一、 系統(tǒng)概述
1.1 方案背景
近年來，雨季及氣候異常引起的城市內澇給市政部門帶來了巨大的壓力，由強降雨引發(fā)的河水倒灌、道路水淹、交通堵塞、橋梁建筑損毀等，給國家和人民帶來了巨大的經濟甚至生命損失。
尤其是下穿隧道和下沉式道路,當路過的車輛對該路段積水情況不了解,很容易被突發(fā)的積水淹沒并困在水中,同時該路段積水難以快速排出,內人員來不及逃生的話,容易造成人員傷亡,此類事件在北京、廣州、深圳等人口密集的城市已經發(fā)生了多起。所以對下穿隧道、下沉式道路內澇進行監(jiān)測報警問題成 了城市積水問題里面的最嚴重、最迫切需要解決的問題。為最大程度降低道路積水導致的內澇所造成的損失,一方面我們要 大力加強城市排水基礎建設,另一面為全面掌握城市內澇狀況,實現排水的統(tǒng)籌調度。
目前,針對城市積水排查大部分還采用人工巡查方式對立交橋和公路低洼區(qū)域的積水進行監(jiān)測,以確定該地點的積水情況,此方法無法科學及時的反饋正確信息,同時會造成大量的人力浪費,而采用安裝監(jiān)控攝像頭的方式雖避免人工實地查看,但不能準確的反映積水深度,同時監(jiān)測畫面也會造成觀測人員的錯誤判斷,且影像設備在黑夜或光線較為暗淡的情況下, 也無法滿足自動監(jiān)測的需要。
為最大程度降低內澇造成的損失，一方面我們要大力加強城市排水基礎設施的建設:另一方面為全面掌握城市內澇狀況、實現排水統(tǒng)籌調度，我們要對河道水位以及地道橋、低洼路段的積水水位進行實時監(jiān)測，建立起道路積水預警系統(tǒng)(城市道路積水監(jiān)測預警系統(tǒng))。
1.2 建設目標
在研發(fā)設計地埋式積水監(jiān)測系統(tǒng)的時候,我們應該總結前人開發(fā)的經驗,結合最新自控和軟硬件技術,建設以信息化為基礎,無縫隙、精準化、 可視化、智慧型現代城市道路積水監(jiān)測預警體系,實現對各個道路積水集中分布式監(jiān)控和智能化管理的目標,保證系統(tǒng)的高穩(wěn)定性、可靠性、安全性。具體目標如下:
1.2.1技術的先進性
系統(tǒng)選型、軟硬件設備的配置均要符合高新技術的潮流, 關鍵的道路積水監(jiān)測實時采集、傳輸均采用國內外工程建設中被廣泛采用的技術與產品。在滿足功能的前提下,系統(tǒng)設計具有先進性,并且在今后一段時間內保持一定的先進性。
1.2.2穩(wěn)定性
整體方案從方案架構、產品設計等各個層面, 都以穩(wěn)定可靠作為設計的第一目標。 采用先進成熟的技術來架構由略子系統(tǒng)組成穩(wěn)定可靠的大系統(tǒng),使系統(tǒng)能安全平穩(wěn)地運行,有效地消除名子系統(tǒng)可能產生的瓶頸,選用合適的設備來保證各子系統(tǒng)具有良好的擴展性,確保各設備的正常運行。
1.2.3經濟性
在地埋式積水監(jiān)測系統(tǒng)的建設上,-直以更高性價比為目標 ,不斷升級和改進軟硬件產品,針對各大環(huán)境監(jiān)控系統(tǒng)都有對應的產品和方案。以”為客戶提供最高性價比的方案”為設計目標來進行方案設計,綜合客戶需求以及擴展性要求,選擇最合適的產品,降低系統(tǒng)造價,為客戶節(jié)約項目成本。
1.2.4實用性
在設備選型時,依據項目實際情況結合目前我國市場上的占有率高的各類產品中選擇具有性能價格比和擴充能力的產品。
1.2.5可維護性
方案在設計過程中根據客戶需求、項目規(guī)模等等選擇合適的監(jiān)控產品和技術方案實現,其采用的產品均滿足簡單、實用、易操作、易維護的特性,力爭使系統(tǒng)更容易使用和維護,降低客戶使用監(jiān)控系統(tǒng)的管理和維護成本。
1.2.6可管理性
方案中現場各設備及各分系統(tǒng)都集中于中心統(tǒng)-控制,實施對所有遠端設備的控制、設置,以保證系統(tǒng)的高效、有序、可靠的發(fā)揮其管理職能。
1.2.7安全性
城市道路積水實時監(jiān)測在線告警系統(tǒng)安全可靠,具有一定的安全保護措施, 防止病毒感染、攻擊,防雷擊、過載、斷電和人為破壞,具有高度的安全和保密性。
1.2.8規(guī)范性
控制協(xié)議、編解碼協(xié)議、接口協(xié)議、傳輸協(xié)議等應符合相關國家標準、行業(yè)、標準和環(huán)保部頒布的技術規(guī)范。
1.3 設計依據
·《水位監(jiān)測標準》( GBJ138-1993)
·《水位觀測標準》( GB/T 28001~2001 )
·《水雨情預報規(guī)范》( SL250- -2000 )
·《水文自動測報系統(tǒng)技術規(guī)范》(SL 61-2015)
·《水文自動測報系統(tǒng)設備通用技術條件》 ( GB/T 27994-2011)
·《水文自動測報系統(tǒng)通信電路設計規(guī)定》( SL 199-1997 )
·《水文自動測報系統(tǒng)設備基本技術條件》( SL/T 102-1995)
·《水情自動測報系統(tǒng)運行維護規(guī)程》(DL/T 1014-2006 )
·《水情自動測報系統(tǒng)技術條件》(DLT 1085-2008)
· 城市防洪工程設計規(guī)范GB/T50805-2012
· 《防洪標準》(GB50201 -94)
· 城市防洪工程設計規(guī)范-CJJ50-92_
二、 方案簡介
2.1 地埋式積水監(jiān)測系統(tǒng)介紹
地埋式積水測點由防水防腐304不銹鋼外殼、水位檢測模塊（積水深度、積水狀態(tài)）、藍牙配置模塊、LORA無線通訊模塊、內置鋰亞電池等組成。設備檢測水位原理是根據液介式超聲波傳感器，利用測量聲波從發(fā)射至接收的時間間隔，結合補償后的聲波聲 速得到聲波傳輸的距離。超聲波探頭距離界面的距離。利用已安裝設備超聲波至水面回波， 即可獲得當前液位高度。
地埋式積水測點通過LORA無線通信，將測量到的水位信息傳輸到遠程遙測終端，遙測終端將得到的水位值通過4G通訊模塊，再傳送給后臺服務器，然后傳送到微信小程序/ 云平臺網頁終端。同時可以將檢測到的水位值，實時顯示在LED屏上，水位超限會觸發(fā)號筒揚聲器和聲光報警器雙重報警。從而全面掌握城市內澇狀況、實現排水統(tǒng)籌調度，建立起 城市內澇監(jiān)測預警系統(tǒng)。
2.2 地埋式積水監(jiān)測系統(tǒng)拓圖
2.3 地埋式積水監(jiān)測系統(tǒng)優(yōu)勢
· 專法所以專業(yè)
我同多年來一直專注于環(huán)境監(jiān)測這個行業(yè) ,力爭為客戶提供最好的、最高性價比的環(huán)境監(jiān)測產品和解決方案,是環(huán)境監(jiān)測行業(yè)的知名廠商。具有完備的產品和解決方案,供應地區(qū)300+、服務全球
· 系統(tǒng)級整體性及平臺化
借助自身多年來的行業(yè)經驗,結合客戶需求的方方面面,給出系統(tǒng)級、整體性的解決方案,賂更好分工以及協(xié)同效率,設計將具備良好的系統(tǒng)擴展性。該系統(tǒng)集可視化、智能化、無人化于一體，采先進的監(jiān)測技術和設備為城市道路的運行維護提供更多的技術支持和保障。
· 專業(yè)傳感器,精準監(jiān)測
地埋式積水監(jiān)測系統(tǒng)采用高精度傳感器,測量范圍廣,準確度高 ,確保產品優(yōu)異的可靠性、高精度和互換性。
· 施工部署簡單、方便
整個系統(tǒng)集軟硬件一體化設計 ,高度集成,使用壽命長。采用LORA采集水位實時信息，上傳監(jiān)測數據至環(huán)境監(jiān)控云平臺, 部署簡單方便,避免布線;監(jiān)控管理平臺多種部署式,針對簡單需求可以實現傻瓜式安裝,非常人性化,界面友好、操作簡單、功能全面,輕松實現監(jiān)控功能及報警的配置。
· 提供免費云平臺,功能強大
平臺采用B/S架構,維護和升級方式簡單,最少支持1000個采集設備的監(jiān)控和管理,采用專業(yè)的數據庫,穩(wěn)定可靠、 易于擴展, 支持軟、硬件分層,支持多級用戶管理權限。云平臺自動收集上傳的監(jiān)測數據,通過GPS地圖、列表、圖標、曲線的方式在平臺頁面端顯示,滿足用戶對實時監(jiān)測信息的多維度、多面查看數據。
· 多平臺遠程管理
地埋式積水監(jiān)測系統(tǒng)支持電腦PC端、APP移動端多種方式遠程查看/管理數據。
· 具有的自動告警方式
當城市道路水位超過設置的限值時,系統(tǒng)支持電話、短信、光、郵件等報警功能,及時通知管理人員。同時,現場積水監(jiān)測站會光、語音告警, LED雙色示超限數據,提醒現場的行人與車輛。
· 系統(tǒng)支持設備實時定位
該系統(tǒng)可在云平臺設備管理中設置設備經緯度,當數據異 ?；驍祿?戶可根據經緯度定位,快捷找出設備異常的位置, 及時處理便于后期維護與管理。
· 跨區(qū)域統(tǒng)一-管理
通過設立統(tǒng)一監(jiān)控管理站 ,對分布在不同區(qū)域的多個設備和信息進行全數字化集中監(jiān)控管理,滿足現各監(jiān)測站點統(tǒng)一監(jiān)管需要。
· 應用廣泛
該系統(tǒng)即可用于河道、灌渠地下排水管道網等地為城市排水工作提供數據支持;又可用于路口低洼、下橋立交橋、橋洞、隧道等地為人們出行安全提供保障;還可用于地下車庫預防洪澇災害,保護人們的財產安全,保障社會經濟效益。
· 軟硬件產品集成度高
地埋式積水監(jiān)測系統(tǒng)軟硬件產品根據行業(yè)發(fā)展的需要,與時俱進 ,不斷更新?lián)Q代對應的產品,剔除過時及冗余的功能,不斷集成有效地新功能,使產品具備越來越高的集成度,給客戶提供更高性價比的產品。
· 支持定制
我司在設計方案時從客戶使用的角度出發(fā),集成了很多比較實用的功能,也可根據客戶需求定制方案,做到在應用和維護盡可能方便省心。
三、 地埋式積水監(jiān)測點簡介
地埋式積水測點由防水防腐304不銹鋼外殼、水位檢測模塊（積水深度、積水狀態(tài)）、藍牙配置模塊、LORA無線通訊模塊、內置鋰亞電池等組成。設備檢測水位原理是根據液介式超聲波傳感器，利用測量聲波從發(fā)射至接收的時間間隔，結合補償后的聲波聲 速得到聲波傳輸的距離。超聲波探頭距離界面的距離。利用已安裝設備超聲波至水面回波， 即可獲得當前液位高度。
3.1 設備組成
山東仁科地埋式積水監(jiān)測站由以下幾部分組成:
2m立桿+供電系統(tǒng)+防水電控箱(遠程遙控終端) +地埋式積水監(jiān)測點+攝像頭(選配) +雙色LED顯示屏+光報警器+語音播報器
3.1.1 積水監(jiān)測站
可因地制宜選擇4G（全網通）、網口等上傳方式。 可外接顯示屏，實時顯示當前水位，超限變色顯示。 可外接語音播報及光報警器，實時水位預警。 自帶兩路繼電器輸出，可接外設擴展，支持平臺控制、自動等控制模式。 可通過手機配置軟件藍牙app進行配置參數。 可外接兩路室外LED雙色顯示屏，實現隧道兩端同時顯示實時水位值。 設備可設閾值，超限醒目提示，關聯(lián)光報警器。
3.1.1.1 功能特點
· 可因地制宜選擇 4G（全網通）、網口等上傳方式。
· 可外接顯示屏，實時顯示當前水位，超限變色顯示。
· 可外接語音播報及光報警器，實時水位預警。
· 自帶兩路繼電器輸出，可接外設擴展，支持平臺控制、自動等控制模式。
· 可通過手機配置軟件“藍牙 app”進行配置參數。
· 可外接兩路室外 LED 雙色顯示屏，實現隧道兩端同時顯示實時水位值。
· 設備可設閾值，超限醒目提示，關聯(lián)光報警器、號筒揚聲器。
· 支持我司提供的多款軟件平臺、客戶自己的平臺。
· 設備支持遠程升級、支持二次開發(fā)。
· 交流 220V 供電、IP65 防水等級，可常年工作于室外，不懼淋雨室外。
· 兼容多種立桿，安裝簡單靈活。
3.1.1.2 技術參數
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供電 |
AC220V |
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供電方式 |
市電或太陽能供電 |
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設備功耗 |
≤25 W |
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工作溫度 |
-40—80℃ |
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設備接口 |
接口類型 |
說明 |
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RS-485 主站接口 |
通過 RS-485 采集數據 |
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LED 屏顯示接口 |
雙色 LED 顯示屏（最大點 數 96*16） |
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1 路 485 采集 |
最遠通信距離 2000 米 |
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兩路開關量接口（預留） |
電壓輸入范圍：0～5V |
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兩路模擬量接口（預留） |
采集范圍：4-20mA、0-5V、 0-10V 默認 4-20mA |
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一路水浸檢測（預留） |
可檢測有無水 |
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兩路繼電器接口 |
繼電器容量： 250VAC/30VDC 3A 一路可設置有源無源，用作 報警或自動控制 |
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報警設備 |
支持聲光報警 |
支持語音播報 |
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LED 屏 |
尺寸 102cm*22cm 雙色屏 |
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設備支架 |
2 米立桿 |
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電控箱 |
用于放置遠程遙測終端機、電源 |
3.1.1.4 設備尺寸
3.1.2 地埋式積水測點
可外接顯示屏，實時顯示當前水位，超限變色顯示。 可通過手機配置軟件藍牙app進行配置參數。 IP68防水等級，可常年工作于室外，不懼淋雨室外。 工作時間長，無積水的情況下，可連續(xù)工作5年 LORA通信，通信距離遠。 體積小、功耗低、抗干擾能力強，外觀小巧精致，方便施工。 可多個測點同時采集數據傳到主機處。
3.1.2.1 功能特點
· 可外接顯示屏，實時顯示當前水位，超限變色顯示。
· 可通過手機配置軟件“藍牙 app”進行配置參數。
· IP68 防水等級，可常年工作于室外，不懼淋雨室外。
· 工作時間長，無積水的情況下，可連續(xù)工作 5 年。
· LORA 通信，通信距離遠。
· 體積小、功耗低、抗干擾能力強，外觀小巧精致，方便施工。
· 可多個測點同時采集數據傳到主機處。
3.1.2.2 技術參數
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供電方式 |
內置電池供電（3.6V鋰亞電池） |
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續(xù)航時間 |
無積水的情況下，可連續(xù)工作5年 |
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水位量程 |
≤1.5m |
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水位誤差 |
1cm |
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分辨率 |
1mm |
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輸出信號 |
LORA無線擴頻信號 |
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外殼材質 |
304不銹鋼 |
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防護等級 |
IP68 |
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安裝方式 |
采用地埋式安裝 |
3.1.2.4 產品尺寸
四、綜合環(huán)境監(jiān)控云平臺
4.1 概述
環(huán)境監(jiān)控云平臺是我司旨在為用戶提供便捷的服務而專門]開發(fā)的網頁登錄平臺。云平臺部署于公網服務器，可方便的接入我司所有網絡型設備。客戶無需再自行架設服務器，省去了服務器的維護費用，無需具備公網IP或者域名解析服務。設備到現場后用戶無需再進行復雜的網絡設置，便可連接到云平臺，極大的節(jié)省了現場施工的時間。
公司云平臺免費，界面完全中性，支持多級權限訪問、支持客戶增添子賬號?？蛻艨蓱{賬號隨時隨地登錄，方便的查看自己的設備狀態(tài)、查詢數據記錄、下載打印數據等，還可以根據需要選擇短信報警、郵件報警等服務，平臺穩(wěn)定可靠，已接入設備數量超過萬臺。
4.2 功能介紹
4.2.1 數據實時監(jiān)控
平臺支持實時查看所氣體檢測數據。數據可以通過圖形化界面、列表等方式反映，圖形化界面的優(yōu)勢在于讓用戶直觀看到數據和傳感器相對位置，列表則更利于用戶對數據進行對比。
【首頁數據展示】
【列表展示】
4.2.2 實時地圖顯示
系統(tǒng)以物聯(lián)網技術和GIS技術為支撐，使用戶更加直觀的觀測所有測點分布位置及狀態(tài)。
4.2.3 超限告警
當任一要素超過預置報警值、設備處于離線狀態(tài)時，系統(tǒng)能提供平臺界面告警、短信告警、電話告警、郵件告警等報警方式，并進行事件記錄，供調用和分析。
支持所有監(jiān)測因子報警上限、下限，預警上限、下限設置，支持因子數據異常字體變色，因子告警數據顏色用戶可自定義。
針對短信、振鈴、微信、郵件告警方式有專門的告警聯(lián)系人管理列表，便于當報警聯(lián)系人變動時快速查詢、添加、刪除。
4.2.4 視頻監(jiān)控
全面性的監(jiān)管，實現水雨情監(jiān)測站周邊環(huán)境畫面聯(lián)網呈現，支持在現場安裝攝像頭及傳感器，傳感器監(jiān)測到的數據通過視頻字符疊加器可疊加在監(jiān)控畫面上，其界面顯示全部信息，避免反復切換，實現遠程監(jiān)控。
4.2.5 歷史數據查詢、導出
可通過系統(tǒng)查詢每個監(jiān)測點的設備信息，對設備監(jiān)測數據、歷史數據進行查詢。并生成數據曲線圖，具有單個或多個因子數據存儲/查詢/導出數據功能，支持PDF、excel等多種數據格式導出，導出內容標題、使用單位名稱用戶可自定義，同時可導出數據查詢的時間段、查詢數據賬號、保存數據間隔、離線判斷間隔等重要信息。
【歷史數據列表查看】
【歷史數據曲線查看】
4.2.6 繼電器控制
支持電腦端、APP端遠程手動控制現場設備繼電器，且繼電器名稱可自定義編輯，相應繼電器控制功能是否啟用客戶可自行編輯。
4.2.7 系統(tǒng)管理
平臺具有完善的權限分級和管轄分區(qū)等等功能，無限級權限設定，根據要求自由組合權限。用戶操作具有完善的日志記錄，方便查看操作記錄。
4.2.8 賬號分級
支持賬號分級管理，針對項目實際需求增設子賬號，并分配不同管理權限，做到項目管理分工明確，用戶可定義不同的用戶角色，并賦予角色的不同權限管理，所有的用戶操作都進行自動記錄，沒有權限的用戶將不能進行操作。
【賬號管理】
4.2.9 設備管理
可對設備進行節(jié)點、報警、儲存進行設置。
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名稱 |
解釋 |
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設備名稱 |
填寫設備名稱，默認名稱為設備地址 |
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設備地址 |
顯示設備地址，不可更改 |
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設備經緯度 |
寫入設備經緯度，可在地圖中查看設備顯示位置。（注意：如果以設備自帶經緯度信息為準，此處可不填寫） |
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告警記錄 |
開啟告警記錄，當設備報警時，數據庫中會記錄告警信息，關閉告警記錄，則無法查詢告警記錄。 |
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離線短信 |
開啟離線短信，當設備離線時會發(fā)送告警短信至綁定手機號 |
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離線郵件 |
開啟離線郵件，當設備離線時會發(fā)送告警郵件至綁定郵箱。 |
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離線判斷間隔 |
設置設備離線時間，當設備在設置時間內重新上線，平臺默認此設備未離線。 |
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短信告警間隔 |
當設備在平臺告警后，告警信息按照設置時間間隔發(fā)送告警短信，時間最低設置5分鐘。 |
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郵件告警間隔 |
當設備在平臺告警后，告警信息按照設置時間間隔發(fā)送告警郵件。 |
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保存數據間隔 |
設置時間間隔保存設備數據。 |
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短信最多發(fā)送次數 |
防止設備超限時間過長，一直發(fā)送告警短信，可設置最多發(fā)送短信次數。 |
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節(jié)點列表 |
設備節(jié)點設置，詳情見節(jié)點信息設置。 |
4.2.10流量卡預警功能
實時獲取現場4G型物聯(lián)網設備的卡號，自動分析卡號剩余流量，自動分析，到期時間預警提醒，讓項目管理人員及時充值，防止流量卡到期運營商銷號造成項目停滯。
4.2.11大屏可視化
可投屏顯示，自動刷新，集中滾動顯示各監(jiān)測點的環(huán)境監(jiān)測數據，實時展現溫濕度等要素的動態(tài)曲線，數據清晰、直觀，便于管理人員進行系統(tǒng)查看。
4.2.12二次開發(fā)
山東仁科提供的云平臺完全免費，界面完全中性，并支持用戶二次開發(fā)。
4.2.13千人千面
針對小規(guī)模應用的用戶，云平臺提供可配置的“千人千面”界面與私有域名解析的服務，客戶只需要投入幾十元購買一個域名，備案成功后就能擁有自己的私有登錄鏈接，且登錄界面平臺名稱可根據用戶要求更改。
4.3手機APP
為方便移動端用戶監(jiān)測數據，推出“云控通”手機APP，方便用戶24小時實時監(jiān)測?？梢酝ㄟ^賬號密碼登錄云平臺，一鍵控制上萬個設備。支持視頻查看，設備故障/異常報警，支持離線告警功能，支持實時數據查看，歷史數據曲線查看，還可連接藍牙打印機進行數據打印。
