2022（二等奖）C2464植物保护管理系统

作品介绍

一、需求分析

1. 应用背景

森林是陆地生态系统的主体，是人类生存与发展的物质基础。以森林为主要经营对象的林业，不仅承担着生态建设的主要任务，而且承担着提供多种林产品的重大使命。进入21世纪，人类正在继农业文明和工业文明之后开始向生态文明迈进。我国也已进入全面建设小康社会、加速推进社会主义现代化的新的历史发展阶段。在这个过程中，林业发挥着越来越重要的特殊作用。

当今的城市中，都不乏为了城市景观或调节空气作用而栽下的行道树，可以补充氧气、净化空气、美化城市、减少噪音等。但是由于环境条件极差的城市环境，在其生长过程中必须要精心呵护，要对其合理施肥、浇水，并及时防范病虫害等，这样才能保证行道树顺利生长。

实际情况下，由于管理难度存在一定难度导致病虫害防治的不及时和行道树修建的不精细，使得城市行道树往往被病虫侵害，树冠过大，枝叶过密。当遇到极端气候时，行道树则容易受到损毁，或大幅倾倒或导致果实下坠，影响行人安全。

2. 存在问题

我们通过考察调研发现。目前行道树管理存在以下问题：

1.缺少行道树基础统计数据，缺少相应时空数据，行道树规划存有不合理之处，但缺少可视化展示和历史数据的辅助支撑。

2.行道树日常维护困难，维护不当易造成不良影响，如海南常见棕榈科行道树叶片大、果实重，维护不当易掉落伤人。

3.极端情况下，难以定位定点管理行道树，如根系较浅的榕树在台风等恶劣气候条件下易倒坍，但排查工作量巨大。

4.居民没有相对集中有效的渠道，反映异常行道树问题及相关意见。

二、总体设计

本系统利用遥感影像获取林业数据，将数据上传到数据库，以Web服务、ArcGIS Sever构成应用支撑层，开发了植物保护管理系统，并借助微信小程序开发植株生长情况上传处理系统。完成了群众上报植株生长情况、生活意见，植株管理员上报植株健康状态，植株信息收集管理，植株时空分析，浇灌最优路线规划。将辅助管理者资源地协调分配与整体性发挥，推动行道树和种植林地精细化建设，优化城市景观，提高种植林产量，增加城市居民幸福感。

1. 系统架构与关键技术

系统采用接入层、展现层、业务层、支撑层、数据层五层体系架构。系统主要针对居民、环卫工人和管理部门，利用ArcGIS API for JavaScript实现在浏览器进行成果渲染。系统使用Express框架，结合MySQL数据库以及空间数据库进行后台搭建。Web端分为四个功能模块：数据管理、数据统计、数据分析、辅助决策。前端收到用户请求后向后台请求获取相应数据，再通过后台处理模块处理后连接到数据库，对数据进行管理。另一方面，利用echarts对数据进行统计，利用发布至Geoscene的地理处理服务对数据进行分析，在用户界面展示渲染并辅助用户决策。

图1 系统架构图

本系统的数据极其庞大，包含10079棵植株的坐标、健康状态和图片等信息，另还包含1576个路段组成点，采用传统的表格已经完全不能够渲染，但是采用分布式又不便于用户快速的阅览全部信息，于是我们采用了虚拟滚动表格，即表格以外的数据不进行首次加载时的渲染，以免给浏览器带来过大的渲染的压力，而让元素监听表格滚动事件，根据用户的滚动来渲染指定区域的数据，采用虚拟化表格后，完美的解决了大数据渲染的问题。

同时为了便于我们为用户筛选数据提供了支持，用户能够通过选择各种筛选条件，来展示表格中指定的数据和地图上指定的植株或路段，另一方面由于地图上数据庞大，为了用户的精确需求，我们提供了显示或关闭路段和植株点显示的功能。

为对庞大的数据进行分析，我们利用了ArcGIS在ArcGIS server上发布地理处理服务，通过调用ArcGIS server 的地理处理服务，通过网络分析、缓冲区分析、拓扑分析对地理数据进行处理，从而实现路线规划、植株辐射面展示、区域统计功能。

2. 功能设计

系统主要服务于公共绿地的管理人员、环卫人员及居民，根据接入层，系统分为：进行数据存储、管理的Web端，为外出作业人员及面对群众的微信小程序端。

管理人员可通过Web端和小程序端查看植株的总体统计数据，通过对历史数据的深入挖掘，并与GIS相结合，分析植株的管理、修护状况及布设规划的合理性，监督环卫人员的工作完成情况以提高工作效率。环卫人员可通过小程序端查看自己负责区域的工作完成情况、核实并处理公众上传的异常植株状况，根据系统规划的最优路线进行植株的维护以此来辅助环卫人员完成工作。公众则可通过小程序提交有关异常植株的图文信息，或针对城市公共绿化提出自己的意见和建议，同时可通过小程序查看异常植株的确认信息、处理进度。功能详图如下：

图2 系统功能图

三、主要模块介绍

1.web端

（1）数据管理模块

①植株信息

植株信息主要包括植株的编号、树种、位置、状态等，植株的编号、树种及位置信息存储在系统数据库中，管理人员拥有增删查改的权限。植株状态分为正常和异常，植株默认状态为正常状态，由管理人员、工作人员排查修改为异常状态，若群众上传异常信息，则由管理人员核实后设置为异常状态，所有异常植株需上传处理照片，经核实后恢复正常状态。

图3 植株信息示意图

②浇水路段信息

图4 浇水路段示意图

③环卫工人信息

由管理部门上传环卫工人信息，进行存储，后续用于人员日常管理及任务分配。

图 5 环卫工人信息示意图

④群众意见反馈统计

群众通过小程序发布的意见，如部分行道树需要修剪，部分地区行道树出现异常等，都将汇总到该板块，系统根据用户提交的定位分配修护工作，以及时、准确完成行道树修护管理工作。管理员根据植株实际状况及环卫人员的工作完成情况，执行通过或删除操作。

图6 群众意见反馈示意图

⑤植株路段位置编辑

系统目前存储的植株数据均为外部行道树数据，我们为用户提供了影像数据，用户可根据实际情况对数据进行删改，当用户想要在例如学校、小区等内部环境下管理植株，则可自行添加数据，点击绘制点在地图上绘制，并添加相应属性信息，系统会默认设置最新日期，绘制的数据在后续操作中均可查看。

图7 植株路段位置编辑界面

（2）数据分析模块

①信息动态显示

图8 信息动态显示模块示意图

②区域分析

图9 区域分析示意图

（3）辅助决策模块

①道路绿化缓冲区分析

图10 道路绿化缓冲区分析示意图

②修护路线规划

图 11 最短路径规划示意图

考虑到异常植株点分散，为实现异常点的合理修护，系统将根据通过核实的异常植株点位置，将异常点分配给负责相应区域的环卫工人，通过调用发布的网络分析模型的Geoscene，为环卫工人及其他管理人员规划最佳修护路线，实现修护路线。

图12 最佳路径示意图

（4）数据统计模块

①植株信息统计

该板块将针对一定时期内的植株基本信息以图表方式进行统计分析，便于分析、总结一定时期的植株管理工作。

图13 植株信息统计模块示意图

②浇水路段信息统计

图14 浇水路段信息统计示意图

四、数据库设计与关键技术

1.数据库设计

（1）数据库软件：MYSQL 12.4

（2）数据库设计约定：

a.对象名称一律采用小写字母，单词之间以下划线（“_”）分隔；

b.尽量避免使用触发器、存储过程；

c.避免使用动态创建表或者字段的设计；

d.每个表的字段不超过10个；

e.对象命名都应该使用正确的英文单词，禁止使用汉语拼音。

（3）项目涉及关系实体：

植株树信息、环卫工人信息、群众建议信息、清洗路段信息、浇水路段组成点信息。

（4）数据表结构设计

表1 群众建议表

表2 环卫工人数据表

表3 清洗路段数据表

表4 植株点位数据表

表5 浇水路段点数据表

2.关键技术

由于植株数据量十分的庞大，一次性载入表格会导致网页大量的资源消耗，致使网页无响应或卡顿。为了解决这个问题，表格数据的载入采用分布式访问的方法。在载入数据之前，先向后端发送请求，并附上页数和每页显示的数量。后端可以依靠当前页数和每页显示数量计算出当前页面的数据，然后返回数据以及数据总数。前端根据返回的数据和数据总数，显示数据以及计算出总页数。

五、作品亮点

1.可视化信息管理：将植株信息在地图上呈现并辅助图表进行管理。通过统计表格对各类数据进行展示，允许管理者对数据进行增改查，辅助管理者了解城市行道树空间布局状况和状态正常与否，清晰直观的了解各管理区植株和路段状况，帮助管理者对城市进行管理。通过图表对植株和路段数据进行统计展示，使管理者直观了解管理区内植株和路段不同状态的数量。

2.条件筛选展示：允许用户通过各种筛选条件进行指定数据的表格和地图展示，使用网络分析、缓冲区分析、拓扑分析对地理数据进行处理，实现修护植株路线规划、植株辐射面展示、区域统计功能。

3.大数据渲染：面对超万条的数据，如何进行流畅的地图渲染、数据更新和便捷的数据筛选，本系统采用了虚拟化表格、分页式访问等多种方式减轻web端的渲染压力。

4.智能辅助决策：管理人员和环卫人员可以通过系统智能分析区域的整体状况，利用使用了网络分析功能的系统灵活规划维护植株的最佳路径。

5.提高公众参与度：允许群众通过微信小程序上传植株反馈信息，对群众上传的植株进行智能识别，避免群众上传错误的植株信息，管理者对反馈信息进行审核确认，工人可以通过微信小程序进行路径导航，修护异常植株，以此维护城市行道树正常状态，提供居民舒适安全的居住环境，提高城市卫生环境。本系统提高管理者对城市行道树和道路清洗情况的了解程度的同时，也让群众参与到城市管理当中，辅助工人修护植株，提高城市行道树整体维护效率，帮助营造一个美丽安全的城市环境。