（信号与信息处理专业论文）基于webgis矿山瓦斯监测平台设计与实现.pdf

摘要 基于w e b g is 矿山瓦斯监测平台设计与实现 作者简介：唐良义。男，1 9 8 5 年1 0 月生，师从成都理工大学王绪本教授。 2 0 11 年0 6 月毕业于成都理工大学信号与信息处理专业。获得工学硕士学位。 摘要 随着i n t c r n e t 技术的飞速发展，g i s 的平台己经逐步转向了网络，w e b g i s 是i n t e m e t 和w w w 技术应用于g i s 开发的产物，从i n t e r n e t 的任意节点，用户 可以浏览w e b g i s 站点中的空间数据，进行各种空间信息检索和空间分析。本论 文是基于w e b g i s 矿山瓦斯监测平台建设。 矿山瓦斯监测平台主要由三部分组成，基于w e b g i s 的矿山瓦斯监测、网络 传输c a n 总线及网关的研究、数据采集器及人员位置信息采集研究。课题主要 研究内容从系统的三个主要组成部分展开。 ( 1 ) 基于w e b g i s 平台的矿山监控软件开发研究 矿山监控数据库字段设计；基于u d p 通讯协议的监控数据库实时更新系统； 基于a r c g i s 的矿山监控w e b g i s 平台设计与实现。 ( 2 ) 矿下通信研究 用单片机作为控制器，将从串口读上来的数据( 温度、瓦斯浓度和风机转速 等) 通过c a n 通信接口发送到c a n 总线上去，同时能够接收来至c a n 总线的 控制命令，通过串口传输至风机控制系统，控制风机的启停；通过网关的接入整 合之后，c a n 总线与网关通过c a n 协议进行通信，而在e t h r e n e t 端网关和p 网络内的控制终端或g i s 服务器之间采用统一的标准的t c p i p 协议交互信息， 通过应用层实现控制平台与现场设备之间的指令与数据交互。 ( 3 ) 数据采集器及人员位置信息采集研究 采集瓦斯气体浓度和矿场温度数据，并记录数据采集时的时间，实现浓度超 限报警和数据上传功能；风机转速测量及风机的启停控制，测风机转速，实时监 测风机的运转状态，以确保风机的正常运行，避免因风机不转或者风速过慢过快 而引起的各种工业事故发生，实现对风机启停的远程自动控制；项目完成对r f i d 卡的数据读取；并且把读到的r f i d 数据、实时时间数据等通过c a n 传输到上 位机，实现对人员位置信息的采集。 主要成果：以i n t e m e t 为平台，以w e b 和g i s 为手段，采用面向对象的软件 工程思想来指导实现基于w e b g i s 的煤矿瓦斯事故监控预警系统，还采用r f i d 成都理工大学硕士学位论文 “无线射频识别”( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 技术，采用有源r f i d 卡，使 读卡器的读卡距离更大了，误读、漏读的几率很低，受环境影响小，对矿下工作 人员位置信息采集，为保证能及时应对意外事故时对工作人员的搜救，提高救援 效率。应用具有突出可靠性、实时性和灵活性的c a n 总线技术，使采集数据具 更高可靠性和安全性。采用嵌入式e t h e r n e t 技术，成功开发了c a n 和e t h e m e t 的互联系统，通过数据格式的转换和指令映射解决了现场总线和以太网两种异构 网络间直接通信。 关键词：w e b g i s 瓦斯监测c a n 总线r f i d a b s t r a c t w e b g i s b a s e dd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no fm i n eg a s m o n i t o r i n g a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to f n t e m e tt e c h n o l o g y , g i sp l a t f o r mh a sb e e n g r a d u a l l ys h i f t i n gt h en e t w o r k ，w e b g i si sag i si n t e r n e ta n dw w w t e c h n o l o g yi nt h e d e v e l o p m e n to fp r o d u c t s ，f r o ma n y i n t e m e tn o d e ，t l l eu s e rc a nb r o w s et h ew e b g i ss i t e s p a t i a ld a t a f o rv a r i o u ss p a t i a li n f o r m a t i o nr e t r i e v a la n ds p a t i a la n a l y s i s t h i st h e s i si s b a s e do nt h ew e b g i sp l a t f o r mm o n i t o r i n gm i n eg a s m i n eg a sm o n i t o r i n gs y s t e mc o n s i s t so ft h r e ep a r t s , b a s e do nt h ew e b g i sm i n e a c c i d e n tm o n i t o r i n ga n dw a r n i n g ，c a nb u s a n dg a t e w a yn e t w o r k t r a n s m i s s i o n r e s e a r c h d a t ac o l l e c t i o na n ds t a f fp o s i t i o n si n f o r m a t i o nc o l l e c t e d m a i nr e s e a r c ht o p i c s f r o mt h r e em a i nc o m p o n e n t so ft h es y s t e mt os t a r t ( 1 ) b a s e do nw e b g i sp l a t f o r mo f m i n em o n i t o r i n ga n dc o n t r o ls o r w a r e m i n em o n i t o r i n gd a t a b a s ef i e l dd e s i g n ；u d pc o m m u n i c a t i o np r o t o c o lb a s e do n r e a l t i m e u p d a t e s t om o n i t o rt h ed a t a b a s e s y s t e m ；m i n em o n i t o r i n g w e b g i s a r c g i s - b a s e dd e s i g na n di m p l e m e n t a t i o n ( 2 ) u n d e rt h ec o m m u n i c a t i o n sr e s e a r c hm i n e a sac o n t r o l l e rw i t ham i c r o c o n t r o l l e r , r e a d i n gu pf r o m t h es e r i a ld a t a ( t e m p e r a t u r e ，g a sd e n s i t ya n df a ns p e e d ，e t c ) t h r o u g ht h ec a n s e n tt ot h ec a nb u s c o m m u n i c a t i o ni n t e r f a c eu pa tt h es a m et i m eb ea b l et oc o m et ot h ec a nb u st o r e c e i v ec o n t r o lc o m m a n d st h r o u g ht h es e r i a lp o r tt ot h ef a nc o n t r o ls y s t e m ，c o n t r o lt h e f a ns t a r ta n ds t o p ；a c c e s st h r o u g ht h eg a t e w a y , a r e ri n t e g r a t i o n ，c a nb u sa n dt h e g a t e w a yt oc o m m u n i c a t et h r o u g h t h ec a np r o t o c o l ，w h i l ei ne t h r e n e te n di pn e t w o r k g a t e w a ya n dt h e c o n t r o lt e r m i n a lo rag i ss e r v e ru s i n gau n i f o r ms t a n d a r dt h e t c p i pp r o t o c o li n t e r a c t i o ni n f o r m a t i o n ，t h r o u g ht h ea p p l i c a t i o nl a y e rc o n t r o lp l a t f o r m a n do n s i t ei n s t r u c t i o n sa n dd a t ab e t w e e nd e v i c e si n t e r a c t ( 3 ) d a t ac o l l e c t i o na n ds t a f fp o s i t i o n si n f o r m a t i o n c o l l e c t i o n t h ec o n c e n t r a t i o no fm e t h a n eg a sc o l l e c t i o na n df i e l dt e m p e r a t u r ed a t a ，a n d r e c o r dt h et i m ew h e nt h ed a t aa c q u i s i t i o na n dr e a l i z et h ec o n c e n t r a t i o nl i m i ta l a r ma n d d a t au p l o a d ；f a ns t a r ta n ds t o pt h ef a ns p e e dm e a s u r e m e n ta n dc o n t r o l ，m e a s u r i n gf a n s p e e d ，r e a l t i m em o n i t o r i n go ff a no p e r a t i o ns t a t u st oe n s u r et h en o r m a lo p e r a t i o no f t h ef a nt oa v o i dt h ef a nd o e sn o tt u mt o of a s to rt o os l o ws p e e dc a u s e db yav a r i e t yo f i n d u s t r i a la c c i d e n t s 。a n dr e a l i z er e m o t ea u t o m a t i cs t a r ta n ds t o pt h ef a nc o n t r o l ；p r o j e c t c o m p l e t i o nd a t ao nt h er f i dc a r dr e a d e r ；a n dt or e a dt ot h er f i dd a t a ，s u c ha s r e a l 成都理工大学硕士学位论文 t i m ed a t at r a n s m i t t e dt ot h eh o s tc o m p u t e rv i ac a na c h i e v et h ep o s i t i o n i n ga n d t r a c k i n go f p e r s o n n e l t h em a i nr e s u l t s ：t h ei n t e m e ta sap l a t f o r m ，w e ba n dg i s 硒am e a n so f o b j e c t - o r i e n t e ds o f t w a r ee n g i n e e r i n gi d e a st og u i d et h ew e b g i s - b a s e dc o a lm i n eg a s a c c i d e n t m o n i t o r i n g a n d w a r n i n gs y s t e m ，a l s o u s e s a f m ( a a d i of r e q u e n c y i d e n t i f i c a t i o n ) t e c h n o l o g y , t h eu s eo fa c t i v er f i dc a r dr e a d e rc a r dr e a d e rt om a k e g r e a t e rd i s t a n c e ，m i s u n d e r s t a n d i n g ，a n dm i s s e dt h ec h a n c et or e a dv e r yl o w , b yt h e e n v i r o n m e n t a li m p a c to fm i n i n gu n d e rt h es t a f fp o s i t i o n ，i no r d e rt oe n s u r et i m e l y r e s p o n s e 鼢册a c c i d e n t s s e a r c ha n dr e s c u e s t a f f , i m p r o v e r e s c u e e f f i c i e n c y a p p l i c a t i o n sw i t ho u t s t a n d i n gr e l i a b i l i t y , a n df l e x i b i l i t y o fr e a l t i m ec a nb u s t e c h n o l o g y , m a k i n gt h ec o l l e c t e dd a t aw i 廿lh i g h e rs e c u r i t ya n dr e l i a b i l i t y w i t ht h e e m b e d d e de t h e r n e tt e c h n o l o g y , t h es u c c e s s f u ld e v e l o p m e n to fc a na n de t h e m e t c o n n e c t i v i t ys y s t e m ，t h r o u g hi n s t r u c t i o na n dd a t af o r m a tc o n v e r s i o nm a p t os o l v eb o t h f i e l d b u sa n de t h e r n e td i r e c tc o m m u n i c a t i o nb e t w e e n h e t e r o g e n e o u sn e t w o r k s ， s h i e l d i n gt h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h et w on e t w o r kp r o t o c o l ss o t h a td a t ac a nb e t r a n s p a r e n t l y a n dc o m p l e t e dt h et a r g e to ft h i sp r o j e c tt or e a l i z er e m o t ec o n t r o la n d a c c e s st ot h eg i sf i e l do fi n d u s t r i a lc o n t r o lt e c h n o l o g yt oa c h i e v eav i s u a ls u r v e i l l a n c e o fp e r s o n n e l ，p o s i t i o n i n gf o rt h ef u t u r eo fm i n es a f e t yw a r n i n gt e c h n o l o g yl a i dt h e f o u n d a t i o n k e y w o r d s ：w e b g i sg a sm o n i t o r i n g c a nb u sr f i d i v 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题来源及研究意义 1 1 1 课题来源 “基于w e b g i s 矿山瓦斯监测平台设计与实现 选题于四川省教育厅自然科 学研究重点实验室专项“矿山灾害预警与救助新技术体系研发基地”项目课题 矿山安全监控平台建设。 1 1 2 研究意义 近年来，在煤炭的产量持续的增长情况下，我国的煤矿死亡人数、特大事故 数虽有所下降，但是数量仍居高不下；虽然百万吨死亡率等的指标也有所下降， 但是和澳大利亚、美国、加拿大等其它主要产煤国家相比，差距还是比较大【l 】【2 1 。 虽我国对煤炭安全生产投入了大量的人力与物力，但是煤炭行业的安全生产， 形势还是不容乐观的，自新中国成立以来，矿难死亡百人以上的事故占瓦斯引起 的事故的9 5 ，尤其是重、特大伤亡事故经常出现，在这些事故中，瓦斯事故比 重比较大【3 1 。 据统计显示，在2 0 0 7 年，全国矿山发生瓦斯事故2 7 2 起、死亡人数1 0 8 4 人。 在2 0 0 6 年，全国发生矿山瓦斯事故3 2 7 起、死亡人数1 3 1 9 人。在2 0 0 5 年，全 国矿山发生瓦斯事故4 1 4 起、死亡人数2 1 7 1 人。在2 0 0 8 年，全国矿山瓦斯事故 死亡人数下降到1 0 0 0 人以下，死亡人数7 7 8 人，相比2 0 0 7 年死亡人数下降2 8 ；， 相比2 0 0 6 年死亡人数下降4 l 相比2 0 0 5 年死亡人数下降6 4 e 4 1 ；虽然如此， 但单次死亡二十人以上的重大矿山瓦斯事故仍然时有发生，形势不容乐观。 煤矿频繁发生重大及特大瓦斯事故，不仅造成让国家财产遭受巨大损失而且 还危及公民生命安全，造成严重的社会影响；瓦斯事故己成为影响煤炭工业生产 发展的重大问题。为了保持矿井持续、健康发展必须做好安全监控预警。因此， 进一步研究煤矿瓦斯灾害预防及控制技术以及救援定位技术，加强对煤矿瓦斯灾 害的监控预警是当前和今后煤矿安全工作的重点。 矿山灾害预警与救助新技术体系，该技术体系为开发一套实用的矿山灾害 预警系统提供了理论指导。根据该体系提出的基本思想，可以进一步完成矿山灾 害监控w c b g i s 系统实现实时查询矿下灾害因子的数据，并且将全部数据存储在 数据库中，为矿山瓦斯事故预警功能的开发提供了完整的数据支持。在实现灾害 成都理工大学硕士学位论文 因子数据实时查询的同时，还要开发主动控制矿下传感器和安全设备的控制，可 以人为控制矿下设备的启停，如煤矿风机的启停控制，为安全生产提供保障。并 且应用具有突出可靠性、实时性和灵活性的c a n 总线技术，使得采集的数据具 有更高的安全性和可靠性。课题还采用了r f i d ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) “无线射频识别 技术，对矿下工作人员位置信息进行采集，为了保证能及时应 对意外事时对现场工作人员进行搜救，并提高救援效率，将事故损失降至最低。 1 2 国内外研究现状 1 2 1 国内外矿山瓦斯监测系统的研究现状 国外的主要瓦斯监测系统有美国的s c a d a 监测系统、英国的m i n o s 监测系统、 波兰的c m m 一2 0 m 监测系统、德国的t f 一2 0 0 监测系统等p j 。 美国s c a d a 瓦斯监测系统是集中监测系统，输入输出接口为四个串行接口， 调制解调器为1 2 0 0 b i t ，半双工通信；英国m i n o s 监测系统是英国先进的代表性 的监测系统，它可以对矿下环境进行连续实时监测，包括对高浓度瓦斯气体 ( 0 - - - 1 0 0 ) 、低浓度瓦斯气体( 0 - - - 3 ) 、瓦斯气体抽放系统负压、风压、风速、 烟雾及粉尘进行监测；波兰c m m 一2 0 m 瓦斯监测系统更适合于一些小矿山，可 以接配二十多个监测点，同时监测各监测点的实时参数；德国t f 一2 0 0 瓦斯监测 系统为y f 一2 4 系统的更新升级产品，主要有高浓度瓦斯传感器、低浓度瓦斯传 感器、风速传感器等。传输方式为调频，传输的通道数为五十二个，传输的距离 是1 8 , - 一4 2 k m l 6 】【7 】【8 】。 在我国，安全监控预警技术应用比较晚。在7 0 年代末8 0 年代初，我们从国 j l - 弓l 进了一批安全监控预警系统装备了一小部分煤矿，在引进这些系统的同时， 通过认真研究并结合我国的矿山的实际情况，先后研制出了k j 2 、k j 4 、k j 8 、k 1 8 0 、 k 1 9 2 等系列监控预警系统，在我国矿山上已有大量应用【9 】。 通过以上设备的应用，证明了安全监测系统在国内矿山管理与安全生产起到 了非常重要的作用u o l 。 1 2 2w e b g i s 在工程中的应用现状 基于w e b g i s 监测平台在企事业管理等领域得到了广泛的应用，但在矿山上 的应用不多，随着网络技术和电子信息技术的快速发展。在安全检测上的应用如 煤炭科学研究总院建立的w e b g i s 煤矿安全网络监测系统，采用基于i n t e m e t 结 构、浏览器服务器( b r o w s e r s e r v e r ) 模式、服务器客户端模式( s e r v e r c l i e n t ) ， 系统由4 部分组成：煤矿图纸维护管理软件、信息管理网站、w e b g i s 安全监测、 2 第1 章绪论 网络数据采集服务器程序和煤矿端代理服务器软件【1 1 1 。 中国水利水电科学研究院水环境研究所开发的基于w e b g i s 的水质信息发 布系统：该系统在i n t e m e t 上采用w e b g i s 技术，在促进水质信息系统的使用与 维护变得更加快捷方便的同时，可以实现水质数据的直观、公开发布，是公众及 时了解水体质量信息。该应用系统可以在w e b g i s 的环境下，实现区域环境质量 信息查询【1 2 1 。 1 3 问题提出 从国内外矿山瓦斯监控系统的研究现状和w e b g i s 在工程中的应用现状来 看，现有的监控和定位系统还存在一些问题，主要如下： ( 1 ) 虽然现有的监控系统具有瓦斯浓度检测和浓度超标报警功能，但总的 来说还存在很多不成熟不完善的地方，比如通讯远程传输及控制就有很多满足不 了要求。 ( 2 ) 虽然各种瓦斯灾害因子的监测和预测技术也有一定程度上的应用，但 是与救援定位系统的匹配没有做得很好。 ( 3 ) w e b g i s 技术虽然在国内应用到很多行业，但是在煤矿上的瓦斯事故 预警应用还是比较少。 1 4 研究思路与技术路线 瓦斯事故预警的关键是要掌握发生瓦斯事故的因素，如瓦斯浓度，矿下温度， 湿度等。从这些参可以数判断是否可能会发生瓦斯事故的依据。为此开展煤矿瓦 斯事故技术的研究，通过建立大量的信息数据库，分析影响瓦斯的因素，通过 w e b 和g i s 的手段来实现对瓦斯事故进行监控和预警。总的来说，以i n t e m e t 为 平台，采用面向对象的软件工程思想来指导实现基于w e b g i s 的煤矿瓦斯事故预 警系统。课题还采用r f i d 是“无线射频识别 ( r a d i of r e q u e n c yi d e n t i f i c a t i o n ) 技术，对矿下工作人员位置信息采集，为保证能及时应对意外事故时对工作人员 的搜救，提高救援效率。并且应用具有突出可靠性、实时性和灵活性的c a n 总 线技术，使得采集的数据具有更高的安全性和可靠性。 3 成都理工大学硕十学位论文 2 1w e b ( 1is 简介 2 1 1w e b 6is 的定义 第2 章w e b g is w e b g i s 是指基于万维网的地理信息系统，它是基于i n t e m e t 平台和w w w 的运行环境和分布式的生存平台，使其在数据管理和组织方面具有支持超大型数 据、分布式数据管理、高性能的空间数据提取。w 曲g i s 是一类典型的混合模式 的系统，它通过利用关系数据库、p c 机、网络、用户界面等把传统的庞大的集 中系统分解成为较小的单元，大大简化了复杂信息系统的开发和管理。g i s 的数 据处理模式经历了分布式、集中式和混合模式三个阶段。w e b g i s 人们利用它能 够很方便地从万维网的任意某个节点获取和获浏览w e b 上的各类分布式的空间 数据，还可以很方便地进行各类在线的空间数据分析。它的出现使得g i s 技术可 以实现真正的走向更为广阔的社会以及应用到更为广阔的社会服务当中去l i 引。 2 1 2w e b ( is 的特征 w e b g i s 和传统的、基于局域网或桌面的g i s 具有以下一些显著的特征： ( 1 ) 平台的独立性。无论服务器客户机是何种机器，无论w 曲g i s 服务器终 端应用哪种g i s 软件，因为应用的是通常使用的w e b 浏览器，用户可以透明地访 问w e b g i s 数据。 ( 2 ) 操作更简单。通用的w e b 浏览器肯定会是简化操作应用复杂程度的最 优方式。因为要广泛推广g i s 的话，需要使g i s 系统被广泛的普通的客户所认 同接收，而非只局限在级少数接受过很专业培训过的客户。 ( 3 ) 可以降低应用成本。普通g i s 的应用在每个客户终端都需要配套使用一 套价格昂贵的专业的g i s 软件，然而客户端用户平常应用的一般都只是几个基本 的性能，其实这无形中就造成了很大的资源浪费。w e b g i s 在客户终端经常只是 需应用w e b 浏览器，有时需要一些插件，其软件成本与全套专业g i s 相比明显 要节省很多。 ( 4 ) 计算的负载平衡而高效。传统的g i s 大多处理数据的能力几乎全部是 依赖客户端的条件，它是使用文件服务器处理的方式，效率很低。而一些高级的 w e b g i s 能充分利用网络资源，将全局性、基础性的处理交由服务器执行，而对 数据较d , 0 0 的操作则用客户端完成。这是一种蛮理想的优化模式【1 4 l 【1 5 1 6 1 。 4 第2 章w e b g i s 2 - 2w o b gis 开发策略 目前实现w e b g i s 结构模式有三种：服务器端策略、客户端策略和混合策略。 服务器终端策略可以让用户向服务器提交数据与分析请求，服务器终端处理用户 提出的请求并且可以将处理后的结果返回给客户端。客户终端策略可以让用户进 行数据的本地操作与分析处理。混合策略则可以根据用户的请求灵活选择处理的 方式和地点1 7 1 。 2 2 1 服务器终端策略 服务器终端策略是指客户机通过w e b 浏览器向服务器端的w e b 服务器发出 像图形的缩小、放大、专题图生成、空间分析、属性查询、漫游等服务请求指令， w e b 服务器则通过a s p 、i s a p i 或c g i 等接口把这些请求指令传递给后端的g i s 服务器，g i s 服务器然后按照接收指令要求处理数据，并将处理后的结果以某一 种格式的文件输出传送给远端的用户浏览器。 服务器终端策略的有以下几个主要特征： ( 1 ) 客户端的可操作性差。由于客户端的显示的是静态栅格图像，所以在 客户端用户不都能对单个物体进行闪烁显示操作； ( 2 ) 网络传输负担重。由于客户端的每步操作都要将请求指令传给g i s 服 务器，同时g i s 服务器也要将处理结果重新返回给客户端用户，所以就使网络传 输负担加大了，也因此受网络性能的影响比较大； ( 3 ) 服务器的负担比较重。因为所有的服务器请求指令都必须有g i s 服务 器来进行解译分析执行，当多个用户同时向服务器申请是，服务器的负担就比较 重了，从而系统的性能将受至t j * i 大的影响； ( 4 ) 因为全部的g i s 操作基本上全是经由服务器进行处理完成的，因此能够 在客户终端的配置极低的软硬件环境下可以完成比较复杂的g i s 操作处理，并且 可以很充分地应用现成的g i s 资源条件； ( 5 ) 因为在客户终端应用的是支持h t m l 的w e b 浏览器，所以操作处理结果 将以静态g i f 格式图像的形式来表现，从而客户终端与平台无关【1 8 】。 2 2 2 客户终端策略 客户终端策略中，服务器并不处理用户的所有请求，而是通过服务器向客户 端发送一段运行在本地机上的客户端程序。这个程序可以与用户相交互，处理用 户的一些简单请求，直接向服务器申请所需的数据。当客户发出一些很复杂，很 难处理时，这时就请求w e b g i s 服务器处理，服务器处理的结果以矢量数据的形 成都理工大学硕士学位论文 式发回给客户端。 客户端策略的特征： ( 1 ) 基于j a v aa p p l e t 的w e b g i s 可以在任何平台上应用； ( 2 ) g i s 操作速度快。由于有g i s 的操作，由于都在本地操作，所以系统 响应速度非常快； ( 3 ) 由于服务器与客户端只有一次数据传输，所以减少了网络传输量。 ( 4 ) 对于基于p l u g i n 方法的w e b g i s 需要安装该软件后才能使用； ( 5 ) 对于基于a c t i v e x 方法的w 曲g i s 只能在m 中才能运行； ( 6 ) 由于空间数据复杂，是的空间数据可以有多种格式进行存储，这样客 户端对于不同数据就要有不同的访问接口，大大加大了软件的开发难度； ( 7 ) 服务器的资源也没有得到充分而有效的开发； ( 8 ) 保密性差： ( 9 ) 客户软件的功能有限，处理数据的能力受到客户机的限制【1 9 】。 2 2 3 混合策略 从上面的总结可以看出，单独的服务器端策略和客户端策略都明显的局限， 当服务器端有很多大量的数据传输时，工作效率就受到网络负荷和网络带宽的严 重影响了；而在客户端策略上当处理能力与处理请求不一致的时候，受计算机性 能的影响较大，运行可能会很慢，有些根本没法完成。如果能够将客户端策略和 服务器端策略组合起来就可以为问题的解决提供一个很好的解决方式。当用户交 互任务比较频繁的时候，可以用客户机来进行处理；当数据多操作复杂的时候， 可以让服务器来处理，从而合理地把数据及数据处理程序配置好，使总体性能达 到最优化【2 0 】。 2 3w o b q i s 的实现方法 2 3 1w a b gis 发展现状 w e b g i s 是g i s 界非常重要的一个研究方向，通过这些年的发展，w e b g i s 无论是从理论、技术、产品还是应用上都取得了长足进步，有力促进了g i s 的社 会化，也推动了地理空间数据的广泛应用。现在很多国家厂商推出了自己的 w e b g i s 开发平台，虽然说这些产品在性能上都大同小异，但是实际操作的差别 6 第2 章w e b g i s 还是很大，形成了不同系统问的不兼容，为了解决这个问题，各g i s 厂商在积极 研究新一代的w e b g i s 产品，以实现数据处理方法与地理空间数据的充分共享【2 。 2 3 2w e b gls 实现技术 ( 1 ) a c t i v e x 技术 a c t i v e x 是建立在0 l e 技术之上的一种技术，其基础是c o m ，是为扩展微软 的i e 功能而提供的一种公共框架。 由于a c t i v e x 可以用多种语言实现，所以可以很好地应用原有的源代码，提 高其控件的开发进程和工作效率。 ( 2 ) j a v a 技术 j a v a 语言其特点是简洁动态适应性强容易移植安全稳定。j a v a 还支持万维网 的操作分布与数据分布。j a v a 提供一种叫u r l 的对象，用其访问带有u r l 的对 象，j a v a 通过小应用程序到客户端应 2 2 1 。 ( 3 ) p l u g i n 技术 利用该技术构建的g i sp l u g - i n 能够使w e b 浏览器支持其他格式的g i s 数据， 并为w e b 浏览器和g i s 服务器程序间的通讯提供条件。 可是，采用该技术也有些缺点，比如，该技术没有形成工业标准，微软没有 正式支持该技术，所以技术的发展还不明朗。该技术的使用和操作系统有关，对 不同的操作系统有不同的p l u g - i n ，而且在是用前必须先安装，不利于该软件升 级【2 3 】。 ( 4 ) c g i 技术 c g i 即通用网关接口( c o m m o ng a t e w a yi n t e r f a c e ) ，是w e b 服务器调用外部 应用程序的接口，其工作原理是：当服务器接收到客户端用户的操作请求时， w e b 服务器就将请求转发给后端运行的c g i 程序来完成相应的的数据处理，并 将处理结果通过服务器返回给用户【2 4 1 。 ( 5 ) s e r v e r a p i 技术 s e r v e ra p i 是比c g i 更有效的w e b 服务器扩充方法，原来的c g i 程序被封 装共享库的应用函数。共享对象通常只加载一次，占用一段地址空间。一次函数 的调用就可以再次接收请求，因此s e r v e r a p i 作为一种进程内扩充的方法，进程 间通信和进程创建负载大小减小，运行速度比c g i 要快很多。和c g i 一样，网 络负担重，另外，s e r v e r a p i 技术依赖与特定的计算机平台与服务器【2 5 1 。 2 3 3w e b gis 各实现方法比较 综合以上的w e b g i s 实现的技术方法，可以划分为客户终端技术与服务器终 7 成都理丁大学硕士学位论文 端技术，其中p l u g - i n 技术、j a v a 技术及a c t i v e x 控件为客户终端技术，这些技 术的显著特点是网络与服务器的负担轻，考虑到目前的网络现状，基于这些技术 构建w e b g i s 是比较合适的；而a s p 技术、s e r v e rs p i 技术及c g i 技术是一些服 务器终端技术，采用这些技术来构建的w e b g i s 时，在客户端和服务器端通常只 能以栅格的形式进行空间数据的传送，这不但严重影响系统的响应速度，而且增 加了网络与服务器的负担【2 引。 8 第3 章矿山瓦斯监测平台的技术介绍 第3 章矿山瓦斯监测平台的技术介绍 3 1 数据采集传感器 3 1 1 红外光电传感器 红外光电传感器是作为光电传感器的一种。反射式红外光电传感器是一种可 以利用其对物体表面黑度及凹凸度的敏感特性，可以用于测量微小的位移或位移 变化。 从红外发射管发射出的一定强度的光束到达测量面后，由于物体表面的不同 黑度和凹凸度，部分光散射和反射到红外敏感接收管转变成为与接收管接收到的 光强成正比的电信号。 红外光电传感器是通过把光强度的变化或者说散射的程度转换成电信号的 变化来实现控制的。红外光电传感器在一般由三部分构成：发射器、接收器及内 置放大电路。工作原理如图3 1 所示： 图3 1 红外光电传感器工作原理 发射器光束射向目标，利用红外二极管发射。连续发射光束，或者改变脉冲 的宽度。接收器由光电光电池、二极管、光电三极管组成。在接收器的前面，装 有光学元件如光圈及透镜等。在其后面是内置放大电路，放大信号幅值。 另外，红外光电开关的结构元件中还有光导纤维与发射板。三角反射板为结 构牢固的发射装置。它由小三角锥体反光材料组成，能够使光束准确地从反射板 返回，具有实用意义。它能够在与光轴0 - - - 2 5 度的范围改变发射角，使光束几乎 是从一发射，反射后，仍然从这条反射线返回。按工作方式有下列几种类型： ( 1 ) 对射型 如果把发光器和收光器分开，就可以增加探测距离。由一个发光器与一个收 光器组成的光电开关就称为对射分离式光电开关，简称对射式光电开关。 ( 2 ) 槽型 把一个光发射器与一个接收器面对面地装在一个凹槽的两侧的是槽形光电 9 成都理工大学硕士学位论文 传感器。发光器能发出红外光，在没有障碍遮挡情况下光接收器能收到光。但当 被检测物体从槽中通过时，光被遮挡，光电开关便动作。 ( 3 ) 扩散反射型 在该型号传感器的检测头里装有一个发光器与一个收光器，但是前面没有反 光板。正常情况下发光器发出的光束收光器是找不到的，当被检测物体经过时挡 住了光，把光束部分反射回来，收光器就收到光信号输出一个开关信号。 ( 4 ) 反光板型 把发光器与收光器装入同一个装置内，在它的前方装一块反光板，利用反射 原理完成光电控制作用的称为反射镜反射式光电开判2 7 】。 3 。1 2 温度传感器 温度传感器是利用物质各种物理性质随温度变化的规律把温度转换为电量 的传感器。它是温度测量仪表的核心部分，品种繁多。按照传感器材料及电子元 件特性分为热电阻和热电偶两类。按照温度传感器输出信号的模式，可大致划分 为三大类：数字式温度传感器、模拟温度传感器、逻辑输出型温度传感器。 按测量方式可分为接触式与非接触式两大类： ( 1 ) 接触式温度传感器 接触式温度传感器的检测部分与被测对象有良好的接触，又称温度计。 ( 2 ) 非接触温度传感器 它使用的敏感的元器件和被测对象相互不接触，一般称为非接触测量温度仪 表。该温度仪表的性能还不错，还可用它来测量小目标、热容量小、运动物体或 温度迅速变化物体表面的温度，还可应用于测量温度场的温度大概分布。 非接触式测量温度仪表的优点：由于对测量的上限温度没有受感温元器件的 耐温度能力的限制作用，因此对可测量的最高温度值在原则上面是没有硬性限制。 随着科学技术的不断进步，红外技术得到很大发展，测量温度辐射线逐步由可见 的光束向应用红外光线的扩展应用，7 0 0 c 之下的温度到常温的温度测量基本上 都已经采用红外线技术测量，且分辨率很高。针对1 8 0 0 以上的温度测量，一 般都是采用非接触式测量温度得方式。 ( 3 ) 温度传感器的工作原理 测温电路为恒流电路，流经r t 的电流是恒定的。当温度变化时，p t l 0 0 0 温度传感器的电阻值相应变化，由于流经温度传感器的电流不变，其上电压随着 阻值的变化而变化，它反应的就是温度变化状况【2 引。 1 0 第3 章矿山瓦斯监测平台的技术介绍 3 1 3 瓦斯浓度传感器 气敏传感器是气体采集系统的重要组成部分，按原理可分为四类：光学类、 电化学类、电学类及高分子材料类。电化学类是应用电化学的性质来测量气体浓 度的气体传感器，这类浓度检测传感器有以下几种：固体电解质类型传感器、伽 伐尼电池式传感器、定电位电解式传感器等气体浓度检测传感器；利用气体的光 学特性来监测气体成分和浓度的传感器为光学类气体传感器，依据具体的光学原 理可分为红外吸收式、可见光吸收光度式、光干涉式、化学发光式和试纸光电光 度式、光离子化式等气体传感器；利用材料的电学参量随气体浓度的变化而改变 的特性制作的气体传感器为电学类气体传感器：高分子气敏材料气体传感器主要 有石英振子式、高分子电介质式、高分子电阻式、声表面波式、浓差电池式等【2 9 】。 常用的几种气体传感器原理： ( 1 ) 催化燃烧法 借助加热催化元件来实现对有机物的完全氧化，催化传感元件由掺有贵金属 催化剂p d 或p t 的a 1 2 0 3 多孔陶瓷体中的p t 丝线圈构成是催化燃烧法。 ( 2 ) 红外光谱法 红外光谱法应用于矿山可以准确快速地检测甲烷。光谱法瓦斯传感器是基于 不同化合物在光谱作用下旋转与振动变化表现出差别的吸收峰。通过检测吸收强 度，就可以算出气体的浓度，通过检测吸收光谱就可以了解气体的类型。 ( 3 ) 气相色谱法 气相色谱法，它可以用于分离分析气体的过程中，通常用h e 、h 2 或n 2 作为 流动相载气，经管路将分析气带入色谱柱再进入热传导池，载气从出口流出同时 进入热导池，从另一出口流出热导池，两个热敏电阻被有一加热体密闭分开，再 通过桥式检测电路的输出，得到气体中各成分的浓度【3 0 1 。 ( 4 ) 光纤法 目前国际上较新的动向是光纤测量瓦斯，光纤传感技术，它是随着光通信技 术的发展而逐步发展的 3 q 。通过在光纤表面涂层c r y p t o p h a n e ，建立了一种新的 光纤检测甲烷方法，检出限达到2 ( v v ) 。 h u m i oi n a b a h e 与t a i 等【3 2 】开发了一套直接吸收式的多点采集甲烷样本测量 甲烷浓度的系统，该系统的灵敏度能够达至) j 2 6 9 2 p p m ，这样等同于5 l e l 。这 种类型的仪器己在澳大利亚、美国等国有使用，算是当下销售比较好的一类仪器。 h t a i 掣3 3 】采用1 6 6 p m 单模分布的反馈式半