（机械电子工程专业论文）工程机械远程监控管理系统的研究与开发.pdf

上海交通大学硕士学位论文 摘要 - i - 工程机械远程监控管理系统的研究和开发工程机械远程监控管理系统的研究和开发 摘摘 要要 近年来，随着我国综合国力的不断提高，基础设施的建设对工程机械 的需求也越来越大。与此同时，由于工程机械的工作环境恶劣、以及经常 性的超负荷运行导致生产事故发生的情况也时有发生。造成事故的原因是 多方面的，但如果对工程机械设备采取完备的监测、预警措施，就可以将 事故发生的可能性降到一个很小的几率。而目前，随着网络技术的不断发 展，internet 技术己经渗透到各个领域，使工程机械的在线远程监控、故 障预警变为可能12。 本文通过理论研究和工程实践，对工程机械远程监控管理系统的架构 设计、搭建及工程机械远程监控管理系统的子系统设备远程监控平台、 设备信息管理平台的开发与实现进行了深入研究。 首先，本文实现了工程机械远程监控管理系统的架构设计，按照它的 两个组成部分：设备远程监控平台和设备信息管理平台逐步展开。分别就 当前几种无线通讯方式讨论了它们的优缺点，并进行比较确定了最终的无 线通讯方式并给出了相应的组网方案。然后根据项目需求，设计了设备远 程监控平台及设备信息管理平台的主要功能模块及其组成结构。选择合适 的数据库开发平台，然后对数据库进行需求分析，完成数据库的设计工作。 接下来，就设备远程监控平台的开发进行了探讨。其中，就 webgis 模 块的设计与实现所涉及到的一些相关的关键技术进行了讨论，然后针对具 体功能模块的实现进行了论述。 最后，对设备信息管理平台的实现过程也做了具体的阐述。 关键词：关键词：工程机械，远程监控，webgis，gprs，vml 上海交通大学硕士学位论文 abstract - ii - research 系统相对独立, 缺乏良好的互操作性; 系统内部耦合度较强, 应用模式不够灵活, 难以为不同需求的 应用集成提供不同粒度和不同功能组合的地理信息服务。而企业希望将地理数据合 并在集成化的信息系统之中, 使得信息和功能得到充分共享, 用户操作界面能够得 到同一。 而第四阶段, 为集成化阶段。这一阶段的主题是互操作和集成。gis 不再是只能 独立运行的完整软件, 而是可互操作的组件, gis 将成为应用系统的一个部分, 可 以和应用系统的其他模块或者子系统实现无缝集成。web 服务技术的出现, 使 gis 的 集成和互操作成为了可能，可以将实现 gis 功能的软件或应用程序以 web 服务的形 式在 web 应用服务器上发布。 1.2.3 课题的应用价值课题的应用价值 本课题所研究的工程机械远程监控管理系统，对于生产厂家而言，可以实时对 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 4 - 产品进行状态监测，随时了解产品的运行状态，如遇到状态参数异常，系统自动报 警，在故障发生之前及时提醒用户对其进行停车，也可通过远程发送控制指令对疑 似故障设备进行强行锁车，从而避免故障的发生。另外，通过对设备的监测，可以 及时获得设备的运行状态参数，获取各方面数据，再借助数据分析手段，可以对故 障的产生进行科学的预测，为工程机械的设计提供数据支持。最后，该系统方便工 程机械生产厂家对产品信息数据进行系统的管理，保障了产品的性能，提高了产品 的附加值，也树立了公司的形象，赢得了客户的信任。对于产品用户而言，通过使 用该系统，公司可以做到全天候的在线故障协助排除，提高了服务质量，延长了产 品寿命，保障了用户的使用。另外，还具备故障预警的功能，在故障发生前第一时 间给用户提醒，在非常情况下，还可以进行远程干预，从而避免故障的发生，保障 用户的生命财产安全。而工程机械监控管理系统，作为监控系统中的一个重要环节， 使已研制开发出的智能车载终端具有了实用的意义，可促成其产业化发展8。 本课题对远程监控管理系统的整体架构、无线数据传输技术、数据库的设计及 管理、webgis 模块的搭建等一些列关键技术都进行了研究与实现，它们的研究原理 及方法不仅可以应用于本课题，还可以推广到其他设备的无线通信和定位监控领域， 有着广阔的应用范围和良好的发展前景。 1.3 课题研究的目的及其意义课题研究的目的及其意义 1.3.1 课题研究的目的课题研究的目的 抚顺挖掘机制造有限公司有着102年的历史，是我国最大的液压履带起重机生产 企业和研发基地，我国市场上国产350吨以上的大型液压起重机都是该厂生产的，我 国起重机出厂安全检测标准就是出自该厂。本课题以该企业生产的在役大型起重机 为对象，进行大型起重机远程实时状态监测与故障诊断技术研究，以期为“抚挖” 建立能对遍布全国（球）各地的“抚挖”所有在役大型起重机进行24小时在线实时 健康监控及智能维护的系统平台。避免大型起重机重大安全事故的发生，实现工作 过程无故障的目的。同时为其它移动型工程机械的无故障运行及健康监控提供共性 的技术与方法。 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 5 - 1.3.2 课题研究的意义课题研究的意义 工程机械的远程监控管理系统，大大提高了工程机械的信息化水平，也进一步 提高了我国工程机械产品的国际竞争力， 加快了我国工程机械的信息化进程8。 本课 题通过开发工程机械的远程监控管理系统，对无线数据传输、webgis技术、网络编 程等技术进行了研究，为远程监控技术的深入研究提供了理论、技术基础。 1.4 课题研究任务课题研究任务 根据国家863项目“基于gps/gis/gprs的大型履带起重机远程实时状态监测与 故障诊断关键技术研究” ，本课题着力于研究一套基于webgis的工程机械远程监控 管理系统，用来对装备了现场数据采集终端的工程机械进行状态监控及管理。 整个工程机械远程监控系统架构如下： 图1-1 工程机械远程监控系统架构图 工程机械远程监控系统各部分功能如下所述： 一、现场数据采集终端 现场数据采集终端包含： gps模块、dsp数字信号处理模块、gprs模块。其中， can总线终端连接着分布于设备各个部位的传感器，及时地得到从传感器获得的设 备状态信息参数，并将它们传到dsp数字处理模块进行处理。 gps模块主要用于获 gprs/internet 网络 采 集 终 端 采 集 终 端 采 集 终 端 数据传 输系统 设备远程 监控平台 设备信息 管理平台 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 6 - 取设备的gps定位信息，如：经纬度参数。 dsp数字处理模块主要用来对can总线 及gps模块发送过来的设备信息按照规定的协议进行数据打包。gprs模块主要负责 将设备信息数据包（主要包括设备状态信息和设备位置信息）通过gprs网络发送到 服务器数据库里。 其中，设备状态信息主要从can总线上传递过来的，定位信息主 要从gps模块获得。 二、数据传输系统 它主要用于侦听现场数据采集终端gprs模块所传过来的设备信息，并解析到服 务器数据库。 另外，通过该传输系统，用户还可以发送控制指令到终端，从而达到 对工程机械进行远程控制的目的。 三、设备远程监控平台 通过设备远程监控平台，用户可随时随地查看用户所辖设备的状态信息。 在监 控屏幕上，用户可以通过漫游地图来实时查看设备的地理位置信息，根据相应的图 标变化，可以随时了解设备是否发生故障。另外，用户通过该平台还可以对设备的 状态信息、历史数据、维护计划、故障报告等进行查询和管理。 四、设备信息管理平台 主要用来管理设备及用户，进行设备、用户的添加、删除、更改等操作。 五、后台数据库 后台数据库主要用来存储工程机械设备的状态信息、位置信息、设备用户信息 等数据，使本系统最重要的一环，也直接影响到整个系统的运行。后台数据库的设 计质量直接决定了整个系统运行效率的高低及用户体验的好坏。 1.5 本课题难点及论文章节安排本课题难点及论文章节安排 1.5.1 本课题难点 1.5.1 本课题难点 本课题的难点主要集中在以下几个方面： 一、数据库的设计与实现 主要讲述工程机械远程监控管理系统数据库的具体设计技术，涉及到工程机械 相关参数特征数据库的设计。 二、webgis模块的设计与实现 利用51地图公司、google地图的api，混合c#在microsoft visual studio下进行 webgis网络程序的开发，整个开发过程涉及到c#、javascript、vbscript、a、 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 7 - sql等编程语言。由于是混合语言编程，因此，语言之间的兼容性问题也相当突出。 三、故障报警模块的设计与实现 故障报警模块是整个监控管理系统中跟用户进行互动的一个重要环节。通过该 模块，系统用户可以对故障状态及时把握，在必要的情况下可以进行适度干预，从 而从根本上避免紧急故障的发生。 四、vml曲线图绘制模块的实现 状态参数曲线的动态实时显示是本系统的一个重要功能，也是难点之一。主要 用来显示状态参数的实时变化或历史趋势，为后期的故障分析及诊断提供抽象数据 形象化支持。 1.5.2 论文章节安排论文章节安排 根据论文的研究工作，对本文的章节作如下安排： 第二章主要介绍了工程机械远程监控管理系统的整体架构、无线通讯网络的搭 建、服务器平台的部署、软件的功能模块划分及相关开发环境的介绍。另外，详细 介绍了系统数据库的设计实现。 第三章主要介绍了设备远程监控平台的设计过程，包含一些相关关键技术的研 究及相关模块的实现思路、过程、效果。如：webgis模块的设计、故障报警模块的 设计、vml实时数据曲线图表的设计等。 第四章主要介绍了设备信息管理平台的设计思路，包含人员及设备信息的组织、 设备信息管理平台的具体实现。 第五章对全文做了总结，并根据研究过程中的问题，提出了一些展望，为后续 研究工作提出一些建议。 1.6 本章小结本章小结 本章主要介绍了课题的来源、背景，分析了国内外在此方面的研究现状。对项 目研究的目的和意义做了简单的说明。通过对项目总体的分析和总结，提出了本课 题研究的难点以及课题研究任务，最后对论文的章节安排做了简单介绍。 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 8 - 第二章第二章 工程机械远程监控管理系统的总体设计工程机械远程监控管理系统的总体设计 2.1 工程机械远程监控管理系统的研究综述工程机械远程监控管理系统的研究综述 工程机械远程监控管理系统主要分为两个子系统，分别为：设备远程监控平台、 设备信息管理平台。工程机械远程监控管理软件系统部署于服务器上，现场数据采 集终端安装在工程机械上面。其中现场数据采集终端主要用于采集gps定位信息和 can总线上的设备状态参数信息并将其打成数据包， 经由内部集成的gprs模块按照 协议通过网络发送到服务器上的数据库。服务器端则主要用于接收由gprs网络传输 过来的数据包并对他们进行解析，然后传到数据库中进行数据存储。用户可以通过 访问互联网上的任意一台进入公网的计算机（这里我们称之为设备状态监测端） 。用 户在设备状态监测端只需要通过访问服务器对应的web地址， 输入正确的账号、 密码 即可在屏幕上浏览到相应权限下所能看到的所有设备的实时状态参数信息及位置信 息，类似于访问一般网页一样。通过调用相应的历史数据查询功能模块，用户还可 以浏览到设备的历史轨迹的回放效果。 2.2 无线通讯方式的选择和无线通讯网络的搭建无线通讯方式的选择和无线通讯网络的搭建 2.2.1 无线通讯方式的研究无线通讯方式的研究9 首先，考虑到项目所涉及的工程机械分布于全国各地乃至全球，因此不选择有 线通讯及wlan方式。 目前，其他主要的无线通讯方式有：gsm、gprs、无线电台。 一、gsm gsm， 即全球移动通讯系统， 英文全称为global system of mobile communication， 是当前应用最为广泛的移动电话标准。 通常，利用gsm实现gps信息传输可采用以下两种工作方式： 1、所谓的点对点工作方式。 即发站和收站都用1个手机 （或手机模块） ， 发信站手机将包括gps信息在内的短 消息和要发往的目的站一同发给短消息服务中心 （smsc） ， 再由smsc转发给收站手 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 9 - 机，由它将收到的短消息送至监控中心进行处理。 2、点对中心的工作方式。 即发站用一手机发送gps信息， 由smsc将收到的信息由ddn专用电路传送至监 控中心进行处理。显然点对点工作方式仅适用于移动终端数较少的情况，而且，这 种工作方式有时延时会相当长， 令人难以接受。 点对中心工作方式则可适用大容量 移动终端（车辆）的情况。此种通信方式所造成的时间延时要小得多，大多数情况 下，其延时在210秒范围内，多数用户可以接受。 它具有以下优点： 1、覆盖范围特别广，系统可靠性高，控制中心站建站方便，不需建高的铁塔。 2、可利用短消息服务来传输gps信息。利用gsm网来传输gps信息的系统有人 简称为双系统， 利用移动通信的短消息服务功能 （sms） 来实现gps信息传输的。 而短消息服务是gsm中唯一不要求建立端对端路径的业务，它通过信令控制信道进 行信息传输的，在仅有话音传输时，信令信道十分空闲。 3、gsm系统可以容纳的移动终端数可以很大。 4、另外，由于利用了短消息服务，gps定位管理系统可以增加许多为用户服务 的功能。 但是，它目前存在的主要缺点有： 1、系统运营费用较高，对于工程机械远程监控系统来说，因为需要不断发送定 位信息，短信费用难以承受。如果该系统中一台携带终端的工程机械一天运行9个小 时（从早8点到晚17点） ，如果要求每台车1分钟发2次gps信息，按照目前我国移动通 信公司的规定0.1元/每条信息的收费标准，那么每天每辆车要发1080条短信息，每天 要交108元。 2、 “双”系统延时较长，相对来说实时性不好。 二、gprs 1011121314 gprs，为通用分组无线业务(general packet radio service)的简称，突破了gsm 网只能提供电路交换的思维方式，通过增加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，从而得到相当可观的用户数据速率。它是一种以全球 手机系统（gsm）为基础的数据传输技术，可说是gsm的延续。 gprs具有以下特点1516： 1、gprs传输速率快，数据传输速率高可达115kbps，实际也能支持40 kbps的传 输速度。而且，因为不再需要现行无线应用所需要的中介转换器，所以连接及传输 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 10 - 都会更方便容易。 2、gprs按传输信息流量计费，资源利用率高。由于gprs是以封包（packet） 式来传输，和以往连续在频道传输的方式不同，因此用户负担的费用是以其传输信 息流量大小来计算，用多少算多少，理论上较为便宜。 3、 永远在线， 进行网络连接方便。 通过gprs建立新的连接几乎无需任何时间(即 无需为每次数据的访问建立呼叫连接)，可以随时与网络保持联系。 4、 gprs 支持因特网上广泛应用的x 25 协议和ip 协议, 并且继承了gsm 网现 有电路交换数据业务(csd) 和短信息业务(sms)，因此它可以提供internet及其他分 组网络的接入。 但是，相应的也存在一些问题，如：存在转接时延，有可能会因此出现丢包现 象。 三、卫星移动通信网 卫星移动通信网，是利用中继卫星实现移动终端之间通信的无线通信业务。它 广泛应用在航海、航空以及边远地区通信场合。利用它组建车辆监控系统在 发达国家已广泛地被应用。目前比较合适车辆监控系统的卫星通信是 卫星体系，其用户接收、发射系统己将信息包括在其中，为移动目标 定位打下了基础。以美国 公司的 系统为例，其有专门的适合陆地移动通信的型接收设 备，可方便地完成数据采集和传输任务。 其性能特点如下： 1、 存储和发送信息： 在陆地地球站和任何用户之间通过信息交换数据网、 电传、 和电子邮件进行双向信息传输。 2、 导航接收机：可提供用户的位置和时间信息，由 标准数据接口输出，并在遇难信息缓冲器内存放。 3、 终端设备定时询问： 无操作人员， 可在远距离对位置和数据的询问自动响应。 由定时询问和定时报告就可以得到连续的高精度 位置、速度和航路信息。 4、综合监视： 提供了连续的失败安全监视电路，内部性能鉴 定和自动运行测试装置。 5、增强的群呼能力：借助安全措施网可满足 组织的全球海难和安全系 统（）的要求。 6、用户联络：用户可利用网络服务功能，靠广播信息对多船进行寻址。 针对系统强大的通信能力和完善的 信 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 11 - 息获取能力，利用 卫星进行端到端的双向通信建立时间为 ，其发送格式为非打包格式，可有效地保证数据传输的准确性和实时性。 由于卫星通信可满足实时、远距离、高可靠性的联络，可以满足大范围车辆监 控的需要。但高昂的卫星移动通信终端价格及使用费大大的限制了它的使用，在我 国限于经济方面的原因，除非是特殊的场合，一般的车辆监控系统不用这种通信方 式。 四、大区制常规无线电台（异频单工电台）通信系统 根据我国国家无线电管理委员会分配给我国的陆地移动通信频率范围以及各种 其他因素的综合考虑，真正适合当前作陆地移动通信的有150mhz，230mhz（数据 传输用） ，350mhz，450mhz和900mhz几个工作频段，其中350mhz频段划规公安部 门作公安专用，900mhz作为gsm公用移动通信频段，因此，实际留给常规无线电台 可用的频率资源非常有限。 由于移动通信业务的迅速发展，频率资源非常紧张，一般的部门要申请专用频 点相当困难，而且由于管理不到位，有些地方申请到的频点亦因干扰太严重而不能 很好地工作。 限制大区制工作方式的另一个问题是覆盖范围问题。众所周知，超短波是视距 传播，由于车载台本身天线架设高度较低，因而作用距离主要受控制中心天线架设 高度的限制。视距传播的作用距离可按下列公式近似估算。 r(km)=4.2(h1(m) 1/2+h2(m) 1/2)（由于显示问题，此处 1/2为二分之一次方） 其中h1、h2是收发天线的架设高度，如h170m，h21.5m,则r=40.3km 由此可见，在不设中继站的情况下，一般的作用距离限制为40km左右（半径） 。 五、集群电台通信系统 集群系统是移动通信专用网，采用大区联网方式工作。 集群系统的主要优点有： 1、共用频率资源，共享覆盖区，共同分担建网费用。 2、由于采用大区联网方式，因而可得到较宽的业务覆盖区。 它的主要缺点有： 1、其控制方式可分为分散式控制信道方式和集中式控制信道方式，但无论哪种 方式，都需要一定的入网接续时间，一般约0.5秒或更多。 2、集群电台通信系统涉及到业务分配的问题。由于集群系统不是单为gps定位 管理而建， 如果所有信道都随机分配给gps业务和非gps业务， 在两者业务都繁忙时， 就会发生互相影响，用户很难使用。 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 12 - 3、该传输系统的成本比常规无线电台传输方式高得多。 2.2.2 无线通讯方式的选择无线通讯方式的选择 综上所述，由于本课题所研究对象为工程机械，分布于全国各地乃至全球范围 内，相比之下，gsm、gprs的覆盖范围都优于无线电台（常规无线电台、集群无线 电台） 。从成本上看，搭建同样可用的无线网络，gsm、gprs所花费的成本都要比 无线电台要少。而其中，gprs相比gsm又具有传输速度高、实时性好、成本更低廉 的优势， 因此gprs无疑是最适合本课题的通讯方式。 但考虑到gsm在技术上更成熟、 稳定，因此将其与gprs配合使用，既可以保证通信的可靠性，又提高了传输速度。 2.2.3 无线通讯网络的搭建无线通讯网络的搭建 网络结构如图所示，搭建时只需提供一台服务器，并将其接入公网，以便数据 采集终端通过域名寻址方式找到相应的公网ip，建立连接。监控中心可以通过内网 与服务器相连，而具有相应权限的用户只需要登陆任何一台可上网的电脑即可以通 过公网与服务器连接，对相应的设备进行监控，真正实现全球范围里的监控。不过， 由于网络速度不同，用户在不同地区访问的速度也不一样。 图2-1 无线通讯网络的架构图 数 据 终 端 数 据 终 端 数 据 终 端 服务器 监控中心 用户端 内网 公网 gprs/internet 网络 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 13 - 2.3 软件系统体系结构的研究及方案确定软件系统体系结构的研究及方案确定 2.3.1 c/s 结构与特点结构与特点1718 c/s（client/server）结构，即客户机和服务器结构。它是软件系统体系结构，通 过它可以充分利用两端硬件环境的优势，将任务合理分配到client端和server端来实 现，降低了系统的通讯开销。 从计算机体系结构的观点，可以把c/s结构的概念分解为“硬件的c/s结构”和 “软件的c/s结构” 。硬件的c/s结构是指给定的处理任务在两台或多台机器之间进行 分配，其中客户机用来提供用户接口，硬件服务器提供可供客户机使用的各种资源， 如：打印服务器、文件服务器等。软件的c/s结构是指将一个软件系统或应用系统按 逻辑功能分为若干个组成部分，再根据角色的不同，分别定义为客户端程序和服务 器程序。客户端程序能够请求服务器程序提供服务。服务器程序则专门用于处理客 户端请求。 在c/s结构中， 客户端程序向服务器程序发出请求， 由服务器程序执行完任务后， 将结果返回给客户端程序，这是最基本的c/s模式，也称为两层c/s模式。这种体系 结构中，只有两个实体：客户机、服务器。它采用客户端程序与服务器程序共同去 实现应用系统的用户界面处理、业务逻辑、数据处理等功能。用户界面表示由客户 端程序实现，业务逻辑由客户端和服务器联合完成，数据服务由服务器承担。 两层c/s模式在大型应用系统与用户需求变化较大的系统中，有明显的不足：客 户机负担重、数据库服务器性能下降等。在这种情况下，出现了三层c/s结构。 在三层结构下，系统由三个实体组成：客户机、服务器、数据库服务器。三个 实体分别用来部署客户端程序、服务器端程序和数据库。其中，客户端程序只负责 提供用户界面，当需要进行数据访问和复杂计算时，客户端程序向服务器发出请求。 服务器响应客户端程序的请求，完成复杂计算，或者向数据库服务器发送请求以完 成数据操作，并将计算或操作结果逐级返回给客户端程序，通常不会出现客户端程 序和数据库服务器之间的直接通信。两层c/s结构、三层c/s结构分别如图2-2、2-3 所示。 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 14 - 图2-2 两层 c/s 结构示意图 图2-3 三层 c/s 结构示意图 c/s体系架构的优点主要有： 1、由于客户端实现与服务器的直接相连，没有中间环节，响应速度快； 2、c/s结构的管理信息系统具有较强的事务处理能力，能实现复杂的业务流程； 其不足主要体现在以下几个方面： 1、用户需要安装专门的客户端程序，分布功能弱，针对点多面广且不具备网络 条件的用户群体，无法实现快速部署、安装和配置； 2、兼容性差，对于不同的开发工具，具有较大的局限性。若采用新的开发工具， 需要重新改写程序； 3、开发成本较高； 2.3.2 b/s 结构与特点结构与特点192021 b/s（browser/server）结构，即浏览器和服务器体系架构。它是随着internet技 术的兴起，对三层c/s结构的一种变化或者改进的架构。在这种架构下，用户工作界 面是通过www浏览器来实现，极少部分事务逻辑在前端（browser）实现，主要事 务逻辑在服务器端（server）实现，形成所谓三层3-tier结构。表示层是www浏览器， 客户端根据某资源的url向web服务器提出服务请求， web服务器把数据文件传送给 客户，而客户端由html负责表示逻辑。服务端是web服务器，通常它使用cgi、工 客户端程序 客户端程序 客户端程序 服务器 客户端程序 客户端程序 客户端程序 服务器 数据库 服务器 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 15 - sapi. asp等技术访问数据库进行数据查询或处理。数据层是负责各种数据处理的数 据库服务器。 在internet环境下， 由于客户端是浏览器， 也就构成了browser/server (b/s) 这样一种特殊的三层c/s结构，其结构如图2-4所示。 图2-4 b/s 结构示意图 b/s体系架构的优点主要有： 1、与硬件平台无关，程序不局限于任何一种硬件平台或操作系统，分布性好， 可随时随地进行查询、浏览等业务处理。 2、功能扩展、升级简单方便，只需要将新的程序编译后传到相应服务器目录下 即可。 3、一次安装，全部到位。安装的时候只需要对服务器进行部署尽可。 4、用户使用简单、方便，无需另外学习。 其缺点主要体现在以下几个方面： 1、个性化特点明显降低，无法实现具有个性化的功能要求。 2、操作是以鼠标为最基本的操作方式，无法满足快速操作的要求。 3、页面动态刷新，响应速度明显降低。 4、无法实现分页显示，给数据库访问造成较大的压力。 5、功能弱化，难以实现传统模式下的特殊功能要求。 2.3.3 系统架构的方案确定系统架构的方案确定 基于以下几点考虑，本系统最终选择b/s体系架构作为软件系统的最终架构。 1、安装的便利性 采用b/s体系架构只需要对服务器进行程序的安装、部署即可，一次即可到位。 而如果采用c/s体系架构，则每换一台计算机就得装一次程序，而且还存在兼容性问 题。而这些并不是用户所希望看到的。 2、维护、升级的便利性 浏览器 浏览器 浏览器 web 服务器 数据库 服务器 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 16 - b/s体系架构下的维护、升级也非常简单，只需要将更新好的程序重新编译一下 发布到服务器上即可。而c/s体系架构下,不仅要对服务器进行更新，而且还得对每个 客户端程序进行更新或重新安装。 3、系统操作的简单 采用b/s体系架构的软件系统本身类似于一般的网页程序，操作起来类似与浏览 网页，简单易懂。而c/s体系架构下的软件程序面板、菜单相对复杂。 4、成本的因素 基于以上三点的考虑，c/s体系架构下的软件系统在安装、维护、系统操作的培 训成本上明显大于采用b/s体系架构的软件系统。另外，c/s体系架构下的软件系统 在开发成本上也明显高于后者。 2.4 监控管理系统的总体设计监控管理系统的总体设计 本课题中，监控管理系统主要由设备远程监控平台、设备信息管理平台组成， 通过数据传输系统与硬件系统（数据终端）的信息交换。其中：设备远程监控平台 主要为用户显示所需的设备状态参数信息、设备位置信息等，提供历史数据查询、 故障报告及维护计划的管理等功能。而设备信息管理平台则为设备生产厂家提供产 品的跟踪管理及设备信息、用户信息的管理等一系列功能。 2.4.1 监控管理系统的功能划分监控管理系统的功能划分 根据项目要求，我们分别设计了各个子系统软件相应的功能模块。 一、设备远程监控平台 设备远程监控平台用来为用户提供一个可视化的互动界面，功能主要分为： 实时监控功能：包含电子地图实时定位、实时跟踪、故障报警、远程锁车、实 时状态监测。 历史数据查询：包含伺服压力、燃油液位、液压油温 额定起重量、实际重量、 负荷率、风速等一系列参数的历史数据查询、设备的历史轨迹查询、轨迹回放功能。 故障报告管理：包含故障报告列表、故障记录查询、故障发现报告、故障处理 报告功能。 维护计划管理：包含日常维护计划、维护计划查询、添加维护报告、维护保养 手册功能。 用户信息管理：包含登陆用户对应的信息修改功能 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 17 - 用户帮助：包含该软件系统的使用说明。 二、设备信息管理平台 设备信息管理平台主要用来为设备生产厂家提供一个设备及用户信息（如设备 的型号、出场信息、终端配置，用户的密码、权限、所辖设备）的远程管理平台。 功能主要分为： 终端模块管理：包含终端模块的添加、删除，终端模块绑定信息（如：sim卡号） 的查询、修改； 设备用户管理：包含设备用户的添加、删除，设备用户信息的查询、修改； 技术人员管理：包含技术人员的添加、删除，技术人员信息的查询、修改； 设备管理：包含设备的添加、删除，设备信息的查询、修改； 设备型号管理：包含设备型号的添加、删除，设备型号信息的查询、修改； 2.4.2 软件开发环境介绍软件开发环境介绍 本软件系统的开发都是在microsoft visual studio2005集成开发环境中进行的，主 要使用c#语言实现具体编程。c#是一种面向对象的编程语言，作为microsoft visual studio2005中的一部分推出。c#既保持了c+中熟悉的语法，并且还包含了大量的高 效代码和面向对象特性。c#语言将在保持c/c+灵活性的基础上为程序员带来更高 效的rad开发方式。它不仅能用于web服务程序的开发，并且还能开发强大的系统级 程序。 c#的主要特点： 1 c#是受管语言，一检测到变量、数组或对象不再被引用，就把相应的内存空 间释放回系统，可以有效地提高系统的运行效率。在多数情况下，用c#语言设计程 序根本不用考虑内存的分配与释放问题，这一点相较于c一程序设计要简单的多。 2 所有c#程序完全都是由类组成的，c#没有全局数据块或共享数据的概念。 简单地说，类就是将一系统公有和私有方法以及私有数据组合在一个命名的逻辑单 元中。由此可见，基于c#的程序设计最终将归结为对类的设计，即把我们要研究的 实体对象抽象为类对象的过程。这一特点也将在后面几章对各软件模块具体设计与 实现的阐述中体现出来。 2.5 数据库的设计数据库的设计 数据库是系统的最底层，也是其中最核心的一个部分。我们利用它来存储存储 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 18 - 监控系统周期地采集到的设备状态、位置、性能参数。通过对这些数据的筛选、分 析，我们可以对工程机械的运行状态很好的把握，从而达到远程监控、故障预警的 作用。因此，设计一个高效运行的数据库对整个系统来说，至关重要。 由于本课题中，每台工程机械所携带的数据终端每隔一定周期都向服务器发送 一次数据，当工程机械的数量较多时，容易产生并发连接，因此，数据库的结构应 该简单，访问方式应尽量直接、快速，以不增加服务器额外工作为上。在设计web 程序时，应该注意适当的减少不必要的存储过程、数据转换工序，而利用客户端程 序来完成，从而减轻服务器的运算负担，达到提高数据库运行速度的目的。 2.5.1 数据库开发平台的选择数据库开发平台的选择 本软件系统的开发涉及到数据库的建立，而数据库是整个系统中最重要的一环， 它直接影响到整个系统的运行效率及用户使用的舒适度，因此选择一个合适的数据 库平台对于整个系统来说极为重要。目前，主流的数据库开发平台主要有：sql server、oracle、access、mysql等。如表2-1所示是几个主流数据库性能的比较。 表2-1 各主流数据库开发平台的比较 由于本课题是为企业寻求工程机械远程监控的最佳通用解决方案，在数据库平 台的选择上还应考虑到开发及应用成本、数据量的原因。 sql server的最新版本sql server2005在功能上、 安全性上与oracle数据库相当， 且操作相对简单，成本相对低廉。两者都提供了相似的安全性功能，这些功能包括： 用户验证、授权、网络加密、数据加密、以及单一帐户登陆（sso） ，但在sql server 2005中管理安全性明显要比oracle要简单得多。 在sql server 2005中使用相同的功能要比oracle廉价许多。microsoft将所有的安 全功能作为数据库内置功能提供给用户， 而oracle提供的许多安全功能都需要额外付 费。要想在oracle平台上获得和sql server 2005同样的安全功能，oracle则要求付一 大笔钱来购买企业版和高级安全选项。 因此，最终选择sql server2005作为本套软件系统的数据库平台。 名称 数据处理能力 成本 备注 sql server 大型数据库 中 数据并发处理机制稳定、操作简单 oracle 大型数据库 高 数据并发处理机制稳定、操作复杂 access 桌面小型数据库 低 并发处理机制相对较差（支持） 、操作简单 mysql 中小型数据库 低 并发处理机制较稳定、操作简单 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 19 - microsoft sql server系列产品己经成为数据库操作系统中的很有影响的产品之 一。microsoft sql server是高性能、客户/服务器的关系型数据库管理系统 (rdbms )，它能够支持大吞吐量的事务处理，也能在microsoft windows xp网络环 境下管理数据存取以及开发决策支持应用程序。 另外，其赖以为基础的transact sql语言在sql基本语言上也得到扩展，从而使 得sql语言支持的rdb(关系数据库)愈加受到青睐。 sql ( structured query language) 是结构化查询语言的缩写，它是使用关系模型的查询语言为应用语言，作为ibm关 系数据库原型systemr原型数据关系语言，实现了关系数据库中的数据检索。现在的 sql标准是1992年制定的sql-9260。尽管sql语言在语义上只是“query”即“查 询” ，但实际上，它的功能包括查询(query )、操纵(manipulation )、定义(definition) 和控制(control )，是一个综合、通用、全面、功能强大的关系数据库语言。 2.5.2 数据库的需求分析数据库的需求分析 通过以上对课题研究内容的了解，我们基本可以了解到本系统中数据库主要要 存储以下几类数据项： 设备信息：设备号、型号、所属用户、所携数据终端模块号、出厂日期、故障 状态； 模块信息：模块号、模块上sim卡号； 设备用户信息：用户id、密码、姓名、公司、部门、地址、电话、传真、手机、 e-mail、qq、msn； 技术人员信息：id、密码、姓名、公司、部门、地址、电话、传真、手机、e-mail、 qq、msn； gps信息：到达时间、发送设备号、发送模块号、经度、纬度、转换经度、转换 纬度、是否新数据； 总线参数信息：设备号、模块号、参数值、到达时间； 维护计划信息：设备号、维护操作码、上次维护时间、计划维护时间、维护类 型、备注信息； 维护操作特征信息：维护操作、检查部位、维护周期、维护类别、检查项目、 维护级别； 维护周期特征信息：维护周期特征码、短维护周期、长维护周期； 维护类别特征信息：维护类别特征码、维护类别； 维护级别特征信息：维护级别特征码、维护级别； 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 20 - 故障报告信息：故障设备号、故障部位、故障描述、故障发生时间、故障报告 人、故障发生原因、故障处理措施、故障处理者、故障解决情况； 故障状态信息：故障状态、故障状态特征码； 其中，数据终端模块和设备绑定，设备隶属于用户。一个终端数据模块绑定一 台设备，一台设备只属于某个用户，而一个用户可以拥有多台设备；一台设备可以 由不同的技术人员来维护，而同一个技术人员也可以维护几台设备；一个数据终端 模块可以发送多条gps数据。 2.5.3 数据库的结构设计数据库的结构设计22 由上面的数据项我们可以设计出满足用户需求的各种实体及它们之间的关系， 为后面的逻辑结构设计打下基础。这些实体包括各种具体信息，通过各自之间的作 用形成数据的传输过程，如图2-5为个实体间关系，图2-6到2-18为相应的实体信息。 图2-5 实体间关系图 e-r 图 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 21 - 图2-6 设备信息实体 e-r 图 图2-7 模块信息实体 e-r 图 图2-8 设备用户信息实体 e-r 图 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 22 - 图2-9 技术人员信息实体 e-r 图 图2-10 gps 信息实体 e-r 图 图2-11 总线信息实体 e-r 图 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 23 - 图2-12 维护计划信息实体 e-r 图 图2-13 维护计划操作特征实体 e-r 图 图2-14 维护周期特征实体 e-r 图 图2-15 维护类别特征实体 e-r 图 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 24 - 图2-16 维护级别特征实体 e-r 图 图2-17 故障报告信息实体 e-r 图 图2-18 故障状态特征实体 e-r 图 2.5.4 数据库表的设计与创建数据库表的设计与创建 根据以上分析和e-r图，系统数据库中各个表的设计结果如下列表所示，每个表 格表示在数据库中的一个表。 设备表inf_device记录设备的主要信息，如：设备号、型号、所属用户、所携数 据终端模块号、出厂日期、故障状态；故障状态为0或1。0代表正常状态，1代表故 障状态，具体如表2-2所示。 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 25 - 表2-2 设备信息表 inf_device 序号 列 名 字段类型 长 度 描 述 1 dev_id varchar 50 设备号 2 dev_type nvarchar 50 设备型号 3 dev_user nvarchar 50 设备用户 4 dev_module varchar 50 模块号 5 dev_status int 4 设备状态 6 dev_date datetime 8 设备出厂日期 模块信息表inf_module主要用来记录模块的相关信息，如：模块号、sim卡号， 具体如表2-3所示。 表2-3 模块信息表 inf_module 序号 列 名 字段类型 长 度 描 述 1 mod_id varchar 50 模块号 2 mod_sim nvarchar 50 模块 sim 卡号 3 mod_status int 4 模块状态 设备用户信息表inf_duser主要用来记录设备用户的登录信息及详细资料以作数 据库备案。信息内容主要有：id、密码、姓名、公司、部门、地址、电话、传真、 手机、e-mail、qq、msn，具体如表2-4所示。 表2-4 设备用户信息表 inf_duser 序号 列 名 字段类型 长 度 描 述 1 user_id varchar 50 设备用户帐号 2 user_pwd nvarchar 50 密码 3 user_name nvarchar 50 设备用户姓名 4 user_company nvarchar 50 设备用户所属公司 5 user_department nvarchar 50 设备用户所属部门 6 user_address nvarchar 50 联系地址 7 user_tel varchar 50 联系电话 8 user_fax varchar 50 传真 9 user_cellphone varchar 50 手机号 10 user_mail nvarchar 50 email 11 user_qq varchar 50 qq 号 12 user_msn nvarchar 50 msn 上海交通大学硕士学位论文 工程机械远程监控管理系统的研究与开发 - 26 - 技术人员信息表inf_tsuser主要用来记录技术人员的登录信息及详细资料以作 数据库备案。信息内容主要有：id、密码、姓名、公司、部门、地址、电话、传真、 手机、e-mail、qq、msn，具体如表2-5所示。 表2-5 技术人员信息表 inf_tsuser 序号 列 名 字段类型 长 度 描 述 1 ts_id varchar 50 技术人员帐号 2 ts_pwd nvarchar 50 技术人员密码 3 ts_name nvarchar 50 技术人员姓名 4 ts_company nvarchar 50 技术人员所属公司 5 ts_department nvarchar 50 技术人员所属部门 6 ts_address nvarchar 50 联系地址 7 ts_tel varchar 50 联系电话 8 ts_fax varchar 50 传真