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中山大学 硕士学位论文 煤矿安全数据远程监测系统 姓名沈智勇 申请学位级别硕士 专业计算机技术 指导教师李磊;陆勇 20100606 煤矿安全数据远程监测系统 专业计算机软件与理论 硕士生沈智勇 指导老师李磊教授 陆勇讲师 摘要 本文主要论述基于无线M 2 M 技术的煤矿安全数据远程监测。本文根据 煤矿生产的特点提出一套解决方案，制订了数据采集点和数据中心之间的通 讯协议、数据库表结构、通讯程序的框架结构和流程逻辑，对其中的通讯协 议作了详细的介绍。由于煤矿安全数据的数量较大，该解决方案选用文件作 为W e b 服务器读入实时数据的接口，大大提高了煤矿安全数据远程监测系 统的性能。 关键词G P R SM 2 M 远程监测煤矿 A b s t r a c t I nt h i sp a p e r , Id os o m en e wp r a c t i c a lw o r k so nc o a lm i n es a f e t yr e m o t e m o n i t o r i n gs y s t e mb a s e dw i r e l e s sM 2 M ．A c c o r d i n gt ot h e f e a t u r eo fc o a l m a n u f a c t u r e ，Ib r i n go u tas o l u t i o no ft h ep r o j e c t ，i n v o l v e sM 2 Mp r o t o c o l , d a t a b a s es t r u c t u r e ，s y s t e mo v e r a l la r c h i t e c t u r ed e s i g na n dl o g i cl a y o u te t c ．I t d e s c r i b e sM 2 M p r o t o c o li nd e t a i l ．B e c a u s es y s t e mn e e dm o n i t o rag r e a td e a lo f d a t a ，f i l ei st h ei n t e r f a c eo fW e bs e r v e ri nr e f r e s h i n gr e a lt i m es t a t u so fm i n ei n t h i ss o l u t i o n ．I tc a ng e tg o o dw o r kp e r f o r m a n c e ． K e y w o r d s g p r sm 2 m m o n i t o rm i n e I I 论文原创性声明 本人郑重声明所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究作出重要贡献的个人和集 体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名凇彰 日期2 多／9 年岁月z 石日 学位论文使用授权声明 本人完全了解中山大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留 学位论文并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版，有权将学 位论文用于非赢利目的的少量复制并允许论文进入学校图书馆、院系资料室被查 阅，有权将学位论文的内容编入有关数据库进行检索，可以采用复印、缩印或其 他方法保存学位论文。 学位论文作者签名多磋多砀导师签名 日期剜p 年毒月2 ‘日日期d 加年r 月．z ／E l 1 ．1 项目背景 第一章引言 目前无线移动网络技术已经比较成熟，越来越完善、用越来越广泛，但无 线M 2 M 市场还处于发展初期。另外，我国煤矿生产监测相对比较落后，很少 利用无线移动技术，大大制约了监测煤矿安全。根据我国“以信息化带动工业 化、以工业化促进信息化“ 的战略，从兴公司筹建煤矿安全数据远程监测系统。 系统主要包括数据中心、数据库、W e b 服务、数据采集器和通讯设备。本人在 项目中负责开发数据中心和数据库。该系统尝试利用无线M 2 M 技术促进煤矿 生产的创新和升级。通过煤矿安全数据远程监测系统，各级管理和监察部门、 各级领导能及时发现煤矿安全生产隐患，减少煤矿事故的发生。 1 ．2 国内外有关技术背景 1 ．2 ．1 煤矿安全监测系统现状 1 国外煤矿安全监测系统现状 随着技术的发展，欧美先进采煤国家通过利用自动化技术和机电一体化技 术实现了煤矿生产的自动化和集约化，使用全矿井规模的综合自动化监控系 统，集多模式于一体 数据、语言、图像 ，融多功能于一网 监控、无线接 入、通信 ，覆盖全矿井生产各个环节，实现了对整个煤矿所有安全参数的自 动化监测和控制。 2 我国煤矿安全监测系统现状 我国从欧美国家引进煤矿安全监控系统后，通过消化吸收，研制出多种煤 1 矿监控系统。目前在我国使用的煤矿安全监控系统约有3 0 多种，普遍存在以 下问题。各设备生产厂家的生产的设备之间没有统一标准，有多种彼此不兼容 的煤矿安全监控系统的通信协议和传输设备物理层协议，监控系统多数是为了 某一监控目的而研发，难以实现多方面监控，缺少远程故障自动诊断和远程维 护功能，不具备煤矿事故决策支持。有些煤矿片面追求效益，为了降低成本， 对安全状况不重视，上级部门没来检查的时候不开监控设备。一旦发生煤矿事 故，容易出现隐瞒不报的现象，而上级领导也无法及时获得准确的相关信息、 无法做出及时准确的判断，增加了处理事故的难度。 1 ．2 ．2 国内外M 2 M 产业发展现状及趋势 M 2 M 有以下含义机器对机器 M a c h i n et oM a c h i n e ，人对机器 M a nt o M a c h i n e ，机器对人 M a c h i n et oM a n ，移动网络对机器 M o b i l et oM a c h i n e 。 本文中的M 2 M 是指以通信运营商的无线网络为平台，采用G P R S 或C D M A 传 输方式，通过特种行业终端，服务于企业或行业用户的机器对机器数据采集、 传输业务。M 2 M 相关产业已正式纳入国家信息产业科技发展十一五规划及 2 0 2 0 年中长期规划纲要十一五规划重点扶持项目。我国进行智能信息处理 和无处不在通信网络技术的研发与产业化【l 】，重点研究以车载通信 包括汽车、 船舶等 为代表的智能信息处理和物与物 M 2 M 通信技术，解决其中的移动 通信与网络、定位、多媒体通信、导航关键技术问题。 在我国，中国电信、中国移动、中国联通已经进入M 2 M 市场。中国电信 广州研究院已经于2 0 0 7 年在全国推广水电抄表、智能家居、远程无人彩票销 售系统等业务。中国移动正努力开拓M 2 M 行业应用市场，其产品包括电力监 控、煤气抄表、销售数据传输等，应用领域广泛，包括交通物流、金融、政府、 公用事业等。 全球的无线通讯解决方案提供商主要有泰利特 T e l i t 、西门子、W a v e c o m e 等。法国O r a n g e 公司、日本D o C o M o 、英国V o d a f o n e 已进入M 2 M 产业多年。 O r a n g e 于2 0 0 6 年推出了一个名为“M 2 M 连接“ 的计划，向欧洲的公司提供较 低价格的M 2 M 单位数据传输和一系列M 2 M 软件工具。V o d a f o n e 与N o k i a 、 W a v e c o m 等开发商合作，主要应用领域在实时帐务解决方案。 M 2 M 技术用在监控和控制全球行业用户资产、机器和生产过程，是一种 高性能、高效率、高利润、可靠、节省成本的方法。M 2 M 方案具有无限潜力， 在接下来的几年将在整个市场有爆炸性的增长。 美国A l e x a n d e rR e s o u r c e s 预测2 0 1 0 年全球M 2 M 市场总额将增长至2 7 0 0 亿美元。法国I D A T E 调研指出2 0 1 0 年应用的数量将达到2 2 0 0 亿欧元，2 0 0 6 年到2 0 1 0 年的年复合增长率达到4 9 ％。日本N T TD o C o M o 的研究得出2 0 1 0 年全球将有超过4 0 0 0 亿台机器安装行动传输功能，通过机器与机器进行数据 传输以取代人力控制、降低操作的成本。有专家预测我国的M 2 M 市场增长速 度将会高于国际市场3 0 ％的增长率。 1 ．2 ．3 国内M 2 M 产业价值链现状 国内M 2 M 产业现有价值链简图如图1 ．1 f 2 1 所示。 图1 ．1M 2 M 产业价值链现状 ◆终端提供商根据用户和运营商需求，提供行业终端产品。 3 ◆方案提供商和集成商集成商和方案提供商经常是同一个，直接根据 用户的需求制定方案并开发系统，把M 2 M 终端和用户设备集成在一 起安装调试。 ◆移动运营商根据客户选择的数据资费套餐，向用户提供无线数据传 输通道。 1 ．2 ．4 国内煤矿安全监测存在的问题 国内M 2 M 产业市场处在发展初期，虽然已有不少针对远程数据采集和监 控的应用，但大部分客户缺乏认知、需要长时间的教育和引导。在煤矿安全数 据监测方面，M 2 M 技术使用不多。 煤炭开采属地下作业，生产环境恶劣，生产过程复杂，而且要深入地下生 产作业的矿工集中、素质普遍不高，同时生产环境灾害具有多样性、高发性、 不确定性和突发性，所以煤矿生产安全更重要、更难解决。另一方面，我国的 煤矿矿区分布分散，煤矿矿井多达2 ．5 万多处，部分煤矿对安全生产不够重视， 管理部门对各煤矿生产安全状况的监管难度较大。 1 ．3 本文的研究方向 本项目主要研究如何通过M 2 M 技术、依照煤矿安全生产的需求管理煤矿 前端安全数据采集设备。研究内容包括及时、准确地传送煤矿安全数据、采集 设备的配置信息和控制命令。其主要功能如下 1 建立通讯通道 为前端数据采集设备和后台数据中心建立可靠的通讯通道，提高通讯的质 量。在此基础上，前端数据采集设备和后台数据中心可按照煤矿监测通讯协议 交换数据。 4 2 管理前端数据采集设备的上线和下线 某一前端数据采集设备上线时，分配通讯资源给该前端数据采集设备；某 一前端数据采集设备下线时，释放该前端数据采集设备占用的通讯资源。同时 把上下线的状态写入数据库。 3 记录煤矿的安全数据 把煤矿安全数据写入数据库，用于历史数据的查询、统计和分析。其中包 括在安全范围里的数据和超出设定阀值的数据。 4 实时报警 实时监测安区数据，发现数据异常时，马上报警。有利于监测管理人员及 时发现问题、正确判断情况、避免或减少损失。 5 读取采集器配置信息 后台数据中心读取前端采集器的配置信息。 6 设定采集器配置信息 在后台数据中心修改前端采集器的配置信息。 7 传送其他信息 前端数据采集设备和后台数据中心可以通过收发文件的方式传递一些特 殊的数据。 1 ．4 本文的研究意义 煤是重要的能源，也是冶金、化学工业的重要原料。我国煤炭资源丰富， 但适于露天开采的煤炭储量不多，占总储量约7 ％。煤矿受自然灾害威胁的因 素多，我国煤矿安全生产状况不容乐观，安全生产体系并不完善，特别是煤矿 生产更是矿难频发，形势严峻。安全生产问题一直受到党和国家的高度重视， 我国煤矿使用瓦斯监测系统已有二十多年，这些瓦斯监测系统对安全生产发挥 了重要的作用，但现有监控系统只能应用在矿井范围内。近年来，个别矿区使 用有线网络进行近距离传送取得了一定的成效，但传送距离短、覆盖范围小、 投资大，未得到广泛推广使用。煤矿安全监控系统发出报警、断电、馈电异常 S 信息时，中心站值班人员必须立即通知矿井调度部门，查明原因，并按规定程 序及时报上一级网络中心【3 】o 处理结果应记录备案。煤矿安全数据远程检测系 统利用移动通讯技术将煤矿安全监测信息 瓦斯、风速、负压、一氧化碳、温度 及设备开停状态等1 传输至各级管理和监察部门，使各级领导能及时发现煤矿安 全生产隐患，减少煤矿事故的发生。 本文根据煤矿安全生产的需求，结合M 2 M 技术提出了一个解决方案。该 解决方案为监测煤矿安全生产提供了一条有效的、可行的途径，为煤矿安全生 产开辟了一条新的道路。希望这篇文章能给大家提供多一点M 2 M 技术应用在 煤矿安全生产的经验。该解决方案经解决方案包括数据采集点和数据中心之间 的通讯协议、数据库表结构、通讯程序的框架结构和流程逻辑等，对其中的通 讯协议作了比较详细得介绍。本系统的通讯协议囊括了煤矿安全监测的各种基 本需求，比较完善、可靠，可作为其它煤矿监控系统的分析基础，也可供其他 的煤矿监测系统或M 2 M 系统借鉴参考。 6 2 ．1 面向对象技术 第二章相关技术 2 ．1 ．1 面向对象技术简介 面向对象 O b j e c t ．O r i e n t e d ，简称o o 是一种哲学思想，它认为客观实体和 实体之间的联系构成了现实世界的所有问题，而每一个实体都可以抽象为对 象。面向对象技术 O b j e c t ．O r i e n t e dT e c h n o l o g y 是一种软件开发和程序设计 技术，强调在软件开发过程中面向客观世界或问题域中的事物，采用人类在认 识客观世界的过程中普遍运用的思维方法，直观、自然地描述客观世界中的有 关事物。具有相同数据和操作的对象可归纳成类，对象只是类的一个实例。对 象之间的联系通过消息传递来维系。面向对象 对象 类 继承 消息。面向对象 技术的基本特征主要有抽象性、封装性、继承性和多态性。对象技术导致复用， 而 程序构件的 复用导致更快的软件开发和高质量的程序【4 】。面向对象软件 易于维护，因此它的结构是内在松耦合的。当进行修改时，产生较少的副作用， 也对软件工程师和客户产生较小的挫折感。 一 2 ．1 ．2 面向对象分析与设计 面向对象分析 O b j e c t ．O r i e n t e dA n a l y s i s ，简称O O A 的目标是开发一系 列模型，这些模型被用来描述以满足一组客户需求的计算机软件。O O A 过程 并不是从考虑对象开始，而是从理解系统的使用方式开始，．如果系统是人机交 互的，则考虑被人使用的方式；如果系统是涉及过程控制的，则考虑被机器使 用的方式；或者如果系统协调和控制应用，则考虑被其他程序使用的方式。定 义了使用场景后，即开始软件的建模过程。面向对象分析方法使得软件工程师 能够通过对对象、属性和操作 作为主要的建模成分 的表示来对问题建模。面 7 向对象分析方法的特征 1 类和类层次的表示； 2 对象．关系模型的创建； 3 对象．行为模型的导出。面向对象系统的分析发生在很多不同的抽象层次，在业 务或企业层和O O A 关联的技术可以同信息工程方法相结合，该技术通常称为 领域分析；在应用层，对象模型着重于特定的客户需求，因为这些需求影响将 被建造的应用。 面向对象设计 O b j e c t ．O r i e n t e dD e s i g n ，简称O O D 将现实世界的O O A 模 型转换为可以用软件实现的实现特定的模型。O O D 过程可以被描述为有四 个层次的金字塔，基础层着重于实现主要系统功能的子系统的设计；类层刻划 了实现系统所需的整体对象体系结构和类层次；消息层指明如何实现对象间的 协作；责任层标识用以刻划类特征的属性和操作。和O O A 一样，有很多不同 的O O D 方法。虽然各自互不相同，但所有均遵从设计金字塔，并且所有均通 过两个层次的抽象完成设计过程系统和子系统的设计以及个体对象的设 计。在子系统设计过程中，涉及四类构件问题域构件、人机交互构件、任务 管理构件和数据管理构件。问题域构件实现O O 应用的客户需求，其他的构件 提供了使得应用能够有效运行的设计基础设施。对象设计过程关注于对实现类 属性的数据结构、实现操作的算法及支持协作和对象关系的消息的描述。面向 对象程序设计扩展设计模型到可执行域。使用O O 程序设计语言将类、属性、 操作和消息转换为可被机器执行的形式。面向对象设计代表了一种独特的软件 工程方法，引用T o mL o v e [ L O V 8 5 ] 的话如下软件问题的根可能在于时我 们的产业数据处理的描述中的最传统的术语，我们被告知数据和数据处理 是构成我们的业务基础的两种不同的“事物”。该划分所带来的危害可能远比 我们认识到的多得多。 2 ．2 设计模式 设计模式是一套被反复使用、多数人知晓的、经过分类编目的、代码设计 经验的总结。设计面向对象软件比较困难，而设计可服用的面向对象软件就更 加困难。你必须找到相关的对象，以适当的粒度将它们归类，再定义类的接E l 和继承层次，建立对象之间的基本关系【5 1 。使用设计模式是为了可重用代码、 让代码更容易被他人理解、保证代码可靠性。设计模式使人们可以更加简单方 便地复用成功的设计和体系结构。将已证实的技术表述成设计模式也会使新系 统开发者更加容易理解其设计思路。现在，可复用面向对象软件系统现在一般 划分为三大类应用程序、工具箱和框架 F r a m e w o r k ，我们平时开发的具体 软件大部分是应用程序。 不同的设计模式具有下面一些共性【6 】【7 】 1 设计模式都是从实践中获得的。设计模式时被“发现”的，而不是被 “写作“ 出来的。 2 设计模式时表达好的设计。设计模式并不仅是关于对象的设计，而且 关于对象间的通信，因此有时也称为“通信模式”。 3 提出设计模式的目的之一是避免重复的劳动，提高软件的可重用性。 4 孤立地使用某个设计模式还不能够充分发挥设计模式的优势，通常都 是将多个设计模式联合使用，一起涌来解决更大的问题。 设计模式基本原则f 8 】 1 “开- 闭“ 原则 O p e n - C l o s e dP r i n c i p l e ，简称O C P 原文S o f t w a r ee n t i t i e ss h o u l d b eo p e nf o re x t e n s i o n , b u tc l o s e df o r m o d i f i c m i o m 就是说模块应对扩展开放，而对修改关闭。模块应尽量在不 修改原 是”原”，指原来的代码 代码的情况下进行扩展。 2 里氏代换原则 L i s k o vS u b s i t u t i o nP r i n c i p l e ，简称L S P 任何基类出现的地方，子类一定可以出现。 3 依赖倒转原则 D e p e n d e n c yI n v e r s i o nP r i n c i p l e ，简称D I P 要依赖于抽象，不要依赖于实现。 4 接口隔离原则 I n t e r f a c eS e g r e g a t i o nP r i n c i p l e ，简称I S P 应当为客户端提供尽可能小的单独的接口，而不要提供大的总接口。 5 组合／聚合复用原则 C o m p o s i t i o n ／A g g r e g a t i o nP r i n c i p l e ，简称C A R P 要尽量使用合成／聚合，而不是继承关系达到复用的目的。 6 迪米特法则 L a wo f D e m e t e r ，简称L o D 一个软件实体应当与尽可能少的其他实体发生相互作用。 O 7 单一职责原则 S i n g l eR e s p o n s i b i l i t yP r i n c i p l e ，简称S R P 要使每一个软件实体只负责一种职责的实现。 2 ．3G P R S 通用分组无线服务技术 G e n e r a lP a c k e tR a d i oS e r v i c e 简称G P R S ，是G S M 移动电话用户可用的一种移动数据业务，是G S M 的延续。G P R S 是以封包 P a c k e t 式来传输，使用者所负担的费用是以其传输资料的数量计算，并非 独占其整个频道，理论上较为便宜。G P R S 系统实现了高达1 7 1 ．2 k b p s 理论速 率的吞吐量【9 1 。G P R S 通过增加G S M 相应的功能实体和对现有的基站系统进行 部分改造来实现分组交换，改造的投入相对来说并不大，可是得到的用户数据 速率却相当可观。G P R S 因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所 以连接和传输都更方便更容易。有权限者不管身在何处都可以方便的上网浏览 各种被监控对象的实时数据和工作情况。在客户端控制中心，有智能化软件、 数据库，拥有权限就可以分析所得结果，下达控制指令【l o 】。目前的通信网是以 专用目的为特征‘1 1 】。在分组交换的通信方式中，G P R S 数据被分成一定长度的 包 分组 ，每个包的前面有地址标志指明该分组发往何处。数据传送之前不 需要预先分配信道和建立连接。在每一个数据包到达时根据数据包头中的信息 临时寻找一个能够使用的信道资源把该数据包发送出去。数据的发送或接收方 和信道之间没有固定的占用关系，可以认为信道资源是由所有的用户共享使 用。 G P R S 有以下三个特点 1 高速数据传输 速度1 0 倍于G S M ，可以稳定地传送大容量的视频或音频文件。 2 永远在线 不需要为每次数据的访问建立呼叫连接，所以随时可与网络保持联系。 3 根据数据流量计费 1 0 即根据传输的数据量来计费，而不是按上网时间计费。 2 ．4C D M A C D M A C o d eD i v i s i o nM u l t i p l eA c c e s s 又称码分多址，允许所有的使用者 同时使用全部频带 1 ．2 2 8 8 M h z ，同时把其他使用者发出的讯号视为杂讯，不需 要考虑到讯号碰撞的问题。C D M A 的优点包括；C D M A 采用的语音编码技 术通话品质比目前的G S M 好，还能把用户对话时周围环境的噪音降低，使得 通话更为清晰。C D M A 利用展频的通讯技术，可以减少手机之间的干扰和增加 用户容量，同时手机的功率还比较低，可以有效降低电磁波辐射对人的伤害。 C D M A 用码来区分用户，大大降低了被人盗听的可能性。C D M A 技术有以下5 个特点 ⋯ 1 扩频通信，抗干扰能力强。 2 宽带传输，抗衰落能力强。 3 采用宽带传输，在信道中传输的有用信号功率比干扰信号功率低得多，有 利于信号隐蔽。 4 通过扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。 5 多个用户同时接收、同时发送。 3 ．1 系统功能需求 3 ．1 ．1 煤矿数据类型 第三章系统需求分析 1 模拟量数据‘ 煤矿生产过程中连续监测的数据，主要有瓦斯 单位％ 、风速 单位 m ／s 、温度 单位℃ 、负压 单位K p a 、一氧化碳 单位lP p m 等。 2 开关 数字 量数据 主要有风机、风门、水泵等的开停状态。 3 文件类 主要有煤矿政策法规、公文、通告及矿井设备信息、生产图等。 3 ．1 ．2 系统的基本功能 1 监测数据实时传送，并及时告知报警数据。 2 监测数据能存储、查询、统计。 3 数据能多级共享，实现煤矿安全的多级共管。 4 实现报表打印、图形显示功能。 5 监测数据的异地查看和分析功能。 3 ．1 ．3 系统管理和维护 1 系统操作简单、使用方便、数据传输安全、运行稳定可靠。 2 不同级别用户只能享受权限内的数据操作。 3 用户设备免维护。 4 系统与现有监控设备接口简单且扩展方便。 1 2 由数据采集设备采集到的数据经过G P R S ／C D M A 网络传输到数据中心服 务器，在中心服务器中对数据进行解析，并分类存储到数据库中。 W e b 用户经过I n t e r n e t 或者局域网通过B r o w s e r 访问数据库中的数据，并 可以发送控制命令到数据库中，然后由数据中心服务器分析，并下发给相应的 采集设备。 3 ．2 系统性能需求 3 ．2 ．1 精度 1 允许最大数据采集点数量3 0 0 0 0 个。 2 允许数据采集点数量1 0 0 0 个。 3 系统允许W e b 访问并发最大数量1 5 0 个。 4 每个数据采集点容许最大传感器类型数量2 5 4 个。 5 每个数据采集点容许最大传感器个数2 5 4 个。 6 采集点数据包大小不定长。 7 报警数据按照最优先处理方式处理。 3 ．2 ．2 时间特性的要求 1 采集点在正常时采集数据上传时间间隔3 0 s 。 2 W e b 用户实时数据刷新时间3 0 s 。 3 应用软件系统无故障连续运行时间大于3 个月。 3 ．2 ．3 灵活性 数据中心服务器系统在设计上充分采用面向对象的设计方法，尽量减少模 块之间的相互关联，这样更有利于系统的可扩展性和可维护性。数据由采集设 备到数据中心的接入采用独立的模块，增加了系统的兼容性，可应用其它厂家 的传输解决方案。 3 ．3 数据管理能力要求 系统应该能够定期的对数据进行处理，对每一种数据可存储的期限进行管 理，这样可以保证及时清理数据库中的过期数据，减小数据表的规模。 每一种类型的数据要求存储的时间列表如下 表1 ．1 数据存储时间 髅 纛 弼黻别Z 黧霎嚣 警蠡麓盔鑫￡整龇o 。辟K 竹多蝴ii 蠡。籀I 磊蕊盘玉，盏∞渤 士’g ㈦血能。 土I1 ■、；蠡蛭黛o 。套＆茁圜 监测报警记录3 个月 实时报警数据3 个月报警期间的实时值 实时监测数据4 8 小时 监测统计数据 每5 分钟的值3 个月 监测统计数据 每1 小时值3 个月 监测统计数据 每1 天值3 个月 开关量开停记录数据3 个月 传感器配置信息3 个月 通告数据长期或1 个月 图形数据每种图保存两份 系统运行详细信息3 个月 系统运行主要信息 1 年 用户主要资料信息长期 用户详细资料信息 长期 采集点传输状态信息3 个月上线离线等信息 W e b 访问详细记录3 个月访问页面时间等信息 W e b 访问主要记录1 年访问页面时间等统计 3 ．4 故障处理要求 系统最有可能遇到的故障就是G P R S ／C D M A 网络断线，这是将有可能出现 数据丢失现象。在该系统的通信协议中，充分考虑了这种情况，并在可能的情 况下要求数据发送方进行重传。 3 ．5 系统运行环境 1 ．服务器硬件配置 1 0 G 以上的的硬盘空间 内存2 G 以上 C P UP 42 ．8 G 以上 2 ．服务器软件配置 M i c r o s o f tW 恤d O W S2 0 0 3S e r v e r M i c r o s o f tS Q LS e r v e r2 0 0 5 4 ．1 系统网络结构 第四章系统总体设计 圈4 ．1 系统叫络结构图 图4 - 2 系统数据流图 4 ．2 系统数据流 数据采集器通过G P R S ／C D M A 从煤矿发来数据．数据中心收到后按照通讯 协议解析数据。如果是实时监测数据，则把数据发给W e b 服务器，同时把数据 写到格式文件里；如果不是实时监测数据，则把数据直接写入数据库。当格式 文件单面有实时监测数据时，批量传送中心把实时数据从格式文件读出束，然 后写入数据库，屉后清空格式文件。 需要查询、配雹前端的数据采集器时，用户可先登陆W e b ，通过W e b 设 定需要的操作命令并记录在数据席咀。数据中心定期查询数据库，如发现有新 的操作命令，则继续执行新的操作命令，把新的操作命令发给相应的前端数据 采集器。 4 ．3 数据中心架构 譬 参⋯理。●色 ●色 图43 数据中心架构图 1 数据中心包括进程管理模块、数据库模块、通讯信道模块、通信协议 模块、站点管理模块。进程管理模块可分别调用其它四个模块创建实 例。 2 数据中心运行后，监听数据采集器，连接数据库，定期查询新命令。 3 数据采集器上线后，获取数据采集器的基本信息，通过查询数据库判 断该采集器是否有效。如采集器有效则分配通讯实例、数据库实例、 通讯协议实例等资源，并在有效采集器列表上添加该采集器信息，否 则断开采集器连接。 4 数据采集器下线后，释放该采集器所占用的资源。 5 发现数据库有新命令有待执行后，查询有效采集器列表。如发现标的 采集器，继续执行新命令。 4 ．4 数据库设计 根据本系统的业务需求为数据库建表。 表4 ．1 数据库所有表 匿_ ■一 ’”表名～一一I ⋯。 ～⋯⋯一⋯⋯一一描述“’⋯一■■■ ”溺 R e a l T i m e A l e r t实时报警数据表 R u n A l e r t 运行事件及报警记录表 I n s p e c t D a t a ％u 实时监测数据表，‘％’后缀表示矿井的地址， 每一个矿对应一个表 S t a t s D a t a ％U 模拟量统计数据表，‘％’后缀表示矿井的地址， 每一个矿对应一个表 S e n s o r s 传感器信息表 S w i t c h S t a t e R e c o r d s 开关开停记录表 R u I l I n f o 系统主要运行信息表 M 洫e s 矿井配置表 M i n e l n f o 矿井信息表 F r o n t E r r o r sP C 级程序运行错误信息表 S Q L R e s u l t sS Q L 语句执行结果 R e a l T i m e T e x t s 即时显示文本信息表 O p e r a t o r P a s s w o r d s 操作员密码表 S y s T i m e S t a m p s 系统时间戳表 S y s A p p V e r s i o n s 系统应用程序版本信息 P a c k e t P r o c e s s E r r o r R e s u l t s包未被处理原因表 A l e r t T i m e R e q s 目的时钟调整请求表 F r o n t R u n l n f o R e q s 系统主要运行信息请求表 M i n e R e q s 矿井主要信息请求表 F r o n t M i n e l n f o R e q s 矿井详细信息请求表 S e n s o r l n f o R e q s 传感器简单配置信息请求表 S e n s o r D e t a i l l n f o R e q s 传感器详细配置信息请求表 F r o n t A p p R e s t a r t R e q s 前端应用软件重新装载请求表 F r o n t A p p S t o p R e q s 前端应用软件关闭请求表 F r o n t S y s R e s t a r t R e q s 前端计算机重新启动请求表 F r o n t S y s S t o p R e q s 前端计算机关机请求表 E x e c S Q L R e q sS Q L 语句执行请求表 S e n d A l e r t R e q s 报警记录发送请求表 S e n d 5 M i n l n s p e c t S t a t R e q s 每5 分钟监测统计数据发送请求表 S e n d1H o u r l n s p e c t S t a t R e q s 每1 小时监测统计数据发送请求表 S e n d S w i t c h R e c R e q s 开关量开停记录发送请求表 S e n d G r a p h i c R e q s 图形类数据发送请求表 S e n d T i m e S t a m p R e q s 当前系统时间戳请求表 S e n d T e s t D a t a 发送测试数据请求表 S e n d T e s t D a t a 发送测试数据请求表 S h o w R e a l T i m e T e x t R e q s 即时显示的简单文本信息请求表 R e s e t P a c k e t S e q R e q s 目的帧计数器复位请求表 C h e c k S e n s o r s C o n f i g R e q s 核对传感器配置请求表 S e n d F i l e R e q s 文件发送请求表 R e c e i v e d F i l e s 接收到的文件表 D e a d M i n e s 不活动矿井报警表 M i n e T o M a n a g e m e n t T e r m i n a l 矿对应的管理者终端映射表 C o l l e c t o r S t a t e l n f o 采集点 矿 传输状态信息 数据库部分表结构 表4 ．2R e a l T i m e A l e r t 表字段描述 『嘲砑戮卵一戳鼬。一≯4 ’| p 鬻黼魏彰9 ”R 晶m 五磊A 1 苔矛嘲阙闲瓣粥嘲嘲㈣黼阄 鏊描述实时报警数据表 霍 k 醯蕊段名凌氨氲趣玉越段粪垂堡魅燃幽幽潞逮囊殷约裹瘟龇躺鼬幽螨黛- a I D i n t i d e n t i t y 记录I D M i n e i n t 矿地址 S e n s o ri n t 传感器I D P e a k V a l u ef l o a t 峰值 B e g i n T i m e d a t e t i m e 报警开始时间 E n d T i m ed a t e t i m e 报警结束时间 A l e r t T y p e ‘ i n t 报警类别 R e i s s u ei n t是否为补发的报 鏊 目 F l a g i n td e f a u l t0处理标志 表4 ．3R u n A l e r t 表字段描述 F 爱辔鄹一”黪㈣”鼎黝洋俐妒黟”硒矗A l 甜研鼎鄹彬雕F 习 墼 描述 运行事件及报警记录表 蓊 鏊。一。。二≥j 銎名。。。。。一。 一塞段类型。，一一 一～字段约柬。。。一字段描述。叠 I Di n t i d e n t i t y 记录I D M i n ei n t矿地址 A l e r t C o d ei n t报警代码 O p e r a t o r v a r c h a r 8 操作员 A l e n I n f o v a r c h a r 15 0 报警内容 T i m ed a t e t i m e 记录生成时间 F l a g i n td e f a u l t0 处理标志 表4 - 4I n s p e c t D a t a 一％u 表字段描述 r 一”⋯裹答’