浙江省護林員考勤巡查系統(tǒng)設計與應用

王 圣 輝

(浙江農(nóng)林大學信息工程學院 浙江 杭州 311300) (浙江省林業(yè)智能監(jiān)控和信息技術研究重點實驗室 浙江 杭州 311300)(浙江大學信息與電子工程學院 浙江 杭州 310000)

0 引 言

根據(jù)浙江省林業(yè)廳2018年3月發(fā)布的最新的全省林業(yè)資源數(shù)據(jù)，全省林業(yè)用地面積9 900萬畝，其中優(yōu)質(zhì)公益林面積達3 700萬畝，活立木總蓄積量3.5億立方米，森林覆蓋率達到61%，位居全國前列[1]。浙江省森林生態(tài)服務總價值5 342.62億元，在調(diào)節(jié)氣候、大氣凈化、涵養(yǎng)水源、固碳釋氧、森林旅游、保持生物多樣性等方面發(fā)揮了非常重要的作用，尤其是在“美麗中國”、“兩美浙江”建設綠色GDP的大背景下，加強生態(tài)公益林建設與管理任重道遠。

全省目前擁有2.6萬名專職護林員，是林業(yè)生態(tài)資源管理和保護的一支中堅力量，擔負著林區(qū)日常的政策法規(guī)宣傳、森林資源調(diào)查監(jiān)控、災情災害巡視報告等基本職責，加強和提高護林員隊伍的建設和質(zhì)量，有利于森林資源保護的各項政策措施貫徹執(zhí)行[2-3]。針對森林野外作業(yè)管理復雜的現(xiàn)實困難，結(jié)合現(xiàn)行森林資源保護管理體制及其特點，借助GPS(全球定位系統(tǒng))、GIS(地理信息系統(tǒng))和遙感系統(tǒng)(RS)的開發(fā)利用[4]，以及Internet互聯(lián)網(wǎng)和GPRS、3G、4G移動聯(lián)網(wǎng)的普及，開發(fā)完成一套護林員考勤管理系統(tǒng)尤為必要，從而實現(xiàn)對護林員森林巡護的實時跟蹤調(diào)查、上通下達有效溝通、量化考核獎勵，為護林員的林外調(diào)查管護提供有效可行的現(xiàn)代化科技化管理方案。

本文對護林員考勤管理系統(tǒng)的功能需求進行了分析，介紹了系統(tǒng)的基礎架構(gòu)、以及其實現(xiàn)技術與方法。最后闡述了系統(tǒng)運行的現(xiàn)狀及維護管理工作。

1 功能需求分析

建設護林員巡查管理系統(tǒng)的主要目的是為嚴格護林隊伍建設，建立健全規(guī)范的護林員選拔錄用、考核獎懲制度，激勵護林員的工作責任心和積極性，提高巡查效果，有效預防森林火災、盜濫伐森林、破壞林地等案件的發(fā)生，從而鞏固林業(yè)生態(tài)建設成果。所以要求本系統(tǒng)能對護林員從基本屬性信息管理、硬件設備管理、實時巡查狀態(tài)、考核結(jié)果數(shù)據(jù)處理和到分析統(tǒng)計等管理提供完成的解決方案。本系統(tǒng)針對實現(xiàn)對護林員巡查等數(shù)據(jù)進行管理，主要功能模塊分為用戶手機端(功能機和智能機)、管理端(PC端和手機端)和服務端三個部分。

1) 用戶端 用戶端的主要功能包含：基礎功能(電話、短信)、地圖顯示、地圖測量計算、GPS定位、數(shù)據(jù)采集、通知公告、天氣查詢等功能。

護林員用戶端子系統(tǒng)，主要面向護林員使用，實現(xiàn)了終端的數(shù)據(jù)實時采集、參數(shù)動態(tài)配置、任務通知管理、森林資源調(diào)查、氣象數(shù)據(jù)查詢和報警功能。

2) 管理端 管理端的功能如圖1所示，主要包含：

(1) 系統(tǒng)管理：用戶管理、密碼管理、權限管理、系統(tǒng)配置、巡邏參數(shù)配置(最短巡邏距離、規(guī)定時間等)。

(2) 巡邏管理：在線人員實時監(jiān)控、地圖位置查詢、巡邏區(qū)域設置、報警信息顯示、云推送等。

(3) 人員設備管理：鎮(zhèn)監(jiān)管管理、護林員管理、智能手持端管理、定位終端管理、護林員定位等。

(4) 考核管理：基本報表(日考核報表、月考核報表、年度報表)、考核工資報表、權限護林員匯總一覽表等。對護林員的履職情況進行統(tǒng)計、匯總分析、考核評價。

3) 服務端 服務端的主要功能包含：定時任務的生成與考核、報表的生成與發(fā)布、數(shù)據(jù)接口的提供與接入、安全體系認證，以及云監(jiān)控。

圖1 管理端系統(tǒng)功能圖

2 系統(tǒng)總體設計

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

平臺分基礎服務層、大數(shù)據(jù)服務層、業(yè)務服務層等標準制度體系,技術優(yōu)勢明顯,并采用云服務器、云數(shù)據(jù)庫、云監(jiān)控等技術與服務,為系統(tǒng)運行提供了有力支撐。如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)圖

為適應全省護林員管理需要，平臺采用省、市、縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)四級管理模式。如圖3所示，分級負責、上下聯(lián)動,并配有專業(yè)規(guī)范的服務保障體系,即時處理解決實際問題。

圖3 系統(tǒng)運維管理圖

為了保證系統(tǒng)安全運行，平臺采用加密服務,擁有云防火墻及Web應用防火墻,借助態(tài)勢感知保障了數(shù)據(jù)安全及內(nèi)容安全。如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)安全保障體系

系統(tǒng)采用主備架構(gòu)模式，可實現(xiàn)故障秒級切換，保障了系統(tǒng)穩(wěn)定長期運行。數(shù)據(jù)采用加密服務，安全可靠好。多維監(jiān)控報警，時刻把握數(shù)據(jù)運行動態(tài)。流量監(jiān)控，DDOS高防IP。

2.2 數(shù)據(jù)庫設計與創(chuàng)建

數(shù)據(jù)庫主要包含林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫和應用數(shù)據(jù)庫。其中應用數(shù)據(jù)庫主要包含用戶基礎數(shù)據(jù)、終端設備數(shù)據(jù)、巡檢巡查數(shù)據(jù)、日志管理數(shù)據(jù)、統(tǒng)計報表數(shù)據(jù)等內(nèi)容。林業(yè)資源數(shù)據(jù)庫包含地形矢量數(shù)據(jù)、衛(wèi)星遙感影像圖、森林資源調(diào)查數(shù)據(jù)等。數(shù)據(jù)庫采用微軟公司提供的SQL Server 2008。

2.3 技術路線

2.3.1 分層模塊化MVC實現(xiàn)

MVC(Model View Controller 模型-視圖-控制器)[5]設計模式具體耦合性低、重用性高、生命周期成本低、可維護性高等優(yōu)點，普遍應用于系統(tǒng)開發(fā)當中。

Model(模型)是系統(tǒng)中用于應用程序處理數(shù)據(jù)邏輯的部分。通常情況下，模型對象負責在數(shù)據(jù)庫中存取數(shù)據(jù)，可通過ADO.NET Entity Framework創(chuàng)建實體數(shù)據(jù)模型Database First、Model First、Code First。從單純的Mapping到對象關系映射(ORM)框架能力的升華，數(shù)據(jù)庫在整個應用過程中可以更好地被封裝和抽象化。在對對象的CRUD上，不僅減少代碼錯誤、提高簡單查詢的開發(fā)效率，在復雜查詢、性能等一些方面結(jié)果都有了大幅度的性能提升。

View(視圖)是應用程序中處理數(shù)據(jù)顯示的部分，直接和用戶交互，通常視圖是依據(jù)模型數(shù)據(jù)創(chuàng)建的。運用JS和CSS技術，結(jié)合母版框架可快速實現(xiàn)基礎功能。

Controller(控制器)負責從視圖讀取數(shù)據(jù)，控制與響應用戶的輸入，然后指定返回瀏覽器響應的視圖模板的Class類，是應用程序中處理用戶交互的部分。

VS提供了一套基于T4模板引擎(Text、Template、Transformation Toolkit)的代碼生成環(huán)境，安裝對應擴展插件后可幫助開發(fā)者快速生成和更新代碼，大大地提高了開發(fā)效率。其可分為指令塊、文本塊和控制塊。

為了取得“高內(nèi)聚，低耦合”效果系統(tǒng)被定義為表現(xiàn)層(UI)、業(yè)務邏輯層(BLL)和數(shù)據(jù)訪問層(DLL)，對應層又分為接口和實現(xiàn)部分，這樣可以降低層與層之間的依賴關系，有利于理清各層邏輯關系，擴展性和安全性也有了大幅提高，如圖5所示。

圖5 MVC分層實現(xiàn)圖

2.3.2 權限管理

權限管理是一個系統(tǒng)安全規(guī)則的重要組成部分[6]，在此安全策略下，登錄用戶僅可操作(查看、修改、刪除)已被授權的資源。用戶-角色-權限模式基本的表設計如圖6所示，主要包括用戶表、角色組、模塊表、權限表和用戶角色關系表、角色模塊權限關系表。當用戶操作時先判斷其所屬的角色(如超級管理員、管理員、還是一般用戶等)，然后再去判斷其角色是否擁有的對應模塊的操作權限(如增、刪、改、查等)。

圖6 權限管理數(shù)據(jù)庫示意圖

(1) 用戶表(SysUser): 系統(tǒng)用戶基礎信息，如賬號和加密密碼，個人信息等，其中ID為唯一標識。

(2) 角色組(SysRole): 系統(tǒng)定義了多種角色組，如省級用戶組，縣市級用戶組、鄉(xiāng)鎮(zhèn)用戶組和個人用戶組等，方便管理。

(3) 模塊表(SysModule)： 系統(tǒng)將各功能點模塊化，保證各單元結(jié)構(gòu)清晰。

(4) 權限表(SysRight)： 系統(tǒng)將比如查看、增加、修改、刪除等操作點獨立定義。

(5) 用戶-角色表(SysUserRole)：用戶和角色組的關聯(lián)表，其中一個用戶可以同時擁有多種角色，當然一種角色可以同時被多個用戶擁有。

(6) 模塊-權限表(SysModuleRight)： 保存系統(tǒng)模塊和權限的關聯(lián)表，一個模塊可以擁有多個權限。

(7) 角色-權限表(SysRoleRight)： 角色和權限的關聯(lián)表。

2.3.3 Bootstrap與jQuery

jQuery是一個快速、簡潔的JavaScript框架，封裝了JS常用的功能代碼，優(yōu)化了事件、Ajax交互和HTML文檔操作，具有獨特的鏈式語法和多功能接口，擁有高效靈活的選擇器和便捷豐富的擴展插件，且兼容性強。

Bootstrap依賴于jQuery并進行了大題完善優(yōu)化[7]，基于HTML5和CSS3開發(fā)，包含很多可重用組件，可用于創(chuàng)建黑乎乎、下拉菜單、導航欄等控件。作為響應式而已，在當下瀏覽設備眾多應用場景下，適配效果顯著。

2.3.4 Quartz定時任務

Quartz是一個在預先確定(被納入日程)的時間到達時，負責執(zhí)行(或者通知)任務調(diào)度框架[8]，因其開源性和優(yōu)化的性能被廣泛應用。主要包含Scheduler(調(diào)度器)、Trigger(定義觸發(fā)的條件)和JobDetail & Job(JobDetail 定義的是任務數(shù)據(jù)，而真正的執(zhí)行邏輯是在Job中)三部分，有優(yōu)先級(Priority)、Misfire(錯失觸發(fā))策略等區(qū)分，配置方法如下：

org.quartz.scheduler.instanceName=

DefaultQuartzScheduler

org.quartz.threadPool.class=

org.quartz.simpl.SimpleThreadPool

org.quartz.threadPool.threadCount=30

org.quartz.threadPool.threadPriority=6

org.quartz.threadPool.threadsInheritContextClassLoaderOfInitializingThread=true

org.quartz.jobStore.class=

org.quartz.simpl.RAMJobStore

2.3.5 Unity依賴注入

控制反轉(zhuǎn)Ioc(Inversion of Control)和依賴注入(Dependency Injection)是解決程序耦合性問題的一種較好方案，Ioc關注服務是如何定義以及如何定位他們依賴的其他服務，較為常見的有astle、Windsor、Unity、Spring.NET等。Unity可通過VS管理NuGet程序包進行安裝使用。

2.3.6 其 他

系統(tǒng)在開發(fā)過程中還運用了WEB API，Cache緩存框架以及其他一些開源框架，如Log4net日志管理可通過簡單配置實現(xiàn)系統(tǒng)日志以及用戶日志的管理和維護，Echarts提供了大量方便豐富的可視化圖表，layer作為一個口碑極佳的Web彈層組件深受用戶喜愛。

3 系統(tǒng)應用

3.1 系統(tǒng)配置

該系統(tǒng)服務端由應用服務器和Web服務器構(gòu)成，應用服務器提供數(shù)據(jù)接口以及用戶終端的交互，Web服務器主要用于網(wǎng)站訪問，數(shù)據(jù)庫獨立部署,且服務器均為主備結(jié)構(gòu)，可在容災情況下實時切換,如表1所示。

表1 服務器基本信息

3.2 終端設備

專職護林員每人配備一個護林員通信設備，表2列出了當前終端品牌分布情況。因護林員年齡結(jié)構(gòu)的特殊性，用戶還是比較喜歡操作簡單，使用方便的手機，因此，三防功能機，如樂目所占比重較大。

表2 終端品牌分布情況

此外，為了適配不同終端，系統(tǒng)應用分別在MTK和Android系統(tǒng)下進行了長期測試和運行，表3列出了周活躍用戶啟動軟件次數(shù)及占比，結(jié)果表明，軟件在各版本運行正常。

表3 服務器基本信息

3.3 性能監(jiān)測

系統(tǒng)運行期間進行狀態(tài)實時監(jiān)測，監(jiān)測指標主要包括了CPU使用率、網(wǎng)絡流入流出量及帶寬、系統(tǒng)磁盤IO及吞吐量、系統(tǒng)可用性及響應時間等，如圖7、圖8、圖9所示。根據(jù)各項指標的監(jiān)測情況提供實時決策，為系統(tǒng)維護提供可靠保障。

圖7 系統(tǒng)運行圖—網(wǎng)絡吞吐量

圖8 系統(tǒng)運行圖—CPU

圖9 系統(tǒng)運行圖—系統(tǒng)響應時間

3.4 運行效果

系統(tǒng)平臺實現(xiàn)了人員信息管理和在線實時監(jiān)控、通知任務管理等功能，按照縣、鄉(xiāng)鎮(zhèn)分級按權限進行管理，整體實現(xiàn)功能如圖10所示，圖11展示了全省護林員的熱力分布圖。

圖10 系統(tǒng)功能展示圖

圖11 系統(tǒng)功能展示圖

為了更好地評價考核各縣市管理維護情況，系統(tǒng)根據(jù)森林防火等級、上線率、人均上線時間、人均巡邏面積等參數(shù)進行量化排名,運行狀態(tài)如圖12所示。

圖12 系統(tǒng)功能效果圖

4 結(jié) 語

本文從用戶實際需要出發(fā)，介紹系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)和技術實現(xiàn)方法，并對系統(tǒng)的整體運行和應用情況作了介紹。2010年遂昌縣第一個縣級系統(tǒng)落地實施，截至到2017年底已有54個縣市區(qū)接入該系統(tǒng)，護林員總數(shù)已達15 368人，對全省265平方公里公益林實施高效巡查管護工作。在線的實時并發(fā)量和數(shù)據(jù)的大型復雜運算見證了系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠性能，其正常運行給管理人員帶來了極大便利。