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智慧公厕系统技术方案

前言

自“厕所革命”以来，公共厕所的升级换代进入了一个新的阶段，公共厕所的形态从缺、脏、差的“卫生死角”，逐渐升级符合GB/T 17217-2021《公共厕所卫生规范》明确规定“四净三无”的标准，即地面净、墙面净、厕位净、周边净，无溢流、无蚊蝇、无臭味。而智慧公厕的诞生是这种政策背景下的新形态公共厕所。

智慧公厕是智慧城市建设规范下的公共厕所新形态，可以理解为第三代公共厕所的建设标准。是基于云计算、大数据、物联网、传感感知、4G/5G通信、区块链、人工智能、信息可视化等高精尖技术，融合到公共厕所的建设、运维、管理全过程的智慧公厕整体解决方案。通过云平台进行智慧公厕的联网管理，并通过标准的对接接口接入到智慧城市、智慧景区、智慧环卫、智慧服务区、智慧办公等信息系统，实现与各信息管理系统的信息互通和应用互联。

一、项目简述

本项目利用物联网技术，围绕智慧公厕的设施感应和管理环节，通过智能传感器在线采集部署场所的环境信息(湿度、烟雾、温度和甲烷等)，同时集成改造现有的环境控制设备，实现传感器的智能感应与科学管理。管理员可以通过手机、计算机等信息终端，实时掌握智能传感器设备的环境信息，及时获取异常报警信息，并可以根据监测结果，远程控制相应设备，实现实时监控、精准维修的目的。

易云系统是中易云旗下自有核心技术,基于云计算的物联网综合管控共享服务平台（物联网云平台）。能够对接各种物联网设备，用户无需编程、开发，通过使用系统提供的6大类40多小类的各种功能模块和组件、上百个基础控件，采用自由的组态方式，即可搭建出所需智慧公厕应用系统的平台。并能实现对功能、算法、协议、大数据挖掘等的共享、交互。系统从登陆界面至各项功能模块都可灵活配置，可以部署到用户指定的服务器上，形成用户私有化的行业管理平台。平台已经在天安门、西门子、中国石油、河北钢铁、万科地产、南湖世界园艺博览会等广泛使用。

本项目系统采用B/S架构，可按机构及角色创建管理员分级管理。各部门管理员通过账号密码登陆，进行感应仪器各项数据的实时查看、控制；曲线、记录的查询、下载打印等功能。管理界面可通过数值、图片、列表、动图等多元化方式展示；也可通过云组态功能，汇总各项数据、视频、场景进行动态化管理。如果传感器检测到实时数据超过规定范围，且设定保护延时内并未恢复正常，软件端清晰的产生报警铃音，并可通过微信、短信、语音播报、邮件等方式，准确及时的向管理员推送报警信息。报警信息可分为单次或逐级向多个/多层管理员推送，确保某个管理员未能及时处理店内的异常变化，而造成损失。系统可根据店内的各项数据，自动生成饼图、柱状图，对历史数据的最高值、最低值、平均值等参数进行大数据智能汇总分析。

本系统可实现实时监控、远程控制、自动控制、异常报警、巡检管理、数据统计等众多智慧管理功能，同时，系统有人员管理和多级权限认证机制，确保安全运行。

二、现状问题梳理解析

2.1 存在问题

1) 脏

2)乱

3)差

三、优化与解决

3.1优化结构图

1) 实时数据采集回传

2) 设备干净整洁

3.2智慧公厕的优势

智慧公厕的主要功能包括环境监测、环境调控（除臭杀菌消毒）、安全防范管理、资源耗品监测、多媒体视听等方面的功能，具体的子设备需要。

1) 环境监测：主要是对公共厕所的使用情况、环境变化、人员状态、设备状态等方面的监测，主要包括：厕位智能监测、空气质量监测（温度、湿度、氨气、硫化氢、PM2.5、PM10、甲醛、烟雾等）、客流量监测、设备运行状态监测等。设备有人体感应器、气体监测传感器、设备电流电压等物联网设备。监测的数据在智慧公厕局域网内通过智慧管理主机进行归集，再通过互联网4G/5G等通信技术上传到公有云或私有云服务器，再根据公共厕所监测管理的要求，通过云计算试进行存储、对比、分析，为智慧城市业务决策提供数据参考。

2) 环境调控：主要是根据环境监测得到的数据，再通过公共厕所卫生要求各类环境因素的阈值，进行除臭、杀菌、消毒、空调等设备的开启或关闭，在保证公共厕所卫生环境的前提下，节约水电能耗。主要设备包括：除臭机、杀菌机、消毒机、空调等。

3) 安全防范管理：主要是对公共厕所的内外情况进行有效的监控管理，防止安全事故的发生。主要设备包括：视频监控、紧急求助设备、自动喷淋设备等。

4) 资源耗品监测：主要对公共厕所日常消耗的厕纸、洗手液、水、电、垃圾等进行使用状态的监测，为公共厕所的日常管理维护提供详细的数据基础和资源配置参考。主要设备包括：智能厕纸机（余量监测）、智能洗手液机（余量监测）、智能垃圾桶（满溢监测）、智能水表（用水监测）、智能电表（用电监测）等。

5) 多媒体视听：主要是赋予公共厕所舒适、休闲的环境，视觉、听觉、触觉的全方位交互。主要设备包括：智能魔镜、背景音乐、可视化信息屏、3D裸眼户外LED大屏等。

移动管理APP（或小程序）

提供数据浏览、远程监控、统计分析。实现不同角色用户分级管理，移动办

公。

3.3方案优化详解

提供详细协议且网关可以更改上报服务器地址。设备可以直接通过网关的设参软件，将数据接收服务器地址更改为由中易云提供的、私有部署的“智慧公厕系统平台”。由中易云打通各类型网关与平台的数据通路，为现有每类型的网关设置专有型号驱动，并抽丝剥茧的解决了设备层、控制层、网关层、多系统层现有的问题：

采集数据形成标准规则，设备名称可以按企业需求统一化定义。

业务数据可通过组态场景、曲线、饼图、柱状图、图表等方式灵活展现、对比、分析，数据分析通路广、不再受限。

数据产生异常或未能及时更新，软件端清晰的产生报警，且通过微信、短信、邮件、语音播报等方式逐级通知管理人员，便于有问题及时解决或追溯。系统可以根据报警情况生成任务，将相关问题下发到具体人员，追溯发生、解决等一些列工作。

系统专业的能耗分析功能，可以对水电消耗情况做针对性的展示与分析，便于财务优化管理。

本系统私有部署，根据选择的功能一次性收费，对接入的设备数量、网关等等均无上限，系统使用实时数据库 redis，方便高频快速的数据操作，使用开源的 postgresql 关系型数据库（带时序数据库插件，具有广泛许可，无需费用），降低用户的使用费用。也能支持海量的数据库存储、分析。摒弃了目前几个平台数据公有化，且每年续费的情况，打消了被供应商反绑定风险增加。

本系统是中易云旗下自有核心技术,基于云计算的物联网综合管控共享服务平台，前后端架构是分离的。前端采用JavaScript，代码开放，可以让公司相关技术人员，可以进行二次功能开发；后端采用CSharp，开放API接口，提供详细的接口文档。中易云也可提供部分源码协助公司申请自己的软著等，形成公司私有化的知识产权产品。

本系统具有强大的扩容功能，即便数据流日趋庞大，系统支持服务器集群等功能，一站式满足公司所有设备集中监控的智能化管理需求。                                                                                                                                                                                                                   

四、系统设计原则

【可靠性原则】

使用分布式架构，微服务框架，提供容错机制，同时提供云模式，单一服务器硬件故障、单一应用服务卡顿皆不会影响系统运行，设备保证系统可以长期、可靠运行。

【安全性原则】

使用安全的通讯机制，自定义的角色权限体系，机构用户的关联，保证操作安全，同时提供操作记录，支持安全责任的追溯。

【高效性原则】

提供硬件通讯并发机制，支持实时数据库、时序数据库，保证数据通讯、存储的高效稳定。提供后台数据运算机制，保证统计类数据查询高效、快捷。

【灵活性原则】

系统提供安全、可靠、专业的应用的同时，尽最大程度的保证灵活性。不同使用者在不同的状况下，可以对系统进行多方面的调整，如：增删改监控点、调整权限、更换硬件、修改逻辑、重组组态画面、调整菜单等。

【可扩展原则】

系统在满足当前的应用基础上，使用模块化设计、便于扩展的架构，保证良好的扩展性，用户可以选择将各类需要的新的功能模块对接进系统中，无需重新开发。

五、系统功能

5.1多项目管理

同一个系统中，支持多项目管理、配置、统计功能，以作为企业的管理系统。可以配置每个项目的允许的设备数量、允许的存储数据数量、允许的用户数量、登录网址等。

同时，可在地图上一目了然的查看项目的位置、报警、设备在线等情况。

5.2登录界面配置

系统名称、登录界面、logo可以自定义配置。

5.3角色管理

系统可以配置各种角色，完全自定义每种角色能看见的菜单、操作权限，例如安保、操作员、管理员等，并可以为每个角色设定权限，设置是否允许操作系统。角色可以操作级别角色绑定菜单。

5.4时间模板管理

由于任务、报警（比如不同时间段的值班人员不同）、巡检、控制（例如节假日、周末、工作日楼宇空调可以有不同的配置）等、数据显示方式、报表统计等功能非所有时间皆相同，系统内置了时间模板功能：

可由系统管理者增加、管理任意数量的时间模板，可以按照每天、每周、每月、制定特定日期的方式，配置特定的时间段，作为时间模板。

例如可以配置重大节日、工作日、普通节日、特定值班等任意形式的时间模板，不同的时间内可启用不同的业务逻辑、界面形式等。

5.5监控点组态

为了更好对感应设备进行直观显示、个性化的统计等，系统提供监控点组态功能，用户可以使用多种组件、图库搭建自己的界面。

每个组态界面可以绑定相关设备，显示本设备数据、进行控制等，例如在管理控水场景下，系统可以自动获取水阀所处状态，允许管理员在组态界面直接对烟感器、风机等设备进行控制。

5.6菜单管理

系统菜单支持所见即所得的添加、删除、拖动、编辑、权限配置等。

5.7参数卡片

系统对数据的监测，可以通过参数卡片来显示，卡片显示支持查看详情，例如查看如厕累计人数，各气体的含量、查看实时历史曲线、查看操作记录等。

5.8远程控制 

系统支持远程控制功能，可以对空调、烟感器、风机等设备进行远程控制。支持多种控制模式切换（例如空调控制；设备状态监测模式，并能对每种模式下的参数进行设置，例如自动控制阈值等），也可以支持氨气浓度报警设置、压力开关等。

同时，也支持设备远程调试功能，可以编辑通讯指令进行远程设备调试

5.9机构管理

支持无限层级的机构管理，用户可以按功能不同设置为不同机构，可以通过设置对区域进行更精细的监控和管理。

5.10设备管理

系统支持新增、删除、编辑设备信息，可以将不同的设备归于不同的机构中，也可以在地图上标注不同设备。

5.11用户管理

支持新增、删除、编辑用户，配置所属机构、所属角色、对应手机号、邮箱、微信等（报警可使用此配置）。

5.13报警设置

可以新增、编辑、设置多种报警规则，每个属于报警规则的参数都可以按照本规则报警。

报警规则支持设置参数报警方式（大于、小于、等于数值等）。

每个报警规则支持设置独立报警接收人，支持时间模板（只有符合模板的时间才启用报警规则），支持报警执行条件（特定条件启用报警规则）。

每种规则支持微信、短信（需开通相应功能，支付短信费用）、邮箱、电话（需开通相应功能，支付语音费用）、手机app等多种报警方式。

同时，系统支持逐级报警，可以配置逐级间隔、报警级别，实现逐级报警功能。可以开始产生报警时给级别较低人员报警，如果间隔时间内未确认报警，则向高级别人员进行报警。

5.14数据查询

系统支持按参数配置存储（可选择存储时间间隔，是否启用存储），存储的数据支持按表格、曲线方式查询。

曲线支持多条曲线在同一个坐标显示（可以选择显示、隐藏对应曲线），也可以选择特定参数查看对应单一曲线。

5.15图库管理

系统提供图库管理功能，除提供基础图库外，也支持用户自己丰富、定制对应图库，在各功能中使用。图库支持用户自定义分类、自定义图形命名、上传图形等。其中项目级用户上传的图库在项目级中使用，系统级上传的图库，各项目皆可使用。

六、系统架构

6.1开发框架

系统使用微服务架构进行开发，采用redis实时数据库，PostgreSQL加时序数据库插件作为数据存储。将数据采集服务、数据处理无误、数据存储服务、定时服务、消息通知服务、数据接口API、数据库等模块化独立，可以支持系统内每种服务多副本运行（分布式部署，保证系统强大的安全性及扩展性）。开发框架如下图所示：

开发框架

分层架构

6.2功能架构

为了保证系统的安全、可靠、高效、灵活及可扩展性，系统采用了模块及组件化的功能架构，每个使用者，可以使用其中的部分功能，也可以使用现有功能搭建出相对个性化的功能，还能很好的支持将来二次开发扩展。具有如下特点：

1、使用功能模块库的模式组织各项功能，各模块库直接相对独立，互不影响；系统提供几十种功能模块，见相关说明；

2、系统提供的功能模块，支持基础配置满足不同应用场景，配置后可添加到系统中使用；

3、系统提供基础组件库，可使用组件库的组件，搭建出新的功能模块，加入功能模块库中使用；（例如不同的换热站动画、显示列表、个性化的水电热报表等）；

4、特殊功能也可以调用系统提供的WebApi接口，定制开发扩展功能（可支持第三方定制）；

功能架构

6.3权限逻辑

由于灵活的功能架构特点、系统提供灵活的角色权限架构，满足于不同的人操作不同的功能。

权限架构

系统包含大量功能满足智慧燃气系统管理的需求。包括但不限于：数据监测、设备控制、参数列表、组态场景、报警预警、事故追忆、参数报表、数据曲线等，能够在监测、控制、分析、管理等方面充分满足智慧商超的管理需求。

本系统采用B/S架构，PC端用户只需打开浏览器通过IP地址进入管理系统，凭管理员分配的用户名密码进行登陆管理。

手机端用户可在任何有手机网络信号的地方，通过微信小程序或Android版本APP,登陆系统，登陆账号与PC端账号相同。

七、企业介绍

中易云（唐山）物联网科技有限公司，简称中易云。公司专注于物联网底层网络研究、物联网产品及物联网综合管控云平台的研发，已初步形成了于研发、生产与营销相结合的一体化产业格局。

中易云作为以科研为依托的企业，公司拥有自主研发团队20余人，全部拥有本科以上学历，同时还与清华大学、北京大学、中科院、未来网络研究中心等科研合作，注重于物联网基础网络研究、自主知识产权的物联网芯片设计、与神经网络等大数据挖掘算法研究，基于BLE的mesh网络研究，具有世界领先水平，可以安全可靠、低成本的应用与广泛的物联网应用领域。公司具有核心技术的基于云计算的物联网综合管控共享服务平台（物联网云平台），可以由非专业人士，自由、快速的搭建适合各种物联网应用场景的系统，并能实现对功能、算法、协议、大数据挖掘等的共享、交互。

除了基础科研研究，公司正在积极推进技术的产业化应用，目前已投入市场80余款物联网产品，配合云平台使用可有效 解决智慧城市、智慧工业、智慧农业、智慧医疗、油田调剖调驱等众多应用场景问题。同时，公司拥有专业团队积极推进物联网产品及云平台在其他应用的应用，积极帮助传统企业解决“互联网+”的问题，促进产业升级。

公司秉承“让复杂的物联网应用变简单”的核心理念，积极促进科技成果转化，为客户创造价值，用服务感动上帝。不断在技术创新、商业模式创新、服务创新等方面取得突破。