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# 智慧水务管理系统 — 系统设计文档
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> 版本：v1.0 | 日期：2026-06-14 | 作者：bot_pm
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## 一、技术选型
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### 1.1 总体技术栈
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| 层次 | 技术 | 版本要求 | 选型理由 |
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|------|------|----------|----------|
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| 后端框架 | Spring Cloud Alibaba | 2024.x | 微服务生态成熟，Nacos 服务治理 |
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| 单体可回退 | Spring Boot 3.x | 3.3+ | 小规模可单体启动，渐进式拆分 |
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| 前端框架 | Vue 3 + TypeScript | 3.5+ | 生态丰富，GIS 组件支持好 |
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| 前端 UI | Element Plus + ECharts | 最新 | 大屏可视化 + 中后台表单 |
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| 移动端 | Flutter 3.x | 3.24+ | 一套代码 Android/iOS |
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| 网关 | Spring Cloud Gateway | 匹配 SC | 统一入口、限流、鉴权 |
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| 服务注册/配置 | Nacos | 2.4+ | 服务发现 + 配置中心一体化 |
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| 认证授权 | Sa-Token + OAuth2 | 最新 | 轻量级 RBAC，支持 SSO |
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| 数据库 | PostgreSQL 16 + PostGIS | 16+ | 空间数据原生支持，替代 Oracle Spatial |
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| 时序数据库 | TDengine 3.x | 3.3+ | 物联网时序数据写入性能优，SQL 兼容 |
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| 缓存 | Redis 7 + Redisson | 7.2+ | 缓存 + 分布式锁 |
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| 消息队列 | Apache Kafka | 3.8+ | IoT 高吞吐实时流 |
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| 搜索引擎 | Elasticsearch | 8.x | 日志/文档全文检索 |
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| 流程引擎 | Camunda 7 / Flowable | 最新 | BPMN 2.0，用户量大 |
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| 对象存储 | MinIO / 阿里云 OSS | 最新 | 文件、视频存储 |
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| 容器编排 | Docker Compose → K8s | 最新 | 分步过渡 |
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### 1.2 选型对比与决策
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#### GIS 引擎选型
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| 方案 | 优势 | 劣势 | 推荐场景 |
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|------|------|------|----------|
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| **超图 iServer** | 国内水利项目标配，二三维一体化 | 授权费高(15-30万) | 预算充足 |
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| **开源 MapServer+GeoServer** | 免费 | 功能较弱，三维支持差 | 预算有限 |
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| **Leaflet + Cesium** | 前端轻量三维 | 瓦片服务需另配 | 推荐混合方案 |
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**推荐**：短期 GeoServer + Leaflet/Cesium；长期按甲方要求替换为超图。
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#### 视频 AI 引擎
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| 方案 | 优势 | 劣势 |
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|------|------|------|
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| **自研训练（YOLOv8）** | 可定制 | 需标注数据+3-5人月训练 |
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| **采购成熟产品** | 开箱即用 | 10-20万授权费 |
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| **对接现有视频平台 SDK** | 复用已有投资 | 依赖厂商API |
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**推荐**：优先对接甲方现有视频平台；人员闯入模型采用预训练 YOLO + 少量迁移学习。
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## 二、系统架构
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### 2.1 整体架构图
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┌─────────────────────────────────────────────────────────────┐
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│ 接入层 (Gateway) │
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│ Nginx → Spring Cloud Gateway (限流/鉴权/路由) │
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│ 统一入口: Web / Flutter APP / 微信小程序 / OpenAPI │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ 应用服务层 │
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│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────────┐ │
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│ │供水生产 │ │营业收费 │ │巡检管理 │ │大数据分析 │ │
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│ │管理服务 │ │服务 │ │服务 │ │服务 │ │
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│ ├──────────┤ ├──────────┤ ├──────────┤ ├──────────────┤ │
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│ │总览/监测 │ │营收/报装 │ │任务/轨迹 │ │BI看板/报表 │ │
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│ │水质/调度 │ │表务/客服 │ │统计/设置 │ │决策模型 │ │
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│ │报警/数据 │ │微信/集抄 │ │巡检APP │ │大屏展示 │ │
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│ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ └──────────────┘ │
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│ ┌──────────────────────────────────────────────────────┐ │
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│ │ 流程引擎服务 │ │
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│ │ Camunda BPMN → 流程定义/编排/监控 │ │
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│ └──────────────────────────────────────────────────────┘ │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ 能力层 (中台) │
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│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────────┐ │
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│ │物联网平台│ │数据引擎 │ │工单引擎 │ │消息通知 │ │
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│ │设备接入 │ │汇聚/治理 │ │任务流转 │ │短信/推送/WS │ │
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│ │协议适配 │ │服务/目录 │ │跟踪/统计 │ │邮件/订阅 │ │
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│ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ └──────────────┘ │
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│ ┌──────────────────────────────────────────────────────┐ │
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│ │ 基础服务平台 │ │
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│ │ 认证授权(Sa-Token) / 用户管理 / 部门管理 / 日志 │ │
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│ └──────────────────────────────────────────────────────┘ │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ 数据存储层 │
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│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────┐ ┌──────────────┐ │
|
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│ │PostgreSQL│ │ TDengine │ │ Redis │ │Elasticsearch │ │
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│ │+PostGIS │ │ 时序数据 │ │ 缓存/锁 │ │ 搜索/日志 │ │
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│ └──────────┘ └──────────┘ └──────────┘ └──────────────┘ │
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│ ┌──────────┐ ┌──────────┐ │
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│ │ MinIO │ │ Kafka │ │
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│ │ 文件存储 │ │ 消息队列 │ │
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│ └──────────┘ └──────────┘ │
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├─────────────────────────────────────────────────────────────┤
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│ 外部集成层 │
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│ ┌────────┐ ┌────────┐ ┌──────────┐ ┌────────┐ ┌────────┐ │
|
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│ │ SCADA │ │ 视频 │ │ 支付宝 │ │ 微信 │ │GIS地图 │ │
|
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│ │ 对接 │ │ 平台 │ │ 生活缴费 │ │ 支付 │ │ 服务 │ │
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│ └────────┘ └────────┘ └──────────┘ └────────┘ └────────┘ │
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└─────────────────────────────────────────────────────────────┘
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```
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### 2.2 微服务拆分
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| 微服务 | 端口 | 职责 | 拆分优先级 |
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|--------|:----:|------|:----------:|
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| `wm-gateway` | 8080 | API 网关/鉴权/限流 | P0 |
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| `wm-base` | 8081 | 用户/角色/菜单/部门/日志 | P0 |
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| `wm-iot` | 8082 | 物联网平台：设备接入/协议适配/设备管理 | P0 |
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| `wm-data-engine` | 8083 | 数据引擎：汇聚/治理/服务/目录 | P0 |
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| `wm-bpm` | 8084 | 流程引擎：Camunda 封装 | P0 |
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| `wm-production` | 8085 | 供水生产管理平台全部模块 | P1 |
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| `wm-revenue` | 8086 | 营业收费系统全部模块 | P1 |
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| `wm-patrol` | 8087 | 巡检管理系统 | P2 |
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| `wm-bi` | 8088 | 大数据分析/BI | P2 |
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| `wm-notify` | 8089 | 消息通知：短信/极光推送/WebSocket | P1 |
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| `wm-job` | 8090 | 定时任务调度(XXL-Job) | P1 |
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## 三、关键模块设计
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### 3.1 物联网平台
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```
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设备 → [MQTT Broker(EMQX)] → [Kafka] → [wm-iot]
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↑ 设备认证 ↑ 规则引擎路由 ↑ 设备管理/影子/OTA
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```
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**协议适配器模式**：
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```
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wm-iot/adapters/
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├── MqttAdapter.java # MQTT 适配
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├── CoapAdapter.java # CoAP 适配
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├── ModbusAdapter.java # Modbus TCP/RTU
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├── HttpAdapter.java # HTTP 直连
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└── DeviceModelMapper.java # 统一设备模型转换
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```
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- **设备影子**：Redis 存储设备期望/上报状态，断线自动同步
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- **OTA 升级**：MinIO 存储固件，设备心跳拉取更新
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- **数据路由**：EMQX 规则引擎 → Kafka Topic 分流（`iot.raw.{deviceType}`）
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### 3.2 数据引擎
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||
**数据流转**：
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```
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数据源 → 采集适配 → Kafka → 实时流(Flink) → TDengine(时序)
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↘ ↘
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批量(Spark) → PostgreSQL(业务数据)
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→ Elasticsearch(全文)
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```
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**治理流水线**：
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```
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原始数据 → 标准化 → 清洗 → 质控 → 关联 → 入仓
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(水利标准映射) (缺失/异常) (质量评分) (血缘) (增量/全量)
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```
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### 3.3 GIS 集成
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```
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前端: Vue3 + Leaflet(2D) / Cesium(3D)
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↕ WMS/WMTS/TMS
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后端: GeoServer(瓦片服务) ← PostGIS(空间数据库)
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↑
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空间数据: 管网矢量(shp→PostGIS)、监测点位(动态图层)
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```
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### 3.4 报警引擎
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```
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IoT数据 → Kafka → wm-iot(数据消费)
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↓
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规则引擎(阈值判断)
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↓
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Redis(去重窗口)
|
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↓
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wm-notify(通知分发)
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↓
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┌───────┼────────┐
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短信 APP推送 WebSocket(实时弹窗)
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```
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**报警等级**：🟢 提示 → 🟡 一般 → 🟠 严重 → 🔴 紧急
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**去重策略**：同一设备+同一类型+N分钟内只告警一次。
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### 3.5 调度推演引擎
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```
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预案模板库 → 参数填充 → 管网水力模型(EPANET) → 调度策略生成
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↓
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指令下发 → 执行跟踪 → 效果评估
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```
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- 爆管模拟：阀门关闭策略 → 影响区域分析 → 应急供水方案
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- 水质异常：污染物扩散模拟 → 排放方案
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## 四、数据库设计（核心表）
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### 4.1 用户权限体系
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```sql
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-- 部门表
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CREATE TABLE sys_dept (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
parent_id BIGINT,
|
||
dept_name VARCHAR(100),
|
||
dept_type VARCHAR(20), -- water_bureau(水利局)/water_company(水务公司)/ops(运维)
|
||
sort_order INT,
|
||
status TINYINT DEFAULT 1,
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
-- 用户表
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||
CREATE TABLE sys_user (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
dept_id BIGINT REFERENCES sys_dept(id),
|
||
username VARCHAR(50) UNIQUE NOT NULL,
|
||
password VARCHAR(255) NOT NULL,
|
||
real_name VARCHAR(50),
|
||
phone VARCHAR(20),
|
||
email VARCHAR(100),
|
||
role_type VARCHAR(30), -- admin/leader/manager/operator/tech
|
||
status TINYINT DEFAULT 1,
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
-- 角色表
|
||
CREATE TABLE sys_role (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
role_name VARCHAR(50) UNIQUE,
|
||
role_key VARCHAR(50) UNIQUE, -- admin/supervisor/biz_manager/field_ops/tech_maintain
|
||
data_scope VARCHAR(20), -- ALL/DEPT/SELF
|
||
description VARCHAR(200),
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
-- 角色-用户关联
|
||
CREATE TABLE sys_user_role (
|
||
user_id BIGINT REFERENCES sys_user(id),
|
||
role_id BIGINT REFERENCES sys_role(id),
|
||
PRIMARY KEY (user_id, role_id)
|
||
);
|
||
```
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||
### 4.2 设备管理（物联网）
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||
```sql
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||
-- 设备模型定义
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||
CREATE TABLE iot_device_model (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
model_key VARCHAR(50) UNIQUE, -- 比如 water_meter_dn15
|
||
model_name VARCHAR(100), -- DN15远传水表
|
||
vendor VARCHAR(100), -- 厂商
|
||
protocol VARCHAR(20), -- MQTT/Modbus/CoAP
|
||
properties JSONB, -- 属性定义 [{key, name, unit, data_type, range}]
|
||
commands JSONB, -- 支持指令 [{key, name, params}]
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
-- 设备实例
|
||
CREATE TABLE iot_device (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
device_sn VARCHAR(100) UNIQUE, -- 设备序列号
|
||
device_name VARCHAR(200),
|
||
model_id BIGINT REFERENCES iot_device_model(id),
|
||
device_type VARCHAR(30), -- flow_meter/pressure/valve/water_quality/level
|
||
position_type VARCHAR(20), -- water_plant/pressure_station/pipe_network/village
|
||
loc_lng DOUBLE PRECISION, -- 经度
|
||
loc_lat DOUBLE PRECISION, -- 纬度
|
||
geom GEOMETRY(Point, 4326), -- PostGIS 空间坐标
|
||
area VARCHAR(50), -- 所属片区
|
||
station_id BIGINT, -- 所属站点
|
||
status VARCHAR(20), -- online/offline/maintenance/fault
|
||
last_report_time TIMESTAMP,
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
```
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### 4.3 时序数据（TDengine）
|
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||
```sql
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-- TDengine 超级表：设备遥测数据
|
||
CREATE STABLE iot_telemetry (
|
||
ts TIMESTAMP,
|
||
device_sn NCHAR(100),
|
||
metric_key NCHAR(50),
|
||
metric_value DOUBLE,
|
||
quality TINYINT
|
||
) TAGS (
|
||
device_type NCHAR(30),
|
||
area NCHAR(50)
|
||
);
|
||
|
||
-- 按设备类型创建子表
|
||
CREATE TABLE flow_data USING iot_telemetry TAGS('flow_meter', '精芒片区');
|
||
CREATE TABLE press_data USING iot_telemetry TAGS('pressure', '托里片区');
|
||
CREATE TABLE wq_data USING iot_telemetry TAGS('water_quality', '一体化水厂');
|
||
```
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### 4.4 营业收费
|
||
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||
```sql
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-- 用水户
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||
CREATE TABLE rev_customer (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
customer_no VARCHAR(30) UNIQUE, -- 户号
|
||
customer_name VARCHAR(100),
|
||
customer_type VARCHAR(20), -- residential/business/enterprise/institution
|
||
area VARCHAR(50),
|
||
address VARCHAR(300),
|
||
phone VARCHAR(20),
|
||
id_card VARCHAR(18),
|
||
contract_no VARCHAR(50),
|
||
status VARCHAR(20) DEFAULT 'active',
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
-- 水表档案
|
||
CREATE TABLE rev_meter (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
meter_no VARCHAR(50) UNIQUE,
|
||
customer_id BIGINT REFERENCES rev_customer(id),
|
||
device_id BIGINT REFERENCES iot_device(id), -- 关联IoT设备
|
||
caliber VARCHAR(10), -- DN15/DN20/DN40...
|
||
meter_type VARCHAR(20), -- mechanical/ultrasonic/electromagnetic
|
||
initial_reading DECIMAL(10,2),
|
||
install_date DATE,
|
||
status VARCHAR(20), -- active/dismantled/scrapped/repaired
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
-- 抄表记录
|
||
CREATE TABLE rev_reading (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
meter_id BIGINT REFERENCES rev_meter(id),
|
||
reading_date DATE,
|
||
prev_reading DECIMAL(10,2),
|
||
curr_reading DECIMAL(10,2),
|
||
consumption DECIMAL(10,2), -- 用水量
|
||
read_type VARCHAR(20), -- manual/remote/estimate
|
||
reader_id BIGINT,
|
||
photo_url VARCHAR(500),
|
||
verified TINYINT DEFAULT 0,
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
-- 水费账单
|
||
CREATE TABLE rev_bill (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
customer_id BIGINT REFERENCES rev_customer(id),
|
||
bill_period VARCHAR(10), -- 2026-06
|
||
consumption DECIMAL(10,2),
|
||
water_fee DECIMAL(10,2),
|
||
sewage_fee DECIMAL(10,2),
|
||
total_fee DECIMAL(10,2),
|
||
paid_fee DECIMAL(10,2) DEFAULT 0,
|
||
status VARCHAR(20), -- pending/partial/paid/overdue
|
||
due_date DATE,
|
||
paid_at TIMESTAMP,
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
```
|
||
|
||
### 4.5 巡检系统
|
||
|
||
```sql
|
||
-- 巡检路线
|
||
CREATE TABLE patrol_route (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
route_name VARCHAR(100),
|
||
area VARCHAR(50),
|
||
route_points JSONB, -- [{seq, lng, lat, name, device_ids}]
|
||
estim_duration INT, -- 预计时长(分钟)
|
||
status TINYINT DEFAULT 1,
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
-- 巡检任务
|
||
CREATE TABLE patrol_task (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
route_id BIGINT REFERENCES patrol_route(id),
|
||
assignee_id BIGINT REFERENCES sys_user(id),
|
||
task_date DATE,
|
||
plan_start TIME,
|
||
plan_end TIME,
|
||
actual_start TIMESTAMP,
|
||
actual_end TIMESTAMP,
|
||
status VARCHAR(20), -- pending/in_progress/completed/expired
|
||
distance DECIMAL(8,2),
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
-- 巡检记录
|
||
CREATE TABLE patrol_record (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
task_id BIGINT REFERENCES patrol_task(id),
|
||
point_seq INT,
|
||
device_id BIGINT REFERENCES iot_device(id),
|
||
check_items JSONB, -- [{item, result, value, photo_url, remark}]
|
||
gps_lng DOUBLE PRECISION,
|
||
gps_lat DOUBLE PRECISION,
|
||
record_time TIMESTAMP,
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
```
|
||
|
||
### 4.6 报警管理
|
||
|
||
```sql
|
||
CREATE TABLE alert_rule (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
rule_name VARCHAR(100),
|
||
device_type VARCHAR(30),
|
||
metric_key VARCHAR(50),
|
||
alert_level VARCHAR(10), -- info/warning/critical/emergency
|
||
condition_expr VARCHAR(200), -- "> 0.5" 或 "ABS_DELTA > 10"
|
||
threshold_value VARCHAR(50),
|
||
debounce_sec INT DEFAULT 300, -- 去重窗口(秒)
|
||
notify_scheme_id BIGINT,
|
||
enabled TINYINT DEFAULT 1,
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
|
||
CREATE TABLE alert_event (
|
||
id BIGINT PRIMARY KEY,
|
||
rule_id BIGINT REFERENCES alert_rule(id),
|
||
device_id BIGINT REFERENCES iot_device(id),
|
||
device_sn VARCHAR(100),
|
||
metric_key VARCHAR(50),
|
||
metric_value DOUBLE,
|
||
threshold VARCHAR(50),
|
||
alert_level VARCHAR(10),
|
||
message VARCHAR(500),
|
||
confirmed_by BIGINT,
|
||
confirmed_at TIMESTAMP,
|
||
dispatched TINYINT DEFAULT 0, -- 是否已派单
|
||
resolved_at TIMESTAMP,
|
||
created_at TIMESTAMP DEFAULT NOW()
|
||
);
|
||
```
|
||
|
||
---
|
||
|
||
## 五、接口设计规范
|
||
|
||
### 5.1 RESTful API 规范
|
||
|
||
```
|
||
GET /api/v1/{resource} # 列表查询
|
||
GET /api/v1/{resource}/{id} # 详情查询
|
||
POST /api/v1/{resource} # 创建
|
||
PUT /api/v1/{resource}/{id} # 全量更新
|
||
PATCH /api/v1/{resource}/{id} # 部分更新
|
||
DELETE /api/v1/{resource}/{id} # 删除
|
||
```
|
||
|
||
### 5.2 统一响应格式
|
||
|
||
```json
|
||
{
|
||
"code": 200,
|
||
"message": "success",
|
||
"data": {},
|
||
"timestamp": 1718340000000
|
||
}
|
||
```
|
||
|
||
### 5.3 错误码规范
|
||
|
||
| 范围 | 说明 |
|
||
|:----:|------|
|
||
| 200 | 成功 |
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| 400-499 | 客户端错误（参数/权限/资源） |
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| 500-599 | 服务端错误 |
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| 10001-10099 | 物联网相关 |
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| 20001-20099 | 营业收费相关 |
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| 30001-30099 | 供水生产相关 |
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## 六、部署方案
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### 6.1 开发环境
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Docker Compose 单机部署
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├── PostgreSQL 16 + PostGIS
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├── TDengine 3.x
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├── Redis 7
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├── Kafka (单节点)
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├── Elasticsearch
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├── MinIO
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├── EMQX
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├── Nacos
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└── 各微服务 JAR
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### 6.2 生产环境
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K8s 集群 (3 master + 5 worker)
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├── ingress-nginx (LB)
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├── Spring Cloud Gateway (ClusterIP)
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├── 微服务 Pods (HPA自动扩缩)
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├── PostgreSQL (主从)
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├── TDengine Cluster (3节点)
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├── Redis Cluster (6节点)
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├── Kafka Cluster (3节点)
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├── Elasticsearch Cluster (3节点)
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├── MinIO (分布式 4节点)
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└── EMQX Cluster (3节点)
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### 6.3 监控体系
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| 组件 | 用途 |
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| Prometheus + Grafana | 系统指标 + 业务指标 |
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| SkyWalking | 分布式链路追踪 |
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| ELK (ES + Logstash + Filebeat) | 日志收集分析 |
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| AlertManager | 告警管理 |
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## 七、安全设计
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| 层面 | 措施 |
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| 传输安全 | HTTPS/TLS 1.3，MQTT over TLS |
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| 认证 | JWT + Sa-Token，设备端 X.509证书 |
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| 授权 | RBAC + 数据权限(片区隔离) |
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| 审计 | 全操作日志(登录/操作/异常)，不可删除 |
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| 数据安全 | 敏感字段 AES 加密，数据库连接 SSL |
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| 等保 | 不低于等保二级，关键业务等保三级 |
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| 防护 | SQL注入/ XSS/ CSRF/ DDoS限流 |
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## 八、关键技术决策记录
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| # | 决策 | 方案 | 理由 |
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| 1 | GIS引擎 | GeoServer + Leaflet/Cesium | 开源可控，支持标准WMS/WMTS，可平滑迁移超图 |
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| 2 | 时序库 | TDengine 3.x | 物联网写入性能优(亿级/天)，SQL兼容，运维简单 |
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| 3 | 消息队列 | Kafka | IoT 高吞吐实时流，Exactly-Once 语义 |
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| 4 | 流程引擎 | Camunda 7 | BPMN 2.0 标准，Java 原生嵌入，中文社区 |
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| 5 | 移动端 | Flutter | 一套代码双端，GIS 地图插件成熟 |
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| 6 | 微服务框架 | Spring Cloud Alibaba | Nacos注册配置一体化，Sentinel限流 |
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| 7 | API规范 | RESTful + WebSocket(实时) | 前后端分离标准，WS 用于实时监测和报警推送 |
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| 8 | 视频AI | 预训练 YOLOv8 + 迁移学习 | 人员闯入场景单一，少量标注即可达到85%+精度 |
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## 文档版本
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| 版本 | 日期 | 修订 | 修订人 |
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| v1.0 | 2026-06-14 | 初始版本：技术选型/架构/数据库/部署 | bot_pm |
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