在进行系统设计前，需明确系统的功能需求和目的。本研究所设计的系统旨在有效对小流域水环境治理过程信息进行采集、管理、传输和反馈，以进一步提升水环境治理效果。为此，本研究分别从硬件和软件部分入手，对系统进行分析和设计。系统整体框架图见图1。

为了实现信息互联反馈，需准备一台接有局域网的计算机，计算机要有自主IP，信息互联反馈中心通过局域网和无线管理网关进行信息通讯^[5]。无线管理网关链接Zig Bee网络构建组织协调器，通过使用特定的具有Zig Bee频次的收发系统实现各信息监测点的数据共享互联^[6]。小流域水环境治理网络结构见图2。

在此基础上，利用基于web平台的无线网关端口，套用无限检测传感器和SOCC-2520体系作为基础，对系统进行硬件设备的组建，以便对海量信息进行协调处理。同时，选择Windows 2007操作系统和MSP430F1611芯片作为控制器主体，实现对小流域环境治理过程中采集到的海量信息进行网络结构的联系处理^[7]。

MSP430F1611芯片内部包括16位Timer_A (3个捕获/比较寄存器）和8通道12位A/D、16位D/A信息转换处理器、差异化信息通用传输端口等结构，可有效地实现数据存储和处理，D/A信息转换处理器和差异化信息通用传输端口可以有效地减少硬件设备操作复杂度^[8]。另外，还在硬件环境中设定了3组16位数的定时互联管理模块，可有效地实现对8个通道的信息联通处理，保证对不同通道中的数据信息进行迅速逼近转换和反馈^[9]。系统硬件设备基础配置结构见图3。

由于在对小流域水环境治理过程中的信息进行采集和管理时极易受到环境因素的影响，因此需根据水环境治理网络结构进一步优化系统硬件环境，改善结构层级。

在MCU端完成Zig Bee协议运行过程中，海量治理数据会使MCU端出现负荷过大问题^[10]，因此，需结合SOCC-2520电子芯片和Zig Bee协议进行优化，即在SOCC-2520电子芯片中添加微型SPI通讯处理设备和7051单片模拟机，保持其电子芯片与微型处理器之间采用串口交流模式进行连接，提高系统硬件配置之间的严密性和时效性^[11]。

传统的信息互联反馈系统通常缺少对相似性数值的简化分类处理步骤，极易导致对信息分类不准确的问题，造成互联反馈效率较低。为了保障水环境治理过程中信息互联反馈的有效性，所提的小流域水环境治理过程信息互联与反馈系统以信息采集-信息互联传输-信息反馈为核心思想，结合神经网络原理对信息采集、互联和反馈节点进行设计。在这一过程中，利用最佳的拓扑结构保障节点安排的合理性。常见的神经网络节点拓扑结构见图4。

在上述常见的神经网络节点拓扑结构中，混合状拓扑结构是将两种单一的拓扑结构结合、保有两者优点而形成的网络拓扑结构，具有便于故障诊断和隔离、便于扩展和便于安装等优势。为此，本研究利用混合状网络拓扑结构进行水环境信息数据采集节点的有效分配，并实现各个采集和处理模块之间的信息实时传输^[12-13]。

在此基础上，对信息采集、互联传输和反馈过程进行设计。

通过Zig Bee协议和神经网络原理将采集到的特征信息传输至无限管理网关中进行存储和评估，根据评估结果实现反馈数据的TOP-N排序推荐。由于水环境质量信息复杂度较高，互联数据量巨大，在不同环境背景下对信息提取的需求也各不相同^[14]，因此，在信息反馈处理的过程中，需要结合物联技术对水环境质量信息管理结构进行优化。水环境质量信息采集管理结构见图5。

图5可见，通过河道口水质监控数据、流域设备监控数据和背景数据的收集，实现了对水环境质量信息的采集；利用移动网络设备端口将所采集的数值传输至智慧云系统，通过可视化、智能决策和管理过程实现了对数据的管理。

水环境质量信息采集管理结构包括子局域内信息采集模块、无线共享管理网关、信息互联反馈中心等结构中的关键模块。其中，子局域内信息采集模块主要采用GPRS互联通讯监控节点自动对小流域水环境的pH值、溶解氧、气候信息等进行测算，完成对数据的采集任务^[15]。无线管理网关的运行主要根据上位系统和信息管理网关传达的指令进行实时信息的采集、发送储存和共享。信息互联反馈中心经过基电站发送互联信息给上位系统进行信息分析处理和反馈。采用Arc GIS Serve设备进行互联信息的发布和链接，从而实现水环境治理信息的共享和归类。

在上述分析的基础上，假设待采集的水环境治理信息链路分布数据集为$X = \left\{ {{x_1},{x_2}, \cdots ,{x_n}} \right\}$，其中，$n$表示数据流矢量长度，对其信息传输信道进行自适应跟踪，结合信息采样的时间序列${t_0} + i\Delta t$（其中$i = 0,1, \cdots ,n$），得到信息采集输出的状态矢量见式（1）。

式(1)中：$z$为采集到的信息特征时域平均方值。结合过零率$i$和信息瞬时能量$W$，得到采集到的瞬时信息特征挖掘结果见式（2）。

在此基础上，在神经网络结构中，对网络节点神经层特征信号最佳拓扑结构系数进行计算，其具体过程见式（3）。

式（3）中：$\,\beta $为1～10之间的调节常数；$p$为神经网络隐层数。

在完成信息采集之后，根据网络节点关联度进行信息互联传输处理。小流域水环境治理信息互联处理结构见图6。

图6可见，信息互联处理部分功分为3个层次，分别为表现层、服务层和数据层。数据层中的各类数据经过数据库引擎传输至服务层，再由服务层传送至表现层，由客户端接收并记录。

假设互联信息的相似性为$m$，信息互联的幅度值为$u$，${\rm{sgn}}$为共性参数，则系统信息互联传输过程见式（4）。

然后根据信息互联结果，实现小流域水环境治理过程信息的反馈处理。

基于上述分析进行水环境治理信息的反馈处理。在无线管理网关中对采集到的特征信息进行协调处理，结合Zig Bee协调组织技术以及CPRS无线穿管网关对采集到的特征信息进行相关性分析。反馈模块可对不同层级信息进行反馈存储，并保障信息反馈的有效性和准确性。设计反馈模块见图7。

在信息反馈过程中，首先将互联信息保存至存储器中，并从中提取出水文数据、水质监测数据和敏感区数据等内容见式（5）。

式（5）中：$G$为小流域水环境治理信息提取模型，$t$表示时间；$v$为$t$时间内信息增长速度；$g$为信息类别数。在此基础上，结合不同类别数据的传输通道实现小流域水环境治理信息的反馈，见式（6）。

式（6）中：$y$为不同类别数据的传输通道。

综上所述，本设计实现了对小流域水环境质量过程中信息的有效互联和及时反馈。

为了验证所提的小流域水环境治理过程信息互联与反馈系统的有效性，进行了如下对比检测。为保证实验的可对比性，将文献[3]中的基于B/S的信息调查反馈系统和文献[4]中的基于窄带物联网的水上环境监控反馈系统作为对照。

操作系统：Windows 10，内存：4 GB，硬盘4 000 GB以上，网卡：100 M/S带宽以太网卡，CPU：PIII 800以上，局域网络主要通过ADSL的链接方式实现接口端接入，空间信息存储引擎为Arc SDE，硬件处理平台为Arc GIS，嵌入式GIS控制体系为Arcgis Server，互联网技术数据系统平台为ArcI MS，实验数据来自于RESSET水资源数据库。

信息互联的准确性可以通过互联过程的信息破损率来体现，信息破损率计算见式（7）。

式（7）中:$B$为信息破损率；${r_i}$为ZigBee局域网中数据结构振型；$n$为数据结构振型阶数，$n$的取值大于等于3且为3的倍数；$k$为数据频率，即数据频数与总数的比值。测试不同系统信息互联反馈过程的信息破损率，结果见图8。

图8可见，随着实验迭代次数的不断增加，不同系统信息互联反馈过程的信息破损率也在随之变化，但所提的小流域水环境治理过程信息互联与反馈系统的信息破损率始终在3种系统中保持最低，维持在3.5%～5%之间。这证明所提系统具有较高的信息互联的准确性，能实现小流域水环境治理信息的准确互联。

信息反馈时效性能够反映系统反馈过程的耗时情况，从而体现系统的工作效率和时效性。反馈过程耗时结果由互联网技术数据系统平台ArcI MS自动统计。测试不同系统信息反馈过程的耗时情况，结果见表1。

表1可知，随着实验迭代次数的不断增加，不同系统信息反馈过程耗时情况也在随之变化。文献[3]和文献[4]系统的反馈过程耗时较接近，基本保持在4.2～6.2 s之间。相比之下，所提的小流域水环境治理过程信息互联与反馈系统的反馈过程耗时最少，可保持在4 s之内，可以证明所提系统反馈过程时效性较高，具有很高的工作效率。

观察以上实验检测结果可知，相对于传统系统而言，所提的小流域水环境治理过程信息互联与反馈系统在实际操作过程中的互联信息破损率相对明显下降，且信息反馈过程耗时短，时效性高。综上所述，小流域水环境治理过程信息互联与反馈系统具有很高的有效性，能够充分满足实际应用需求。

由于传统的水环境质量信息互联过程存在准确性差、反馈时效性不佳的问题，本研究设计了一种小流域水环境治理过程信息互联与反馈系统，结合MSP430F1611芯片和Zig Bee协议、神经网络原理和物联网等技术对系统软件流程以及硬件配置进行设计，确保了系统的互联准确性和反馈时效性。