基于物联网技术的录井设备管理系统的设计与开发

中 文 图 书 分 类 号 ： TP621密学 校 代级 ： 公 开UDC： 621.3码 ： 10005硕士专业学位论文PROFESSIONAL MASTER DISSERTATION论 文 题 目 ： 基 于 物 联 网 技 术 的 录 井 设 备 管 理 系 统的 设 计 与 开 发论 文 作 者 ： 宋 长 虹专 业 类 别 /领 域 ： 软 件 工 程指 导 教 师 ： 黄 樟 钦 杜 超 武论 文 提 交 日 期 : 2017 年 5 月UDC： 621.3 学 校 代 码 ： 10005中 文 图 书 分 类 号 ： TP621 学密号 ： G2013225683级 ： 公 开题北 京 工 业 大 学 硕 士 专 业 学 位 论 文（ 非 全 日 制 ）目 ： 基 于 物 联 网 技 术 的 录 井 设 备 管 理 系 统 的 设 计 与 开 发英 文 题 目： LOGGING EQUIPMENT MANAGEMENT SYSTEMBASED ON INTERNET OF THINGS TECHNOLOGYDESIGN AND DEVELOPMENT论领研申指所答文究请导在辩作方学教单日者 ： 宋 长 虹域 ： 软 件 工 程向 ： 信 息 与 服 务 工 程位 ： 工 程 硕 士 专 业 学 位师 ： 黄 樟 钦 杜 超 武位 ： 软 件 学 院期 ： 2017 年 5 月 14 日授 予 学 位 单 位 ： 北 京 工 业 大 学独 创 性 声 明本 人 声 明 所 呈 交 的 论 文 是 我 个 人 在 导 师 指 导 下 进 行 的 研 究 工 作 及 取 得 的 研究 成 果 。 尽 我 所 知 ， 除 了 文 中 特 别 加 以 标 注 和 致 谢 的 地 方 外 ， 论 文 中 不 包 含 其 他人 已 经 发 表 或 撰 写 过 的 研 究 成 果 ， 也 不 包 含 为 获 得 北 京 工 业 大 学 或 其 它 教 育 机 构的 学 位 或 证 书 而 使 用 过 的 材 料 。 与 我 一 同 工 作 的 同 志 对 本 研 究 所 做 的 任 何 贡 献 均已 在 论 文 中 作 了 明 确 的 说 明 并 表 示 了 谢 意 。签 名 ： 宋 长 虹日 期 ： 2017 年 5 月 23 日关 于 论 文 使 用 授 权 的 说 明本 人 完 全 了 解 北 京 工 业 大 学 有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 ， 即 ： 学 校 有 权保 留 送 交 论 文 的 复 印 件 ， 允 许 论 文 被 查 阅 和 借 阅 ； 学 校 可 以 公 布 论 文 的 全 部 或 部分 内 容 ， 可 以 采 用 影 印 、 缩 印 或 其 他 复 制 手 段 保 存 论 文 。（ 保 密 的 论 文 在 解 密 后 应 遵 守 此 规 定 ）签 名 ： 宋 长 虹 日 期 ： 2017 年 5 月 23 日导 师 签 名 ： 黄 璋 钦 日 期 ： 2017 年 5 月 23 日摘 要摘 要本 文 以 石 油 录 井 行 业 为 背 景 ， 针 对 录 井 设 备 在 管 理 上 与 其 它 设 备 管 理 在 时 间效 果 、 设 备 流 转 、 设 备 布 局 等 方 面 的 不 同 之 处 ， 在 深 入 分 析 物 联 网 发 展 现 状 的 基础 上 再 结 合 物 联 网 的 开 放 性 ， 给 出 了 无 线 物 联 网 录 井 设 备 管 理 平 台 的 总 体 设 计 方案 和 构 思 并 描 述 了 系 统 各 个 具 体 功 能 模 块 的 详 细 设 计 方 案 ， 研 究 并 设 计 了 物 联 网录 井 设 备 管 理 系 统 。 它 实 现 了 使 用 方 与 录 井 仪 器 、 以 及 录 井 仪 器 与 录 井 仪 器 之 间的 数 据 互 相 交 换 以 及 控 制 。 通 过 录 井 设 备 管 理 信 息 系 统 的 使 用 能 够 大 幅 提 高 录 井仪 器 的 使 用 效 率 ， 同 时 能 够 大 幅 减 少 设 备 管 理 工 作 量 降 低 企 业 设 备 管 理 的 运 维 成本 ， 进 一 步 提 高 了 企 业 的 录 井 设 备 管 理 水 平 ， 增 强 了 企 业 的 市 场 竞 争 力 ， 为 领 导最 终 的 决 策 提 供 了 必 要 的 数 据 支 撑 。本 文 开 发 的 录 井 设 备 管 理 系 统 就 是 使 用 物 联 网 技 术 ， 从 而 使 得 录 井 设 备 通 过无 线 或 有 线 方 式 连 接 到 网 络 系 统 上 ， 并 且 在 信 息 共 享 和 数 据 通 信 方 面 采 用 了 规 范的 数 据 传 输 格 式 ， 最 终 实 现 了 工 作 人 员 对 录 井 仪 器 的 管 理 和 控 制 ， 进 而 实 现 录 井仪 器 现 代 化 管 理 、 信 息 资 源 共 享 、 动 态 决 策 。关 键 词 ： 物 联 网 ； 录 井 设 备 管 理 ； 无 线 通 讯-I-AbstractAbstractBased on oil logging industry as the background, this paper aimed at the loggingequipment and other equipment management in management on the time effect,equipment, flow and equipment layout of the difference, on the basis of analyzing thecurrent situation of the development of the Internet of things coupled with theopenness of the Internet, wireless Internet logging equipment management platform isgiven the overall design scheme and design of various specific function module indetail and describes the system design, research and design a iot logging equipmentmanagement system.It implements the consumer and logging instruments, as well aslogging instrument and the data exchange between logging instrument andcontrol.Through the use of logging equipment management information system cangreatly improve the efficiency of the use of the logging instrument, can greatly reduceequipment management work at the same time reduce the operational cost ofenterprise equipment management, further improve the logging equipmentmanagement level of the enterprise, enhance the market competitiveness ofenterprises, to lead the final decision provides the necessary data to support.In this paper, the development of logging equipment management system is touse the Internet of things technology, so as to make the logging equipment throughwireless or wired connection to the network system, and adopted in informationsharing and data communication data transmission format specification, finallyrealizes the staff management and control of logging instruments, and modernize thelogging instrument management, information resources sharing, dynamicdecision-making.Keywords： The Internet of things； Logging equipment management； Wirelesscommunications-III-目 录目 录摘 要 .IAbstract. III第 1 章 绪 论 11.1 课 题 背 景 及 研 究 意 义 . 11.2 国 内 外 现 状 . 21.2.11.2.2国 外 设 备 管 理 情 况 2国 内 设 备 管 理 情 况 31.3 本 文 的 研 究 内 容 . 41.3.11.3.21.3.3录 井 设 备 管 理 系 统 使 用 物 联 网 的 结 构 4核 心 技 术 研 究 4关 系 数 据 库 研 究 51.4 本 文 的 结 构 安 排 . 5第 2 章 相 关 理 论 综 述 72.1 基 础 理 论 . 72.1.12.1.2物 联 网 7设 备 管 理 92.2 关 键 技 术 介 绍 . 92.2.12.2.22.2.32.2.42.2.52.2.6Z i gBee 技 术 . 9B/S 运 行 模 式 10JSP 网 页 11SQL Server 数 据 库 . 12MVC 框 架 13SSH 架 构 142.3 使 用 工 具 介 绍 . 152.3.12.3.22.3.3DreamWeaver.15Myeclipse 开 发 工 具 . 16Tomcat 服 务 器 162.4 本 章 小 结 . 16第 3 章 录 井 设 备 管 理 系 统 的 需 求 分 析 173.1 录 井 设 备 管 理 结 构 . 17-I-北 京 工 业 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文3.2 系 统 设 计 目 标 . 183.3 系 统 运 行 环 境 . 203.4 系 统 用 例 模 型 . 203.5 本 章 小 结 . 26第 4 章 录 井 设 备 管 理 系 统 的 设 计 274.1 业 务 模 型 . 274.2 系 统 功 能 模 块 . 324.3 数 据 结 构 设 计 . 334.4 数 据 连 接 设 计 . 374.5 运 行 设 计 . 384.6 本 章 小 结 . 40第 5 章 录 井 设 备 管 理 系 统 的 实 现 415.1 系 统 的 难 点 分 析 与 解 决 方 案 . 415.1.15.1.25.1.35.1.4数 据 库 连 接 41大 量 数 据 的 处 理 41设 备 的 实 时 监 测 与 提 醒 41界 面 的 设 计 与 布 局 435.2 系 统 实 现 . 435.3 本 章 小 结 . 55第 6 章 录 井 设 备 管 理 系 统 的 测 试 576.1 引 言 . 576.2 系 统 测 试 计 划 . 576.2.16.2.2数 据 库 测 试 57系 统 功 能 测 试 586.3 本 章 小 结 . 62结 论 63参 考 文 献 65致 谢 69-II-第 1 章 绪 论第 1 章 绪 论1.1 课 题 背 景 及 研 究 意 义近 年 人 们 在 科 学 技 术 方 面 不 断 投 入 使 得 科 学 技 术 发 展 取 得 了 长 足 的 进 步 ， 信息 技 术 作 为 其 中 的 一 项 也 突 破 了 其 发 展 瓶 颈 取 得 了 进 步 。 在 互 联 网 技 术 方 面 人 们对 其 进 行 了 普 及 ， 大 力 推 广 通 信 设 备 的 使 用 ， 这 些 都 有 效 地 缩 短 了 人 和 人 进 行 沟通 的 距 离 ， 极 大 地 推 进 了 人 类 社 会 向 更 高 层 次 的 发 展 。 与 此 同 时 ， 生 活 在 互 联 网时 代 的 人 们 也 逐 渐 的 开 始 关 心 起 自 己 使 用 设 备 的 便 捷 性 ， 以 及 设 备 运 行 环 境 的 安全 性 。 物 联 网 能 够 很 好 的 满 足 人 们 在 设 备 便 捷 和 安 全 方 面 的 需 求 。 为 了 适 应 人 们的 这 些 新 的 需 求 ， 物 联 网 也 就 应 运 而 生 1。物 联 网 就 是 指 通 过 传 感 器 检 测 技 术 将 物 体 展 现 到 网 络 中 因 此 也 称 为 传 感 器网 络 ， 它 当 今 信 息 技 术 重 要 环 节 之 一 ， 可 以 说 是 继 计 算 机 和 互 联 网 在 信 息 技 术 方面 又 一 伟 大 的 发 明 。 物 联 网 是 新 一 代 的 信 息 技 术 的 重 要 组 成 部 分 ， 物 联 网 也 被 称为 传 感 器 网 络 ， 是 继 计 算 机 和 互 联 网 之 后 的 又 一 次 技 术 浪 潮 2。 物 联 网 的 想 法 自从 被 提 炼 出 来 以 后 就 有 很 多 专 家 进 行 分 析 研 究 ， 到 目 前 为 止 多 数 人 认 为 ： 物 联 网技 术 就 是 要 搭 建 一 个 物 体 相 关 信 息 交 换 的 一 个 网 络 来 实 现 物 体 和 物 体 进 行 沟 通交 流 ， 即 在 搭 建 的 物 联 网 里 面 的 任 何 一 个 物 体 都 可 以 通 过 自 己 定 义 的 途 径 (有 线网 络 、 无 线 WIFI 或 其 他 方 式 )接 入 互 联 网 上 ， 且 用 户 可 以 使 用 固 定 的 方 式 进 行 信息 共 享 和 数 据 通 信 方 面 的 操 作 ， 人 们 通 过 这 个 渠 道 来 达 到 管 理 和 控 制 所 有 接 入 互联 网 上 的 物 体 3-5。 在 最 新 构 建 的 物 联 网 体 系 中 除 了 与 互 联 网 相 连 的 服 务 器 和 电脑 外 ， 还 拓 展 到 了 整 个 物 质 世 界 ， 包 括 了 物 质 世 界 内 的 所 有 的 物 体 以 及 物 品 。 与互 联 网 相 比 物 联 网 囊 括 的 东 西 要 更 加 的 全 面 ， 在 信 息 交 流 方 面 物 联 网 除 了 实 现 人和 物 体 互 动 外 还 实 现 了 物 体 和 物 体 间 的 互 动 ， 因 此 更 加 丰 富 了 物 品 的 种 类 和 服 务质 量 6。 在 物 联 网 的 世 界 里 人 们 实 现 了 物 物 相 连 ， 在 这 个 世 界 了 无 论 物 体 连 接 方式 如 何 改 变 ， 物 体 要 想 展 示 在 人 们 的 面 前 只 能 采 用 人 机 交 互 的 方 法 才 能 够 实 现 ，也 只 有 采 用 了 人 机 交 互 的 方 式 人 们 才 能 对 物 体 进 行 操 作 和 控 制 7。 当 然 上 诉 所 谓的 人 机 交 互 不 单 单 指 人 类 和 计 算 机 间 的 交 流 互 动 ， 还 要 有 一 些 应 用 程 序 为 人 们 提供 必 要 的 信 息 反 馈 8。 在 21 世 纪 的 今 天 ， 物 联 网 拥 有 一 个 前 所 未 有 的 发 展 机 遇和 广 阔 的 使 用 天 地 ， 但 物 联 网 的 应 用 却 不 尽 如 人 意 ， 主 要 是 因 为 物 联 网 技 术 发 展至 今 物 联 网 行 业 的 标 准 和 规 范 还 没 有 达 成 一 致 。 目 前 整 个 物 联 网 行 业 还 只 处 于 一个 简 单 的 应 用 阶 段 10。录 井 是 石 油 勘 探 作 业 中 的 重 要 的 一 环 ， 在 石 油 勘 探 开 发 过 程 中 担 任 着“眼 睛 ”这 一 重 要 角 色 ， 承 担 着 在 钻 井 过 程 中 记 录 地 下 地 层 信 息 资 料 ， 觉 察 石 油 天 然 气 的-1-北 京 工 业 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文体 现 ， 构 建 井 下 地 层 剖 面 图 这 一 重 要 角 色 ， 为 钻 井 在 安 全 的 基 础 上 提 速 提 质 、 保护 地 下 流 体 石 油 天 然 气 提 供 信 息 依 据 和 必 要 的 技 术 服 务 。 目 前 在 各 个 石 油 勘 探 现场 进 行 服 务 的 录 井 设 备 多 达 10 几 种 ， 有 德 玛 综 合 录 井 仪 、 神 开 综 合 录 井 仪 、 二十 二 所 综 合 录 井 仪 、 雪 狼 综 合 录 井 仪 及 地 化 荧 光 设 备 等 。 在 用 的 这 些 录 井 设 备 不仅 仅 种 类 驳 杂 ， 每 个 设 备 的 结 构 也 是 各 不 相 同 异 常 繁 杂 ， 设 备 的 尺 寸 也 不 尽 相 同 ，录 井 作 业 现 场 分 布 也 是 天 南 地 北 异 常 的 广 大 ， 因 此 在 设 备 的 管 理 方 面 要 投 入 大 量的 人 力 物 力 。在 石 油 勘 探 作 业 现 场 ， 录 井 的 所 有 数 据 来 源 均 出 自 钻 井 ， 钻 井 在 作 业 现 场 是施 工 的 主 体 ， 主 要 的 工 作 就 是 破 碎 地 层 ， 通 过 循 环 液 将 破 碎 的 地 层 带 出 地 底 ， 录井 就 是 利 用 人 力 或 借 助 工 具 对 钻 井 过 程 中 发 生 的 所 有 工 程 、 泥 浆 、 气 体 参 数 进 行采 集 、 存 储 、 分 析 最 终 通 过 网 络 设 备 将 这 些 数 据 记 录 在 案 。 故 相 较 于 其 它 专 业 性设 备 而 言 从 事 录 井 作 业 的 设 备 具 有 其 行 业 所 独 有 的 特 征 ， 数 据 要 求 实 时 更 新 显 示具 有 很 强 的 时 效 性 、 设 备 要 求 能 够 随 时 进 行 搬 迁 具 有 较 大 的 流 动 性 、 工 作 环 境 要求 1 类 防 爆 区 域 具 有 很 高 的 风 险 性 、 设 备 只 进 行 各 个 工 况 数 据 的 监 测 而 不 发 生 任何 主 动 的 控 制 信 号 这 就 要 求 设 备 具 有 被 动 性 、 石 油 勘 探 作 业 现 场 分 布 在 天 南 地 北这 就 要 求 设 备 具 有 很 广 的 分 散 性 。 这 些 现 场 使 用 的 情 况 都 在 无 形 中 增 加 了 录 井 设备 管 理 难 度 。物 联 网 作 为 战 略 性 新 兴 产 业 ， 融 合 在 设 备 管 理 信 息 系 统 中 不 仅 可 以 提 高 录 井仪 器 的 使 用 效 率 ， 而 且 可 以 大 幅 减 少 设 备 管 理 工 作 量 降 低 企 业 设 备 管 理 的 运 维 成本 ， 进 一 步 提 高 了 企 业 的 录 井 设 备 管 理 水 平 ， 增 强 了 企 业 的 市 场 竞 争 力 ， 为 领 导最 终 的 决 策 提 供 了 必 要 的 数 据 支 撑 。1.2 国 内 外 现 状如 今 在 物 联 网 技 术 开 发 和 应 用 方 面 都 有 了 长 足 的 进 步 ， 整 个 物 联 网 产 业 也 越来 越 完 善 。 与 此 同 时 ， 以 美 日 欧 为 首 的 全 球 多 数 国 家 都 制 定 各 自 物 联 网 技 术 发 展规 划 战 略 以 示 国 家 对 物 联 网 产 业 的 发 展 重 视 程 度 和 支 持 力 度 ， 因 此 ， 这 几 年 物 联网 应 用 也 由 初 期 试 用 阶 段 跨 越 式 的 发 展 成 为 现 在 的 成 熟 阶 段 。1.2.1 国 外 设 备 管 理 情 况当 今 国 际 上 比 较 有 名 的 设 备 管 理 软 件 系 统 主 要 有 三 个 分 别 是 美 国 的MAXIMO 系 统 ， 美 国 的 AMS(Asset Management Solution)系 统 和 加 拿 大 的 Senergy系 统 。美 国 的 MAXIMO 系 统 是 一 款 所 有 工 作 都 与 成 本 挂 钩 的 应 用 软 件 ， 开 发 的 理念 就 是 为 企 业 设 备 资 产 核 算 和 设 备 维 修 管 理 服 务 ， 这 款 应 用 软 件 主 要 就 是 进 行 设-2-第 1 章 绪 论备 维 护 和 成 本 核 算 ， 在 设 备 维 护 方 面 他 强 调 的 是 预 防 性 维 修 以 及 预 测 性 维 修 以 将低 成 本 的 支 出 ， 在 成 本 核 算 方 面 就 是 依 赖 设 备 台 账 为 基 石 搭 建 整 个 公 司 的 资 产 体系 ， 按 照 维 修 工 单 进 行 核 算 公 司 设 备 资 产 ， 这 款 软 件 融 合 了 设 备 财 产 管 理 和 设 备维 修 两 方 面 ， 涉 及 的 部 门 有 物 资 采 购 部 、 设 备 管 理 部 、 设 备 维 修 部 ， 这 三 个 部 门在 进 行 了 数 据 共 享 。美 国 的 AMS(Asset Management Solution)系 统 是 一 款 相 对 智 能 的 设 备 管 理 系统 主 要 是 进 行 设 备 维 护 ， 他 主 要 实 现 的 是 设 备 状 态 监 测 智 能 报 修 ， 充 分 利 用 专 家资 源 进 行 会 诊 。 这 款 系 统 首 先 要 求 安 装 足 够 的 智 能 检 测 装 置 来 体 现 设 备 的 具 体 工作 状 态 ， 然 后 将 这 些 信 息 通 过 网 络 展 示 在 专 家 面 前 ， 最 后 通 过 对 比 之 前 建 立 的 规则 库 和 方 法 库 来 提 供 给 专 家 技 术 维 护 上 的 建 议 。 这 套 设 备 管 理 系 统 智 能 化 程 度高 ， 但 由 于 前 端 实 施 时 要 求 加 装 很 多 先 进 的 检 测 设 备 作 为 配 套 设 施 ， 造 成 了 系 统搭 建 的 费 用 昂 贵 。加 拿 大 的 Senergy 系 统 是 一 款 在 设 备 管 理 方 面 功 能 强 大 且 比 较 全 面 的 设 备 管理 系 统 ， 其 管 理 功 能 可 以 划 分 为 仪 器 信 息 管 控 、 仪 器 库 存 管 控 、 仪 器 采 购 单 管 控 、仪 器 供 应 商 管 控 、 仪 器 维 护 管 控 以 及 仪 器 维 修 预 算 管 控 。 实 现 了 财 务 、 营 销 、 设备 库 、 维 修 车 间 等 多 个 部 门 的 数 据 互 动 ， 有 效 的 调 动 了 各 个 环 节 ， 更 好 的 调 度 了人 力 、 物 力 、 财 力 多 方 面 资 源 ， 降 低 了 成 本 支 出 。1.2.2 国 内 设 备 管 理 情 况从 20 世 纪 90 年 代 初 开 始 ， 国 内 的 一 些 公 司 和 部 分 高 校 也 开 始 了 开 发 设 备 管理 系 统 软 件 用 于 辅 助 企 业 进 行 设 备 管 理 。 比 较 有 名 的 有 广 州 正 泰 开 发 的 设 备 管 理系 统 PMISS.0、 清 华 斯 韦 尔 公 司 开 发 的 设 备 管 理 系 统 THSWZ001、 昆 山 设 备 管 理系 统 以 及 ERP 套 件 中 的 设 备 管 理 模 块 。广 州 正 泰 开 发 的 设 备 管 理 系 统 PMISS.0 是 一 款 设 备 综 合 管 理 能 力 比 较 全 的设 备 管 理 系 统 ， 它 主 要 记 录 的 是 各 种 与 设 备 相 关 的 信 息 ， 设 备 基 本 信 息 台 账 包 括设 备 信 息 卡 片 、 运 行 的 台 帐 、 设 备 具 体 变 动 信 息 以 及 设 备 使 用 档 案 ； 设 备 检 验 信息 台 账 还 可 以 划 分 为 设 备 月 检 、 日 常 巡 回 检 查 、 季 度 检 查 等 与 设 备 相 关 关 联 的 检验 信 息 ； 设 备 运 维 台 账 包 括 设 备 维 护 记 录 、 设 备 保 养 记 录 、 设 备 维 护 手 册 、 设 备保 养 措 施 和 设 备 运 行 状 态 记 录 ； 设 备 财 务 台 账 包 括 可 以 根 据 之 前 的 材 料 费 、 人 工费 、 设 备 费 计 算 出 设 备 的 折 旧 费 、 设 备 资 产 以 及 修 理 费 等 。清 华 斯 韦 尔 公 司 开 发 的 设 备 管 理 系 统 THSWZ001 是 一 款 施 工 设 备 管 理 软件 ， 主 要 是 将 建 立 设 备 相 关 档 案 台 帐 、 核 算 每 台 车 消 耗 及 费 用 、 维 修 每 台 设 备 的材 料 消 耗 和 报 废 已 坏 设 备 等 纸 质 的 工 作 进 行 电 脑 化 处 理 。至 于 昆 山 设 备 管 理 软 件 和 国 内 一 些 知 名 企 业 使 用 的 ERP 套 件 中 也 含 有 设 备-3-北 京 工 业 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文管 理 模 块 但 这 些 设 备 管 理 软 件 并 不 系 统 ， 他 们 只 是 简 单 的 对 设 备 管 理 软 件 做 了 一些 研 究 性 的 开 发 。从 上 面 情 况 看 来 ， 国 内 部 分 企 业 也 使 用 了 设 备 管 理 系 统 ， 但 使 用 的 设 备 管 理系 统 还 停 留 在 局 域 网 内 ， 只 是 完 成 设 备 与 财 务 及 维 护 方 面 相 关 的 数 据 报 表 的 填报 ， 还 不 能 将 这 些 数 据 引 入 互 联 网 ， 不 能 将 财 务 管 理 和 设 备 管 理 进 行 有 机 的 结 合 ，而 且 设 备 管 理 系 统 缺 少 动 态 信 息 管 理 造 成 设 备 管 理 信 息 更 新 不 及 时 ， 无 法 完 成 设备 最 大 的 利 用 率 。1.3 本 文 的 研 究 内 容深 入 分 析 物 联 网 的 层 次 结 构 进 行 归 纳 总 结 了 解 物 联 网 的 层 次 结 构 特 点 ， 针 对录 井 设 备 的 管 理 情 况 ， 提 出 一 套 基 于 物 联 网 技 术 的 录 井 设 备 管 理 系 统 设 计 方 案 。充 分 利 用 公 司 的 硬 件 设 施 包 括 录 井 设 备 、 无 线 传 输 设 备 、 数 据 服 务 器 、 防 爆 客 户显 示 终 端 等 ， 完 成 录 井 设 备 管 理 系 统 的 硬 件 搭 建 工 作 ， 按 照 系 统 设 计 方 案 及 测 试计 划 进 行 实 验 ， 根 据 实 验 结 果 改 进 系 统 设 计 方 案 ， 最 终 达 到 完 善 录 井 设 备 管 理 系统 的 目 的 。1.3.1 录 井 设 备 管 理 系 统 使 用 物 联 网 的 结 构深 入 分 析 物 联 网 的 层 次 结 构 进 行 归 纳 总 结 了 解 物 联 网 的 层 次 结 构 特 点 ， 依 据物 联 网 常 用 应 用 实 例 ， 完 成 物 联 网 录 井 设 备 管 理 系 统 的 整 体 框 图 设 计 ， 分 为 四 部分 ： 数 据 服 务 器 、 防 爆 客 户 显 示 终 端 、 无 线 传 输 设 备 和 录 井 设 备 。录 井 设 备 通 过 ZigBee 模 块 的 无 线 自 组 网 研 究 ， 对 录 井 设 备 硬 件 电 路 进 行 改造 设 计 ， 实 现 智 能 设 备 报 修 信 息 发 送 的 功 能 。1.3.2 核 心 技 术 研 究传 感 器 技 术 ： 使 用 电 阻 、 电 容 等 电 子 元 器 件 构 成 的 检 测 装 置 对 进 行 测 量 ， 把这 些 信 息 按 一 定 规 律 幻 化 成 电 压 或 电 流 信 号 或 以 其 他 方 式 的 进 行 信 息 输 出 ， 以 满足 实 物 的 压 力 、 温 度 等 具 体 信 息 的 传 输 、 存 储 和 控 制 等 要 求 。ZigBee 技 术 ： 通 过 ZigBee 技 术 研 究 ， 实 现 无 线 数 据 传 输 功 能 ， 利 用 ZigBee技 术 自 动 中 转 功 能 实 现 ZigBee 网 络 节 点 自 动 搭 建 工 作 ， 保 证 数 据 资 料 传 输 的 完整 性 ， 最 终 实 现 对 传 感 器 的 数 据 采 集 和 数 据 监 控 的 目 的 。嵌 入 式 系 统 技 术 ： 就 是 将 计 算 机 系 统 完 全 融 入 到 采 集 板 里 ， 通 过 事 先 完 成 的编 程 承 担 几 项 简 单 的 工 作 。 通 过 嵌 入 式 系 统 的 研 究 来 实 现 前 端 数 据 的 采 集 及 处理 。-4-第 1 章 绪 论1.3.3 关 系 数 据 库 研 究由 于 录 井 设 备 管 理 系 统 涉 及 到 几 百 台 设 备 的 信 息 量 过 于 庞 大 ， 录 井 设 备 管 理系 统 引 入 了 SQLserver2012 数 据 库 。 整 体 采 用 数 据 集 中 的 方 式 进 行 数 据 库 结 构 设计 完 成 系 统 搭 建 ， 在 服 务 器 上 完 成 数 据 库 的 构 建 囊 括 了 设 备 相 关 的 实 时 运 行 的 动态 信 息 以 及 设 备 型 号 、 供 应 商 、 设 备 维 修 状 况 等 静 态 信 息 都 将 存 储 在 这 里 ， 能 够有 效 的 保 证 数 据 的 一 致 性 ， 进 而 使 得 系 统 管 理 员 能 够 更 加 快 捷 、 更 加 方 便 的 实 现数 据 库 的 统 一 管 理 以 及 数 据 库 的 快 捷 维 护 。1.4 本 文 的 结 构 安 排按 照 实 际 情 况 本 文 的 章 节 结 构 进 行 了 如 下 安 排 ：第 一 章 绪 论 。 本 章 节 完 成 了 对 论 文 选 题 的 背 景 与 意 义 详 细 说 明 ， 确 定 了 开发 基 于 物 联 网 的 录 井 设 备 管 理 系 统 ， 分 析 国 内 外 备 管 理 系 统 使 用 情 况 及 其 优 缺点 ， 在 此 基 础 上 进 行 了 将 物 联 网 技 术 应 用 于 录 井 设 备 管 理 系 统 的 开 发 与 设 计 。第 二 章 相 关 理 论 综 述 。 在 本 章 节 中 ， 先 完 成 物 联 网 与 设 备 管 理 的 相 关 定 义和 设 备 管 理 的 重 要 性 介 绍 工 作 ， 接 着 完 成 了 物 联 网 及 设 备 管 理 的 基 础 理 论 介 绍 工作 ， 着 重 解 释 了 开 发 与 设 计 本 系 统 的 重 要 。 然 后 简 单 介 绍 在 本 课 题 开 发 与 设 计 的系 统 在 开 发 过 程 将 要 用 到 的 关 键 技 术 以 及 体 系 架 构 ， 方 便 软 件 开 发 人 员 对 录 井 设备 管 理 系 统 系 统 性 地 开 发 。第 三 章 录 井 设 备 管 理 系 统 的 需 求 分 析 。 本 章 首 先 介 绍 了 录 井 设 备 管 理 机 构 ，根 据 录 井 设 备 管 理 系 统 用 户 不 同 ， 以 及 运 维 方 式 分 别 进 行 了 用 户 和 系 统 设 计 。 然后 根 据 录 井 设 备 管 理 系 统 的 设 计 目 的 和 原 则 ， 完 善 了 系 统 设 计 和 开 发 的 目 标 。 根据 录 井 设 备 管 理 系 统 使 用 习 惯 进 行 了 系 统 运 行 环 境 说 明 ， 根 据 录 井 设 备 管 理 系 统用 户 使 用 习 惯 及 惯 例 ， 详 细 的 介 绍 了 录 井 设 备 管 理 系 统 的 各 个 具 体 的 用 例 模 型 。第 四 章 录 井 设 备 管 理 系 统 的 设 计 。 本 章 首 先 研 究 了 录 井 设 备 管 理 组 织 结 构以 便 于 录 井 设 备 管 理 系 统 进 行 比 较 完 整 总 体 功 能 设 计 。 对 录 井 设 备 管 理 系 统 的 架构 进 行 了 简 单 的 说 明 ， 对 录 井 设 备 管 理 系 统 的 商 业 模 式 和 系 统 功 能 模 块 进 行 了 详细 的 分 析 并 进 行 了 具 体 的 设 计 ， 设 计 了 录 井 设 备 管 理 系 统 的 数 据 结 构 ， 通 过 介 绍具 体 的 数 据 表 说 明 了 部 分 数 据 结 构 设 计 ， 设 计 了 录 井 设 备 管 理 系 统 的 各 个 用 户 角色 功 能 采 用 了 用 例 图 进 行 说 明 。第 五 章 录 井 设 备 管 理 系 统 的 实 现 。 在 本 章 中 ， 首 先 将 到 在 录 井 设 备 管 理 系统 开 发 过 程 中 遇 到 了 很 多 问 题 ， 面 对 这 些 不 同 问 题 制 定 了 多 种 解 决 方 案 ， 然 后 展示 了 部 分 关 键 代 码 用 来 实 现 录 井 设 备 管 理 系 统 以 及 录 井 设 备 管 理 系 统 的 显 示 界面 和 对 话 框 。-5-北 京 工 业 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文第 六 章 录 井 设 备 管 理 系 统 的 测 试 。 在 本 章 中 ， 完 成 对 录 井 设 备 管 理 系 统 功能 方 面 的 测 试 方 法 介 绍 工 作 ， 通 过 了 解 测 试 的 必 要 性 ， 制 定 了 录 井 设 备 管 理 系 统的 测 试 方 案 ， 采 取 了 四 种 用 户 进 行 录 井 设 备 管 理 系 统 测 试 ， 并 列 出 部 分 测 试 计 划以 及 测 试 情 况 。-6-层感第 2 章 相 关 理 论 综 述第 2 章 相 关 理 论 综 述本 章 节 是 录 井 设 备 管 理 系 统 论 文 研 究 的 理 论 基 础 ， 通 过 对 录 井 设 备 管 理 系 统将 要 使 用 到 的 相 关 理 论 全 部 进 行 分 析 总 结 最 终 完 成 。2.1 基 础 理 论2.1.1 物 联 网物 联 网 的 三 个 基 本 能 力 ： 全 面 感 知 、 可 靠 传 递 、 智 能 处 理 。 因 此 ， 赋 予 对 象通 过 物 联 网 的 基 本 能 力 的 “智 慧 ”， 从 而 实 现 人 与 物 、 物 与 物 之 间 的 沟 通 。 物 联网 通 常 由 三 部 分 组 成 :知 觉 ， 通 过 传 感 器 、 二 维 码 等 实 现 识 别 的“东 西 ”； 传 输 部分 ， 通 过 现 有 的 通 信 网 络 、 互 联 网 、 实 现 数 据 传 输 、 智 能 处 理 部 分 ， 项 目 的 制 动控 制 部 分 都 可 以 通 过 各 种 软 件 来 实 现 ， 物 体 智 能 管 理 的 效 果 最 终 也 可 以 达 到 。目 前 所 有 的 物 联 网 体 系 架 构 都 可 以 分 三 个 层 次 ， 分 别 是 感 知 层 、 网 络 层 、 应用 层 。 感 知 层 就 是 通 过 各 种 手 段 将 物 体 变 成 数 据 可 以 用 来 感 知 ， 网 络 层 则 是 采 用有 线 、 无 线 等 方 式 进 行 数 据 通 信 ， 而 应 用 层 则 是 终 端 使 用 客 户 包 含 各 种 各 样 的 应用 服 务 软 件 ， 如 图 2-1 所 示 。应用 智 能 家 居 智 能 医 疗 智 能 城 市 层网络 有 线 网 络 互 联 网 无 线 网 络知 摄 像 头 读 卡 器 感 应 器 层图 2-1 物 联 网 体 系 架 构 图图 2-1 物 联 网 系 统 架 构 图Figure 2-1 The Internet of things system architecture diagram1、 感 知 层物 联 网 感 知 层 是 解 决 人 类 世 界 如 何 进 行 数 据 采 集 的 问 题 ， 主 要 包 括 具 体 实 物的 识 别 、 现 实 生 活 中 的 音 频 以 及 各 种 视 频 数 据 。 作 为 物 联 网 发 展 和 应 用 的 基 础 的感 知 层 底 部 的 三 层 体 系 结 构 ， 可 以 有 效 的 对 物 联 网 进 行 全 面 感 知 ， 使 所 有 实 物 都-7-北 京 工 业 大 学 工 程 硕 士 专 业 学 位 论 文可 以 数 据 化 。 感 知 层 是 物 联 网 实 现 其 他 功 能 的 基 础 ， 是 物 联 网 的 基 础 层 有 着 极 其重 要 的 地 位 。 感 知 层 就 其 功 能 而 言 一 般 可 以 划 分 为 数 据 采 集 部 分 和 数 据 短 距 离 传输 部 分 。 感 知 层 就 是 说 第 一 步 通 过 传 感 器 、 摄 像 机 等 各 种 硬 件 设 备 获 取 数 据 将 具体 的 实 物 数 据 化 ， 第 二 步 通 过 蓝 牙 、 工 业 总 线 等 手 段 实 现 数 据 在 具 体 实 物 和 网 络设 备 间 的 相 互 短 距 离 通 信 。 低 功 耗 的 无 线 网 络 传 输 技 中 ZigBee 技 术 就 是 其 中 的佼 佼 者 ， 它 在 短 距 离 数 据 通 讯 中 表 现 尤 为 出 色 ， 继 承 了 无 线 标 记 技 术 的 特 点 ， 吸收 了 蓝 牙 技 术 优 点 ， 使 用 的 是 IEEE 802.15.4 协 议 ， 由 于 其 突 出 的 使 用 效 果 及 普及 率 ZigBee 技 术 也 变 成 了 这 个 协 议 的 代 名 词 。2、 网 络 层物 联 网 网 络 层 的 搭 建 是 充 分 使 用 现 有 的 网 络 ， 在 社 会 上 普 遍 普 及 的 网 络 的 基础 上 构 建 的 ， 包 括 了 当 前 主 流 的 移 动 网 络 、 通 信 网 络 、 互 联 网 、 内 联 网 、 各 种 各样 的 私 人 网 络 。 网 络 层 负 责 的 是 数 据 传 输 部 分 ， 目 前 在 电 信 网 、 广 播 电 视 网 、 互联 网 实 现 了 三 网 融 合 以 后 ， 数 据 传 输 也 可 以 利 用 有 线 电 视 网 络 来 实 现 ， 各 种 生 活中 的 网 络 都 可 以 使 用 ， 使 得 物 联 网 的 传 输 渠 道 更 加 稳 定 更 加 多 样 化 。 要 求 在 互 联网 ， 网 络 层 感 知 感 知 层 数 据 访 问 传 输 ， 高 可 靠 性 ， 高 安 全 性 ， 它 是 解 决 感 知 层 数据 在 一 定 范 围 内 ， 特 别 是 长 距 离 传 输 问 题 的 关 键 。 因 此 ， 现 有 的 网 络 状 况 还 是 不能 很 好 的 满 足 物 联 网 的 发 展 需 求 ， 这 也 就 是 说 着 物 联 网 还 需 要 对 现 有 的 网 络 系 统进 行 充 分 的 集 成 和 扩 展 ， 才 能 满 足 物 联 网 数 据 传 输 的 速 度 质 量 需 求 ， 才 能 实 现 新技 术 的 普 及 应 用 。目 前 物 联 网 网 络 层 主 要 是 搭 建 在 现 有 网 络 （ 包 括 Internet 网 、 移 动 通 信 网 等 ）基 础 上 ， 为 了 实 现 实 物 之 间 互 相 联 系 通 讯 的 需 求 ， 物 联 网 网 络 层 除 了 采 用 了 远 距离 传 输 技 术 、 无 线 传 输 技 术 、 网 络 技 术 、 无 线 通 信 技 术 以 外 还 融 合 了 IPv6、 2G/3G、Wi-Fi 等 较 为 先 进 的 通 信 手 段 ， 通 过 组 合 有 线 与 无 线 传 输 方 式 、 混 搭 宽 带 与 窄 带的 手 段 、 融 合 了 感 知 网 与 通 信 网 达 到 目 的 。3、 应 用 层应 用 层 是 物 联 网 的 终 端 展 现 手 段 ， 主 要 是 通 过 对 感 知 和 传 输 获 得 的 数 据 信 息的 进 行 二 次 的 分 析 和 处 理 ， 编 制 出 对 应 较 为 精 准 的 控 制 甚 至 是 决 策 ， 最 终 实 现 智能 管 理 服 务 的 一 套 应 用 程 序 。 信 息 处 理 以 及 如 何 展 示 人 机 界 面 的 问 题 都 是 在 这 一层 进 行 最 终 处 理 并 实 现 的 。 简 单 的 将 就 是 网 络 层 传 输 过 来 的 数 据 进 入 形 形 色 色 的信 息 系 统 完 成 必 要 的 二 次 处 理 都 是 在 应 用 层 实 现 的 ， 然 后 通 过 各 种 设 备 展 现 在 人的 面 前 并 进 行 必 要 的 互 动 。 根 据 具 体 情 况 在 应 用 层 一 般 分 为 是 应 用 程 序 层 和 终 端设 备 层 两 个 子 层 。应 用 程 序 层 就 是 进 行 数 据 加 工 处 理 ， 主 要 是 在 数 据 方 面 跨 度 比 较 大 ， 有 跨 行业 的 数 据 、 有 跨 应 用 的 数 据 、 有 跨 系 统 的 数 据 ， 诸 多 数 据 间 需 要 进 行 信 息 共 享 、-8-第 2 章 相 关 理 论 综 述通 信 等 ， 这 些 信 息 处 理 后 可 使 用 在 个 人 、 公 司 和 政 府 部 门 中 ， 这