智慧園林管理系統(tǒng)設計與實現

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1概述

隨著城市化進程的發(fā)展，城市綠化規(guī)模不斷擴大，與此同時，城市園林綠化行業(yè)管理也需要與時俱進，傳統(tǒng)的園林綠化管理方式已無法全面滿足城市綠化高速發(fā)展和城市高質量生活的要求。推進城市園林綠化信息化已成為新時代園林綠化行業(yè)現代化建設的必經之路。GIS作為一種集合顯示、分析、存儲、管理與應用的地理信息技術，將其對大數據的處理和分析能力應用到城市園林綠化管理中，必將在一定程度上減輕勞動強度，提高工作效率。同時，將物聯(lián)網技術應用到園林綠化管理對象的實時感知方面，能夠進一步提高工作效率。因此，以建設智慧園林管理系統(tǒng)為分析對象，闡述物聯(lián)網與GIS技術結合及相關設計，輔助城市園林綠化管理部門，提升管理效率。

2系統(tǒng)設計

2.1設計思路

以ArcGIS和空間數據庫為基礎的GIS數據環(huán)境，建立基于GIS技術的園林綠化數據庫，以TCP/IP為基礎通信方式，建立基礎物聯(lián)網環(huán)境。結合兩者滿足園林綠化對象屬性、空間數據與業(yè)務數據的實時感知與融合，實現園林綠化對象的空間可視化以及實時管理。

2.2系統(tǒng)架構

以計算機網絡和現代通信技術為基礎，以信息安全技術和體系為保障，結合GIS技術、物聯(lián)網技術，建設智慧園林管理系統(tǒng)。系統(tǒng)采用瀏覽器/服務器（Browser/Server,B/S）結構，在一套業(yè)務流程下，同時支持瀏覽器和手機移動端，系統(tǒng)架構如圖1所示。系統(tǒng)包含設施層、數據層、業(yè)務層以及應用層4大邏輯層。（1）設施層：由基礎設施和物聯(lián)網設施兩類組成。基礎設施用于支撐中心系統(tǒng)的運行，由服務器、網絡、存儲等設施組成；物聯(lián)網設施用于城市園林綠化感知，由土壤墑情監(jiān)測站、GPS定位器、客流量監(jiān)測設備、病害蟲害監(jiān)測站、古樹名木監(jiān)測設備等物聯(lián)網設備組成。（2）數據層：由基礎地理數據庫、園林綠化專題數據庫、物聯(lián)網數據庫3類數據庫組成。其中園林綠化專題數據庫、物聯(lián)網數據庫的主要設計內容如表1、表2所示。（3）業(yè)務層：由業(yè)務服務平臺、物聯(lián)網服務平臺以及GIS平臺組成。業(yè)務服務平臺提供城市園林綠化的業(yè)務流程服務；物聯(lián)網服務平臺提供物聯(lián)網設備的管理、數據采集等服務，是管理人員與物聯(lián)網設備之間的橋梁；GIS平臺提供可視化管理、空間分析等服務，以ArcGIS作為基礎中間件進行搭建。（4）應用層：由PC端、App端兩類組成。PC端應對日常管理工作，App應對戶外巡檢、養(yǎng)護等工作。

2.3數據庫設計

（1）基礎地理數據：作為GIS基礎底圖，包含河流、道路、房屋以及其他基礎地理信息。（2）園林綠化專題數據：管理人員主要的管理對象，數據疊加在基礎地理信息數據之上，包含：綠地分布、公園體系、園林要素、古樹名木。其中，綠地分布包含公園綠地、防護綠地、廣場用地、單位附屬綠地、小區(qū)附屬綠地、道路附屬綠地、區(qū)域綠地以及在建綠地；公園體系包含綜合公園、專類公園、社區(qū)公園、游園；園林要素包含喬木、行道樹、灌木、地被、草坪、色塊等；古樹名木按照保護等級分為一級、二級以及后備資源。（3）物聯(lián)網數據：管理對象的狀態(tài)感知數據，包含設備基本信息、設備位置信息、設備采集信息。

3系統(tǒng)實現

3.1軟件開發(fā)

系統(tǒng)一般性業(yè)務功能采用Java、SpringBoot、My-Batis、VUE等主流編程語言、框架進行開發(fā)，同時采用SQLServer數據庫進行數據存儲，并采用ArcGISJSAPI技術實現GIS可視化管理。物聯(lián)網設施與系統(tǒng)的數據通信采用Netty作為基礎框架，開發(fā)設施數據上報、系統(tǒng)指令下達的功能。

3.2關鍵技術

3.2.1多種智慧園林物聯(lián)網設備兼容通信技術

TCP通信協(xié)議作為基礎協(xié)議，使用Java編程語言以及基于NIO的Netty開發(fā)框架，對土壤墑情監(jiān)測站、GPS定位設備、客流量監(jiān)測設備、病害蟲害監(jiān)測站、古樹名木監(jiān)測設備等物聯(lián)網設備的通信協(xié)議進行適配兼容。具體實現如下：（1）在智慧園林系統(tǒng)服務器上按物聯(lián)網設備分類部署通信網關。（2）使用Java語言，重載Netty編碼類MessageTo-ByteEncoder的encode方法和解碼類ByteToMessageDe-coder的decode方法，以此實現對各類設備的通信數據解包、封包，同時進行存儲。（3）利用Netty框架的NIO通信庫，開發(fā)TCP通信程序，并將各類通信網關的請求與各解析程序關聯(lián)。物聯(lián)網設備兼容程序結構圖如圖2所示。

3.2.2GIS與物聯(lián)網數據融合技術

通過設置主外鍵，將空間數據庫與物聯(lián)網數據庫的相關對象進行關聯(lián)，達到GIS與物聯(lián)網數據融合的目的。如在地圖中可以查看古樹名木當前的氮磷鉀值、土壤墑情設備的檢測范圍等。實現步驟如下：（1）為空間數據庫的各園林綠化管理對象設置編號，如地塊編號、古樹名木編號、喬木編號、灌木編號等。（2）為物聯(lián)網設備設置編號，如土壤墑情設備編號、古樹名木檢測設備編號等。（3）建立關聯(lián)表，將設備與管理對象關聯(lián)到一起。

4案例應用

某市園林主管單位基于此平臺，部署了土壤墑情監(jiān)測站、古樹名木生長環(huán)境檢測設備、公園客流量檢測設備，基于這3類物聯(lián)網設備采集的實時數據，結合GIS一張圖開展城市園林綠化管理工作。（1）在“園林GIS一張圖”模塊中，將已部署的20個古樹名木生長環(huán)境檢測設備、8個土壤墑情監(jiān)測站、5個客流量檢測設備的空間信息，以“點”的形式疊加在基礎地理數據（電子地圖或影像地圖）上，管理人員通過“園林GIS一張圖”監(jiān)管這3類設備以及設備檢測的綠化對象。比如：點擊地圖上的某個古樹名木生長環(huán)境檢測設備的圖標能夠查看設備最新采集的數據，包含土壤鹽分、土壤濕度、土壤酸堿值、土壤溫度。同時將該設備的檢測區(qū)域以“面”的形式在地圖上呈現。管理人員可以查看此處環(huán)境的影響范圍，如圖3所示。（2）在“智慧園林監(jiān)測一張圖”模塊中，實現對不同植物的生長環(huán)境監(jiān)測、對病蟲害的監(jiān)測以及公園出入口客流量、在園人數監(jiān)測，如圖4所示。經過對比發(fā)現，文中技術在提升效率以及降低管理難度方面有很大的優(yōu)勢。

5結語

提出基于物聯(lián)網與GIS技術結合的智慧園林管理系統(tǒng)，可以有效地提高城市園林綠化的工作效率，實現無人值守、針對性問題處理以及可視化管理。未來，隨著物聯(lián)網技術的發(fā)展，智慧園林管理系統(tǒng)將可以更加智能化，進一步實現自動化管理，從而更好地為城市園林綠化發(fā)展服務。此外，智慧園林管理系統(tǒng)還可以拓展到其他領域，如智慧農業(yè)、智慧交通等，全方位地促進社會發(fā)展。

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作者：王曉利 周佳佳 單位：南通市測繪院有限公司