（计算机应用技术专业论文）基于无线传输的建筑工程监理系统的设计与实现.pdf

中文摘要 根据国家有关规定，对于国家重点建筑工程、大中型公用事业工程、项目投 资在3 0 0 0 万以上的项目必须实施强制性监理。在目前，我国大中型施工骨干企 业都已经建立了计算站，有的更是建立了局部网络，但是，这些系统主要是基于 有基础设施的固定场所。对于施工现场，由于建筑业生产活动所固有的分散、地 点频繁变动等特点，特别是在施工现场通常没有网络基础设施，使得施工现场的 各种数据不能及时、有效地传入现有的各种管理信息系统。 无线网络自身的特点可以弥补现有建筑监控系统中的不足。因此，本文针对 基于无线传输的建筑工程监理系统进行了设计与实现。针对现有监理系统搭建费 时，移动不便的问题，将系统设计为以消息处理服务器为中心的网络结构，同时 通过设计移动设备接口，实现前端采集设备的可移动。在实时监控问题上采用了 目前流行的流媒体技术，使得数据随时采集随时传输，保证了监理人员对施工情 况的同步掌握。根据业务的实际需求，将系统设计为两大系统和四个模块，本系 统还根据监控和管理查询两大子系统的不同特点，设计了b s 和c s 混合的系 统实现，保证了系统运行的稳定性和安全性。为了实现系统各个终端子系统与监 控中心的无缝连接，设计实现了2 6 个消息类，所有终端子系统通过发送消息到 消息服务器就可以建立相互之间的通信，从而使系统快速搭建成为了可能。采用 了无线终端采集设备，实现与i n t e m e t 的互联，避免了物理线路的架接，降低了 成本，缩短了系统的建设周期。 通过本系统，监理单位可以建立一个不受施工地域限制的施工监理中心。从 而提高监理的信息化水平，丰富了监理的手段。 关键词：工程监控，无线局域网，j l v i f a bs t r a c t a c c o r d i n gt os t a t er e g u l a t i o n s ，t h en a t i o n a lk e yc o n s t r u c t i o np r o j e c t s ，l a r g ea n d m e d i u m - s i z e dp u b l i cu t i l i t yp r o j e c t s ，m o r et h a n3 0m i l l i o ni n v e s t m e n th a st ob e m a n d a t o r ys u p e r v i s i o n a tt h em o m c n t , t h el a r g ea n dm e d i u m - s i z e d c o n s t r u c t i o n e n t e r p r i s e si nc h i n ah a v ee s t a b l i s h e dc a l c u l a t e ds t a t i o n s ，a n ds o m ee v e ns e tu pal o c a l n e t w o r k , b u tt h e s es y s t e m sp r i m a r i l yb a s e do nt h ei n f r a s t r u c t u r ei naf l x e dl o c a t i o n b e c a u s et h ec o n s t r u c t i o ni n d u s t r yp r o d u c t i o na c t i v i t i e sa r es c a t t e r e d ，t h ew o r k i n gs i t e s a r ef r e q u e n t l yc h a n g e d e s p e c i a l l y , t h e r eu s u a l l ya r en o tt h en e t w o r ki n f r a s t r u c t u r e sa t t h ec o n s t r u c t i o ns i t e i tm a d ed a t an o tt ot r a n s m i tt i m e l yi n t ot h ev a r i o u se x i s t i n g m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e m s 。 w i r e l e s sn e t w o r k sc a l lm a k eu pf o rt h ed e f i c i e n c i e so ft h ee x i s t i n ga r c h i t e c t u r a l m o n i t o r i n gs y s t e m s ot h i sp a p e rd e s i g na n da c h i e v eac o n s t r u c t i o ns u p e r v i s i o n s y s t e m b a s e do nt h ew i r e l e s st r a n s m i s s i o n t a k i n gi n t oa c c o u n tm a n a g e m e n ts y s t e mi s b u i l d i n gt i m e - c o n s u m i n ga n di n c o n v e n i e n tm o b i l e ，w ed e s i g nm e s s a g eh a n d l i n g s e r v e ra ss y s t e mc e n t e r , t h r o u g hd e s i g nm o b i l ee q u i p m e n ti n t e r f a c et oa c h i e v et h e m o b i l eo ft h ef o r e f r o n te q u i p m e n t a b o u tr e a l - t i m em o n i t o rp r o b l e m sw eu s e s t r e a m i n gm e d i at e c h n o l o g y , d a t ac a nb et r a n s m i ta ta n yt i m e ，i te n s u r es u p e r v i s o rt o s y n c h r o n o u s l ym a s t e rt h e b u i l di n f o r m a t i o n a c c o r d i n gt ot h ea c t u a lb u s i n e s s r e q u i r e m e n t s ，s y s t e mi sd e s i g n e dt w os u b s y s t e m sa n df o u rm o d u l e s t oe n s u r et h e s y s t e m ss t a b i l i t ya n ds e c u r i t y , w ed e s i g nb sa n dc sh y b r i ds y s t e mf o r t h e d i f f e r e n c eo fm o n i t o r i n ga n dm a n a g e m e n t i n q u i r i e ss u b s y s t e m s t oa c h i e v et h e s e a m l e s sc o n n e c t i o no fa l lt e r m i n a ls u b s y s t e ma n ds y s t e mh a n d l i n gc e n t e r , w ed e s i g n 2 6m e s s a g ec a t e g o r i e s a l lt h et e r m i n a ls u b s y s t e mc a nb ee s t a b l i s h e dc o m m u n i c a t i o n s b e t w e e ne a c ho t h e rt h r o u g hs e n dm e s s a g e st os e r v e r , s ot h es y s t e mc a nb eb u i l di na s h o r tt i m e t ou s ew i r e l e s st e r m i n a l sa sa c q u i s i t i o ne q u i p m e n tt or e a l i z ec o n n e c tw i t h t h ei n t e m e t , i tc a na v o i dt h ep h y s i c a ll i n ec o n s t r u c ts or e d u c ec o s ta n dt h e c o n s t r u c t i o np e r i o d t h r o u g ht h i ss y s t e m ，c o n s t r u c t i o ns u p e r v i s i o ne n t e r p r i s e s c a l le s t a b l i s ha s u p e r v i s i o na n dg u i d a n c ec e n t e rw i t h o u tg e o g r a p h i c a lc o n s t r a i n t ss or a i s es u p e r v i s i n g l e v e la n de n r i c hs u p e r v i s i n gm e a n s k e yw o r d s ：c o n s t r u c t i o ns u p e r v i s i o n , w l a n ，j m f 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得墨生态茎或其他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。 学位论文作者签名： 宁凯 签字日期：2 刁年多月7 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤鲞盘鲎有关保留、使用学位论文的规定。 l 特授权苤洼盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：宁凯 签字日期：亏年3 月 f 日 导师签名：豸形乙新司 签字日期。哆年多月 第一章绪论 1 1 选题背景和研究意义 第一章绪论 我国的建筑业是劳动密集型产业，其技术水平比较落后，依赖于大量低成本 的工人来实现施工，施工过程与相关的自动化水平、信息化水平不高。根据国家 统计局的数据，我国在2 0 0 3 年的人均g d p 达到了1 0 0 0 美元，而按照发达国家 的发展经验，一个国家的人均g d p 如果达到1 0 0 0 美元，其人力资源的比较成本 将开始提高。随着经济的进一步发展，人力资源的比较成本将不再具有优势。因 此，建筑业不能依赖于大量的低人力成本工人来实现长期的产业发展，必须依赖 于产业的技术进步，实现信息化。而信息化也是实现产业跨越式发展的必由之路。 对于建筑施工这类传统产业，需要在大量的施工现场环节上通过信息化提高施工 效率与施工质量。 随着改革开放的不断深入和发展，与世界逐渐地接轨，对于各个行业的产品 质量要求不断提高。建筑工程作为基础产业，直接关系着人民的日常生活，其工 程质量对社会的稳定有着重大的影响，作为建筑工程的产品工程项目，投资和消 耗的人工、资源和能源都相当大，一旦出现质量问题，则会给国家和社会带来不 可弥补的损失。因此，建筑工程的质量管理，越来越受到人们的重视。目前，根 据国家有关规定，对于国家重点建设工程、大中型公用事业工程、项目投资在 3 0 0 0 万以上的项目必须实施强制性监理。 建筑工程作为劳动密集型产业，随着我国经济的不断发展，其人力资源优势 越来越微弱，为了提高企业的竞争力，提高生产效率，降低生产成本是唯一的选 择。面对建筑工程日益庞大，环境日益复杂，新工艺、新材料、新设备等不断涌 现，对监理人员的素质和手段也就提出了越来越高的要求。旧的工程监理方法已 经不适用于现代的生产需要，施工监理改革提上了日程。在目前，我国大中型施 工骨干企业都已经建立了计算站，有的更是建立了局部网络，但是，这些系统主 要是基于有基础设施的固定场所，且主要为传统的闭路电视监视系统【2 j 。对于施 工现场，由于建筑业生产活动所固有的分散、地点频繁变动等特点，特别是在施 工现场通常没有网络基础设施，使得施工现场的各种数据不能及时、有效地传入 现有的各种管理信息系统【3 】。同时，使用传统的闭路电视监视系统，就需要在施 第一章绪论 工现场与监理公司之间铺设同轴电缆，才能传输视频信号。而远程铺设线路，成 本太高；同时，由于施工场所固有的地点分散、频繁变动等特点，这也给铺设线 路造成了困难。因此，传统的闭路电视监视系统并不适合于工程监理。此外，对 于监理公司来说，由于公司的技术人员的规模限制，不能有效地对施工进行监控 和管理，对建筑业和自身的发展都造成了不良的影响。此外，工程监理公司主要 以人工监督施工为主，计算机系统为辅，主要凭经验来控制施工的质量。这种传 统的管理手段是不符合国际惯例的，如果我们不能建立一套行之有效的建筑管理 信息系统，将会使我国在参与国际竞争中处于不利地位，蒙受不必要的损失。 目前施工质量管理迫切需要一种能够快速搭建，随时转换监视前端，同时不 依赖于传输线路的图像采集手段来弥补传统监理方式的不足。本课题小组就是针 对上述建筑施工监理系统存在的不足，进行基于无限可移动监理影像信息系统的 应用研究。通过无线传输技术、流媒体技术和数据库技术的深入研究，形成具有 无限可移动性的网络系统基础和实时视频传输系统。 1 2 本文的主要工作 1 2 1 系统的需求分析 认真分析传统监理手段和目前视频监理系统存在的不足，通过与监理公司进 行交流，明确监理公司的业务需求，从而确定系统的主要功能。 1 2 2 系统的总体设计 根据需求分析将系统分为两大部分：实时部分和非实时部分。非实时部分采 用b s 结构主要负责管理工程项目、监理视频文件的检索与处理、图片信息的管 理和业主查询施工进度。实时系统分为4 个模块：c l i e n t ，s e r v e r ，c e n t e r ，e x p e r t 。 分别对应信息采集端，信息处理中心，监控中心和远程诊断专家。 为了实现用户对系统快速搭建的需求，我们将系统的各个功能模块设计为耦 合度相对松散的独立系统，系统的运行，模块间的交互，都通过消息服务器来连 接，各个终端系统只要同服务器建立连接就可以方便的进入或退出整个系统。 1 2 3 系统的网络结构设计 为了实现总体设计中提出的系统模式，保证整个系统的安全与稳定，以及各 子系统之间的独立性，采用了c s 结构和b s 结构相结合，实时子系统采用d s 结构，通过权限验证以保证整个系统的安全性；非实时子系统采用b s 结构在保 第一章绪论 证业主使用方便的前提下，轻松地限制了权限过期的业主对系统的非法访问。 1 2 4 数据库的选型 本文采用的是o r a c l e9 i 数据库系统，由于工程监理系统中主要的存储信息为 视频文件，而视频文件一般比较大通常的数据库系统不具备存储这种大型数据的 能力。o r a c l e9 i 作为世界著名的数据库软件，提供了b l o b ，c l o b ，n c l o b _ 三 种数据类型，主要用来存储大型数据对象，其最大可以4 g b 6 1 。 1 2 5 子系统的设计与实现 在对系统需求有了明确地认识后，对实时子系统和非实时子系统的功能进行 了详细的设定，通过j m f 框架和s t r u t s 框架进行编程，分别实现了两个子系统 的主要功能。 1 3 文章结构 第一章，首先阐明了本文所选课题的研究背景及其所具有的研究意义，指出 本文的主要研究工作。 第二章，介绍系统的开发环境，简单介绍系统所选用的技术。 第三章，对整个系统进行需求分析，根据具体需求，拟定问题的解决方案。 第四章，阐述实时子系统的各个模块的实现，包括具体需求实现中所遇到的 问题，实现技术采用的原因，模块的具体流程。 第五章，阐述非实时子系统的实现，介绍数据库的设计思想，安全控制和媒 体文件的管理。 第六章，总结和展望。 第二章系统的开发环境 第二章系统的开发环境 2 1 系统开发的硬件平台 终端系统最低配置：1 8 g h zp e n t i u r ni i i 处理器，5 1 2 m 内存，2 0 g 可用硬盘 空间，c d - r o m 光驱和u s b 接口。 消息服务器最低配置：2 0 g h zp e n t i u m4 处理器，1 g 内存，2 0 g 可用硬盘 空间，c d r o m 光驱和u s b 接口。 数据库服务器最低配置：1 8 g h zp e n t i u mi i i 处理器，1 g 内存，8 0 g 可用硬 盘空间，c d - r o m 光驱和u s b 接口。 开发环境：一台数据库服务器，一台系统服务器，至少三台p c 作为子系统， 四个以上的有线摄像头，一台可穿戴计算机以及一台无线a p 。 2 2 系统开发的软件平台 2 2 1 编程语言 对于工程监理系统的另一个重要的需求就是信息采集终端的实现，随着施工 地点的不同，对于信息采集终端的要求也不尽相同。当施工地点基础设施齐全， 监理公司自然希望采用一些成本较低，能够利用基础设施的设备；当项目施工地 点比较大，需要监控的地点又比较分散，则对采集终端的携带的方便性就成为了 主要考虑因素；当需要对施工的细节进行详细记录，信息采集质量就是重中之重； 当施工地点偏远，无线信号较弱或干扰过大，如何提高信号质量则势必成为要考 虑的问题。为了满足以上种种现实中会出现的问题，我们必然要对不同的情况采 用具有不同优势的信号采集设备来解决。这样一来，就产生了一个问题，不同的 采集设备自身都会带有一定的辅助软件，他们都是在特定的环境下开发的，因此， 对跨平台的各个应用软件之间的兼容性问题就必需加以考虑，否则就不能保证系 统稳定性和可复用性。为了解决终端以及本系统在不同平台上的应用问题，我们 选择 j a v a 语言作为，系统的开发语言，因为i a v a 语言是一种与平台无关的语言， 所编写的程序在操作系统层之上的虚拟机上执行【7 1 ，这样无论是终端采集设备的 变更还是整个系统的部署都不需要考虑平台兼容的问题了，同时，根据目前技术 第二章系统的开发环境 水平而言，前端设备采用p d a 或某种嵌入式设备的可能性极大，使用j a v a 语言可 以轻松地将应用程序移植上去。 2 2 2e c l i p s e 3 1 概述 e c l i p s e 是替代i b mv i s u a la g e f o rj a v a ( 以下简称i v j ) 的下一代i d e 开发环 境，但它未来的目标不仅仅是成为专门开发j a v a 程序的i d e 环境，根据e c l i p s e 的 体系结构，通过开发插件，它能扩展到任何语言的开发，甚至能成为图片绘制的 工具【引。目前，e c l i p s e 已经于f 始提供c 语言开发的功能插件。更难能可贵的是， e c l i p s e 是一个开放源代码的项目，任何人都可以下载e c l i p s e 的源代码，并且在此 基础上开发自己的功能插件。也就是说未来只要有人需要，就会有建立在e c l i p s e 之上的c o b o l ，p e r l ，p y m o n 等语言的开发插件出现【9 1 。同时可以通过开发新的 插件扩展现有插件的功能，比如在现有的j a v a 开发环境中加入t o m c a t 服务器插 件。可以无限扩展，而且有着统一的外观，操作和系统资源管理。 自1 9 9 8 年，m m 公司为了整合m m 的开发工具，成立了一个项目开发小组。 经过2 年的研发，正式命名该开发工具为e c l i p s e ，而在2 0 0 1 年1 2 月，m m 向 世界宣布了两件事，第一件是创建开源项目，既m m 捐赠价值4 千万美元的 源码给开源社区：另外一件事是成立e c l i p s e 协会( e c l i p s ec o n s o r t i u m ) ，这个 协会由一些成员公司组成，主要任务是支持并促进e c l i p s e 开源项引。从此， e c l i p s e 作为一种新的开源软件开发工具得到了迅速的发展。成为了新的主流软件 开发工具。 e c l i p s e 是一种通用的工具平台普遍适用的开放式扩展i d e 。e c l i p s e 通过 它的插件模式可以安装不同的插件来进行h t m l 的编辑、数据库的设计、j a v a 开发、c + + 开发等等，所有这些开发工作完全在一个e c l i p s e 安装平台上进行。 特别是e c l i p s e 内置了对j a v a 的支持，他将自动对程序中出现的语法问题进行检 测，使得软件开发者可以集中全部精力到软件的实际开发中去。同时e c l i p s e 拥有 优秀的图像a p i ，彻底改变了j a v a 语言中对于图形界面编写不够美观，界面响应速 度慢的状况【1 l 】。使得j a v a 彻底成为了全面的编程语言，使得j a v a 向应用程序领域 前进了_ 大步。e c l i p s e l 拘成功对j a v a l 构推广产生了不可估量的作用。 2 2 3j m f 概述 在确定了编程语言后，通过查阅大量的资料，在技术实现上我们选择了 j m f 2 0 实现系统功能，j a v a 媒体框架( j a v am e d i af r a m e w o r k ，j m f ) 是一组j a v a 语 言实现的多媒体应用程序编程接口( a p d1 1 2 】。最新发布的腼2 i 1 e 由s u n 和i b m 公司共同开发，它在j m f l 0 的基础上进行了扩展，增加了对声卡或摄像头等音 第二章系统的开发环境 频、视频采集设备的支持，并增强了对媒体回放过程的控制和处理功能。j m f 还 提供了对广泛应用于流媒体技术中的实时传输协议r t p 和实时传输控制协议 r t c p 的支持，可以在网络上以r t p r t c p 流的形式传输、接收媒体数据【1 3 1 。肼 从功能结构上可以分为m 伍a p i 和瓜伍r t pa p i 两大部分。第一部分完成多媒体 数据的采集、处理、回放和存储功能；第二部分负责在网络上传输和接收时基媒 体流。本系统就是通过瓜伍的接口函数，以r t p 文件的形式实现了对视频文件的 传输。 3 m f 中有四种管理器： m a n a g e r ：用于创建p l a y e r ，p r o c e s s o r ，d a m s 0 1 | r c e 和d a t a s i n k , 对象。从用 户角度来看，不论这些被创建的对象是系统默认实现还是用户自定义的 实现，用m a n a g e r 仓l j 建的方法都是一样的。 p a e k a g e m a n a g e r ：维护j m f 中包的注册信息。 夺c a p t u r e d e v i e e m a n a g e r ：维护系统当前可用采集设备的注册。 p l u g l n m a n a g e r ：维护可用的j m fp l u g i n 插件的注册，比如复合器、分流器、 编解码器、效果器等。 在本系统中我们主要使用了m a n a g e r 和c a p t u r e d e v i e e m a n a g e r 两种管理器， 通过c a p t u r e d e v i c e m a n a g e r 来对前端视频信息采集设备进行管理，通过m a n a g e r 的对象来处理采集到的视频信息。 2 2 4s t r u t s 概述 m v c 是一种设计模式，它强制性地把w e b 应用程序的输入、处理输出分开。 m v c 把应用程序分为三个模块：模型、视图和控制器，也就是m v - c 的由来 ( m o d e l - v i e w - c o n t r 0 1 ) 1 1 4 1 这三个模块分别担当了不同的任务，从而使得处理 数据和显示数据相分离，自成体系，使得数据层的代码和显示层的代码分别处于 不同的文件，使得多个视图能够共享一个模型，大大提高了代码的可复用性。同 时，也减少了业务变更时代码的修改量，提高了j s p 页面的可读性。m v c - - - 个模 块的具体功能如图2 1 所示。 第二章系统的开发环境 图2 1m v c 设计模式图 尽管m v c 设计模式早就出现了，但是将其引入w e b 应用却是步履维艰。这是 因为在早期的w e b 应用开发中，程序语言和h t m l 的分离一直难以实现，这使得 维护j s p 页面相当困难。直至u s u n 公司推出了j s p m o d e l 2 规范问题才得以解决u 引。 而s t r u t s 实质上就是在j s pm o d e l 2 的基础上实现的一个m v c 框架，在s t r u t s 框架 中，模型由实现业务逻辑的j a v a b e a n 或e j b 组件构成，控制器由a c t i o n s e r v l e t 和 a c t i o n 来实现，视图由一组j s p 文件构成【1 6 】。图2 - 2 显示了s t r u t s 实现的m v c 框架。 匕：= ：= l 模型 a c t i o n s 删l e t 笊、 r j a v a b c 锄 卜酬船卜 i夕 e 了b 1w e b 服务卷 p 酬 视图 l l 婴一 图2 - 2s t r u t s 实现的m v c 框架 图中的视图是一组j s p 文件，这些文件中没有业务逻辑，只是通过各种标签 设计页面的格式，同时显示由a c t i o n f o r mb e a n 传来的数据。模型负责业务逻辑， 通常是j a v a b e a n 或者e j b 组件，所有的逻辑功能，数据的处理函数都是在这些 文件中编写的。控制器则是由a c t i o n s e r v l e t 和a c t i o n 来实现，在a c t i o n 文件中 第二章系统的开发环境 通过调用模型中的各种处理方法，改变模型的状态，使得应用程序按照逻辑设计 的流程正常运行，从而完成用户的各种请求，实现数据库数据的查询与变更。 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 3 1 建筑监理系统中引入实时视频信息需要解决的问题 3 i 1 需要解决的主要问题 1 ) 施工现场的经常变动和监理人员在施工现场内的移动性，使得如何在较 低的成本和较短的时间内快速搭建系统成为首先需要解决的问题。 2 ) 系统如何解决一个监理公司同时承担多项监理任务的需求问题。 3 ) 如何解决不同前端设备平台之间的兼容问题。 4 ) 如何实现视频数据的实时性问题。 5 ) 如何解决网络带宽对实时视频信息传输的限制与影响问题。 6 ) 如何对现场监理人员提供远程技术支持问题。 7 ) 如何满足业主提出的对施工现场视频信息的共享问题。 8 ) 如何保存和检索视频信息的问题。 3 1 2 建筑监理系统主要需求的分析 通过分析现有工程监理系统的不足和主要需求，我们可以将上述八个问题分 为4 类：系统的便捷式移动、系统的实时监控、视频文件的二次处理和工程信息 在限定范围内的共享。 对于系统的便捷式移动主要包括3 个问题：如何能够快速搭建起一个相对 独立的监控系统，使之在需要的时间需要的地点对工程施工情况进行实时采集； 对于同一个施工地点的不同监视对象的视频采集工作如何能够方便地加入或退 出系统而不影响其他终端的工作；在没有现成的网络设施的情况下如何将采集到 的视频资料发送到i n t e m e t ，并通过i n t e m e t 传输到总部进行记录。 对于系统的实时监控方面同样是3 个问题：如何保证信息接收的实时性； 当网络拥塞时如何保证信息传输的质量；对于监控状态和远程技术支持在需求上 有何不同，应该如何设计他们的功能。 视频文件的二次处理指的是视频信息传输到监理总部，如何对信息进行转 发，将如何存储这些信息，怎样对这些信息进行标注才能方便今后的查阅，随着 时间的推移，对于历史资料如何精简才能保证资料的完整性。 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 工程信息在限定范围内的共享是建筑业在新的形势下向业主提供的一种新 型的施工现场信息，随着人们质量意识的提高，对建筑工程的质量也从仅仅关注 工程结果逐渐转向建筑施工的过程，因此业主会在要求聘请专业监理公司进行工 程监理的同时加强对工程的跟踪。工程信息的共享就成为了施工企业和监理公司 必需提供的一种服务。而问题的核心就是如何能够在保证企业内部系统安全的情 况下，让业主可以方便的对施工情况进行监督。 3 2 建筑监理系统的总体设计 3 2 1 系统总体结构设计 通过对建筑监理行业的需求分析，我们得知监理公司的主要任务是在对施工 现场进行实地监督的前提下，同时要将施工情况进行及时地记录，保留必要的可 视化资料。这些资料在采集后还要及时地发送回监理公司的总部，这样总部就可 以集中经验丰富的技术人员同时对多个项目进行监督，提高公司的业务能力，保 证监督的质量。在此基础之上，还要对视频信息进行妥善的保存和处理，以便今 后的查阅。经过分析，建筑监理的主要工作可以概括为现场采集，实时处理，资 料保存和资料查阅，其流程图如图3 - 1 所示 现场监 督，采集 施工信息 公司总部接收 终端数据，实时 监控多个施工项 目的施工情况 存储采集 到的视频信 号。进行标 业主对 施工情况 进行监督 图3 1 建筑监理主体业务流程图 分析了建筑监理的主要工作和在施工现场的特殊性，我们将整个系统分为了 两大部分共3 个子系统：实时部分和非实时部分，实时部分分为消息处理服务器 子系统和终端子系统。其总体结构如图3 2 所示。 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 图3 2 工程监理系统总体框架图 将系统分为两部分是因为工程监理系统作为一个监理公司的管理系统和业 务工具，其包含了公司大量的内部数据。而对于业主，为了保障自己的合法权益， 有权对施工情况进行及时地了解，因此监理公司作为施工情况的记录者就有义务 对业主提供有关的信息资料。为了保证公司的内部信息不被泄漏，日常工作能够 正常运行，同时保证业主的合法权益，将信息资料查询部分独立于日常监控系统 是一个很好的选择。对于信息资料查询部分，由于业主的地理位置可能比较分散， 查询的时间不固定，所以将这部分采用b s 结构来实现，这样能够使得业主随时 随地方便地对施工的情况进行了解。 3 2 2 系统的功能结构设计 根据业务的需要，监理系统的功能应分为：登记，查询，总控，调度4 个模 块，如图3 3 所示。 图3 3 系统功能模块图 登记模块主要是完成监理公司的业务( 要监理的工程) 的原始信息的录入， 包括项目的基本信息、监理合同、项目的负责人。 查询模块主要是对数据库中的视频信息进行检索和播放，并对业主( 我们这 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 里讲的业主主要是某个工程项目的投资方或拥有者，并不是普通的个人) 提供查 询接口，使其可以查看施工的视频资料。 总控模块是系统的重要模块之一，主要负责处理各个终端发来的消息，根据 消息对视频和音频进行转发。 调度模块也是系统的重要模块之一，主要完成对多个项目的监控，并协调在 远程技术支持功能中各个参与终端的动作。 3 2 3 系统的网络设计 如何能够快速搭建起一个相对独立的监控系统是监理公司所有需求中最 为关心的一个问题，想要快速搭建系统，各个子模块就应相对独立，并且能够方 便的参与到系统中，为此我们设计了以消息服务器为中心，功能模块系统为子节 点的网络结构。其具体实现，目前主流设计有两种常用的实现结构：c s ，b s i l 7 j o c s 结构安全性高，易于管理；b s 结构使用方便，不用安装客户端程序，但由于 用户众多，较易收到攻击。对于建立系统日常工作而言，其监理业务主要是面对 公司内部人员，设备也是公司员工负责，为此我们采用c s 结构来实现实时监理 子系统，而对于业主对视频信息资料的查询，由于业主地理位置的特殊性，以及 业主用户更替变换的频繁性，我们采用b s 结构实现系统非实时视频管理子系统， 使得业主能够方便对资料进行查询，同时也避免了c i s 结构中业主权限过期后仍 拥有客户端程序的问题。 在前面的需求分析中我们已经知道，为了满足视频数据的实时获取，布署 在公司总部的实时子系统的总控模块必须对所有的采集终端进行持续的监听，同 时一旦有消息需要及时做出反应。这样一来总控模块的任务就很繁重，特别是在 若干个终端系统同时通信，或在短时间内频繁通信的情况下，总控模块就必须开 辟多个线程对其进行处理。基于上述考虑，将总控模块和其他模块布署在同一台 机器上显然是不合理的，为此我们将以总控模块为核心的实时消息处理系统单独 布署在一台高性能的机器上，作为整个系统的应用服务器。 在需求分析中，我们还获知对于采集到的视频资料，在存储到数据库后，并 不是系统的最终状态，为了今后能够在庞大的资料库中快速查询所需的视频资 料，我们还要对已保存的视频文件进行进一步的处理，在对其进行详细的文字标 注的同时还要从视频文件中提取出能够说明问题的具有代表性的关键图像( 关键 帧) 作为查询时的参考依据。此外，随着时间的推移，我们还要对历史资料进行 剪辑，去除冗余信息，提高数据库的利用率。这一系列的需求，都涉及到了视频 处理技术，对视频的处理，又由于视频文件自身数据信息的庞大，其消耗资源通 常较大，花费时间较长，为此，我们将这部分工作也建立了单独的服务器进行处 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 理，以提高系统的整体效率。 除此之外，为了便于管理数据，我们将所有的数据信息集中于一台数据库服 务器上，避免了各个子系统或终端模块的数据冗余，对信息进行集中管理同时也 提高了数据的安全性。图3 4 显示了整个系统的网络结构设计。 图3 _ 4 系统的网络结构设计 图中的w e b 服务器主要处理监理系统中非实时项目管理部分的业务，业主 和工作人员通过访问公司的网站来查询或操作数据库。采集终端则根据实际情况 利用采集现场的已有设施将信息通过i n t e r a c t 发送到应用服务器。 以总控模块作为中心处理器，对所有终端进行消息处理，这和监理公司的业 务流程需求比较吻合。但是由于所有的消息处理都是由中心处理器来完成的，一 旦中心处理机出现故障将导致网络的瘫痪。同时，中心处理器在系统中还负责视 频文件的转发工作，当监理公司使用系统后，提高了业务能力，大量地承接施工 项目，也会对单一的服务器造成很大的压力。目前，由于实验室的设备比较紧张 只能搭建以一台应用服务器为中心的网络系统。但是我们对于服务器设计了一种 使用若干个服务器组成一个服务器网，将不同的工程监理项目平均分布在各个服 务器上，各个项目所属的终端系统同服务器网相连接的网络结构，从而减轻了服 务器的压力，同时，当某台服务器发生故障，我们就将其负责的项目转移到其他 服务器上，以保证施工监理的正常进行，同时最大限度地保证了系统的稳定性和 可靠性。目前，这只是我们的初步构想，随着项目的深入，我们将在二期工程中 对这个结构进行试验。图3 5 显示了这个网络结构。 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 自组织终端系统 ；2 4 系统的安全设计 图3 5 系统网络结构图 为了保证系统的安全性，防止数据丢失及数据的随意更改，需要对数据库的 陡用权限进行划分，根据系统的实际需要我们一共设计了3 类： 1 ) 系统管理员：系统管理员对系统拥有最高权限，拥有对系统数据录入、 修改、删除的权限。 2 ) 系统操作员：系统操作员是指系统的使用者，他们可以修改自己的密码， 并根据自身的角色进入不同的子系统进行操作。 3 ) 业主：系统中权限最小的使用者，他们通过注册，登录监理公司的官方 网站来查询与业主有关的施工情况的视频资料，可以通过用户接口在线观看 这些资料，但是不能下载。 图3 - 6 为系统登录用户身份验证流程，图4 7 为业主查询资料身份验证流程。 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 图3 - 6 系统登录验证 查询数据库。记 录业主所属的项目 名称 图3 7 业主登录验证 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 3 3 建筑监理主要技术的选择 3 3 1 无线局域网络的选择 在需求分析中我们得出，对于新一代的工程监理系统的一个最迫切的要求就 是，在采用无线传输的基础上，要能在较短的时间内快速搭建系统的采集终端， 并使之能灵活地接入到系统中。 宽带无线计算机网络可分为三大类【l 引。一是基于无线局域网( w l a n ： w i r e l e s sl o c a la r e an e t w o r k ) 的技术，如正e e8 0 2 1 1w l a n w i f i ，b l u e t o o t h 等；二是基于蜂窝移动通信的接入技术，如g p r s 、3 g 等；三是基于低轨道卫 星系统的方式。在第二种技术中，g p 船的带宽有限，支持视频传输有一定困难； 3 g 虽然增加了带宽，可以支持视频信息的传输，但是不论g p r s 还是3 g 都要有 服务商的支持，日常的费用较高，因此不适用于在我们的项目中大量使用。而基 于低轨道卫星系统的成本更加昂贵。所以我们在设计中选取了基于8 0 2 1 l 协议 标准的无线局域网。这种网络技术在带宽、移动性、实用性、简易性等方面都有 不错的表现，而且它易于和有线互联网i n t e r a c t 相结合，有利于我们将采集到的 数据发送到互联网上，进行进一步的转发。 w l a n 的搭建有两种主要的形式，自组织网络( a d h o e 网络) 和基础结构 网络。 自组织网络也称对等网络或a d - h o c 网络，它覆盖的服务区称i b s s t l 9 1 。网中 任意两个站点均可直接通信。此结构的无线局域网一般使用公用广播信道，m a c 层采用c s m a 类型的多址接入协议。对等网络中的一个节点必须能同时”看”到网 络中的其他节点，否则就认为网络中断，因此对等网络只能用于少数用户的组网 环境，比如4 至8 个用户，并且他们离得足够近。 结构化网络。它由无线a p 、无线工作站( s t a ) 以及d s s 构成，覆盖的区域 分b s s 和e s s 。无线访问点也称无线a p 或无线h u b ，用于在无线s t a 和有线网络 之间接收、缓存和转发数据【2 0 】。但是每个区域必须架设基站站才能使进行网络 间的传输。 想要快速搭建系统的采集终端，就不能过多依赖于基础设施，因为基础设施 通常搭建周期长，成本高，不便移动。自组织a dh o e 网络具有组网不需要基础 设施，安装便捷、使用灵活等特点，如果采用a dh o e 网络我们就可以随时随地 对施工现场每一个角落进行实时监督，近距离对施工情况进行视频采集，同时不 对施工的正常工作产生过多的影响。目前，为了保证项目的进度，我们分成了两 大组：系统组和网络组，同时进行研究。我们系统组主要是应用层组织监控系统 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 的逻辑架构，并编写出试验原型，网络组则通过修改网络层的协议，使得a dh o c 能够支持多跳，从而延长通信距离。因此，目前我们现在采用的还是结构化网络， 当系统成熟时，同过网络组预留的接口，我们就可以轻松的实现结构化网络到自 组织网络的过渡。 3 3 2 流媒体技术的选择 选用流媒体技术是因为建立这套工程监理系统的一个主要目的是对监理公 司进行信息化改革，提高监理公司的服务质量，在施工现场一般安排经验不十分 丰富的信息采集人员对现场的可量化施工进行监督的同时将需要大量经验来进 行判断的施工情况实时传送到公司的监控中心，由专家集中进行监督，所以信息 的采集和传输必须同步进行。而对于普通视频文件播放技术来说，需要文件全部 保存到本地后播放器才能进行播放，这显然不能满足实际需要。流媒体技术则可 实现流式传输，将声音、影像或动画由服务器向用户计算机进行连续、不间断传 送，用户不必等到整个文件全部下载完毕，而只需经过几秒或十几秒的启动延时 即可进行观看，因此我们采用流媒体技术来实现采集到的视频信息的传输1 2 。 3 4 建筑监理的详细设计 3 4 1 系统的层次结构 整个监控系统实时是由视频采集设备、j m fa p i 、数据库及应用程序所组成； 非实时项目管理子系统是由w e b 服务器、s t r u t s 架构、数据库组成。 底层流媒体传输接口采用的是瓜伍i 唧a p i ：视频采集设备将采p d a 、可穿 戴计算机、智能手机以及无线摄像头等多种无线设备，这些设备的捕获、注册、 使用则是由n 伍a p i 实现的【2 1 1 。最上层的应用函数的编写则是调用j m f 实现的方 法，实现整个系统的运行。图3 8 和图3 - 9 对系统的层次结构作了比较详细地介 绍。 第三章建筑施工无线监理系统解决方案设计 数据库服务器 图3 - 9 监控系统非实时部分层次结构图 3 42 系统实时部分的详细设计 在从各个角度分别描述了系统的结构之后，本小节将根据需求对系统的组成 结构作详细的设计。 第三章