本文拟设计并实现一种基于GIS的用户可快速配置物联网平台，通过提升软硬件的通用性，在应用层实现用户对平台的可配置和快速开发来缩短物联网应用平台的开发周期，降低专业人员开发带来的高额成本，以期将物联网应用平台推广至更多的专业领域。
1 基于GIS的物联网应用平台快速构架
针对目前定制开发物联网应用平台效率较低的问题，本文提出一种基于GIS的可快速配置的物联网应用平台，其总体架构如图1所示。该平台可以分为三大支撑模块：自动配置展示、快速配置分级预警、通用硬件驱动。
（1）自动配置展示模块基于GIS平台进行二次开发，用户初次使用时只需上传符合规定格式的电子表格数据，并在地理数据库中选择所需的监控地理范围、对象类型等要素，平台就会自动且快速地架构出一个具备传统功能的物联网应用系统，同时还支持多种用户自定义的数据展示方式。
（2）快速配置分级预警模块在自动配置展示模块的基础之上，允许用户根据自身需求以及监控对象特点快速地配置出一套分级预警系统，系统会将前端传感器传回的数据与用户自定义的阈值进行比较，然后根据用户设置的自定义预警规则，通过短信通知或者自动报警等方式快速的发现或消除隐患。
图1 基于GIS的物联网应用平台总体架构
（3）通用硬件驱动模块则是在分级预警模块的基础之上，当分级预警机制出发最严重级别警报或用户收到短信通知后，可自动或通过人工的方式远程控制各种类型的硬件，从而方便快速地解决问题。
2 基于GIS的物联网应用快速构架关键技术
2.1 自动配置展示的实现
在明确了系统的功能和需求之后，为了让用户使用方便，可在GIS平台基础上进行二次开发，实现大范围多用户便捷的访问和管理。
（1）在选取GIS工具方面，ArcGIS API For JavaScript无疑是结合WEB以及GIS最好的工具之一。本文所提出的快速物联网应用架构平台是将其与轻量级的开发语言PHP相结合所得出的产物，使用PHP语言开发物联网应用系统的后端，既可以保证功能的顺利实现、系统的正常运行，又能尽可能地使整个物联网应用系统轻量化。
（2）数据库的设计和建立是整个物联网平台的基础，故首先需要在服务器上设计至少两种数据库，分别为属性数据库和空间数据库。其中，属性数据库用于存放传感器监测节点传回来的监测数据、用户添加节点时设置的节点属性数据以及用户在平台软件中定制的层级预警机制数据，由于该平台设计用于大多数专业领域，所以属性数据库的设计字段也应该较多，涵盖多领域的重要参数，方便存放不同用户的监测数据；而空间数据库则存放用于GIS系统显示地图的空间数据。
（3）用户第一次使用时，只需上传符合规定的电子表格数据，平台即可自动筛选出表格中的字段名和属性数据，用户仅需在弹出的设置页面中进行简单的点击选择，系统就会根据经纬度等空间数据通过ArcGIS在地图当中将监控对象通过用户上传的自定义图标标注出来，同时还会将用户需要展示的静态属性数据展示在对应监控对象的弹出框当中，从而自动地快速架构出基础的物联网应用。此外，系统又通过异步刷新从传感器传回的最新属性数据，而后将数据与时间等其他因素结合，并转化成多样化的图表等可视化的表现形式展示给用户，使用户可以根据自身需求使用多种方式查看动态属性数据。
2.2 快速配置分级预警机制的实现
对于一些重要的动态属性数据，用户通常需要对其实时监控以确定是否在正常范围内，此时可快速配置的分级预警机制就十分必要。预警机制的实现需要用户根据自身实际需要以及对象的客观特点，设计各节点及其各个具体参数之间的联系，无论是简单的设置阈值或是加入其他复杂因素的数学表达式均可，最终形成多层分级预警方案。平台将方案保存在数据库中，每经过设定的时间间隔便将动态属性数据与预警方案中设定的阈值进行比较，若触发预警，则按照用户设计的分层处置方案，按不同的级别将信息通知到对应的负责人或者采取其他紧急措施，并利用GIS的空间分析处理功能，直观地在地图上显示相应报警节点的位置和数据信息。
2.3 硬件驱动的实现
由于目前市面上各种前端硬件使用的协议各不相同，所以可以通过使用具备高通用性的中间件或者使用一种新的云平台的物联网应用解决方案，实现对市面上大多数设备的硬件驱动功能。当传感器采集到的最新数据已经触发最严重级别的分级预警等级且超过设定时限时，系统会主动采取先前设定好的紧急措施，通过互联网和控制开关，远程控制对应的硬件，尽可能地降低事故概率；而相应的负责人在收到预警系统的通知后，也可以选择登录系统，人工远程驱动硬件，从而消除故障和危机。
3 应用案例与分析
本节通过一个运用该平台快速搭建出一个《宜昌市路灯设备智能管理GIS系统》的成功案例，具体分析本文所提出的基于GIS的物联网快速架构平台。
首先，用户需要使用用户名和密码登录系统，新建项目时，只需上传含有路灯属性数据以及经纬度的电子表格，系统便自动根绝用户的设定，筛选和存储数据，在批量上传多次数据后，该系统的主界面如图2所示，宜昌市的主要路灯都以设定的图标在ArcGIS Server发布的地图服务中标注出来。
图2 路灯设备智能管理GIS系统主界面
当用户需要查看某一杆具体路灯时，只需将地图放大，然后用鼠标单击需要查看的路灯，便会弹出一个罗列该路灯对象静态属性数据的信息框，包括杆号、类型、功率、所属箱型变压器或开关箱编号等资料；而在地图的左侧也会显示出选中对象所属的类别。使用平台的数据分析功能，可根据自身需求，通过简单的选取查看范围和展示方式，系统便会自动生成可视化的数据展示。图3为近5年路灯的增长趋势图。
图3 近5年路灯的增长趋势图
除了以上展示的几种功能外，该路灯管理系统还可以设定分级预警机制。当某一变压器或开关箱的各项电能指标不符合安全范围时，地图上对应的图标会自动闪烁，还会根据设定好的预警规则，向相应的负责团队或负责人推送警报短信。若在一段时间后问题仍未解决，系统便会通过远程控制的方式，驱动硬件做出响应。路灯公司的员工收到警报后，也可以直接通过浏览器登录系统，对路灯进行远程开关或调光等操作。
4 结语
本文通过对物联网应用系统开发现状进行分析，提出了一种基于GIS的物联网应用快速构架技术，其主要由自动配置展示、快速配置分级预警和通用硬件驱动三大支撑模块组成。其中，自动配置展示模块使得用户仅需简单的操作和少量原始数据便可快速搭建出一个基础的GIS物联网应用系统，简化了以往开发过程中部分重复烦琐的步骤；快速配置分级预警模块和通用硬件驱动模块则保障了物联网应用系统功能的完备性，同时又在传统物联网应用的基础上提高了功能的可扩展性和驱动硬件的通用性。最后，通过一个成功案例“路灯设备智能管理GIS系统”充分证实了这种基于GIS的物联网应用快速构架技术的可行性。
参考文献
[1]程曼，王让会．物联网技术的研究与应用[J].地理信息世界，2010，8（5）.
[2]物联网白皮书[J].中国公共安全（综合版），2012，（3）．
[3]刘迪君．物联网通用采集和执行单元设计与实现[D]．成都：西南交通大学，2015．
收稿日期：2018-01-12
作者简介：吴凡（1993-），男，湖北武穴人，三峡大学计算机与信息学院在读研究生，研究方向：物联网工程。
