基于Android平台的灌区智能巡检系统研发

成荣亮，马福恒 ，俞扬峰，王 凯

（1.南京水利科学研究院大坝安全与管理研究所，210029，南京；2.水利部大坝安全管理中心，210029，南京）

随着水利部《全国水利信息化建设“十三五”规划》的全面部署，基于水利信息化建设的新内涵，“十三五”水利信息化建设应在现有水利信息化综合体系之上，从基础设施整合优化、资源共享与服务、资源深度开发与利用等主要层面进行扩展和丰富。目前灌区工程续建配套建设进一步深入，灌区工程条件得到进一步改善，利用现代技术手段提升灌区管理水平与效能，已成为灌区节水改造的重要内容之一，实现灌区信息化是灌区可持续发展的必然要求。灌区信息化，可以快速、及时采集到各种必要的监测数据，大大提高监测数据的精确性、实用性，为灌区科学调度、有效运行提供科学依据。

大多数灌区范围大、工程多、渠线长，运行管理水平普遍较低，特别是灌区信息化、智慧化滞后,管理效能低下，影响管理单位有效运行。灌区巡检包括直观检查和仪器探查，其优点是不受时空限制，能全方位地及时捕捉隐患前兆、迅速发现问题，是灌区安全监控不可或缺的重要手段。由于传统巡检的繁杂性、高强度、管理难度大和巡检人员素质良莠不齐等多种原因，导致巡检存在诸多问题，如数据组织散乱、随机性大、规范程度低、信息孤岛严重和时效性差等。传统巡检方式已很难满足灌区工程管理信息化的需要。基于Android平台的灌区智能巡检系统设计是实现国家新的治水思路的要求，是提高工程安全运行保证的关键措施，是提高科学管理水平的重要途径，是提高水资源利用效率的重要手段。

一、系统总体设计

基于Android平台的灌区智能巡检系统采用Android Studio 2.0进行设计。Android Studio 2.0是针对各种Android平台打造的高品质、高性能应用的最快方法，它包含代码编辑器、代码分析工具、模拟器等，支持最新的 Android 和 Google Play Services。巡检系统将GIS定位、监测数据查询、巡检任务管理、巡检成果管理等功能集成入系统。巡检人员利用智能巡检系统的GIS模块迅速锁定需要巡检的巡查点，运用遥测点监测、闸门监测、泵站监测等功能采集监测数据，借助无线通信技术，将智能巡检采集到的数据传输至后台服务器进行管理和分析。灌区智能巡检系统不但减轻人工巡查的工作量，而且提高了巡检的快捷性和采集数据的准确性，最终实现巡检的智能化。

1.系统的总体结构

面向灌区的智能巡检应用功能根据各环节的不同特点提出了不同的应用需求。根据灌区的特点，智能巡检系统包括后台管理系统、数据通信模块和巡检系统终端等三部分，总体结构如图1所示。

图1 灌区智能巡检系统总体结构

2.巡检系统终端

基于Android平台的灌区智能巡检系统终端APP采用模块化设计，分为视图层、控制层、网络层，如图2。视图层采用xml文件布局，控件的监听和数据显示由控制层来操作。控制层作为网络层和视图层之间的中间层，将网络层获取的数据显示到视图层上，视图层产生的操作通过网络层获取数据。网络层数据的获取采用http获取数据，采用volley库，数据为json格式，采用gson库解析。

图2 灌区智能巡检系统终端设计框架

3.数据通信模块

数据通信模块是巡检系统终端Android电子产品（平板电脑、手机等）与后台灌区信息管理系统通信的媒介，巡检人员在Android电子产品上领取巡检任务、管理巡检计划、上传巡检结果。Android电子产品与后台灌区信息管理系统通过GPRS或者WIFI进行数据传输。

4.后台信息管理系统

灌区智能巡检后台信息管理系统主要负责制定发布巡检计划、存储巡检结果、处理巡检数据等内容。管理人员可以在后台信息管理系统内制定和发布巡检计划，也可以实时调整巡检计划。后台信息管理系统将巡检人员上传的巡检结果进行收集汇总和处理分析，并将分析结果反馈至巡检系统终端电子设备上。

二、系统关键技术及功能设计

1.关键技术

（1）数据结构设计

灌区智能巡检系统终端采集的数据种类繁多，数据量巨大，合理的数据结构设计和高效存储数据是系统开发的关键。为此，基于Android平台的灌区智能巡检系统数据库设计与巡检系统相结合，将结构设计和行为设计密切结合，设计了数据字典以便于应对不同的巡检任务和类型需求，按照需求分析数据项和数据结构，建立巡检系统不同的实体对象以及实体关系 （主要包含巡检任务、巡检线路、巡检人员等内容），建立巡检点数据表，用于存放用户在巡检过程中的巡检位置。同时，建立巡检记录表，将巡检记录进行存储，以便于系统的输出和分析。

（2）数据解析

Android平台通过HTTP访问服务器各类数据接口进行数据的查询、修改、删除等，由于灌区巡检记录中的类型较多，数据接口返回的是较为复杂的JSON格式数据，数据的解析是难点技术。目前Java处理JSON数据有三个比较流行的类库FastJSON、Gson和Jackson，本系统采用Gson类库解析JSON格式数据，该类库可以实现将不同类型的Java对象转换成JSON，同时可把JSON字符串转换成相等的Java对象，这样可实现接口数据与Java无缝对接和转换。

为保证灌区通信数据传输和解析的稳定性，网络框架采用Volley通信库，该通信库可使Get/Post网络请求及网络图像的异步请求具有高效性，同时针对不同的请求具有优先级排序处理的能力。

针对访问过程中的体验效果，对网络数据访问设置不同类别的异常处理机制，给用户以更好的体验，同时将异常情况上传到异常处理中心，以便于更好地维护系统和服务用户。

2.功能设计

灌区智能巡检系统包括登录、新闻发布、GIS、监测数据查询、巡查任务管理和巡查成果管理等功能集成。系统主要由监测数据查询、实时分析、预警推送、信息管理、系统管理、智能巡检等模块组成，如图3。

图3 灌区智能巡检系统终端功能结构设计框架

（1）GIS 模块

百度地图Android SDK是一套基于Android2.3及以上版本设备的应用程序接口。SDK开发适用于Android系统移动设备的地图应用，通过调用地图SDK接口可以轻松访问百度地图服务和数据，构建功能丰富、交互性强的地图类应用程序。灌区智能巡检系统GIS模块地图设计采用的是百度地图SDK（版本为v4.3.1）。

（2）流程模块

流程设计主要采用Jquery开源组件FLOW-UI和自主开发工作流相结合为用户提供交互平台，用户可自行进行流程设计，通过WF_CpParameterModel类进行流程传递、组装。

（3）数据接口设计

基于Android平台的灌区智能巡检系统手机网络接口分为：登录、GIS站点地图显示数据、GIS枢纽地图显示数据，遥测点监测站点信息、遥测点监测站点数据图表、遥测点监测站点实时数据（流量、水质、水位、雨量、土壤含水量、气温、风向风速、预警数据接口）、遥测点监测预警数据，闸门监测闸门信息、闸门监测闸门数据、闸门监测闸门实时数据、闸门监测闸门图表数据，及泵站监测泵站信息、泵站监测泵站数据等接口。

三、系统实现

1.人民胜利渠概况

人民胜利渠是解放初期在黄河中下游兴建的第一个大型引黄灌溉工程，位于河南省北部黄河北岸，设计灌溉面积9.92万hm2，主要承担焦作、新乡、安阳等3个市9个县(市、区)47个乡(镇)的农田灌溉、抗早补源和新乡市城市供水等任务，受益人口约265万人。

需要解决的主要问题：①渠系复杂，管理效能低下；②渠系等水利工程的基础数据不完善；③农业耗水量大，灌溉效率低；④水费计收和管理无有效依据，影响管理单位有效运行。

2.灌区智能巡检系统设计和系统测试

（1）研发环境

人民胜利渠灌区巡检系统的开发环境：手机端编写和调试采用Android Studio 2.0，地图发布采用ArcGis；系统环境：Windows 10；运行环境：装有Windows Server 2008系统、SQL Server2014、.net4.0的服务器。

（2）系统测试及运行

人民胜利渠灌区智能巡检系统开发完成后，对系统的错误和缺陷进行了测试，测试显示该系统的功能、互操作性等符合软件的设计要求，登录、GIS、新闻公告、任务流程、巡检任务接受和结果上传，及监测信息查询等功能均能实现，表明系统能够实现灌区的智能巡检。

四、结 论

基于Android平台的灌区智能巡检系统采用Android Studio 2.0进行设计，系统包括后台管理系统、数据通信模块和巡检系统终端等三部分，系统设计时解决了数据结构设计和数据解析的难题，系统涵盖GIS、新闻公告、监测数据查询、巡检任务管理、巡检成果管理等功能，实现了智能移动办公，改变了传统的人工抄写巡检信息巡检模式，提高了灌区运行管理效率，有助于实现灌区信息化智能化管理。