海洋监测作业系统（通用7篇）
海洋监测作业系统 篇1
0引言
核辐射事 故的突发 性和扩散 性严重威 胁到了国 家政治 、经济和社 会安全[1]。 2011年3月11日 , 发生于日 本东北地 区宫城县 北部的9级地震引 发海啸 ,地震和海 啸造成了 福岛核电 站的重大 核泄漏事 故 ,导致大量 放射性物质被释放到了周边环境中, 致使日本损失巨大[2],事故也引 起了我国 政府和人 民的高度 关注 。
随着卫星 通信技术 的发展 , 越来越多 的海洋监 测仪器使 用卫星通 信技术来 传输测量 数据 ,目前正在 运营的卫 星通信系 统有Argos系统 、 北斗卫星 导航系统 和铱星系 统等 。
为研究福 岛核事故 对西太平 洋海洋环 境的影响 , 利用漂流 浮标开展 了海洋环 境 γ 剂量率的 监测和研 究 ,但由于该 搭载平台 原使用北 斗卫星通 信系统 ,监测区域 受到北斗 卫星通信 范围的限 制 ,导致该系 统在西太 平洋海域 不能覆盖 。 另外 ,因为海洋 环境在线 监测浮标 采用电池 供电 ,而北斗卫 星通信模 块发射电 流较大 (约3 A), 所以功耗 较高 。 如改为Argos卫星通信 系统 , 其监测数 据的实时 性又受到 限制 ,需在卫星 过顶后才 能接收监 测数据 ,且需应用 三代以后 的产品 ,才能构成 双向链路[3]。
由分布在6个极地圆 轨道面的 距地球表 面约780 km的66颗低轨卫 星组成的 铱星系统[4], 星际链路 技术是其 最大的特 点 ,它在理论 上确保了 铱星系统 能由一个 关口站完 成卫星通 信接续的 整个过程 。 可全球范 围内进行 通信是其 最大的优 势 ,对于现有 通信方式 达不到的 地方非常 适用[5],而且通信 费用不高 , 单次传输 数据量大 , 功耗较低 ,特别适用 于本浮标 布放的西 太平洋海 域 。
因此 ,本文提出 设计基于 铱星通信 的海洋环 境在线监 测浮标 ,以满足海 洋环境在 线监测对 范围和数 据实时性 的要求 。
1海洋环境在线监测浮标总体结构
海洋环境 在线监测 浮标投放 后 , 即自动展 开进入工 作状态开 始在线监 测 ,测量海洋 辐射总剂 量和其他 海洋环境 参数 ( 温度 、 盐度 、 深度等 ), 并监控浮 标的工作 状态 ,测量数据 通过铱星 通信发送 至用户应 用监控中 心 。
该浮标的 总体构成 如图1所示 。 主要由监 控子系统 、 铱星通信 子系统和 用户应用 监控中心 三部分构 成 , 其中监控 子系统的 测量控制 由传感器 、GPS模块 、 信息采集 、信息处理 、供电电源 和铱星突 发短数据(Short Burst Data , SBD ) 终端模块9602等部分组 成 。 GPS模块安装 在浮标内 部 , 以获得海 洋环境在 线监测浮 标的实时 位置 。 传感器采 用HD—2005型便携式 χ -γ 剂量率仪 和海水温 盐深测量 仪等 ,安装于浮 标内部水 下位置 。 信息采集 单元实时 采集的浮 标位置 、海洋环境 在线监测 数据和浮 标状态等 信息 , 通过UART传输至信 息处理单 元 , 对接收到 的信息进 行分析 、处理和存 储 。
然后通过 铱星SBD终端模块9602以Email的形式发 送至邮箱 , 用户应用 监控中心 收取Email获取在线 监测数据 和GPS定位信息 等 , 监控浮标 工作状态 , 并通过Email反向发送 控制命令 , 设置浮标 系统时间 , 控制浮标 的工作时 间间隔等 。
2监控子系统设计
2.1硬件模块设计
2.1.1供电电源模块
由于海洋 环境在线 监测浮标 属于机动 应急性监 测系统 , 投放前处 于非工作 状态 , 而且在工 作时也处 于间歇工 作方式 。 为了防止 电池在处 于长期不 工作状态 时开机出 现电压滞 后现象 , 影响系统 的正常工 作 , 而且考虑 电池的安 全性 ,系统的供 电电池采 用具有大 电流输出 能力强 、 容量大 、 体积小 、 安全性高 等特点的 锂锰电池 , 通过计算可 以验证 , 电池组能 满足浮标 工作要求 , 确保浮标 工作正常 。
2.1.2主控制器
浮标的主 控制器采 用Silicon Laboratories公司推出 的C8051F020。 芯片采用Silabs公司的CIP-51内核 , 兼容标准 的MCS-51指令系统 , 是能独立 工作的片 上系统 。 片内具有22个中断源 、7个复位源 、1个独立运 行的时钟 发生器 、5个通用的16位定时器 和2个全双工UART串行接口 等丰富资 源 , 能很好地 实现传感 器数据的 获取 、分析及处 理并完成 铱星通信 任务 。 主控制器 与铱星SBD终端模块9602通过UART0连接 。
2.1.3GPS模块
浮标的GPS模块采用 达伽马GPS模块SR-87,该模块使 用高灵敏 度且低功 耗的SIRF III芯片组 , 冷启动时 间短 ,可同时追 踪多达20颗卫星 ,定位精度 要优于利 用铱星SBD终端模块9602测得的结 果 , 且导航更 新速率快 , 非常适用 于浮标的 定位服务 和铱星通 信任务 。 GPS模块与主 控制器通 过串口连 接 。
2.1.4海洋辐射剂量传感器模块
浮标的海 洋辐射剂 量传感器 模块采用HD—2005型便携式 χ-γ 剂量率仪 , 由探测器 和控制系 统两部分 组成 。 探测器包 括闪烁体 、I-F变换器和 光电倍增 管 ;控制系统 由电源模 块 、串口通信 模块和单 片机数据 采集处理 模块等组 成 。 具有探测 器灵敏度 高 ,能量响应 及角响应 好 ,功耗低 ,体积小 , 重量轻 , 锂 、 干电池两 用 , 能直接给 出测量结 果 ,测量精度 高等特点 。 海洋辐射 剂量传感 器模块与 主控制器 通过串口 连接 。
2.1.5铱星通信模块
浮标的铱 星通信模 块采用由 铱星公司 推出的铱 星SBD终端模块9602 , 是一款定 牌生产合 作产品 ( Origin Entrusted Manufacture , OEM ) , 仅能应用 于铱星SBD业务 , 体积小 , 其长度 、 宽度和厚 度分别是41 mm、45 mm和13 mm , 重量轻 ( 仅为3 g ) 。 采用数据 包的形式 进行双向 实时短数 据传输的SBD业务 , 是铱星公 司利用铱 星全球网 络覆盖等 优势提供 的突发短 数据传输 服务 ,通信成本 和费用适 中 ,主要用于 区域自动 化和远程 数据跟踪 的应用开 发[6]。 针对于本 浮标特殊 的投放海 域 , 利用铱星SBD实现数据 传输是较 优的选择 。
铱星SBD终端模块9602的SBD业务通过RS-232C接口实现 ,波特率默 认为19 200 bit/s。 该模块每 次最多接 收270 B数据或发 送340 B数据 ,且无须安 装SIM卡 , 当有数据 接收时会 发出振铃 。 该模块平 均待机电 流为45 m A , 铱星SBD数据发送 和接收时 的平均电 流分别为195 m A和45 m A[7]。 用户应用 监控中心 利用铱星SBD终端模块9602,通过铱星 通信网络 完成数据 发送与接 收 。
2.2软件设计
监控子系 统的工作 时序如图2所示 。
( 1 ) 工作时 , 主控制板 每1小时工作1次 , 每次工作5 min ( 整点前3 min , 整点后2 min ) 。
( 2 ) GPS接收器受 调度控制 , 每次加电 后工作2 min ( 整点前后 各1 min ) 。
( 3 ) 海洋辐射 剂量传感 器受调度 控制 , 每次加电 后工作5 min(整点前3 min,整点后2 min)。
( 4 ) 铱星通信 受调度控 制 , 每次加电 后工作1 min ( 整点后1 min)。
3铱星通信子系统设计
3.1硬件接口设计
由于RS-232C标准的逻 辑电平与TTL数字电路 逻辑电平 不兼容 , 铱星SBD终端模块9602的通信接 口在采用RS-232C标准时 , 硬件电路 连接首先 要进行通 信接口电 平转换[8]。 为实现RS-232C电平转换 ,接口器件 采用Maxim公司的MAX3232E芯片 , 它是一款 低功耗 、 数据传输 速率最高 可达250 kb/s、 拥有2路发送器 和2路接收器 的电平转 换芯片 。 浮标铱星 通信子系 统的硬件 接口电路 如图3所示 。
3.2铱星SBD通信的软件设计
铱星SBD通信的软 件设计核 心是对铱 星SBD终端模块9602驱动程序 的研发 ,如图4所示 ,以铱星SBD数据传输 主程序流 程为例 , 说明铱星SBD通信的软 件实现 。 该浮标中 铱星SBD通信进行 单次数据 传输是按 照图4所示命令 步骤完成 的 。
4用户应用监控中心功能说明
在线监测 数据通过Email的方式 , 在用户应 用监控中 心与地面 铱星SBD关口站数 据服务系 统之间进 行数据传 输 。 铱星SBD关口站数 据服务系 统接收SBD数据以后 , 根据该SBD数据中的 国际移动 设备身份 证号 ( International Mobile Equipment Identity , IMEI ) , 利用铱星 通信网络 ,以Email附件的形 式发送相 关数据至 该IMEI号绑定的 电子邮箱[9]。 用户应用 监控中心 通过该IMEI号绑定的 电子邮箱 , 利用铱星 通信网络 , 以Email附件的形 式发送命 令内容至 铱星公司 用于接收 铱星控制 命令的邮 箱 :data@sbd.iridium.com 。 如果整个 操作过程 无异常 ,会收到来 自sbdservice@sbd.iridium.com的回复Email, 说明Email发送成功 , 铱星SBD关口站数 据服务系 统发送命 令至铱星SBD终端模块9602, 该模块会 发出振铃 , 向主控制 器提示有 命令到达 。 利用铱星SBD终端模块9602进行无线 数据的发 送与接收 , 实现了用 户应用监 控中心与 浮标之间 的数据双 向传输 。
5海上模拟试验结果
基于铱星 通信的海 洋环境在 线监测浮 标搭载调 查船 , 于2014年10月15日12点 ~2014年10月19日12点在南海 进行了海 上模拟试 验 。 试验海况 为东北风5级 ,浪高2.5 m。 用户应收 数据96条 ,实收96条 。 随机选取Email附件中部 分远海走 航实验数 据 ,如表1所示 。
6结论
本文针对 目前海洋 环境在线 监测仪器 设备存在 的监控区 域有限和 实时性通 信限制等 问题 , 利用控制 技术 、 传感器技 术和通信 技术 , 设计了基 于铱星通 信的海洋环境在 线监测浮 标 ,扩大了海 洋环境在 线监测仪 器设备的 监控范围 。 实验表明 ,浮标实现 了对相关 海域海洋 辐射总剂 量等海洋 环境参数 的实时监 测 , 通信状态 稳定 , 数据接收 率高 , 达到了低 功耗实时 传输海洋 环境监测 数据的设 计目标 。
海洋监测作业系统 篇2
海洋对全球气候和环境起着主导作用,与人类的生产和生活密切相关,其丰富的资源是人类社会未来发展的重要物资基础。要开发利用海洋资源,就必须先了解海洋,对海洋进行全方位的监测[1]。海洋环境监测的基本任务是获取气温、气压、潮位、水温、波浪、海流等水文、气象及浪流要素信息。基于计算机和自动化技术的数据采集系统可以连续、快速、准确地获取现场测量数据,是实现海洋环境参数智能实时监测的有力工具。经过几十年的发展,目前我国已经初步构建了遍布全国的海洋环境监测体系,很多海洋台站都配备了自动化的监测系统;但是这些监测系统在通讯方式、数据存储、测点管理和系统工作状态监控等方面存在诸多不足,无法满足当前海洋监测业务发展的实际需要[2,3]。针对这一现状,本文设计了一套适用于多类监测站点的海洋信息自动监测数据采集系统,可实施大范围、多测点实时监测,实现海洋数据信息的集中存储管理及系统工作状态的监控。
1总体设计
系统以海洋局专网为通讯网络,采用先进的数据采集及处理技术和稳定可靠的数据传输方式,建立了集监测、监控、数据存储与管理等功能为一体的现代化海洋信息自动监测数据采集系统。
1.1系统结构
自动监测数据采集系统由海洋台站上位机和现场采集设备两大部分组成,通过有线或无线通讯网络实现数据通信,从而构成一个完整的系统,系统结构如图1所示。现场采集设备安装在各个监测站点,包括采集器、要素传感器及其它附属设备。采集器读取传感器输出信号,经过处理得到测量值,完成单个站点的数据采集。根据监测站点的类型(海岸站点、岛屿站点、平台站点、船舶站点等)和监测现场的具体设施条件,采集器有选择地通过有线或无线通讯方式接入专网与上位机进行通讯:① 对于已经实现光纤通讯的监测站点,采集器通过网线接入专网;② 对于尚未实现光纤通讯的监测站点,采集器通过CDMA无线通讯模块接入专网。安装于监测现场的各类传感器用于检测各种水文、气象、浪流要素信息,是监测系统的数据源头,系统选用海洋监测部门长期使用检验合格、准确性和可靠性满足现场要求的成熟产品。上位机通过软件程序读取各测点采集器中的测量数据信息,同时对系统的工作状态进行监控。系统所有监测数据信息集中存储在上位机的数据库系统之中。
1.2通讯协议
系统采用主/从通讯方式,上位机为TCP服务端,定时向各个采集器发出校时命令或采集命令,校时命令用于校准采集器时钟、采集命令用于读取数据;采集器为TCP客户端,接收上位机命令并根据命令校准时钟或上传数据。
1.2.1 校时命令格式
格式为[采集器类型码]+[功能码]+[上位机当前时间]+[校验码]:① 采集器类型码用于区分三种不同类型的采集器,水文为1,气象为2,浪流为3;② 功能码用于区分命令类型,校时命令为1,采集命令为2;③ 上位机当前时间是一个准确的时间值,接收到校时命令后,采集器将自身时钟修改为该时间;④ 校验码用于检查命令在传输过程中是否发生错误,如果校验不正确则视为无效命令。
1.2.2 采集命令格式
格式为[采集器类型码]+[功能码]+[已采集时间]+[校验码]:① 采集器类型码、功能码和校验码的定义与校时命令相同;② 已采集时间是待上传数据的时间起始点,在该时间之后的数据需要上传。
1.2.3 数据上传格式
格式为[采集器类型码]+[功能码]+[数据]+[电压]+[采集器当前时间]+[校验码]:① 采集器类型码、功能码和校验码的定义与采集命令相同;② 电压是采集器供电电源电压,用于监测电源是否正常;③ 采集器当前时间即为采集器时钟,上位机软件提取该时间与计算机系统时间进行比较并判断是否需要发出校时命令;④ 数据部分包括采集器一次上传的一条或多条数据,每条数据都包含其采集时间,各参数数值采用字符形式上传。上位机软件每接收一条数据就修改已采集时间,对应采集命令中的已采集时间就得到更新,该时间作为一个重要信息实时保存在采集器的配置信息表里;如果某次数据传输不成功,则已采集时间不会被更新,上位机软件会继续按照原来的已采集时间向采集器发出采集命令,直至采集器内最新数据上传成功。这种处理方法可以确保不会因通讯中断或上位机重启而导致数据丢失。
2通用采集器设计
采集器是数据采集系统的关键设备,负责从传感器读取数据、处理数据、存储数据及上传数据。系统所设计开发的采集器具有通用性,提供有线和无线两种通讯接口供用户选择,能够用于水文、气象及浪流等多类要素信息的采集,适用于海岸、岛屿、平台、船舶等多类站点的监测,从而可以降低系统的设计开发和研制成本、简化系统的后期维护和管理工作。
2.1采集器硬件系统设计
采集器采用模块化设计,选用成熟的元件模块进行集成,以保证可靠性。采集器主要由控制模块、接口模块、测量模块和通讯模块等几部分组成,硬件结构如图2所示。ETR100E嵌入式PC模块包括CPU、时钟和存储器,是整个采集器的核心部件;工作母板提供各种串口用于连接测量模块、通讯模块及数字式传感器;EDA9083测量模块用于检测非数字式传感器的输出信号;通讯模块可选用Nport网络通信模块(通过RJ45标准网络接口连接到海洋局专网)或CDMA无线通信模块(通过中国移动的无线通信网络连接到海洋局专网)。采集器采用12VDC电源供电,12VDC电源从外部接口连接到通讯模块、测量模块及传感器接口;DC/DC变换器提供5VDC电源,为ETR100E嵌入式PC模块及母板供电。
2.2采集器软件程序设计
采集器PC模块内的软件程序采用C语言进行设计和开发,主要功能包括从传感器读取数据、处理数据、存储数据、接收上位机命令、上传数据等,软件程序的工作流程如图3所示。
3上位机软件开发
上位机软件以分布式网络数据库Oracle 10 g为平台、以Delphi7.0为软件开发工具,实现所辖监测站点数据的采集、处理、存储、查询、显示等一系列系统功能。
3.1数据库存储方案设计
系统所需数据表的表名称及对应功能说明如表1所示,系统监测数据及配置信息存储在相应的数据表中,供系统软件读写和用户使用[4]。
3.2上位机软件功能开发
为了优化软件性能、提高可维护性,系统上位机软件采用模块化设计思想,各种功能由对应的函数模块来实现,通过模块之间的相互调用完成系统软件整体功能。系统上位机软件包括系统管理、命令发送、数据接收、数据实时处理、系统监控、实时数据显示、数据非实时处理、历史数据查询等八个主要功能模块,其结构如图4所示。
3.2.1 系统管理
即对系统所辖各监测站点的设备进行管理和维护,分为站点、前端(采集器)、参数(传感器)三个层次进行管理:① 站点管理包括增加站点、撤除站点和站点信息(包括站点名、站点号等)修改等操作;② 前端管理包括为站点增加或撤除前端采集器、修改前端配置信息(采集器名称、类型、IP等)等操作;③ 参数管理包括为前端增加或减少测量参数、修改参数量程等操作。
3.2.2 命令发送
上位机软件定时向所辖各监测站点的采集器发出采集命令。
3.2.3 数据接收
借助有线或无线通讯网络,上位机软件实时接收来自监测现场采集器的数据包,并将数据包保存在对应的变量中。
3.2.4 数据实时处理
包括数据解析、量程转换、数据审核、数据存储和实时报文输出等子功能:① 数据解析是指从数据包中解析出采集器当前时间、电源电压及一组或多组数据(每组数据包括采集时间及各参数的测量值);② 量程转换是指将参数测量值转换成最终结果值(即海洋要素的物理值);③ 数据审核是指检查数据是否发生异常并做标识[5];④ 数据存储是指将转换后的结果数据及异常标识保存在系统数据库中;⑤ 实时报文输出是指按照行业规范约定的格式生成实时数据报文或文件,用于向上级部门实时上传数据信息。
3.2.5 系统监控
即对系统或系统设备的工作状态进行实时监测,具体包括采集器通讯状态、采集器电源电压和数据异常情况三个方面的监测:① 通讯状态的监测借助网络通讯接口,实时记录每个前端采集器的上线(online)或下线(offline)状况,如果长时间处于offline,则视为通讯中断;② 在进行数据实时处理时提取采集器的电源电压,通过与设定的电压下限进行比较来判断电源是否正常;③ 数据异常情况根据异常标识来判断。
3.2.6 实时数据显示
即将量程转换之后的结果值以自动刷新的实时数据界面或实时曲线趋势形式显示出来,供用户查看和使用。
3.2.7 数据非实时处理
包括整点数据存储、特征值提取和非实时报文输出等子功能。系统软件按照海滨观测规范要求提取各参数特征值,与整点时刻数据一起存入系统整点数据表中。非实时报文包括整点报文、日报文及月报文等。
3.2.8 历史数据查询
为用户提供查询各站点、各参数的历史数据或历史曲线的操作界面。
4结论
针对海洋环境监测工作的实际需要和现有通讯设施条件设计了一套适用于多类监测站点的海洋信息自动监测数据采集系统。系统采用主/从通讯方式,通过专网进行数据传输,保证了数据传输的可靠性和实时性;前端采集器采用模块化设计,接口功能强大,能用于水文、气象和浪流等多类要素信息的监测,简化了系统安装和现场后期的维护管理工作;采用Oracle数据库平台和Delphi开发工具编制了上位机软件,实现了海洋台站监测数据的集中存储和有效管理。系统已经在国家海洋局闽东海洋环境监测中心站和温州海洋环境监测中心站的多个监测站点业务化运行一年有余,运行稳定可靠、综合效益明显。现场应用表明,该系统较好地完成了预期任务,具有较大的推广价值和应用前景。
参考文献
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[2]许丽娜,王孝强.我国海洋环境监测工作现状及发展对策.海洋环境科学,2003;22(1):63—68
[3]姜华荣,刘玉新,王珠丽.国内海洋环境监测网现状与发展.海洋技术,2003;22(2):72—83
[4]俞永庆.自动海洋气象监测数据库及Web开发应用.海洋预报,2006;23(1):81—84
海洋监测作业系统 篇3
辽宁省海洋经济运行监测与评估信息系统的开发与运行是影响系统质量与效果的两个同等重要方面。如果后期的运行管理不好,就无法体现新系统的优越性,不能产生预期的效益;同时,会使系统的生命周期过短。信息系统的运行管理包括设置信息系统的管理机构,制定管理制度,对系统的日常运行维护,系统的文档和系统的安全保密进行管理。
1 信息管理机构设置
信息管理机构的主要职责是信息的管理和信息系统的管理,本系统的核心机构设置于海洋渔业管理部门,为避免受将来组织结构变动的影响,最好设置独立的处室。为保证信息系统的正常运行,可以制定一套完善的管理制度,但大多管理制度会流于形式,对象不明确,重点不突出,建议以岗位职责代替通用管理制度。
2 系统的运行管理
2.1系统日常维护
实践证明系统维护与系统运行始终并存,系统维护的代价往往要超过系统开发的代价,系统维护将影响系统的质量与生命周期。
2.1.1 硬件维护
主要包括:系统环境;网络;服务器。硬件的故障由硬件维护人员实时解决。要求硬件维护人员掌握各类硬件维修、更换与安装等基本技能,能发现硬件故障,及时通知硬件维护人员诊断与排除。
2.1.2 软件维护
软件的日常维护针对操作系统、信息系统,由机构中的软件维护人员完成。操作系统的维护包括操作系统打补丁,病毒库升级等工作。信息系统的维护是解决系统运行过程中产生的软件故障,包括各个海洋企业终端出现的问题,比如开发阶段系统测试中未发现的软件错误或缺陷,通常优先改正那些影响系统正常运行的严重缺陷;不影响系统正常运行的软件缺陷,在维护策略上可以区别对待。
2.1.3 数据文件的维护
这项工作由数据库管理员(DBA)完成,主要任务包括;安装和升级数据库服务器;设计数据库系统存储方案;登记数据库的用户,维护数据库的安全性;保证数据库的使用符合知识产权相关法规;控制和监控用户对数据库的存取访问;监控和优化数据库的性能;制定数据库备份计划,灾难出现时对数据库进行恢复。
2.2 系统的适应性维护
针对辽宁省海洋经济运行监测与评估信息系统中的适应性维护,需要软件维护人员、硬件维护人员、数据库管理员、信息收集人员和系统决策分析员密切配合。系统的适应性维护使系统的运行逐渐摆脱系统开发人员,由自己来完成,坚持了发展和创新,使系统更具生命力,但对系统运行管理人员的知识和能力要求更高。
2.3 系统运行情况的记录与文档管理
系统运行情况的记录是对系统软硬件及数据库等运作情况做记录,对系统问题的分析和解决有重要的参考价值。该项工作比较烦琐,为避免流于形式,实际工作时要注意:信息系统的文档是描述系统发展与演变过程及各状态的资料,在系统开发、运行与维护中积累而形成,系统文档是信息系统的生命线。根据国标要求,系统运行管理阶段共包含三个记录和四个报告在内的七个主要文档:系统运行记录、系统日常维护记录、系统适应性维护记录,系统运行报告、系统开发总结报告、系统评价报告、系统维护报告。文档管理的基本要求:保持文档的一致性与可追踪性。这是运行管理需要注意的问题。文档的冗余和数据冗余一样,是必须消除的。
2.4 系统的安全保密管理
随着海洋经济运行监测与评估系统运行时间的推移,产生和积累了大量数据,所以信息的安全保密管理工作已成为信息系统运行管理中的一项必不可少的工作。信息系统的安全和保密是两个不同概念,信息系统的安全是为防止破坏行为,避免损失所采取的措施。信息系统的保密是为防止窃取信息,免受损失而采取的措施。对于保密工作,要设置切实可靠的系统访问控制机制、权限、用户身份确认、防火墙等,不要给信息系统外的技术人员和管理人员任何权限,否则无法做到保密工作。
3 结 语
海洋经济运行监测与评估系统是一项全新的工作,目前尚处于起步阶段,有许多工作尚待研究,我们要从主观上认识到海洋经济运行监测与评估系统运行管理的重要性,前期软硬件价格只是运行总费用的一小部分,系统后期运行阶段的咨询、培训、二次开发和维护等费用往往数倍于软件价格。正确的设置系统运行管理机构,配备好人员,做好各项运行管理工作,可以节约大量资金,延长系统的生命周期,发挥系统的最大效用,以期更好的为辽宁沿海经济带建设提供数据支撑。
摘要：系统运行管理的任务是使系统始终保持良好的可运行状态。基于此,探讨了辽宁省海洋经济运行监测与评估信息系统的运行管理能力,包括设置信息系统的管理机构、对系统的日常运行维护和适应性维护、系统的运行记录及文档管理、系统的安全保密管理等。通过分析这些管理工作的重点,以期为系统管理人员在实际工作中所借鉴,切实提高海洋经济运行监测与评估系统的运行管理能力。
关键词：系统,运行,管理,海洋经济监测与评估系统
参考文献
海洋监测作业系统 篇4
由于受海洋环境变化和人类活动影响,近年来我国沿海地区、特别是东南沿海一带经常遭受台风、暴潮等海洋灾害的侵袭,使得国家对海洋环境监测和信息预报工作越来越重视[1]。目前我国已经初步构建了遍布全国的海洋环境监测体系,很多海洋台站都配备了自动化的监测系统,但是这些监测系统大多将数据信息以文本或桌面型数据库的格式保存在海洋台站监控计算机上,远程网络用户只能通过远程桌面连接工具或软件才能登录到台站监控计算机上进行信息查询和相关操作。该方式存在操作速度慢、误操作多、多人无法同时登录、数据无法导出等诸多缺陷,严重影响了海洋环境监测信息的共享及应用[2]。针对这种现状,本文采用B/S(Browser/Server,浏览器/服务器)架构设计开发了一套基于Web数据库和动态Web的海洋环境监测数据信息网络发布系统,系统开发以Oracle为数据库系统、采用JSP开发平台、通过动态Web设计与开发将海洋环境数据信息以网页的形式发布到网络上供授权网络用户访问和使用,从而很好地实现了数据信息的网络共享与应用。
1系统总体设计
1.1系统监测对象及功能需求分析
海洋环境监测系统的主要监测对象包括海洋水文数据、海洋气象数据和海洋浪流数据三大类:(1)水文数据包括潮位、表层海水温度和盐度等要素;(2)气象数据包括气压、气温、空气相对湿度、风速、风向及降水等要素;(3)海洋浪流数据包括海浪、海流等要素。对应的数据信息由配套的数据采集系统(专用采集器﹢现场传感器或检测仪表)获取、处理并存储在系统数据库中。根据每种要素的自身特性和系统功能需求在系统数据库中需要存储该要素的分钟数据(即实时数据)、整点数据及特征值等信息。
根据监测对象的特点和相关规范的要求,海洋环境监测系统需要完成如下功能:(1)要素检测;(2)数据传输;(3)数据质量控制(实时审核数据可信度,对偶尔出现的可疑数据,及时报警并提请人工处理);(4)数据存储与管理;(5)系统监控(对监测系统自身的工作状态进行实时监控);(6)数据发布(将监测系统的数据信息实时发布到公共网络平台);(7)数据备份。
1.2基于动态Web的海洋环境监测系统设计
本文根据我国海洋监测事业的现状和发展需求,在借鉴国内外先进理念和技术的基础上,采用B/S架构设计了一套基于动态Web的海洋环境监测系统,系统总体结构及工作原理如图1所示。整个系统由三部分组成:(1)位于监测现场的数据采集设备;(2)位于中心站的综合服务系统(由上位计算机、数据库和动态Web服务器三部分构成);(3)位于网络上的用户终端。三者之间通过专用通讯网络构成有机整体,实现海洋环境监测数据信息的采集、处理、存储、管理、动态Web发布及网络浏览应用等系统功能。
现场数据采集器安装在系统管辖的岸基监测台站、近海观测岛屿、综合观测平台或移动监测船舶上,根据监测现场的具体条件,采集器可以通过有线或无线通讯链路接入专网与上位计算机进行通讯:①对于已经实现光纤通讯的监测现场,采集器通过网线接入专网;②对于尚未实现光纤通讯的监测现场,采集器通过CDMA无线通讯模块接入专网。
中心站综合服务系统从功能层次上可以细分为三个子系统:①数据采集与监控子系统是整个系统的基础和数据来源,以中心站上位计算机为平台,完成要素检测、数据传输、数据存储及系统自身工作状态监控等功能;②数据库管理子系统以中心站数据库平台为基础,完成数据库日常维护与管理、数据备份及报表管理等功能;③数据信息动态Web发布子系统通过网络平台发布和共享海洋环境监测系统数据信息,授权网络用户通过网页浏览器实现信息查询、数据下载及系统维护管理等功能。
2 系统数据库方案设计
系统数据库的结构设计和表单设置,要求综合考虑数据采集监控子系统、数据库管理子系统和数据信息发布子系统三个功能层次的实际需求,满足监测现场数据采集设备、中心站综合服务系统和网络用户终端三个物理位置所有软硬件系统的实际需要。本文结合海洋环境监测行业规范和监测现场实际需求,以分布式Web数据库Oracle 10g为数据库平台,对系统数据库方案进行了整体规划和设计,包括三大类16个表,其体系结构如图2所示。
2.1 系统配置信息表单设计
共5个表:①站点配置信息表存储站点名、站点号等信息;②前端配置信息表存储采集器名称、类型、IP等信息;③前端地址对应表存储采集器所采集的要素名称;④采集参数配置表存储采集参数的配置信息,如参数名称、代码、数据长度等;⑤量程转换配置表存储每种参数的量程配置信息,包括信号值和对应的物理值。通过查询和增改这些表的记录,系统用户不仅可以获得现场监测站点分布情况、采集器安装配置信息和检测仪表配备情况,而且可以动态管理(包括追加、维护)系统监测站点、前端采集器和检测仪表。
2.2 监测要素信息表单设计
共6个表:①水文实时数据表存储水文参数(水温、盐度和潮位)分钟数据;②水文整点数据表存储水文参数整点数据和特征值(包括每日水温/盐度的最大/小值、高/低潮潮位及发生时间);③气象实时数据表存储气象参数(气压、气温、相对湿度、瞬时风速/风向、平均风速/风向、降水)分钟数据;④气象整点数据表存储气象参数整点数据和特征值(包括每日气压/气温/湿度的最大/小值、极大风速/风向、最大风速/风向、降水量);⑤海浪整点数据表存储海浪整点数据和每小时内的平均数据;⑥海流整点数据表存储海流整点数据和每小时内的平均数据。通过查询这些表,系统用户可以查看海洋环境监测参数的实时数据、实时趋势曲线、历史数据、历史趋势曲线或特征值信息。
2.3 其他辅助信息表单设计
共5个表:①系统用户信息表存储授权网络用户的用户名、密码、权限等信息;②用户登录日志记录授权网络用户的登录信息,包括登录时间、用户名、权限等信息;③数据修改记录表存储用户对数据的修改操作信息,包括修改时间、用户名、数据名称、原值、新值等信息;④异常数据记录表存储数据审核过程中发现的异常数据信息;⑤报警信息记录表存储系统运行过程中发生的报警信息。通过维护和使用用户信息表,系统管理员可以增删用户或修改用户信息,所有用户均可按照自身权限级别查看或下载相关数据信息;登录日志、数据修改记录、异常数据记录和报警信息记录可以帮助用户对系统进行维护和管理。
3 动态Web信息发布系统功能设计
3.1 动态Web信息发布系统总体架构设计
本文采用典型B/S架构进行海洋环境监测数据信息动态Web发布与管理系统设计,系统总体架构及工作流程如图3所示。当授权网络用户通过浏览器请求一个页面时,客户端浏览器将请求发送给动态Web服务器;Web服务器根据客户端浏览器发送来的请求做出响应,将结果以HTML页面形式返回到客户端,如果有访问数据库的要求则交由数据库服务器处理,从数据库服务器返回的数据经Web服务器后传回给客户端浏览器。
系统中所有涉及数据库的操作都集中在服务器端进行,客户端通过浏览器请求服务器对相关数据进行操作,这样不仅免除了客户端的维护工作,而且增强了数据库的安全性和系统的稳定性[3]。由于采用B/S架构,用户终端不需要专门的设备和软件,只需要一台接入网络的计算机和网页浏览器,即可登录系统实现对海洋环境监测数据信息的访问。
3.2 系统软硬件平台及开发工具选型
在系统的开发和建设过程中,需要结合系统功能和监测现场需求进行系统硬件设施、软件平台及开发工具的选型。
3.2.1 服务器选型
服务器是系统的核心硬件设备,系统从功能层次上需要数据库、动态Web及数据备份三类服务器,物理实现时让一台服务器同时完成以上三种服务功能。系统购置了两台联想万全R350—G6C型服务器,二者构成冗余系统。R350—G6C具备自动节能降噪及五重硬盘防震保护技术,是一款处理能力强大、安全可靠、维护方便的双路服务器,可以承担和完成系统的数据库服务、动态Web服务及数据备份服务等功能。
3.2.2 服务器操作系统选型
系统开发和运行以Windows Server 2003企业版为服务器的操作系统平台,该操作系统延续了微软的经典视窗模式,界面友好、操作方便,同时其性能稳定、安全性高、可靠性强,是一款成熟实用的服务器操作系统。
3.2.3 数据库平台选型
系统选用大型分布式Web数据库Oracle 10g企业版作为海洋环境监测中心站的数据库平台,该数据库系统具备自动工作负载管理、快速自动故障通知、自动磁盘备份与恢复、错误回闪等功能,是一款应用广泛、安全可靠、运行稳定的数据库系统。
3.2.4 动态Web开发及发布工具选型
系统采用JSP技术进行动态Web开发,Web应用程序的核心代码采用Java语言编写,选用Apache Tomcat为动态Web服务器和发布工具,动态Web服务器和数据库服务器之间通过JDBC驱动实现数据交互。JSP继承了Java Servlet的相关功能,可以实现代码的预编译;JSP技术的应用,使得系统软件程序具备了Java语言的跨平台性和可移植性;JavaBean的应用,实现了动态业务代码与静态视图显示的分离和组件重用。为了提高系统的实时响应特性,系统开发采用了数据库连接池技术,通过应用连接的使用、分配及治理等策略,使得连接可以高效、安全地复用,减少数据连接频繁建立和关闭的系统开销。
3.3 动态Web信息发布系统功能开发
系统功能主要包括四大类15个模块,系统功能模块结构如图4所示。
3.3.1 系统配置功能开发
包括站点信息、前端信息和参数量程的配置。用户根据自身权限可以查看某站点的配置信息、前端采集器配置信息和采集参数量程配置信息;可以通过网站界面间接实现站点、前端及参数的维护和管理。用户对系统配置信息的操作,系统会自动生成操作日志用于后期维护。
3.3.2 数据应用功能开发
包括实时数据显示、历史数据查询、动态曲线绘制、报表下载上传等功能模块:①实时显示模块使用Ajax技术,实现了海洋环境监测系统关键参数的实时显示和动态刷新;Ajax的核心思想是按需请求数据,使用Ajax能有效减少用户等待时间、减轻响应对服务器造成的负担,从而快速实现页面数据的自动刷新,改善Web应用程序的用户体验;②通过历史数据查询界面,用户可以列表查看选定时限内指定参数的所有数据记录;通过数据导出按钮,用户还可以将查询到的历史数据下载导出并存储为本机Excel格式文件;③通过动态曲线绘制界面,用户可以将选定时限内指定参数的数据值绘制成动态曲线,直观快速地掌握参数的变化趋势;④报表下载页面提供站点名称、报表类型、报表时间等信息的下拉选择框,供用户组合生成想要下载的报表文件名;如果该报表在系统服务器上已经存在,则自动出现下载链接供用户使用,如果不存在则给出提示信息、提醒用户重新进行相关信息选择;报表管理人员可以通过报表上传页面进行各种报表的上传和更新。图5(闽东三沙站湿度参数历史数据查询及下载页面截图)给出了一个数据应用功能页面示例。
3.3.3 用户管理功能开发
包括增加用户、删除用户、权限维护、修改密码等功能模块。用户的具体权限由用户类型及用户所属的单位共同决定,每个系统页面均设置了访问权限,用户只能在自己的权限范围内访问和使用相应的系统页面。
3.3.4 系统管理功能开发
包括系统数据、事件、日志、维护四个方面的系统管理工作:①数据管理模块主要对系统异常数据和报警信息进行记录和处理,帮助用户进行异常和故障处理;②事件管理模块主要对系统配置及操作事件进行记录和管理;③日志管理模块主要对系统用户登录及访问日志进行记录和管理;④系统维护模块使得系统管理员通过网络即可实现系统软件的远程更新或升级。
4 结论
本文针对海洋环境监测和海洋预报工作的实际需求,以大型分布式Web数据库Oracle为平台、以JSP为动态Web开发技术、以Apache Tomcat为动态Web服务器和发布工具、综合应用Ajax和数据库连接池技术,设计开发了一套B/S架构的海洋环境监测数据动态Web发布与管理系统,实现了数据信息的网络共享。系统在闽东海洋环境监测中心站业务化运行已经一年,运行稳定可靠、综合效益明显。现场应用表明,该系统较好地完成了预期任务、后期维护管理方便,具有较大的推广价值和应用前景。
参考文献
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[2]刘岩,王昭正.海洋环境监测技术综述.山东科学,2001;14(3):30—35
海洋监测作业系统 篇5
1 系统结构
1.1 ZigBee技术
ZigBee技术是一种短距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线网络技术,是一组基于IEEE 802.15.4无线标准研制开发的有关组网、安全和应用软件方面的通信技术。本系统采用2.4 GHz的传输频带,信道带宽为5 MHz,共有16信道可用。由于在2.4 GHz的频段只有250 KB/S的传输速率,所以适用于传感和控制领域[8,9]。
1.2 ZigBee的网络拓扑图
ZigBee网络具有3种网络形态节点:中心协调器,路由器,终端节点。本设计的监测系统由一个ZigBee协调器和若干个外接传感器的终端节点组成,连接温度、pH值传感器的终端节点置于网箱设备附近,依据程序设定时间定时采集,数据采集结束后发送数据到协调器,协调器将接收到的数据通过串口以约定格式打包并通过GSM模块传输到客户管理PC机(图1)。控制中心主机是整个系统的中央监控设备,负责结点的数据通讯、数据分析处理和调节设备,通过界面实现人机交互。控制中心主机通过RS-232接口有线连接中心结点,中心节点通过CC2530芯片集成的无线收发模块与结构相近的路由节点进行无线收发通讯,每个路由节点可以根据需要与一定数量的终端结点组成无线或有线检测群[8]。
2 系统设计
2.1 硬件设计
整个硬件电路系统由9 V大容量蓄电池经稳压电路供电,配太阳能、风能双辅助电源。DS18B20单线式温度传感器可直接采集到温度数据经单片机运算处理。pH传感器是单线电压式传感器,采集到的数据为小电压值,经pH值采集功放电路放大为AD转换芯片TLC549能够转换的电压值[9],然后经过AD转换电路转换成数字信号,送单片机处理转化成pH数值[9,10]。最后通过串口连接到ZigBee模块,将数据发送到终端ZigBee模块,该模块内置的单片机最小系统把数据传送到GSM模块上,由GSM模块最终发送到终点PC机上或用户手机上(图2)。
2.2 系统软件设计
系统基于ZigBee协议栈进行开发,根据海洋网箱监测需求,建立树型网络。协调器负责管理网络、汇聚数据和提供与计算机管理软件的接口,终端设备用来在协调器控制下完成传感器数据的采集和其它特定功能。树型网以网络协调器为中心,所有设备只能与网络协调器进行通信,树型网络中的终端设备如果需要通信,先把各自的数据包发送给网络协调器,然后由网络协调器转发给对方[11]。节点软件流程图如图3所示。
2.3 数据传输
DRF系列的ZigBee模块数据传输主要有数据透明传输方式和点对点数据传输方式。本次设计采用点对点的数据传输方式:数据传送指令(0xFD)+数据长度(0x0A)+目标地址+0x01 0x02 0x03 0x04 0x05 0x06 0x07 0x08 0x09 0x10(数据共0x0A 比特)。通过发送数据指令+目标地址的方式,实现任意节点间的数据传输。若协调器(Coordinator)从串口接收到数据,会自动发送给所有节点;某个节点从串口接收到数据,也会自动发送到协调器;若数据是协调器发送至终端设备(End Device),则发送数据等于接收数据;若数据是终端设备发送给协调器,则接收数据等于TI Sensor Monitor(组网监控软件)数据加上发送数据。若数据在终端设备之间传送,则发送数据等于接收数据。
2.4 GSM软件设计
GSM模块通过短信的方式把数据发送给用户,使用户实时了解网箱的情况。通过单片机系统和电脑界面,对GSM模块进行调试,完成接收数据和传送数据的功能。在调试GSM模块过程中,需用到以下指令,确保GSM模块能正常使用[12,13,14]。
(1)应答呼叫指令。
指令格式:ATA回车。指令说明:GSM模块返回“OK”,表示工作正常,用于应答来电。
(2)发起呼叫指令。
指令格式:ATD
(3)短信的输入模式指令。
指令格式:AT+CMGF=
(4)读取短信指令。
指令格式:AT+CMGR=
(5)发送短信指令。
指令格式:文本模式(AT+CMGF=1)。AT+CMGS=
(6)删除短信指令。
指令格式:AT+CMGD=
3 系统调试
(1)GSM传输调试。
借助PC机及串口调试助手进行调试,验证信号与PC机终端的传输正确有效性。
(2)Zigbee网络调试。
用仿真器分别对中心协调器和各个路由器节点进行分段调试,保证zigbee网络的正常组网。
(3)数据的采集。
通过单片机编程进行调试,确保能够正确采集到数据。
(4)PC机终端VB界面。
采用VB编程在PC终端机观察采集到的数据。
(5)整个系统调试。
在PC机终端点击开始采集,观察采集的数据。
4 试验结果与分析
为了验证监测系统运行的可靠性,项目组多次在福建省惠安县斗尾港海域的深水网箱养殖现场进行监测。现场的网箱为圆柱形浮式深水网箱,周长40 m,高8 m,水深25 m,布设在离陆地2 km的岛屿周围。应用本监测系统分别对养殖现场6口网箱进行监测。监测仪器包括:DS18B20单线式温度传感器;pH传感器(上海科蓝电化学仪器科技有限公司),表面玻璃探头加装304不锈钢网罩保护;WQ401溶解氧传感器(美国Global Water公司)。从实时网箱监测数据上看,监测系统的工作正常,界面显示数据表明6口网箱传感器工作正常,通信信号都到达监测的终端系统,采集到网箱的数据可信,网箱pH 7.2~7.9,温度18.2~18.9 ℃,与现场实际测量值较为吻合。结果表明,本设计的监测系统软硬件可以匹配,系统可以正常开展现场养殖环境参数监测。
小型收割机作业信息监测系统研制 篇6
近年来,国内外农业机械的设计正向高速、宽幅、大功率和舒适的方向发展[1]。智能化自动控制技术在农业机械上的应用也更加备受关注,国外对于精细农业变量生产机械和技术的研究主要在变量施肥方面[2]。国内也对精细农业和变量施肥技术进行了研究和试验,实现方法也不尽相同[3]。通过国内小型农机(尤其小型收割机)现有状况的调查分析表明:现有小型农机只体现机械作业,而没有智能化与自动化技术的应用[4];售后使用情况与质量无法跟踪、作业信息无法自动采集;在收割过程中经常堵转[5],致使机器不能正常作业而停机,常需将脱粒装置清仓,重新启动,无法提前预警,从而影响农机使用和推广。
鉴于此,本文研制一套集故障预诊断、作业过程自动监测于一体的系统,其目的是实时监测小型收割机作业状态;自动记录并保存小型收割机的作业时间;自动定位小型收割机作业区域;自动预诊断小型收割机堵转故障,使农机手能及时调整收割速度,防止机械堵转停机。所有监测数据通过无线模块传输到指定的网络服务器,使小型农机作业实现信息采集智能化、质量跟踪自动化和故障预诊断。
1 系统研制方案
本系统能够实现小型收割机作业状态(作业时间与作业地理位置)实时监测和主要故障的预判断,监测数据通过GPRS无线数据传输模块进行传送。
1.1 系统的硬件组成
系统硬件由速度传感器、微控制处理器、全球定位系统、时钟模块、液晶显示模块、数据存储模块、无线数据传送模块、电源管理模块、键盘管理模块和故障检测语音模块组成。系统硬件组成,如图1所示。
1)控制核心模块:
采用高档单片机PIC18F4550作为控制核心。整个系统由PIC18F4550单片机控制各硬件的工作,采集传感器相关数据,与GPS模块、GPRS模块进行串口通信,控制LCD12864液晶显示,控制EEPROM进行数据存取等[6]。
2) 全球定位系统GPS模块:
采用GARMIN公司生产的GPS15XL。该产品为12通道的GPS接收机,可同时跟踪多达12颗GPS卫星,从而能够快速定位。此GPS接收机功耗非常小,数据更新率1次/s,优良的性能足够满足定位的灵敏度需求[7]。
3) GPRS模块:
采用昆新公司生产的SIM300,结构小巧,易于在本系统中集成开发,同时内部集成了TCP/IP 协议栈,并且扩展了TCP/IP AT 指令,因此利用该模块开发数据传输设备变得特别简单、方便[8]。
4) LCD模块:
采用深圳绘晶科技有限公司生产的12864液晶显示屏,提供3种传输模式,分别是8位并行模式、4位并行模式和串行模式。本系统采用串行模式,接线简单[9]。
5) 实时时钟模块:
采用低功耗的CMOS 实时时钟/日历芯片PCF8563,系统使用此芯片提供的编程时钟输出、中断输出和掉电检测器功能,所有的地址和数据通过I2C 总线接口串行传递[10]。
6) 速度传感器:
脱粒滚筒转速的检测采用霍尔传感器,具有寿命长、可靠性高、抗污染能力强、体积小、安装方便、价格低廉以及输出数字化等特点,因此既能达到本系统的速度检测需求又能符合本系统单片机处理信号的要求。
7) 语音报警提示模块:
采用“语音识别”专用芯片LD3320。此芯片可以直接实现语音识别/声控/人机对话功能,并且识别的关键词语列表是可以任意动态编辑的。
1.2 系统硬件部分电路图
1) 核心控制模块电路,如图2所示。
2)语音报警模块电路,如图3所示。
3)速度传感器电路,如图4所示。
1.3 系统的软件研制
整个系统全部采用模块化设计,这样有利于提高程序的抗干扰性和可移植性,包含GPS定位信息采集模块、液晶显示模块、存储模块、GPRS无线通信模块和语音报警模块。农机作业信息通过GPRS无线通信的方式发送到相应的服务器上得以方便查看和保存。系统的软件组成框图如图5～图7所示。
2 系统功能实现原理及方法
2.1 农机工作状态检测
系统使用农机电瓶供电。农机启动后,系统自动上电开始工作,时钟开始记录当前工作起始时间,并将此时间信息存储到系统内部EEPROM中,同时实时监测GPS定位信息,将检测的相关经纬度等地理位置信息通过显示屏显示;待农机停止作业,系统自动保存此次作业时间和作业地理位置;农机下次启动作业时,系统再次启动工作,计时开始,自动记录此次作业时间并累加总作业时间,记录并保存。通过监测小型收割机的累计作业时间和作业地理位置,将农机总作业时间和设计使用时间对比,可以间接实现对农机质量的判断;通过将收割机的发动机编码与型号存储在芯片中,自动统计某一区域内作业机械的数量、型号以及使用频率。
2.2 农机故障检测
霍尔传感器安装在小型收割机脱粒部件侧轴位置,脱粒部件启动时,侧轴跟随转动,从而通过霍尔传感器检测小型收割机脱离部件的转速。由于收割对象条件不一,常导致小型收割机出现脱粒仓堵塞现象,导致“停机”,无法正常工作。设脱粒转速低于额定转速80%时,认为有堵转“停机”风险,系统自动发出语音警告,通知操作者,降低收割速度,等待小型收割机内部脱粒部件恢复正常转速,再次语音提示操作者,可以正常收割,依此预测故障的发生。
2.3 远程数据传输与接收
GPRS模块随系统启动而自动工作,根据内部IP协议实现与外部Internet公网的通信,从而实现本系统的监测数据的传输,接收GPRS模块传输的数据利用LABVIEW编写上位机接收软件如图8所示。
3 系统运行效果
为检测系统运行的可靠性和稳定性能,特选用久保田75小型收割机作为试验对象,将系统安装在小型收割机上,进行运行测试。试验测试数据如表1和表2所示。
从表1和表2中可以看出,系统安装在久保田75小型收割机上,能够准确记录作业日期和当天的作业时间,以及累计作业时间。当实际转速低于额定转速80%时,自动预警,达到设计要求。
4 结论
本文研制的小型农机作业信息远程监测系统安装在收割机上,经过试验证明,可以快速、稳定、精确地监测收割机的具体工作状态,记录农机作业时间;可以准确地定位农机的具体作业位置,将相关数据自动保存在系统内部,以便随时查看。与此同时,所有的数据通过GPRS无线传输方式传输到服务器上,通过相应的域名可以方便快捷地查看农机的作业状态和作业地理位置信息等。在收割机可能出现堵转故障时,系统会发出语音提示信号,提醒农机操作者做出相应的处理,并在系统上显示故障信息。本系统集作业时间信息、GPS定位系统、无线传输、故障检测于一体,准确、方便、实用。通过对系统进行相应的技术拓展,利用GPS的定位功能和相应的算法,可以计算出农机作业面积,并实现机收面积自动统计;若加装智能辨识装置,还可以预测产量等。
参考文献
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海洋监测作业系统 篇7
作业环境是人类功效学研究的重要内容之一,对人机系统效率、产品品质及人的健康都有较重要的影响。劳动者、管理者及政府部门日益重视生产系统的环境质量,ISO 14000也将作业环境纳入了认证标准[1]。关于作业环境的研究,人们从生理学、心理学等方面建立了许多关于这些因素对工人影响的模型和方程[2]。
测量作业环境各要素的仪器并不少见,如:噪声计、照度计等,但是它们普遍存在功能单一、人机交互效果差、工作模式简单、上层软件支持少,因此难以满足作业环境综合评价[1]这一发展趋势的需要。为此,提出了一种基于PDA的多配置方式、便携式和可视化作业环境监测系统的设计方案。着重研究了PDA的多种通讯方式在作业环境要素采集上的实现方式。
人因工程学给出了作业环境的分类及以不损害劳动者健康为基准的环境卫生标准。因此监控作业环境对整个生产的顺利运行意义重大。
1 作业环境监测系统的方案设计
作业环境监测系统需要在作业现场采集数据并将数据发送至服务器进行处理分析,因此该系统分为两部分:基于PDA的集成化数据采集系统和基于服务器的数据处理系统。基于PDA的集成化数据采集系统面向的是分布于作业环境中的各种环境监测设备,其输入为预先定义的各种环境因素;基于服务器的数据处理系统面向研究人员,并通过用户定制对数据进行相应处理从而获得预定义的各项环境因素结果值,以便作为作业环境综合评价依据。由此,作业环境监测系统的整体方案如图1所示。
如图1所示,基于PDA的集成化数据采集系统负责将工业现场的环境监测设备中的数据集成到PDA中,其中包括通信模块、数据存储模块、图形显示模块和客户端数据管理模块。通信模块又包括串口通信模块和Socket通信模块,主要负责收集现场各环境监测设备所采集的第一手数据。数据存储模块负责将集成的数据暂时存储于PDA上的SQL Server Mobile数据库中。客户端数据管理负责对PDA数据库中的数据进行管理与转换,以便将数据发送至服务器系统。图形显示模块负责以动态的图形化形式显示各采集数据的分布情况,以使该系统能实时监控现场各作业环境因素。
基于服务器的数据处理系统负责接收PDA系统发送的数据并根据用户需求对相应数据进行处理,它主要包括服务器端数据管理模块和用户设置模块。服务器端数据管理模块负责接收数据并对数据进行还原与管理,该模块能正常接收到数据的前提是IIS必须运行。用户设置模块负责将用户的处理需求进行分门别类转化为系统可认指令并提供相应数据处理结果反馈给用户。
2 串行通信模块的设计与实现
本系统主要是将现场数据集成并发送至服务器进行处理,因此通信是该过程中相当重要的一部分。
工业中经常使用串口进行数据采集和发送,由于串行通信是在一根传输线上一位一位地传送信息,所用的传输线少,并且可以借助现成的电话网进行信息传送,因此特别适合于远距离传输。对于那些与计算机相距不远的人-机交换设备和串行存储的外部设备如终端、打印机、逻辑分析仪和磁盘等,采用串行方式交换数据也很普遍。
本系统的串行通信模块分布于PDA系统上,且串口编程使用了.NET Compact Framework提供的SerialPort类。这个类的特点是易用,完全能满足这里数据传输的需要。SerialPort类提供了简化的串口通信操作层,简化了通过串口发送和接收数据,包括从端口编码和解码数据。本系统的串口通信过程如图2所示。
图2中的第二步“设置串口参数”很重要,它能直接影响串口通信的质量与速度,必须根据实际情况进行设置,表1列举了其中一些重要参数的设置。
3 以太网通信模块的设计与实现
本系统所采集的对象为分布于工业现场的众多环境监测设备中的数据,因此数据量很庞大,基于PDA的采集系统的存储功能就显得极其单薄。为了满足工业生产监测的这一需求,本系统利用存储量大、数据处理迅速的远程主机使用以太网来解决数据存储和处理的问题。
移动设备与远程主机进行通信的方案一般有以下三种常见的解决方法:
第一种为远程数据访问(remote data access, RDA)方式。该通信方式支持从远程SQL Server服务器下载数据到设备的SQL Mobile中,然后对数据进行浏览和修改,再将结果更新到服务器的数据库中。
第二种为Web Service方式。该通信方式将数据读写功能发布在基于IIS的Internet或者Intranet网上,通常以C/S模式来实现,Client在连网的情况下向Web Service发送数据读写请求,Web Service远程响应并接收或发送数据至Server端。
第三种是Socket(套接字)方式,这是一个中间层的传输接口协议,它负责对建立的信息包的所有头信息细节进行处理,但不用理会其数据格式。服务器首先打开信道并通知本地主机在某个地址上接收请求,然后客户端发送请求服务器接收并处理,最后返回信息。
考虑到工业现场较复杂的作业环境,本系统采用异步Socket方式实现工业现场与PDA,PDA与主机之间的数据传输。由于采用异步Socket传输,在通讯规程中就加入了多线程方法,主线程、连接回复、发送和发送反馈分别都给建立自己的独立线程,这样就能在不影响主程序的情况下完成Socket连接、数据传输和多次“握手”确保传输数据的正确性。
客户端数据发送过程如图3所示。
服务器端数据接收过程如图4所示。
其中值得注意得是,即使数据接收完毕,线程也不会自动消亡。多线程最要小心的就是子线程的释放,在合适的地方添加abort()方法也是十分重要的。
4 结语
对工业现场的作业环境进行实时监测能够有效地控制整个生产系统的安全运行。结合现代信息技术的发展成果,介绍了基于PDA的作业环境监测系统,给出了该系统的整体方案设计,并具体介绍了该系统中串行通信模块和以太网通信模块的实现方案。该系统的开发环境为Visual Studio 2005,编程语言为C#,PDA系统的数据库为SQL Mobile,服务器系统的数据库为SQL Server 2000。该系统可以对作业环境各要素进行动态监测,实现全过程的动态安全管理。
参考文献
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