智慧园林管理系统设计与实现

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1概述

随着城市化进程的发展，城市绿化规模不断扩大，与此同时，城市园林绿化行业管理也需要与时俱进，传统的园林绿化管理方式已无法全面满足城市绿化高速发展和城市高质量生活的要求。推进城市园林绿化信息化已成为新时代园林绿化行业现代化建设的必经之路。GIS作为一种集合显示、分析、存储、管理与应用的地理信息技术，将其对大数据的处理和分析能力应用到城市园林绿化管理中，必将在一定程度上减轻劳动强度，提高工作效率。同时，将物联网技术应用到园林绿化管理对象的实时感知方面，能够进一步提高工作效率。因此，以建设智慧园林管理系统为分析对象，阐述物联网与GIS技术结合及相关设计，辅助城市园林绿化管理部门，提升管理效率。

2系统设计

2.1设计思路

以ArcGIS和空间数据库为基础的GIS数据环境，建立基于GIS技术的园林绿化数据库，以TCP/IP为基础通信方式，建立基础物联网环境。结合两者满足园林绿化对象属性、空间数据与业务数据的实时感知与融合，实现园林绿化对象的空间可视化以及实时管理。

2.2系统架构

以计算机网络和现代通信技术为基础，以信息安全技术和体系为保障，结合GIS技术、物联网技术，建设智慧园林管理系统。系统采用浏览器/服务器（Browser/Server,B/S）结构，在一套业务流程下，同时支持浏览器和手机移动端，系统架构如图1所示。系统包含设施层、数据层、业务层以及应用层4大逻辑层。（1）设施层：由基础设施和物联网设施两类组成。基础设施用于支撑中心系统的运行，由服务器、网络、存储等设施组成；物联网设施用于城市园林绿化感知，由土壤墒情监测站、GPS定位器、客流量监测设备、病害虫害监测站、古树名木监测设备等物联网设备组成。（2）数据层：由基础地理数据库、园林绿化专题数据库、物联网数据库3类数据库组成。其中园林绿化专题数据库、物联网数据库的主要设计内容如表1、表2所示。（3）业务层：由业务服务平台、物联网服务平台以及GIS平台组成。业务服务平台提供城市园林绿化的业务流程服务；物联网服务平台提供物联网设备的管理、数据采集等服务，是管理人员与物联网设备之间的桥梁；GIS平台提供可视化管理、空间分析等服务，以ArcGIS作为基础中间件进行搭建。（4）应用层：由PC端、App端两类组成。PC端应对日常管理工作，App应对户外巡检、养护等工作。

2.3数据库设计

（1）基础地理数据：作为GIS基础底图，包含河流、道路、房屋以及其他基础地理信息。（2）园林绿化专题数据：管理人员主要的管理对象，数据叠加在基础地理信息数据之上，包含：绿地分布、公园体系、园林要素、古树名木。其中，绿地分布包含公园绿地、防护绿地、广场用地、单位附属绿地、小区附属绿地、道路附属绿地、区域绿地以及在建绿地；公园体系包含综合公园、专类公园、社区公园、游园；园林要素包含乔木、行道树、灌木、地被、草坪、色块等；古树名木按照保护等级分为一级、二级以及后备资源。（3）物联网数据：管理对象的状态感知数据，包含设备基本信息、设备位置信息、设备采集信息。

3系统实现

3.1软件开发

系统一般性业务功能采用Java、SpringBoot、My-Batis、VUE等主流编程语言、框架进行开发，同时采用SQLServer数据库进行数据存储，并采用ArcGISJSAPI技术实现GIS可视化管理。物联网设施与系统的数据通信采用Netty作为基础框架，开发设施数据上报、系统指令下达的功能。

3.2关键技术

3.2.1多种智慧园林物联网设备兼容通信技术

TCP通信协议作为基础协议，使用Java编程语言以及基于NIO的Netty开发框架，对土壤墒情监测站、GPS定位设备、客流量监测设备、病害虫害监测站、古树名木监测设备等物联网设备的通信协议进行适配兼容。具体实现如下：（1）在智慧园林系统服务器上按物联网设备分类部署通信网关。（2）使用Java语言，重载Netty编码类MessageTo-ByteEncoder的encode方法和解码类ByteToMessageDe-coder的decode方法，以此实现对各类设备的通信数据解包、封包，同时进行存储。（3）利用Netty框架的NIO通信库，开发TCP通信程序，并将各类通信网关的请求与各解析程序关联。物联网设备兼容程序结构图如图2所示。

3.2.2GIS与物联网数据融合技术

通过设置主外键，将空间数据库与物联网数据库的相关对象进行关联，达到GIS与物联网数据融合的目的。如在地图中可以查看古树名木当前的氮磷钾值、土壤墒情设备的检测范围等。实现步骤如下：（1）为空间数据库的各园林绿化管理对象设置编号，如地块编号、古树名木编号、乔木编号、灌木编号等。（2）为物联网设备设置编号，如土壤墒情设备编号、古树名木检测设备编号等。（3）建立关联表，将设备与管理对象关联到一起。

4案例应用

某市园林主管单位基于此平台，部署了土壤墒情监测站、古树名木生长环境检测设备、公园客流量检测设备，基于这3类物联网设备采集的实时数据，结合GIS一张图开展城市园林绿化管理工作。（1）在“园林GIS一张图”模块中，将已部署的20个古树名木生长环境检测设备、8个土壤墒情监测站、5个客流量检测设备的空间信息，以“点”的形式叠加在基础地理数据（电子地图或影像地图）上，管理人员通过“园林GIS一张图”监管这3类设备以及设备检测的绿化对象。比如：点击地图上的某个古树名木生长环境检测设备的图标能够查看设备最新采集的数据，包含土壤盐分、土壤湿度、土壤酸碱值、土壤温度。同时将该设备的检测区域以“面”的形式在地图上呈现。管理人员可以查看此处环境的影响范围，如图3所示。（2）在“智慧园林监测一张图”模块中，实现对不同植物的生长环境监测、对病虫害的监测以及公园出入口客流量、在园人数监测，如图4所示。经过对比发现，文中技术在提升效率以及降低管理难度方面有很大的优势。

5结语

提出基于物联网与GIS技术结合的智慧园林管理系统，可以有效地提高城市园林绿化的工作效率，实现无人值守、针对性问题处理以及可视化管理。未来，随着物联网技术的发展，智慧园林管理系统将可以更加智能化，进一步实现自动化管理，从而更好地为城市园林绿化发展服务。此外，智慧园林管理系统还可以拓展到其他领域，如智慧农业、智慧交通等，全方位地促进社会发展。

参考文献

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作者：王晓利 周佳佳 单位：南通市测绘院有限公司