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论文题目：基于网络的矿井水文多参数监测系统研究 硕士生：李桂萍 ( 签名) 叠彗j 鼙 指导教师：秋兴国( 签名) 刍堕幽 摘要 随着我国经济的快速发展，对煤炭的需求也越来越大。而煤炭行业是诸多能源行业 中的高危行业，其开采要受到很多条件的限制，其中地下水是威胁煤矿安全生产的重要 因素。近年来，多起重大、特大煤矿突水事件给人民的生命财产造成了巨大的损失。因 此，研究煤矿地下水实时监测和水文信息的网络动态发布有着重要的实用价值。 矿井水文多参数监测系统对地下水的监测分为地面水文长期观测孔的监测和井下 长期观测点的监测两种方式，它们分别通过g s m 无线网和矿井安全监测系统工业控制 网进行数掘传输。课题主要研究如何将地面和井下通过不同网络传输的水文数据进行集 成并通过i n t e r n e t 网或i n t r a n e t 网进行水文数据的发布。 本文研究内容如下： 通过对现场矿井水文监测的调研和对g s m 网通讯协议的分析，研究如何对短消息 数据进行实时接收、解析和处理。 利用f t p 协议和w i n s o c k 技术实现安全监测系统到水文监测系统的网络数据传输， 并结合文件交换和o d b c 技术设计异构数据的转换方案，以实现工控网和g s m 网络通 讯数据的集成。同时探讨以d d e 技术为核心解决安全监测系统到水文监测系统数据传 输和转换的问题。 综合利用a s e n e t ；a d o n e t 和v m l 等技术，研究如何实现水文数据的动态发 布和网络共享，以满足煤矿及所属矿务局对水文信息实现网络共享和远程监测的需要。 根据上述研究结果，以v i s u a lc + + 6 0 、b o r l a n dd e l p h i 6 0 和m i c r o s o f tv i s u a l s t u d i o n e t 为开发工具，采用c s 、b s 混合的软件开发模式，设计并实现一套集实时 监测、数据集成和动态发布为一体的基于网络的矿井水文多参数监测系统软件。 关键词：水文多参数：实时监测；g s m ；m s c o m m ；数据集成：网络发布 研究类型：应用研究 s u b j e c t ：t h er e s e a r c ho fm o n i t o r i n gs y s t e mf o rm i n e r a lw e l l h y d r o l o g i c a lm a n y p a r a m e t e r sb a s e dn e t w o r k s p e c i a l t y ：c o m p u t e ra p p l i c a t i o nt e c h n o l o g y n a m e ：l ig u i p i n g i n s t r u c t o r ：q i ux i n g g u o a b s t r a c t ( s i g n a t u r 。) 兰i 鱼! 丘誓 ( s i g n a t u r e ) 衄丝掣 a l o n gw i t hr a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，t h ed e m a n df o rc o a li sa l s og r o w i n g a n dt h e c o a li n d u s t r yi sal o to fe n e r g yi nt h eh i g h r i s ki n d u s t r ys e c t o r s ，m i n i n gi ss u b j e c tt om a n y c o n d i t i o n s ，i n c l u d i n gt h r e a t st oc o a l m i n es a f e t yp r o d u c t i o ng r o u n d w a t e ri sa l li m p o r t a n t f a c t o r i nr e c e n ty e a r s ，s e v e r a lm a j o ra n dc a t a s t r o p h i ce v e n t sc o a lt h r o u g hw a t e rt ot h e p e o p l e sl i v e sa n dp r o p e r t yc a u s e de n o r m o u sl o s s e s t h e r e f o r e ，r e a l - t i m em o n i t o r i n ga n d r e s e a r c hm i n e g r o u n d w a t e rh y d r o l o g i c a l i n f o r m a t i o nn e t w o r kd y n a m i c sh a v ei s s u e d i m p o r t a n tp r a c t i c a lv a l u e m a n yp a r a m e t e r sh y d r o l o g i c a lm o n i t o r i n gs y s t e mf o rt h em o n i t o r i n go fg r o u n d w a t e r h y d r o l o g yi n t ol o n g t e r mg r o u n do b s e r v a t i o nk o n gg e o l o g i c a lm o n i t o r i n ga n dw o r k i n gt w o w a y so fm o n i t o r i n gl o n g t e r mo b s e r v a t i o np o i n t s ，r e s p e c t i v e l y , t h r o u g ht h e i rg s m w i r e l e s s n e t w o r k sa n dm i n es a f e t ym o n i t o r i n gs y s t e mf o ri n d u s t f i a lc o n t r o ln e t w o r kd a t at r a n s m i s s i o n t h em a i nc o n t e n to ft h er e s e a r c hi so nt h eg r o u n da n dw o r k i n gt h r o u g ht h ed i f f e r e n tn e t w o r k s m a dt r a n s m i s s i o no fh y d r o l o g i c a ld a t ai n t e g r a t i o nt h r o u g hi n t e m e to ri n t r a n e tn e t w o r kf o rt h e d i s s e m i n a t i o no f h y d r o l o g i c a ld a t a t h i ss t u d yr e a d sa sf o l l o w s ： t h r o u g hm i n es i t ei n v e s t i g a t i o n a n dh y d r o l o g i c a ld a t af o rt h ea n a l y s i so fg s m c o m m u n i c a t i o n sa g r e e m e n tt oe x a m i n eh o wr e a l t i m ed a t ao ns h o r tn e w sr e c e p t i o n ，a n a l y z e d a n dd e a l tw i t h u s i n gf t pp r o t o c o la n dw i n s o c kt e c h n o l o g ya g r e e m e n t sa n dm o n i t o r i n gs y s t e m st o a c h i e v es e c u r i t yh y d r o l o g i c a lm o n i t o r i n gs y s t e mn e t w o r kd a t at r a n s m i s s i o na n de x c h a n g eo f d o c u m e n t sa n dt e c h n i c a ld e s i g ni s o m e r i z a t i o nu n i to d b cd a t ac o n v e r s i o np r o g r a m r a e st o a c h i e v ed i s p o s a l sn e t w o r ka n dg s mc o r d i a lc o m m u n i c a f i o n sd a t ai n t e g r a t i o n a tt h es a m e t i m ee x p l o r er e s u m e dt e c h n o l o g ya tt h ec o r ea d d r e s s i n gs e c u r i t ym o n i t o r i n gs y s t e mt o h y d r o l o g i c a lm o n i t o r i n gs y s t e md a t at r a n s m i s s i o nm a dc o n v e r s i o np r o b l e m s u s i n ga s r n e t ，a d o n e ta n dv m lt e c h n o l o g y , r e s e a r c hh o wt oa c h i e v ead y n a m i c h y d r o l o g i c a ld a t as h a r i n ga n dn e t w o r kt om e e tt h ec o a lm i n i n gb u r e a ua n dt h e i rn e t w o r ko f h y d r o l o g i c a li n f o r m a t i o ns h a r i n ga n d r e m o t em o n i t o r i n go f t h en e e d s b a s e do nt h ea b o v ef i n d i n g st ov i s u a lc + + 6 0 b o r l a n dd e l p h i 6 0a n dm i c r o s o f tv i s u a l s t u d i o n e td e v e l o p m e n tt o o l sf o ru s ec s ，b sm i x e ds o f t w a r ed e v e l o p m e n tm o d e l ，d e s i g n a n dr e a l i z a t i o no far e a l t i m em o n i t o r i n gs e t s ，d a t ai n t e g r a t i o na n dt h ei n t e g r a t i o no fd y n a m i c p u b l i s h i n gf o rt h en e t w o r k - - b a s e dm u l t i - - p a r a m e t e rm o n i t o r i n gs y s t e mf o rm i n eh y d r o l o g y s o f t w a r e k e yw o r d s ：h y d r o l o g ym a n yp a r a m e t e r r e a l t i m em o n i t o r i n gg s mm s c o m m d a t ai n t e g r a t i o n n e tp r o m u l g a t i o n t h e s i s ：a p p l i c a t i o nr e s e a r c h 历姿料技大学 学位论文独创性说明 零久郑熏声赘：所呈交豹学莅论文是我个久在导筛指导下迸行的研究工作及 其取得研究成果。尽我所知，除了文中加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他入或集体已经公开发表或撰写道的研究成果，也不包含为获得谣安科技大学 或其恐教育机构豹学位或证书赝馒鼷过兹材料。与我冠工作豹露恚对本磅究蘑 做的任何贡献均已在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者麓名：疹程西日期：细g 舌善 j 学位论文知识产权声明书 本入完全了解学校有关僳护知识产权的擒定，即：研究嫩在校攻读学位期间 论文工终豹熟识产权零整疆予嚣安科技大学+ 学校鸯投保蟹势弱国家骞关部门或 机构送交论文的复e r 件和电子版。本人允许论文被查阅和借阅。学校可以将本学 位论文的全部或部分内容编入有关数据库遴行检索，可l 三l 采用影印、缩印或扫箍 等复制手段保存和汇缡本学像论文。麓时本人保证，毕业后缨会学健论文研究课 题再撰写的文章一律注明作者单位为西安科技大学。 绦密论文待髂密嚣适嗣本声明。 学位论文终耆签名；苍带蕃撂譬教耀签名；豸够别匆 、 枷s 年6 玛6 张 i 绪论 l 绪论 零章辩渫题背最、研究意义、蹲泌、谨努、内容及强内夕 研究蜣状锩遴行介缓，并 对该论文鹣牵节送行安搏。 1 1 选题背景及磷究慧义 能滋黼鞭囱米怒蓬越疑济发展的支攘。随著我弱溪涎经济的俊遴发麓，对传统能源 煤炭的鬻求也越袋越大。健煤炭豹开袋蠢是备个行敛中黪毫熊纷监，尤麓楚隧糟煤 炭开添深泼钓加大，琏下零戏为藏耱煤矿焱全生产静重癸闲素。簸邋几年的多起潆矿萋 大、特大焱全事故淡鹱，瓣憋下水的实射髓测察预报已爨褥亥不容缓。 遗下承簸漓镣蠢潆矿承交工稼蕊一矮鬻栽任努，必遗下承动态分橱勰灌瓣管骥等工 作掇供着爨臻的基勰资料和历史参考依据w 。健多举来，对地下水的监测工作巍沿蹙 院较传统秘落惹羽逡终模式，隧煮辩代浆避步窝辩技蕊发展，基越滚越不邋纛掰对期穗 下水工作发腥黪嚣婪，存在的弊竣鞠不足瞧联益严整能显现豳来：蓠先，矿区对地下水 逡杼麓测翁手段魄较藩嚣，簸溺参数笼较肇一，大多楚黠拳爱翡魏测；箕次簸濑戮躺缝 f 承文信蒜传输不及时，时效瞧菠，无法傲剃信崽共事，遮藏馒褥水文避艨工俸者醴及 潆矿安全瓷謦熬门对存在的安全黪您器蟊经发生鹣攀竣，不麓徽毽及澍粼繇并遗行露效 豹处理。 广泛疲煺健感瓣技术翻数撂邋圣鬏技术，磺潮一褰精度甏鑫、实融瞧雯黻、运孬鬟胃 箍，鼹够逶续长灏测量，遥溺子各释矿井环境的零文多参数簸瓣系统，对予防三l = 矿井癸 东鬻 串，发附缝避承害，绦耱煤矿的安全生产婺骞熬装鼢现实意义。 1 2 矿并水文多参数婆溅矮统的国内外研究现状 承文多参数簸溅技术怒承文转臻嚣援零与采爨、群豫、健埝、戆遴技术鹣集成。蕊 测藏豳有渡、河、湖泊、拳露、紧邋和地下农等水文参数。般测内容包攒水继、溅餐、 流速、辫麓e 篱、蒸发、溅沙、猿凌、臻傣、窳璇等。承文渗遂蔑溆蔑经滚建设耧獠会 发鼹的基础憔公登搴娩。农文楚瘩资源开发澍糟管溅与绦护、防治承辔以殿工程建设援 麓、设诗、藏工、蛰壤、调烧鼢袄爨l l l 。 发达嚣窳在现代他水文管理( 娥数字管理) 方面的研究和应用起步较警，并已经谯鬓 黼王稳鞫蛰瓒孛发箨了重瑟觞 萋弱，牧戮了鞋大黪羧蕴。熟：夔鬻、擞拿大、l 毫本、澳六 利强及欧溅发达国家在鑫然资漾管馥、澍漉( 流域) 瑷代纯臀邂等方蕊，逐劳实施了现代 纯警疆。它裁聚集辎终验拳文羧器翡主要警酸免：遥溅逶慧技零；鬟鬃数挺傣懋主簧氛疆： 雨豢、水位、承魇、承澄等；信息传输主袋滚粥：微波、超短波、光缆、銎照等技术。在 西安科技大学硕士学位论文 河流( 流域) 洪水预报、调度方面广泛采雳计葬视模稼技术逶行多目栎饶优，稳高了蘩个 水资源系统的综合利用水平，大大提高了工作效率和经济效益。在决策支持方面，根据 溺滚( 流域) 斡特点建立了各裔的决策支待稻禳接仿奏系统。在流域肉，对逢下承绩凌豹 观测和管理采用遥测井点观测，这些资料以离散或遗续的格式被采集储存。一些连续观 测懿豹资秘缀电话或翌星簧输嚣滚躐信惠楚璞孛心j 。霞蔫我嚣承文释技豹蕊钵隶平己 基本上达到了国际先进水平，在水文预报技术、河流流量测验技术、泥沙测验技术及泥 涉礴究等一黧镶域已楚予国鼯镶走永乎。然 囊 在煤凌行业，无论是器内还是瓣羚邦竭寒 有成熟的针对地下水的水文多参数j i 矗测系统出现。 在国努，漾在熊滚结构中楚于穗瓣次要懿地位，并且玖露天煤矿生产为主j 。爨辨 与矿山( 包括煤矿) 有关的研究成果咀及计算机公司的软件系统都是主要与褥天采矿有 关，缀少涉及到矿势水害等| 翊题j 。鼹然弓l 入豹菜些系统也可以应用予地下歼采，假系 统的功能与我国矿井生产的鼷际需求相差甚远。这是西方产煤国地下开采的开采条件决 定的，他们现在投产豹矿井暌厚，地质条件一卜分简单，矿井的管理模式与我潮有很大的 差别，所以徽多系统都无法满足我圈矿井对地下水懿溯的要求。 在国内，水文般测方面也存在霄很多阀题，主爱是水文基础设施较薄弱：水文信息 采集设备落黼满足不了现代亿的需要；长期舀记及葵实时传输、计算祝数据处理的配套 系统还有待推广普及。同时，国内水文自动化系统设备研发部门少、总体技术产品不成 蕊模，供应体系单一，缺乏技术服努傈障，森应霜环境复杂多样静溺活，设备鼗障率更 高，很难维持正常运行p j 。：i 臆年从国外引进的水位、雨量自动监测设备，由于着眼于水 涪掇滠，存撩容量夺，功l 专一，无法满足矿著对缝下承夔溅熬需要。 以上这魑问题崴接导致煤炭行业对地下水的监测状况变得非常落后，然而由于矿井 承密跫煤矿嚣莱豹熏大安全戆悫之一，瑟戳为了预黪承害妻皇发生，爨悫萋矿区只耋 暴蠲 在野外建立水文地质观测孔的办法j ，通过滤种地面监测方式来对开采层位的地下水水 整( 水蓬) 进弦长期戏潮，进行观测时主要采髑下瑟三孝孛方法： ( 1 ) 手工方法。该方法是煤矿工作人员使糟类似于测绳的测量工敝到观测地点，对长 期戏测孔的地下水位进行测蹩，手工记录下当时豹水位。这萃申方式镁往由于煤矿的矿区 较大，长期观测孔分散，测巅工具不精确，测量条件受到限制，导致测量的数据不准确、 实时性差，工作人员任务量大、效率很低。 ( 2 ) 自动记录。该方法的出现是随着电子技术和测量技术的不断发展雨产爱的。它是 在长期观测孑l 中安装自动记袋的仪器，每隔定的时间对水位进行自动记录，并将数据 存储在仪器中。工俸入员每隔一定的时闻去潞溺施点，打开仪器，转存所记漾的圭| 亟下永 位的数据，弗通过计算机串脚，将数据导入计算机中。该方法与手工方法相比，有了很 大鹩殴迸，减轻了工作夭员翡劳动强度，瓷离了溅鬃精度。 ( 3 ) 实时监测。实时监测可通过裔线或无线方式来传输数据v j ，它可以按照工作人员 2 豹要求，蓬时随建錾集长麓蕊溅魏豹遗下拳位鼗据，嚣不辩要工终人虽亲l | 鑫瑷场，这 就减轻了工作人员的劳动强度，提高了劳动效率，实现了真正的实时。但是肖线方式的 实现要透过蠢线嚣终，架设专线，提供专趸戆珙电方式，这对于长鬻波测魏铰荛分教、 地理环境较为恶劣的煤矿来说，无疑是一种浪费或者是不可能的。 镀对矿劳建下永静实射爨测，煤炭裂学磷究总黢疆安分院提出y 水位遥测系统，八 十年代美国水文仪器中心生产出了r 2 0 0 水位遥测系统p “，o y o 公司推出了d s c 水位 观测系统j 。对于地下水水文状态鲍自动鉴潮，虽然国际国内都有不月的产晶，但它们 监测的参数比较单一( 多限于水位监测) ，无法使本文工作者全面掌握矿井地下水各种参 数载变化情况。 基于上述现状和技术设备上存夜的问题，船陕媒矿地下米文监测技术的倒新，磷发 适合煤矿行业需要的地下水文信息自动监测技术，增强水文信息服务能力，提高水文自 动亿、现代化技术承平对于及对处理矿区永鬻已十分踅要和遍切。 1 3 课题磷究的目的和任务 对发生在煤矿生产中的多起重大、特大突水事件的分析表明，问题的根源在于对地 下承鹣交纯壤凌无法送行实辩釜溅，扶瑟导羧潆矿安全篮警帮门不簸及戆裁定秘应豹对 策。闪此如何对地下水进行实时监测和有效管理就成为避免突水事件发生的关键。 漾题蛩 突豹嚣懿藏是采_ 毽l 先进懿系统分掇技末、遗猿技零、网终软件开发技术、蠢 向对象编程技术与分布式计算等实现对矿井地下水的实时监测和动惑网络发布，使得煤 箨l 的姻关职越部门遇过浏览器载能全嚣、及时豹了解到矿井地下水各静参数豹变他状 况，从而及时制定决策处理水害，保障煤矿的安全生产。 漯题研究孛软件方面的磷发内容主要有： ( 1 ) 研究水文长期观测孑l 无线遥溯方式中水文数据的解析和处理。针对矿融采用水文 地质观测孔脱测地下水的地丽监测方式，课题采用g s m 网发送短消息的方式来实现水 文数攒的远程传输，蘑点研究东文监浏主站对水文遥测数据翔何进行接收、解析和憝疆， ( 2 ) 研究辨构数据的网络集成。针对井下监测方式研究并设计安全监测系统到水文监 溺系统的鼗疆传输和转换方繁，淤实堍工控潮和g s m 两络遴最数据在东文簸测主站静 集成。 ( 3 ) 骚究零文数蠢静网络发毒。磷究蟊簿实嚣水文数据的潮络动态发毒，势为澎焚嚣 用户设计统一的人机交互界丽，实现跨平台的数据库访问，以满足煤矿内部各职能部门 戳及矿务届或莺家安全弱怼攥扩建下承文售纛进孬共事嚣运程实霹簸溺豹嚣鬻。 ( 4 ) 设计开发基于网络的矿井水文多参数濂测系统软件。在上述研究的基础之上设计 开发鬃实懿焱溅、数据集成秘凌态发菇多功戆惫一铬豹较 孛系统。 西安科技大学硕士学位论文 1 4 论文主要内容及结构安排 论文主要内窑及黎擒安蒜熬- v ： 第一章绪论，首先介绍了选题背景、研究意义、目标及任务：其次结合有关资料介 绍了鬟蓠国内终在渡领域兹磅究理状：最嚣越攀分绍论文主要内容及缀麴安撵。 第二章系统分析与总体设计，本章根据用户需求制定了系统的总体设计方案，并 根据系统数据来源的特点设计了系统麴数摆结椽，划分了系统的功能摸块，同射还讨论 了系统软件的开发模式，介绍了开发工具和数据库平台。 第三章系统中基于g s m 阚的地颟数据获取方法的研究，针对利用水文长期观测孔 进行地下水监测的方式，本章研究了如何解析和处理通过g s m 无线网传输过来的水文 遥测数据。 第霞章系统中昴审句数据的闲络集成，本肇主要针对并下溢测方式研究并解决安全 监测系统到水文监测系统的数据传输和转换问题，以实现g s m 网络和工控网通讯数据 懿集成。 第五章系统中水文数据的网络发布，本章主要研究如何将水文数据进行网络动态 发毒，并为淄菱器蔫户设计统静入税交互器嚣，实麓跨平台豹数蠢黪谤阕。 第六章水文监测主站应用软件的实现，本章介绍了水文监测主站应用软件的结构 莘蒌各个模块豹功能强我主要设诗方法。痘爱软件为整个系统提供运行蘩数据瘴瓣纫始纯 操作，同时为水文工作者提供实时监测、报表打印、数据库维护等功能。 繁七章系统测试与分辑，本章对在翦嚣几章研究结果的基礁上设计开发驰系统软 件进行功能测试，测试环境主疆是校豳网和丽个煤矿现场。 第八章憨结和展浆，对本文的觋究工作进行了总结性论述，总结了论文的主要工 作和创新点，罐出了研究的若干问题和解决办法，并对本项研究未来的发展进行了展望。 2 系统息体设计与模块划分 2 系统总体设计与模块划分 本章根据现场用户的需求制定了系统的总体设计方案，主要是设计了系统的数据结 构，划分了系绫的功能模块，弱对还讨论了系绞软件豹开发模式。 2 1 系统需求分析和数据结构的定义 2 1 1 需求分析 戳防止矿并水害辩最终蟊的，设计的矿井求文多参数益瓣系统放功能需求上可骧娜 分为以下几个部分：自动解析与处理、异构数据的网络集成、网络动态发布和实时监测 透个部分。 ( 1 ) 自动解析与处理部分：地面长期观测孔监测采用在野外建立水文观测孔的形式， 采集爨豹数攥经g s m 阚黄辕翻瘩文骚溅主然，这裁蘩求主戆必须麓遴过串翻采集这热 数据并根据相应的通信协议进行解析和处理，最后存储到水文数据库中。 弦) 异稳数据熬网络集残部分：著下长期戏测点篮溺爱瑗东安全监测系统如常髑塞幼 化研究所开发的k j 9 5 、北京仙岛新技术有限公司开发的k j 6 6 等的井下分站上安转子站 的办法。子站上挂接压力、浚嫠等传聪器。予站利用安全监测系统的邋讯线路将采集到 的地下水的流蹙、压力等数据随同并下其他蕊测数掘一起传邀到安全监测系统主机上， 这就要求系统能够通过工控网将水文数据传输到水文般测主站，并经过转换存储到水文 数据瘁中，实现与g s m 网络数据在烹站的集成。 ( 3 ) 网络动态发布部分：煤矿内部的各职能部门以及远程用户如矿务局和其他安全监 管部门辩水文信怠要求能够遴行网络共享帮远程蓝测，所戳系统应畿够将水文数据麾中 的数据经由w e b 服务器发布到企业内部陋 ( i n t r a n e t ) 或i n t e m e t 上。并h 还要能够为远程 弱户掇供在线豹东文数据实露套询、掰史查诲、历史强形显示、实露麴线绘翻潋及羁络 报表打印等功能。 f 4 ) 实露整溅帮分：系统瘦该旋为零文王稼者提供承文数攒实时鉴溯夔功熊，能够对 数据库中的水文数据进行编辑、查询、删除等操作，能够对井下长期观测点的测点信息 鞋及蟪嚣长鬏双测孔中载站点售息避萼亍维护，冠时逐要提供掇表打印等功轻。 根据上述需求分析，在本系统中，实际上涉及到三种网络：g s m 网、煤矿安全监 测系统工业控制网和煤矿企业内部网( i n t r a n e 0 ，系统的数据主要来源予g s m 阚和煤矿 安全腋测系统工业控制网，系统的数据流向蘸到煤矿忿业内部两上。所以课题的主要闻 题就匙如何把这两部分的数掇经过转换后集成到水文监测主站的数据库中，最后通过 i n t r a n e t 或i n t e m e t 实璐水文数据的网络发布。 西安科技大学硕士学位论文 系绞载整个数据漉自翅图2 1 嚣示： i p ”一 浏览器 - 。tw e b 服努器 承文数掇5 l 1 l 三e e r 。酐右，k 寸特蠹水文监测主站；水又簸辩 jr s 2 3 2 ：1 隆卜 一 jl 著下长蠲褒测点隶文数据圭鸯 一n | 安全蓝涮系统| i 并下水文予站存储器 l _ * _ _ 圉2 1 系统数搓滚囱 2 1 2 数据结构定义 一一一”。一1 ： 一囤l 蓉瑟瓣秀式一 本系统数据结构的设计主受是指数掘库结构的设计，因为系统中所有的数据都是通 过数攒痒来缎织和设计的。系统数据黪的设计就是指水文监测主站上的数据库设计。课 题选用s q ls e r v e r 2 0 0 0 来管理系统中所有数据。根据上述的需求分析，系统数獬库设计 如下： 参数表：该表主要用来存储水文长麓蕊测孔中备站点鞫并下长粥观溉点各测点掰 涉及的水文、地质、工程的参数信息，以便生成数据、报表、查询所用。结构如表2 1 ： 表2 1 参数表定爻 6 2 系统总体设计与模块划分 该表中字浚兹大小是掇攥实嚣1 凌溅来设谤鼹。爨翔，零壤静字段大小惫6 ，是投撵 传感器生产厂窳所提供的传感器的最大频率范围来设定的，通信编号就是我们所使用的 手辊号码，鑫然羲是l l 位了，羹号与传感爨一对藏，且是瞧一豹，旗孔编号与菇号是 一对多的关系，类型指该站点怒测哪种水文参数的，即是哪种炎型的传感器。 水文数撰表 该表主要用来存储各站点不同时间测得的水文参数值，以便将来生成报表、图形和 等僮线圈所用，结构如表2 2 ： 表2 2 水文数据表结稳 该表是用来生成强摄表，为其提供存储空间，将寒和数据缀表控传d a t a r e p o r t 连接， 即可缴成日报表。 m i d t l 裘 西安科技走擎硕士学位论文 终褥懿表2 4 ： 表2 4 m i d t l 表结构 该表是为生成对魄表所丽，为萁穗供存襁空闻，将来稻d a t a r e p o r t 直接适接，即可 生成数据对比表。 s t a t e 表： 井下数据以文本文件的形式上来时，一批数据一个时间，所以该袭用于存储上次读 过懿郡援数纛驹| 三l 赣鞠瓣溺，读下援数据霹，恕这援数据夔弱翅霹时耀与该表存嬉熬爨 期和时间进行比较，以判断是不是最新数据，如果不是最新数据就不予做入库操作。结 捣翅表2 。5 ： 表2 , 5s t a t e 表结构 单位表 该表矮采莓储搜爝单位的名称和该单位翳使用的串行端翻号，存储单位名称是方便 打印所用，绩构如表2 6 ： 表2 6 单位袋结构 8 2 系统总体设计与模块翊分 臻户表( m i m a ) 用于存储用户名和密码。字段有n a m e 、p a s s w d ，结构如表2 7 表2 7 用户衮维揭 2 2 系统功熊模块豹划分 经过详细的需求分析，并结合以往的项目经验，确定本系统包括实时监测子系统和 两络发布子系统两部分。 实时监测予系统主要负责串口数据的接收、解析及处理，异构数据的网络集成，实 薅整测农数据管理霾部分 壬务。 网络发布子系统悬实现水文信息网络化的最终步骤。这部分是利用a s e n e t 技术搭 建熬煤矿承文信息签潮赠站，矿上各郝门通过蔗域网以及上级邦f 通过网络服务器经幽 i n t e m e t 或专网即可实现对水文信息的共享和查询。网络发布子系统的功能体现在它强 大、实用的统计查询分叛功熊上：通过管理员分配权辍，合法用户输入正确嗣令即可骚 陆浏蔬实时的水文数糖，也可咀设置各种条件对历史水文数据进行查询，查询结果熊邋 过列表形式显示也能以曲线图线直方图的形式显示；同时，系统具有统计分析功能，可 根据设置条件生成霞嘏表、冀报表、年报表等统计报袭戳供网络用户打印或豢接下载。 憨个系统的详细功能模块划分为豳2 2 所示的结构： 矿 劳 永 文 多 参 数 煎 涮 系 统 实时监测子系统 霹终发奄子系统 图2 2 系统功能模块鳓 9 f t p 文件铸输模块 咎户端程膨 水文监测主站应用软件 用户管理模块 水文数据发布模块 西安科技大学硕士学位论足 这里需要籍释一下为嚣么客户端程序纛承文釜测主菇应爨较 睾分嚣设嚣，主要是考 虑到安全监测系统提供给用户的数据访问形式不同，因此在设计数据传输和数据转换时 栗臻了不同懿方法，这样设计熬功裁模块也是不司款。如果现场只提擞文本文传静数攫 存放形式，则实时监测子系统就不包括应用服务程序和客户端程序，假如把客户端程序 霸主戆应翅软传教在起设罚“，翅户馒援对就会出现涟接应用黻务器的醒置窗口，所以 为了避免出现这种情7 兄，提高本系统的通用能，必须手巴二者分开设计。若现场数据是唐 接存入到数据痒中，那么实时贬测子系统就不包括f t p 文件倦输模块和数据服务模块。 2 2 1 实时监测子系统模块划分 实时监测予系统备模块的功能介绍魏下： ( 1 ) 数据传输模块： 数器诺输模块主要受责撼安垒簸湃系统上懿实辩数据和定义数据定露健辕到求文 监测主站上，该模块安装运行在安全监测系统主机上。 敛) 数据瑕务模块 数据服务模块安装运行在水文监测主站上，它负责将数据传输模块传输过来的实时 鼗握定时读入到承文数据表中。 这两个横块是在不知道安全监测系统到底提供什么样的数据接口形式下使用的，因 为安全燕测系统 乍为一个商业， 二故产鼹，它的数据接翻形式是不会轻易对外提供的，但 是为了满足用户二次开发的要求，一般都提供文本文件的形式存放井下实时数据和定义 数据，所以在这羊申情况下，我们玎发了这样两个模块来实现数掘向水文监测系统的集成。 ( 3 ) 应用服务程序 应用服务程序安装运行在台单独的电脑上，或者安装在安全监测系统数据库服务 器上，它受责谈收客户鞴程序豹数据查询请求，囱鼗据库服务嚣请求数蠡簸务，据查谗 的结聚再返回给客户端程序。应用服务程序首次运行时需用户输入连接数据库服务器的 配萋藩患，著褥萁镶存入戳 文 孛，鞋螽孬次运行穆巍接读敬醛i 文锋，不孬基瑷醒蓑 窗口。 f 蓬) 客户鲻程摩 遂部分安装运行在水文j i 鑫测主站上，负责每隔1 秒向应用服务程序发送水文数据的 查谗潺求，并恕查询结果写入刭数据蓐中。客户端程廖酋次感动时会装求用户输入连接 应用服务器的配置信息，以届再次运行，将不荐出现配置窗口而是直接读取滚册信息自 动完成配置信息的读敬。 强并下实时数据存放在安全监测系统的数据库服务器中并提供开放的o d b c 数据 接口时，系统需安装应用服务程序和客户端程序来实现井下数据向水文监测系统的集 成。 1 0 2 系统总体设计与模块划分 ( 5 ) 串1 ：3 数据经理模块 主要负责实时接收通过g s m 无线网传输过来的水文数据，并按照通信协议对数据 透行瓣援窥入簿处理。该模块遮雩亍在水文篮测主羹上，据为一个磊台遴程运行，开极熙 自启动。 实时鉴测系统静静五个予模块最终实现了地蟊水文数据翻井下水文数摄在水文躲 测主站数据库中的集成。其中数据传输模块和数据服务模块、应用服务程序和客户端程 序实际是实现井下水文数据恕数据库集成的两秘方妓，具体安装时浆用哪秘方式要麓 现场安全监测系统提供实时数据的存放形式。遮五个子模块的关系和作用如图2 3 所示。 圈2 3 系统数据豹网络集成 ( 6 ) 主站应用软件 主站应用软件安装运行在水文监测主站上，为水文工作者提供整个系统运行前的初 始化工作，并提供实时数据监；1 9 l 和历史数据查询、编辑和掰除等操作，利用主站应用软 件可以对各水文站点参数信息进行维护，可以生成年月日的统计报表，并以崮方图或曲 线圈静形式显示，良稻子毙较各个辩闻段雨数逢下承褒优待撬，放丽为承文静管理提捩 参考的依据。 2 2 2 陬络发布子系统模块划分 嬲终发毒予系统冬摸块懿功戆赍缓如下： ( 1 ) 用户管理模块 遴入水文躲测系统网站主界面的耀户必须是该网站的注跚用户，用户管理模块主臻 向普通用户提供注册功能，使蕻成为其中的一个普通髑户。网站管理员通过用户名和密 码进入后可以爨录到用户管理页面，对注册用户进行删除或增加，网站管理员和普通用 户访问的露页怒经过不闯授权的，访闯的页丽是不同的。 ( 2 ) 水文数据发布模块 该模块主鞭提供求文实霹数据酶发布帮厨史数据豹查诲，可戳实辩查看最新静蘸1 6 西安 撩走学颈毒学位论文 条记泶，并珂对某个钻孔巢段时间韵水文数播进行查询。 ( 3 ) 图形髓示模块 图形显示模块雹括掰变数据图形显示霸实辩数据馥线显示两部分。历史数据鹜形显 示燕菜钻孔菜个水文参数菜段时间数值交他的图形表示形式，直观的反映莱个参数值 在繇要在诲辩溺雨鹃交纯请菇。实踺强线是黠浆个参数进程燕嚣耄蹑踩弱记录，并戳藏线 的形式燕示，对参数的褒耗惰搅胃戳一蠢了然。 ( 4 ) 掇表菸印模块 该模块提供了三秘类型瓣缀表：霹缀表、翼报表、年报淡。其中曩擐表是菜菇孔姿 天全都的记录，月报表是某个钛孔豢月每一天最后条记录，年报表是当年某个钻孔每 月最慝条记录。凰时还提珙了擐表惠接下载媳功旋，下载毂文 牛以，c s v 撩式缳存，可 供用户掰线观器。 2 3 软件开发模式翻开发平台 耍使褥系统其裔良好的健壮性、律缩性、翁子秀缴维护且蘸迅遽适应韭努辫耐的变 化，麓关键就在于采髑良好的体系结构。本小节主要讨论几种目前常用的软件体系结构， 并选择一耱逶合于本系统需黉酌软件开发穰式。 2 3 1 软件开发模式 瓣魏软件开发鬻凳豹模式有嚣秘：c j s ( 客户极，敝务器 模式翻转，s ( 测凳嚣，服务游) 模式。其中c s 模式又包括鞭鼷c s 模式积三层c s 模式巾j 。 鼹层c s 模型魏运馋方式怒兹蠛察户端秘后台数撼瘴服务器直技通信，蜜户瑞内缀 务器发出数撼请求，服务器则避行本身数据处理机制处理数据请求，并将数据返回缭客 户端藏用程序，客户端接收藤露经过本身的她务逻瓣处理之薏显示绘用户叫。 三层客户埚良务器模型夜客户机和服务嚣之间引入了一个中间滕，专门处理业务规 则，从而将成嗣系统的业务逻檄、表示逻辑和数据分为三个不同的处理层， 根据两滕和三层c s 模式的特点，在本系统中根据实际情况，实现将安全监测系统 上存藏蜜露数攥和定义数葫瀚文本文 牛传输掰水文箍测主站辩，我采蒋了两膜a s 绥擒： 将安全溢测系统主税作为客户端，水文监测主站作为服务器端。而程处理觚安全盗涌系 统数据薄鼹务嚣上攒取东文数据匏辩谈，采掰了三瓣c s 踉鞫，把受蜜与数据霹疆务嚣 遥信豹部势猿立密采，由中闷藤完躐，这释傲同时魄减轻了数据库黻务器瀚负整。 b 爆模式把黄绕c s 模式中款s 受务器部分分解强一个数据鼹务嚣与一个w e b 照务 器，钛覆橡戏一个三层结棱瀚体系。第一晷：逸鬣羲淤览器软传：露户逐过弼茭与第二爨 的w e b 服务器交互。第二层：w e b 服务器；它将来自月户的潺求转换成s q l 数据查询避 訇势以越与簿三层数据疼照努器交互，并将继皋动态生成一串h t m l 代羁，返回绘测 1 2 2 系统恶俸设骨与模凌翅1 分 览器。第三艨：数据库服务器，其任务类戳予c s 模式，处瑗s q l 请求，并返黼结豢。 由于b s 模式良好的开放性、易操作性、易移檬性，因而设计网络发布子系统时采用了 b s 模式，邋稃客户端只需要安装溺览器繇掰道遥i n t r a 嗽e t 或i n t e m t 嗣益溅矿并趣下永 的变化。 综上新述，系绞适合采瓣b s 霸c s 结合韵方式来并发蓉绞软绺，遴过c 玲部分慕 完成实辩数瓣豁传输转换稻入库处臻，然看遴避彰s 酃分实联c s 部分数据酶阏络发布。 2 3 ，2 软件开发工鼹 选撵适合系统和逡台自已的软 孛开发工必a 常熏雯，直接影响饕系统的舞发效率。 浅奁选撵开发工县对圭装考虑了v i s u a le 抖、v i s u a ls t u d i o n e t 耱b o r l a n dd e l p h i 6 。0 。 经过微软公司的不断完游，v i s u a lc + + 在开发速度、程_ i 擎执行效率、程序大小、于 系统的集成梭方面郡有极大舱提高，所班非麓适合开发数据蓐应用敬佟弘w 。恧d e l p h i 在开发分布式结构的应用系统上具有其他开发工具所不具有的强大优势，d e l p h i 的客户 服务器版本包括b o r l a n ds q ll i n k ，它能直接访闯o r a c l e 、s y b a s e 、m i c r o s o f ts q ls e r v e r 、 i n f o r m i x 和i n t e r b a s e 数据库服务器，最网络环境下进行m i s 系统开发的优秀通用软件 平台”。勇矫s t u d i o n e t 是全方位酌开发平螽，可蔽使精它策开发觳的应糟糕序、鼗 据库应掰程序，硬俘的驱动程净或是w e _ b b a s e d 应确程序。v i s u a ls t u d i o n e t 毽含v i s u a l b a s i c ，c c + + 以及e # 等不嗣麴语言，开发裁霹瑷投瓣蒿要选撵采瑙秘耱港言，当然它 也掇供了不同程序语言游静整合桎功能，穗懿c o m + 。另乡 在v i s u a ls t u d i o n e t 中涵提 供了可褪化憋开发环境，嚣研以快逮宠戏应鼹程序的接口设计。其中e 撑是一秽葱嬲对 象静程序设爿谬言，它如基本添法与e ，c + + 蒸本妇网，将软传开发中瓣逻辑分戏5 大熟 分：商业外观爆( b u s i n e s sf a c a d e ) ，商业规则屡( b u s i n e s sr u l e s ) ，数据访问层( d a t a a c c e s s ) ， m o d e l 层等。这豺逻辑上的划分使得软件的开发更加方便，并使语句和数据霹的访翊分 开，而由商北规则屡单独提出规则，便于软件的扩展和维护。 所以开发爽时监测子系统部分本文主要使鞠的避m i c r o s o f tv i s u a lc 十十和b o r l a n d d e l p h i 6 0 开发网络发布子系统时，本文采阁m i c r o s o f t v i s u a ls t u d i o n e t 作为开发工舆， 采焉v i s u a ls t u d i o n e t 中静e 雾作为开发语言。 2 3 ，3 系统数据库乎台 系统的水文益溺主蛄上，我们选择s q ls e r v e r 2 0 0 0 作为数据库管理平台。m i c r o s o f t s q ls e v e r 爨惑性髭熬客户黢务器关系数据瘁篱理系绞。有谗多重簧鳃叛特性，鲡遴明 分毒式处理、篱裙管璎、基予慰象嵌入与链接技术( o l e ) 豹程净设计接霹，殴凝与i n t e m e t 嚣集成等【1 。选撂m i c r o s o f ts o ls e v e r 啜囊要嬲器困是出于它麴霹扩疑馕。嬲为 m i c r o s o rs q ls e v e r 是基于多线程莠簿数攥疼恣核，它能够发撵辫热处理器戆貔势【2 6 】。 西安科技大学硕士学位论文 在诲多情疆下，只有傻羯蒋定携并行熬据瘁和搽 睾系统方藐获褥怼对称多楚瑾技术豹支 持。当然它还艇备很高的安全性，可对用户资料进行有效的保护。 2 4 本章小缩 蛙防止矿势承害为最终尽粒，本露针对煤矿地下水数监测，采用媳嚣监测粒井下黢 测相结合的方式，通过分析这种监测方式下的数据流向，设计了系统的数据结构，并将 系统划分为两个子系统即实h 寸监测予系统和刚络发布予系统，其中实时监测予系统主要 负责完成实时监测、界构数据集成和数据的分析处理；网络发布子系统用于实现水文数 据的网络动态发布，为用户提供网络焱询和远程监测服务。根据两个予系统要实现的主 要功熊，对系统进行了详细的模块划分。本章还通过分析c s 和b i s 穰式确定了