述

運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)對工程和運(yùn)維人員進(jìn)行管理。工程管理包括對工程的巡查維護(hù)、維修養(yǎng)護(hù)、管理考核、突發(fā)事件響應(yīng)等運(yùn)行維護(hù)階段的各類業(yè)務(wù)進(jìn)行信息化的管理[6]。運(yùn)維人員管理側(cè)重于為各類運(yùn)維人員的運(yùn)維工作提供信息化的輔助，包括值班管理、工單管理、巡檢管理等功能[7]。通過運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)的建設(shè)，為運(yùn)維階段的各項(xiàng)業(yè)務(wù)提供便利，保證正常生產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工程的全生命周期管理，保障工程正常運(yùn)行。

3.1.2 系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程

系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程可分為6個部分，包括值班流程、巡檢流程、養(yǎng)護(hù)流程、維修流程、考核流程以及突發(fā)事件響應(yīng)流程。

值班流程首先是排班人員進(jìn)行排班，可選擇按模板或者不按模板，排班后生成值班計(jì)劃。值班計(jì)劃由系統(tǒng)流轉(zhuǎn)到領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行審批，不通過的需要重排，通過的由系統(tǒng)通過郵件、短信等方式通知當(dāng)前值班人員。值班人員值班完成后向系統(tǒng)提交值班日志，系統(tǒng)自動生成值班記錄。

巡檢流程首先是管理人員根據(jù)巡檢基礎(chǔ)信息和設(shè)備臺賬信息制訂巡檢計(jì)劃，由巡檢人員執(zhí)行。巡檢人員在巡檢中發(fā)現(xiàn)的問題包括工程存在隱患或者已經(jīng)損壞，需及時(shí)通知管理的責(zé)任人，經(jīng)過責(zé)任人存在隱患的設(shè)備進(jìn)入養(yǎng)護(hù)流程，已經(jīng)損壞的設(shè)備進(jìn)入維修流程。巡檢人員結(jié)束巡檢后，系統(tǒng)自動生成巡檢記錄，并進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析。

養(yǎng)護(hù)流程由責(zé)任人首先制訂養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，發(fā)起養(yǎng)護(hù)工單，工單流轉(zhuǎn)到領(lǐng)導(dǎo)處進(jìn)行審批，審批通過后由承辦人執(zhí)行養(yǎng)護(hù)任務(wù)。養(yǎng)護(hù)任務(wù)執(zhí)行完成后責(zé)任人判斷隱患是否排除，若已排除則結(jié)束工單，若仍未排除則進(jìn)入維修流程。

維修流程首先由責(zé)任人提出維修申請，發(fā)起維修工單，工單流轉(zhuǎn)到領(lǐng)導(dǎo)處進(jìn)行審批，審批通過后由承辦人執(zhí)行維修任務(wù)。維修任務(wù)執(zhí)行完成后責(zé)任人判斷是否維修好，若損壞問題已經(jīng)解決則結(jié)束工單，若仍未解決則繼續(xù)制訂維修計(jì)劃進(jìn)行進(jìn)一步的維修。

考核流程是基于維修、巡檢業(yè)務(wù)相關(guān)記錄，提取值班缺勤率、問題缺報(bào)率、計(jì)劃執(zhí)行率、工程問題發(fā)生率等信息作為考核指標(biāo)，對巡檢人員及工程運(yùn)維工作進(jìn)行考核。

突發(fā)事件響應(yīng)流程主要包括4個步驟：首先是事先制訂突發(fā)事件下的響應(yīng)預(yù)案，然后在系統(tǒng)中設(shè)置閾值進(jìn)行突發(fā)事件發(fā)生前的預(yù)警，突發(fā)事件結(jié)束后形成響應(yīng)記錄，最后對該次突發(fā)事件的響應(yīng)記錄進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，根據(jù)統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果不斷完善響應(yīng)預(yù)案。

系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程圖見圖3。

3.1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程與各業(yè)務(wù)流程相對應(yīng)，針對各業(yè)務(wù)流程總結(jié)重要的外部實(shí)體、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)存儲。

外部實(shí)體指系統(tǒng)以外和系統(tǒng)有聯(lián)系的人或物，該系統(tǒng)包括排班人員、值班人員、巡檢人員、領(lǐng)導(dǎo)、責(zé)任人和承辦人。

數(shù)據(jù)處理指對數(shù)據(jù)的邏輯處理，也就是數(shù)據(jù)變換，它用來改變數(shù)據(jù)值。而每一種處理又包括數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)輸出等部分。該系統(tǒng)中包括值班管理、設(shè)備管理、工程巡檢維護(hù)、工程維修養(yǎng)護(hù)、工程管理考核、突發(fā)事件管理。

數(shù)據(jù)存儲用來存儲數(shù)據(jù)，該系統(tǒng)中包括值班詳情、突發(fā)事件記錄、巡檢詳情、工程信息、設(shè)備臺賬、工單記錄。

各外部實(shí)體與數(shù)據(jù)處理之間產(chǎn)生各種數(shù)據(jù)流，包括輸入數(shù)據(jù)流和輸出數(shù)據(jù)流。系統(tǒng)處理從數(shù)據(jù)存儲中提取數(shù)據(jù)，也將處理的數(shù)據(jù)返回?cái)?shù)據(jù)存儲。

該系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)流見圖4。

3.1.4 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

運(yùn)行維護(hù)管理系統(tǒng)主要包括七大功能模塊，分別為工程巡查維護(hù)、工程維修養(yǎng)護(hù)、工程管理考核、值班管理、設(shè)備管理、工單管理、突發(fā)事件響應(yīng)。工程巡查維護(hù)主要針對工程巡查過程中產(chǎn)生的各類業(yè)務(wù)進(jìn)行管理[8]。工程維修養(yǎng)護(hù)主要對維修養(yǎng)護(hù)的計(jì)劃、組織、監(jiān)督、驗(yàn)收等各個環(huán)節(jié)進(jìn)行管理。工程管理考核選取指標(biāo)對運(yùn)行維護(hù)工作進(jìn)行考核評分。值班管理主要對運(yùn)維人員的值班業(yè)務(wù)進(jìn)行信息化輔助。設(shè)備管理主要對設(shè)備的基本信息、資產(chǎn)信息、備品備件、變動記錄等進(jìn)行管理。工單管理主要對運(yùn)行維護(hù)中產(chǎn)生的需要多流程處理的工單進(jìn)行管理。突發(fā)事件響應(yīng)主要對產(chǎn)生的突發(fā)事件采取具有針對性的措施。

系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖見圖5。

系統(tǒng)具體具備以下功能。

（1）工程巡檢維護(hù)。

工程巡檢維護(hù)功能包括Web端和App端。App端主要開發(fā)巡檢相關(guān)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)App，巡檢人員手持裝有巡檢App的移動設(shè)備進(jìn)行巡檢，提供巡檢路線記錄、問題上報(bào)、考核評分等業(yè)務(wù)輔助。

①基礎(chǔ)信息管理：對巡檢路線、巡檢項(xiàng)目、巡檢內(nèi)容、標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行定義。

②巡檢計(jì)劃管理：對每一次巡檢定義巡檢計(jì)劃，包括巡檢路線、巡檢項(xiàng)目、巡檢時(shí)間等。

③巡檢任務(wù)管理：制訂巡檢任務(wù)，巡檢任務(wù)是對每一次巡檢計(jì)劃的執(zhí)行，任務(wù)內(nèi)容包括巡檢計(jì)劃、巡檢人員等。

④巡檢記錄管理：巡檢人員利用智能終端設(shè)備，掃描工程RFID標(biāo)簽，并可用文字、圖片、視頻等多種方式記錄巡檢情況。

⑤巡檢統(tǒng)計(jì)分析：根據(jù)巡檢記錄，自動統(tǒng)計(jì)巡檢完成情況以及工程異常情況，為工程的維修養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。

（2）工程維修養(yǎng)護(hù)。

①養(yǎng)護(hù)計(jì)劃制訂：參考巡檢統(tǒng)計(jì)情況，針對工程制訂養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，定期進(jìn)行工程的養(yǎng)護(hù)。

②養(yǎng)護(hù)記錄：針對每一次完成的養(yǎng)護(hù)，記錄詳細(xì)情況，包括養(yǎng)護(hù)時(shí)間、養(yǎng)護(hù)原因、養(yǎng)護(hù)人員、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用等。

③維修申請：針對工程出現(xiàn)大的損壞或問題時(shí)，工程的運(yùn)維負(fù)責(zé)人提出維修申請，記錄維修原因、預(yù)計(jì)維修時(shí)間、預(yù)計(jì)費(fèi)用等。

④維修記錄：針對每一次完成的維修，記錄詳細(xì)情況，包括實(shí)際維修時(shí)間、維修人員、實(shí)際費(fèi)用、修后狀態(tài)等。

⑤統(tǒng)計(jì)分析：對養(yǎng)護(hù)和維修的工程進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，總結(jié)一般規(guī)律，有助于養(yǎng)護(hù)的計(jì)劃制訂更為科學(xué)，維修合作商家的選擇也更加滿足要求。

（3）工程管理考核。

①工程運(yùn)維考核：基于工程出現(xiàn)問題的次數(shù)以及養(yǎng)護(hù)、維修情況，選取指標(biāo)對工程運(yùn)維情況進(jìn)行考核，考核詳情記錄在系統(tǒng)中。

②巡檢人員考核：對巡檢人員的巡檢工作進(jìn)行考核，選取巡檢工作的相關(guān)指標(biāo)，例如任務(wù)完成率、問題發(fā)現(xiàn)情況等，考核詳情記錄在系統(tǒng)中。

③統(tǒng)計(jì)分析：對工程運(yùn)維、巡檢人員考核情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，采用圖、表等多種表現(xiàn)形式，便于管理人員從宏觀層面直觀地獲取信息。

（4）值班管理。

①排班管理：通過選擇時(shí)間、值班崗位與值班人員，在系統(tǒng)中對運(yùn)維人員進(jìn)行排班，自動生成排班表，支持打印輸出與輸出Excel格式。并可按照預(yù)先設(shè)立的模板進(jìn)行排班，簡化排班工作。針對突發(fā)事件需調(diào)班時(shí)，能夠通過該功能對排班安排進(jìn)行更改，實(shí)現(xiàn)調(diào)班事件的管理。

②值班記錄查詢：值班人員在值班完成后填寫帶班領(lǐng)導(dǎo)、值班人員、值班情況、已辦事項(xiàng)、待辦事項(xiàng)等信息，形成值班記錄。系統(tǒng)可自動生成值班報(bào)表，并可修改、打印。

③值班提醒：值班人員可定時(shí)在指定時(shí)間向次日的值班人員發(fā)送值班提醒消息，消息包括短信、郵件等多種形式。也可根據(jù)規(guī)則，自動定時(shí)對次日值班的人員發(fā)送提醒。

（5）設(shè)備管理。

①設(shè)備臺賬管理：建立設(shè)備臺賬信息，對設(shè)備進(jìn)行管理，明確設(shè)備基本屬性（設(shè)備編號、設(shè)備名稱、設(shè)備類型、規(guī)格型號、制造單位、出廠編號、出廠日期、購置時(shí)間、設(shè)備原值、安裝位置等），同時(shí)記錄設(shè)備的變動信息（安裝記錄、維修記錄、養(yǎng)護(hù)記錄、報(bào)廢記錄等）。

②備品備件出入庫：按照備品備件出入庫的規(guī)定，建立備品備件出入庫記錄，記錄備品備件信息，對庫存不足的備品備件自動通知相關(guān)責(zé)任人。

（6）工單管理。

①養(yǎng)護(hù)工單：根據(jù)養(yǎng)護(hù)計(jì)劃，自動產(chǎn)生工單，方便管理人員、操作人員進(jìn)行定期保養(yǎng)工作，并提交相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審批。

②維修工單：根據(jù)維修計(jì)劃，自動產(chǎn)生工單，由維修人員對設(shè)備的故障進(jìn)行維修工作，并提交相關(guān)領(lǐng)導(dǎo)審批。

③工單明細(xì)：工單生成后，開始操作之前，必須執(zhí)行準(zhǔn)備工作，包括一些安全操作、備件領(lǐng)用、人員安排等一系列的前期工作，確保工單順利完成。

（7）突發(fā)事件響應(yīng)。

①突發(fā)預(yù)警：通過選定相關(guān)閾值，對運(yùn)行維護(hù)中可能突發(fā)的事件進(jìn)行事先預(yù)警，及時(shí)通知相關(guān)人員。

②響應(yīng)方案：制訂可能的多種突發(fā)事件下的響應(yīng)方案，記錄入系統(tǒng)中。

③響應(yīng)記錄：對每一次突發(fā)事件的響應(yīng)進(jìn)行記錄，包括事件類型、事件詳細(xì)、采取方案、響應(yīng)結(jié)果等。

④統(tǒng)計(jì)分析：對突發(fā)事件的響應(yīng)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，為下一次類似事件的處理提供經(jīng)驗(yàn)。

3.2 傳輸網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)

3.2.1 系統(tǒng)概述

府河濕地水質(zhì)凈化工程通信系統(tǒng)負(fù)責(zé)將前端感知層信息傳至管理處各系統(tǒng)應(yīng)用層，并將管理處下達(dá)的控制、調(diào)度指令傳至各系統(tǒng)信息感知層，同時(shí)通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)各管理處與雄安云之間的數(shù)據(jù)通信。

3.2.2 傳輸方式比選

通信系統(tǒng)傳輸方式可分為無線傳輸和光纜傳輸兩種方式，其中無線傳輸又可分為公網(wǎng)傳輸和無線網(wǎng)橋傳輸兩種方式[9]?，F(xiàn)對3種傳輸方式進(jìn)行比選，具體見表3。

經(jīng)比較，公網(wǎng)傳輸由于傳輸可靠性低、后期租用費(fèi)用高等缺點(diǎn)，不適用于該工程長期傳輸重要監(jiān)控信息，可作為后備傳輸方案;無線網(wǎng)橋傳輸方式易受高層建筑、周邊樹木及霧霾天氣影響，造成信號衰減，傳輸可靠性、穩(wěn)定性降低，故不適用于該工程;光纜傳輸方式的建設(shè)周期較長，投資較高，但信號穩(wěn)定性好，從長遠(yuǎn)角度考慮，光纜傳輸方式更適于該工程。

府河河口濕地物聯(lián)網(wǎng)工程包含視頻監(jiān)控、水質(zhì)監(jiān)測、水雨情監(jiān)測，信息傳輸量較大，因此采用自建光纖為主，公網(wǎng)為輔的方式進(jìn)行通信。

3.2.3 通信傳輸方案

該工程使用光纜，將各閘站、監(jiān)測點(diǎn)的數(shù)據(jù)信息傳送至監(jiān)控管理中心，并在監(jiān)控管理中心租用公網(wǎng)實(shí)現(xiàn)與雄安云之間的數(shù)據(jù)通信。

3.2.4 通信系統(tǒng)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型

通信系統(tǒng)傳輸?shù)男畔⒎N類主要有數(shù)據(jù)、圖像。主要包括：（1）視頻監(jiān)視系統(tǒng)圖像信息;（2）數(shù)據(jù)信息;（3）泵閥及閘門控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)及控制信息;（4）監(jiān)控管理中心與雄安云之間通信信息、府河濕地CIM平臺、物聯(lián)服務(wù)支撐平臺等系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。

3.2.5 通信組網(wǎng)方案

總體方案具體如下。

該工程建設(shè)水雨情監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、泵閥及閘門控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)4個現(xiàn)地業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，按控制專網(wǎng)、業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)進(jìn)行通信組網(wǎng)。其中控制專網(wǎng)用于承載實(shí)時(shí)性要求最強(qiáng)、安全性要求最高的閘站監(jiān)控信息，即承載泵閥及閘門控制系統(tǒng)信息[10]。業(yè)務(wù)內(nèi)網(wǎng)用于承載包括水雨情監(jiān)測系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)等各應(yīng)用系統(tǒng)信息。

監(jiān)控管理中心總體組網(wǎng)方案見圖6。

3.2.6 系統(tǒng)配置

（1）前端設(shè)備。

前端設(shè)備主要指各監(jiān)控點(diǎn)的現(xiàn)地交換機(jī)設(shè)備，主要包含泵閥控制設(shè)備、視頻監(jiān)控設(shè)備、水雨情監(jiān)測設(shè)備、水質(zhì)監(jiān)測站。

視頻監(jiān)視監(jiān)控點(diǎn)較為分散，且點(diǎn)位間距離較遠(yuǎn)，網(wǎng)線不能連通，且監(jiān)控點(diǎn)的帶寬需求均為4M，故相鄰較近的視頻監(jiān)控點(diǎn)設(shè)置1臺級聯(lián)交換機(jī)（2光8電），共計(jì)12臺。

水雨情監(jiān)測設(shè)備主要集中在6個區(qū)域，每個區(qū)域設(shè)置一臺現(xiàn)地交換機(jī)，共計(jì)6臺。

（2）監(jiān)控管理中心設(shè)備。

監(jiān)控管理中心設(shè)備主要包括：主交換機(jī)（8個可配置接口，2個萬兆光纖擴(kuò)展口）;泵閥及閘門控制系統(tǒng)核心交換機(jī)（24個千兆光口，8個千兆電口）;視頻監(jiān)控系統(tǒng)核心交換機(jī)（24個千兆光口，8個千兆電口）;水雨情、水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)核心交換機(jī)（24個千兆光口，8個千兆電口）;業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)核心交換機(jī)（24個千兆光口，8個千兆電口）。

3.3 濕地監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

府河濕地物聯(lián)網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)共部署雨量計(jì)傳感器1套，水位計(jì)傳感器6套，水質(zhì)監(jiān)測站7套，視頻監(jiān)控設(shè)備14套。水雨情、水質(zhì)傳感器及視頻監(jiān)控設(shè)備通過超五類屏蔽雙絞線連接現(xiàn)地交換機(jī)接入濕地光纖內(nèi)網(wǎng)，光纖內(nèi)網(wǎng)成環(huán)形設(shè)計(jì)，一方面通過光纖收發(fā)器接受各類傳感器發(fā)來的濕地監(jiān)測數(shù)據(jù)，另一方面通過串口連接到濕地管理房服務(wù)器，將接收到的濕地監(jiān)測數(shù)據(jù)發(fā)送給服務(wù)器，運(yùn)維管理平臺從服務(wù)器可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)讀取、處理和展示。

系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D見圖7，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能界面圖見圖8、圖9。

4? 結(jié)語

基于物聯(lián)網(wǎng)的大型人工濕地?cái)?shù)字化系統(tǒng)，對來自底層感知設(shè)備的水質(zhì)、水位、雨量、視頻信息數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸和處理，實(shí)現(xiàn)人工濕地信息的實(shí)時(shí)瀏覽、查詢、編輯、分析等功能。系統(tǒng)硬件主要由底層感知設(shè)備（攝像機(jī)、水質(zhì)監(jiān)測站、水位計(jì)、雨量計(jì)等）、光纖收發(fā)器、路由器、服務(wù)器、數(shù)字大屏、操作員工作站等組成。系統(tǒng)軟件主要開展環(huán)形光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)和運(yùn)維管理系統(tǒng)平臺的研究。系統(tǒng)的研究將為合理開發(fā)、利用、保護(hù)濕地生態(tài)資源提供科學(xué)技術(shù)支撐。

參考文獻(xiàn)

[1] 魯寧.基于物聯(lián)網(wǎng)的濕地環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與研究[J].現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)，2016（7）：61-62.

[2] 廖天宇.基于物聯(lián)網(wǎng)的海濱濕地監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].北京郵電大學(xué)，2014.

[3] 羅桂蘭，張梅，黃偉，等.洱海濕地昆蟲智能生境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].大理大學(xué)學(xué)報(bào)，2018，3（12）：8-13.

[4] 何睦.江西省“智慧濕地”綜合信息平臺設(shè)計(jì)與案例實(shí)現(xiàn)[D].江西師范大學(xué)，2019.

[5] 陳雨佳，劉亞秋，景維鵬.基于物聯(lián)網(wǎng)的濕地?zé)o線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].森林工程，2015，31（4）：77-82.

[6] 高子儀，邵星，王翠香，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的沿海濕地環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].軟件導(dǎo)刊，2017，16（6）：89-91.

[7] 張勝華，王杰，王晨，等.基于物聯(lián)網(wǎng)和WebGIS的安徽宿松華陽河湖群省級自然保護(hù)區(qū)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].安徽林業(yè)科技，2020，46（1）：43-46.

[8] 朱明清，李喜東，陳慶文，等.濕地生態(tài)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].自動化技術(shù)與應(yīng)用，2017，36（10）：121-123.

[9] 徐琪，慕熙昱.梅雨鋒上中尺度對流系統(tǒng)的短臨預(yù)報(bào)技巧分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（9）：111-112.

[10] 陳其偉，孫一兵，許光眉，等.基于物聯(lián)網(wǎng)的太陽能農(nóng)村污水處理技術(shù)應(yīng)用[J].水處理技術(shù)，2015，41（6）：116-118.