基于物联网与GIS 的白蚁智能监测系统设计与实现

张文童，王文晶，杨志兰，张新平，王 瑊，张 欣

（南通市白蚁防治管理中心，江苏 南通 226001）

白蚁是一种古老的社会性昆虫，破坏性极大，危害涉及房屋建筑、文物古建、水库堤坝、园林绿化与交通设施等众多领域，白蚁危害不仅给人民群众的财产带来损失，还影响着我们的正常生活[1]。白蚁防治工作涉及到千家万户的房屋安全和财产安全问题，白蚁防治工程的相关信息是白蚁防治部门提供后期服务的重要依据，白蚁防治业务涉及新建房屋建筑、水利工程、园林绿地、轨道交通、文物古建、传统村落等多个板块，但是大部分防治机构仍采用传统人工的项目管理模式，传统的施工管理和信息管理方法主要以纸质材料流转为主，在信息管理和查询工作方面耗时耗力，效率较低，不能满足现代白蚁防治数字化管理的相关要求，制约了白蚁防治的管理水平。

近年来，随着物联网、GIS 技术、大数据、智能终端等新技术的革新，白蚁防治工作者不断探索这些新技术在白蚁防治工作中应用，提升白蚁防治科技含量和现代化管理水平，推动白蚁防治向自动化、数字化的方向发展，唐丽华[2]应用GIS 技术，实现房屋白蚁治理的“一户一档”信息化管理；黄海娣等[3]设计了白蚁防治移动操作平台，应用于白蚁防治业务流程办理；王雷等[4]开发建设了移动监察预警系统用于白蚁预防与灭治轨迹跟踪、最短线路规划；杨静等[5]利用GIS 管理系统应用在白蚁危害预警及工程管理中。本文以南通基于物联网和GIS 技术的智能白蚁监测系统开发与应用实践为例，阐述了系统开发设计的总体架构、开发技术、系统功能模块及系统功能的实现，利用移动客户端平台对白蚁工程项目进行管理，及时发现白蚁危害并进行综合治理，利用大数据对白蚁危害进行分析和研判，探讨和分析了白蚁智能监控系统的建立方法和实现路径，以期借助现代化的信息技术，提高白蚁防治工程的管理水平，为白蚁智慧防控管理体系建立提供有力的科学依据。

1 总体设计

1.1 总体框架

本系统以南通市白蚁防治管理系统为基础，综合运用物联网、移动通信、地理信息系统、数据库管理等技术，依托南通现有的白蚁防治工作体系，构建了适用于移动Android 主流版本的APP 系统，改变了原有记录难以跟踪查询、表现形式单一、数据离散难以分析的情况，开创了白蚁防治管理的新模式，提高了白蚁防治的服务水平和效率。系统采用“M/S+B/S”分布式多层架构技术，其中手机终端白蚁监测APP 开发选用M/S（Mobile/Server）模式，Web端主要采用B/S（Browser/Server）模式，通过现场采集、在线交换、人工录入等方式，对位置、蚁害图片等数据进行采集，通过4G/5G/无线网络等通信方式上传到系统存储，结合GIS 地图服务、物联网技术、数据库管理、流程控制技术，将南通地区的白蚁防治全过程管理实现“一张图”管理。

本系统使用三层应用体系结构（图1），主要由表现层、业务逻辑层和数据服务层组成，方便开发和维护，为后续的系统升级和功能扩展提供足够的接口。表现层主要是把系统的分布展示内容、信息查询功能和项目信息等进行最终的呈现，实现了操作者和管理者的信息共享。业务逻辑层主要是根据防治部门的业务逻辑，设计分布式部件对象模型，基于开放式软件基础的分布式计算环境的远程控制调控，使白蚁预防、白蚁灭治及智能监测等业务流程环环相扣，白蚁防治工作者能够更快、更容易地访问重要的业务信息。数据服务层主要是信息数据库以及与其有关的后台存储过程和存取规则，实现数据库的访问权限管理、操作日志维护、特殊情况及时备份和恢复，保障数据库数据的安全、稳定。

图1 白蚁智能监控系统架构

1.2 开发技术

1.2.1 物联网技术

在白蚁监测装置内安装感知模块，将白蚁喜食饵料与智能感知模块相连接，白蚁入侵监测装置时就会触发智能传感器，将白蚁危害的信息通过NB-IoT 物联网进行数据的传输，智能监测装置原有的系统平台收到传感数据后会智能报警[6]，通过接口调用技术获取这些监测装置的监测数据，将数据转接到白蚁智能监测系统中，管理人员可以通过系统平台及时掌握白蚁危害治理实时的数据和报警信息。

1.2.2 地理信息系统技术（GIS）

GIS 技术为白蚁防治的空间分布和分析提供了可操作性[7]，运用测绘、定位、空间、信息技术，将房屋平面分布图、园林绿化类型图等建立成空间数据库，运用空间数据操作和图形处理等功能[8]，在图层上可以分图层进行编辑，对于特定项目也可以分图层专题展示，分行政区域进行搜素和分布数量统计，分析白蚁在时间、空间、数量上的变化以及与外环境的关系，从而采取有效的管理措施。

1.2.3 数据库管理技术

安卓系统端的数据库与原来的业务系统数据库同属于一个数据库，系统数据利用SQL Server 数据库实现对一套业务流程、用户权限进行管理，保持业务数据的存储与管理同步，以历年白蚁危害防治档案构建白蚁防治业务数据库，以GIS 技术建立白蚁危害空间数据库，以智能监测装置的应用为基础建立监测数据库[9]，实现白蚁各项数据的展示和分析。

1.2.4 移动数据采集技术

移动数据采集技术是结合便携式移动终端、移动网络、电脑端网络系统进行数据采集、储存和处理为一体的新技术，将电脑端的应用程序下载到移动终端上，可在脱离电脑时进行无线数据传输，发挥多设备采集的优势，移动终端现场采集的数据库及时导入到电脑端的数据库中，使电脑端共享与同步获得采集数据。本系统采用安卓内置定位装置的控制技术，调用移动设备的内置摄像头，开发影像采集、定位功能，完成白蚁防治过程中轨迹记录、影像上传，利用手机推送服务，实现白蚁防治各环节待办事项消息提醒功能。

2 系统功能模块

根据日常业务工作流程，确定了白蚁防治智能监测系统的功能模块，具体包括白蚁灭治勘查施工、房屋白蚁预防勘查施工、白蚁危害动态分布展示、房屋白蚁预防工程动态展示、白蚁综合治理项目管理和信息查询统计等几个模块功能。

2.1 白蚁灭治及预防模块

白蚁灭治模块包括白蚁业务受理、灭治勘查、灭治施工、资料归档等子模块，房屋白蚁预防模块包括业务受理、现场勘查、现场施工、竣工验收、回访复查和资料归档等子模块，实现了白蚁防治业务从业务受理到资料归档整个流程的流转与存储功能，各个部门之间通过完成相应的任务环节来进行业务的流转，并且各用户根据权限以待办事项进行显示提醒办理。

2.2 动态展示模块

动态展示模块包括白蚁危害动态分布、房屋白蚁预防工程动态展示、白蚁综合治理项目展示模块（图2），主要有地图展示、地图操作和数据展示等功能子模块。对于灭治地图展示以户为单位展示，房屋白蚁预防工程以工程项目进行展示，白蚁综合治理项目以具体特色项目为单位进行展示。地图操作可以进行放大或缩小地图显示，下拉式菜单搜索和输入关键词搜索，点击具体的图标就会显示具体的白蚁危害和治理信息。整体数据展示分别以各行政区域的白蚁危害数量、工程量、综合治理项目数展示，白蚁危害种类以具体的白蚁种类展示。

图2 白蚁智能监控系统模块

2.3 信息查询及统计模块

业务查询模块可以方便、快捷地查阅相关受理信息，可以输入受理编号、项目名称、地址等查询条件快速进行查询，系统会显示所需要的信息记录，点击要查询的记录，详细内容就会显示出来。统计分析模块能对白蚁预防、白蚁灭治、特色项目分类、分区域进行统计，并以柱形图进行展示，而白蚁危害种类以饼状图进行展示和统计分析。

2.4 系统管理模块

系统管理模块对用户名、用户权限、用户角色、部门管理、编码管理、工作流程控制、数据库管理和系统日志等系统信息进行管理，同时设置历史数据补录、系统帮助等子模块，历史数据补录子模块对以往的历史数据进行补录和完善，便于数据统计和分析，系统帮助子模块介绍各模块的功能及相应操作方法。管理部门人员具有系统的通用权限和管理权限，可以对业务部门、质监部门、综合部门和工程部门进行动态监管，在默认情况下显示当天各部门的总体运行处理情况，也可以查看近一个月或指定时间段的业务处理情况。

3 系统功能实现

3.1 新建房屋白蚁预防工程项目管理功能实现

建设单位提出白蚁预防工程申请，业务部门通过白蚁防治管理系统进行受理，将白蚁预防工程项目的受理编号、工程名称、工程地址、建设单位名称等项目基本信息录入到管理系统，然后业务流转至工程部门，工程部门派技术人员上门勘查，通过白蚁智能监测系统填写勘查方案，包括原址蚁情情况、地形地貌、地下室深度、蚁害风险评估、选用药剂、施工方式等信息，定位、拍摄现场勘查照片上传，为了施工人员上门勘查操作方便，主要通过安卓平板，各条信息录入主要以选项为主，方案流转至施工组，施工时将施工幢号、施工日期、施工部位、施药面积、药剂名称、配比浓度、施药人和配药人等信息录入，施工结束后定位、拍摄现场勘查照片上传，进入竣工验收环节，开具白蚁预防证明，再进行信息电子归档。施工项目在一张图上显示，待勘查和施工的项目分图标显示，这样更便于白蚁防治部门实时掌握白蚁预防工程项目受理、勘查、施工、竣工、归档的具体数量和分布，及时掌握工程施工进展，对工程进行全过程动态监管，极大地提高了预防工程的效率和质量。

3.2 白蚁防治综合治理项目管理功能实现

白蚁智能监测系统中设置了传统建筑及传统建筑组群、文保古建、园林绿化、轨道交通和不可移动革命文物等多个白蚁综合治理专项信息，分析各类综合治理项目，可以有针对性地分类管理和开展治理工作。以传统建筑及传统建筑组群综合治理专项为例，可以在地图上直接点击要查询的项目图标或通过搜索栏搜索项目的关键词，各综合项目按照不同图标进行区分，在地图上一目了然，点击后可以在右侧直接以下拉式菜单式显示项目名称、项目地址、项目简要介绍描述、重点保护对象、蚁情蚁害信息和综合治理情况等。

3.3 白蚁危害动态分布功能实现

业务部门在收到老百姓的白蚁报治申请时，会在系统上登记房屋的位置信息、联系人、联系电话等基本信息，然后勘查人员会上门进行白蚁危害勘查，进行现场定位、现场拍照、电子签名、本地保存等数据采集和信息上传操作，数据采集内容主要包括白蚁危害种类、原址蚁情、蚁害部位、分飞时间及拟采用的施工方案等，将这些数据导入到后台数据库，就能实现南通地区的危害动态分布图（图3），分散白蚁、乳白蚁、土白蚁和其他白蚁种类4 个图标进行展示，在地图上就能清晰地看到，南通地区主要以散白蚁属危害为主，散白蚁属的黑胸散白蚁、黄胸散白蚁为危害优势种，约占危害种类比例的80%。近几年随着物流运输业发展越来越迅速，陆续发现乳白蚁属的危害案例，土白蚁属白蚁危害，在南通危害的案例较少，该种白蚁主要以树木移栽过程中带入。

图3 白蚁危害动态分布

3.4 白蚁分飞预测预警功能实现

在每年的三、四月份，南通市在南通发布、《江海晚报》《南通日报》等新闻媒体上发布白蚁高飞预警，预警的内容包含白蚁分飞高峰期的时间段、主要白蚁危害种类、白蚁危害高发区域以及分飞期的注意事项等内容。通过白蚁监测系统的建设、更新和优化，目前已积累近十年白蚁危害信息数据，在危害发布之前，根据监测系统历年来白蚁灭治数据，通过属性数据库和GIS 时空数据库进行模型分析，以近五年的白蚁分飞数据为分析单元，结合历年天气状况，如气温、气压、湿度、降雨量等数据进行统计分析，预警当年的白蚁分飞集中爆发期，提醒广大群众提前做好防范。

4 结束语

随着传感技术、GIS 技术、物联网等技术的快速发展[10]，现代化信息技术在白蚁防治领域也在不断地探索和应用，在数据的准确性、安全性方面都有了很大改善和提升，促进了白蚁防治工作现代化管理。本文设计和开发的基于物联网和GIS 开发的白蚁智能监测系统，采用模块化开发方式，便于后期的修改、维护和功能的完善，界面操作简单快捷，有效解决了人工管理效率不高、流程不规范的问题；防治信息“一张图”展示，让白蚁防治工作者能够实时、远程掌握白蚁危害动态信息，初步实现了以图管业务，以图促管理的效果，提高了白蚁防治的高效化、精细化、智能化管理水平，为智能监测系统在白蚁防治行业的应用提供了技术依据。