（环境科学与工程专业论文）3g网络码头溢油监测报警系统设计与实现.pdf

英文摘要 a b s tr a c t w i t ht h er a p i dt r a n s f 0 朋a t i o no ft h ew o r l de c o n o m ya n dt h em p i dd e v e l o p m e n t o ft h es h i p p i n gi n d u s t r y ；t h ed e m a n df 0 ro i li s i n c r e a s i n g c h i n ai sam a j o r o i l - i m p o n i n gc o u n t r y w h i c hs h o w e du p w a r dt r e n d s n o w ，m o r e 锄dm o r es h i p si n a n do u to ft e n l l i n a l ，w h i c hg r e a t l yi n c r e a s e dt h er i s ko ft e n n i n a lo i ls p i l l 1 c n l l i n a lo j l s p i l la c c i d e n ti sn o to n l ya f i e c tt h ep i e ra n dt h es u r r o u n d i n gm a t i m ee n v i r o n m e n t ， b u ta l s ot h r e a tt h eu r b a ne n v i r o n m e n ts e c u r i t y 锄de c o n o m i cd e v e l o p m e n t t h e r e f o r e ， i ti sn e c e s s a 巧t od e v e l o pas e to fe q u i p m e n tf o rr e a l - t i m em o n i t o r i n gt 1 1 ep i e r t o d i s c o v e ra n dp r o c e s st i m e l yw h e nt 1 1 eo i ls p i l lo c c u r r e d ，a l s ot 0p r o t e c tm 撕n e e n v i r o n m e n ts e c u t y 锄dt h ee c o n o m i cd e v e l o p m e n to ft h eu r b a l l n o w ，w i t ht h eb r o a ds p 陀a da n da p p l i c a t i o no fw i r e l e s sn e t 、) l ，o r kt e c h n o l o g y 鲫d t 1 1 er a p i dd e v e l o p m e n to f t h eo p e ns o u r c eg i ss o 胁a r e ，p r o v i d i n gal o to ff ；l v 0 r a b l e c 彻d i t i o 璐鲫df o u n d a t i o n sf o ro l l r s t u d y t h i sp a p e ri n t e 哥a t 懿g e o g r a p h i c i n f 0 咖a t i o ns y s t e mt e c h n o l o g y w i r e l e s sd a t am m s m i s s i o nt e c h n o l o g y ，c o m p u t e r s o f t w a r et e c l l l 】o l o g y 锄do t h e rt e c h n o l o g y ，w h i c hd e v e l o p sas e to ft c 册i n a lo i ls p i l l m o n i t o r i n ga l a 肌s y s t 锄，u s i n gm i c r 0 s o rv i s u a ls t u d i o2 0 0 8 弱t l l ed e v e l o p m e n tt i d 0 l ， s q ls e 盯2 0 0 5 嬲t h e 啪lo fd a t a b a s ec 佗a t i o na n dm 锄a g e m e n ta n dc 撑髂t l l e d e v e l o pi 锄g u a g e 1 n h i ss y s t e m 陀a l i z c da l l w e a t l l r c a l - t i m e a n d 硼t o m a t i c m 伽i t o r i n g 锄da l a 咖w h e nd e t e c t e dt h eo i ls p i l l a tt h e 鼢m et i m e ，b yt l i e u s eo f s h a 巾m a p ，t 1 1 es y s t e ma l s oa c h i e v e dd y n a m i cd i s p l a yo f e l e c t r o n i cc h a n t 1 1 e r ew i l lb et h ei n t e 疵r e n c es i 印a l sw h e nm o n i t o r i n gt h et e 咖i n a l ，w h i c hw i i l s e n do u tf a l s ea l a 册a g a i n s t 跚c hp r o b l e m ，t l l i sp a p e rs t u d i e st l l et l l e o qo fm o v i n g a v e 鞲g e 锄dd l sw i n lt h es i 印a lb ym o v i n ga v e m g ea 1 9 0 r i t i l m ，w h i c hi m p r o v e dt l l e 豫t i oo fs i g n a lt 0n o i s e 1 1 1 es y s t 锄h 嬲b e 印d e v e l o p e di nt h i sa n i c l eh a sp a s s e dt h r o l j g l ld e s i 印锄dt e s t t 0p r o m o t e n o w i th a sb e e ni n s t a l l e d 锄d 咖i nt h et e 舯i n a lo fc h i n as u c c e s s m i i y t h ea d v 锄t a g eo ft h i ss y s t e mi s ：m es t a b l ep e 雨m 蚰c e ，m o i l i t o r i n gp r e c i s i o n ，l o w m a i n t e n 锄c ec o s t s ，h i 曲愆l i a b i l i t y 觚dh i 曲c u r i 妙b yd e v e l o p e dt l l i ss y s t e m ，i t i m p r 0 v e dt h eo i ls p i l l 陀s p o n s y s t e mi nm ep i c ro fc h i n a ，a l s oi m p m v e dt l l e 英文摘要 m a n a g e m e n tl e v e lo fp i e ro i ls p i l la n dp r o v i d eag u a r a n t e et ot h es e c u r i t yo ft h e m a r i n ee n v i r o i l m e n t k e yw o r d s ：1 e r m i n a lo i ls p ；m o n i t o r i n ga n da l a r ms y s t e m ；r e a l t i m e m o n i t o r i n g ；w i r e i e s s1 h n s m i s s i o n ；s h a r p m a p 3 g 网络头溢油监测报警系统设讣与实现 1 1 课题研究背景 第1 章绪论 1 1 1 社会背景 中国不仅仅是陆上的大国，也是一个海洋大国，拥有近3 0 0 万平方公里的海 洋面积和1 8 万公里的海岸线【i 2 】。现如今，随着世界经济的日新月异的变换及海 洋开发的迅猛发展，对石油的需求量也日益增加。自1 9 9 3 年开始，我国由石油 的出u 同转为了石油的净进u 围，石油的进u 呈卜升的趋势，沿海的石油运输量 更是大幅度的增加【3 4 l 。我国是石油的进口大国，由于海上运输成本相对于其他 运输方式而言，成本比较低廉，大约9 0 的原油是通过海上运输来完成的，这就 导致了很多的油轮尤其是大型油轮在我国港口水域频繁的出现，进出码头的船舶 越来越多，使得船舶的通航环境更加的复杂，大大的增加了码头船舶溢油污染的 风险【5 一。在原油码头，除了这利船舶溢油污染，还有船舶作业期间的操作性溢 油及各种陆源污染，这种溢油虽然= 阜= 小大但是频率相当高，长此以往也会给水体 带来污染1 7 引。 近两年，溢油事故发生的频率及带来的损害程度都让人震惊。如：2 0 l o 年， 在美国墨西哥湾发生的一起石油钻井平台爆炸事故，引起了广泛的关注。此次的 漏油事件所带来的是一场集经济和环境于一体的双重惨剧，经美国政府证掣9 1 ， 其损失已经超过了1 9 8 9 年瓦尔迪绂号触礁所造成的损失，现已成为美国历史 上“最严重的一次”溢油污染事故l 2 1 。同样在2 0 l o 年，继墨西哥湾漏油 事件之后，在我国也发生了场让大家骇然的溢油事件一一“7 1 6 ”溢 油事件。在火连新港区附近的码头，有一储油罐的输油管线起火爆炸，引起 了石油的泄漏，导致上万吨的原油入海，创下了中国海上的溢油事故之最， 影响了大连湾及附近海域海水的水质，也给海洋生物及生态系统带来了巨 大的威胁，对于周边的旅游及养殖业来说也是极大地安全隐患。在2 0 1 1 年， 溢油事件也频繁出现，中海油蓬莱1 9 3 号油田漏油事件、中石油大连的石 化公司火灾等。现如今，溢油不仅仅是海事部门一个亟待解决的霞要问题，也 是各级环境保护部门和海洋生态保护部门愈来愈关心和重视的重大问题【1 5 1 6 1 。据 统计，在溢油事故中，港口附近海岸水域发生的占了相当大的一部分比例，而现 第l 章绪论 有的港区应急监控系统对这些问题的解决越来越起不了作用，就更需要随着科技 的进步，研发依托新技术而产生的监控设备【1 3 15 1 。尤其是码头附近的溢油，若不 及时发现及时清理对周边环境和经济的影响将很难估测，对未来发展的影响将难 以预料。 1 1 2 技术背景 在高速发展的信息时代，随着有线网络的广泛应用，以组网灵活、快捷高效 为优势的无线通信网络技术也在飞速发展【1 7 】。近些年，随着无线网络的技术及相 应软件日趋成熟，无线网络发展前景被人们看好，进入了一个最佳发展契机。目 前，无线网络技术正被大力推广研究及应用。比如：徐颖、王良群i 他】为了解决有 线传输过程中电缆的磨损等问题，在罗泾港区尝试使用无线传输，该尝试的应用 效果非常好，也为港区的安全及管理提供了保障：。卜磊基于无线传输的技术设 计了一套灵活可靠的用于监测海面溢油同收情况的监测系统，对溢油同收工作的 顺利进行起到了重大作用；菅填平【19 】利用了无线网络传感器、视频监控系统及 z i g b e e 技术建立了一套保障小区安全的全新安防系统等。无线通讯的发展，为 远程数据通信的实现提供了可能，促使了越来越多远程监控应用系统的出现，使 远程监控不再是一个梦想。 然而，随着地理信息系统( g l s ) 的应用越来越广泛，g l s 功能已经嵌入到 很多的监控系统中，以一种不可阻挡趋势向前发展。使用g i s 集成技术，在监控 系统中可以查看监控区域的电子地图，可以实现电子地图的动态显示，可以更准 确的掌握监控点及其周围地理信息。现如今，g l s 不再是一个陌生的领域，而开 始被广为熟知，也越来越大众化。与此同时，开源的g l s 软件以其小巧、低廉的 优势受到了青睐和欢迎。很多高校及科研院所都投入研究开源的项日，使用开源 的g l s 软件。常用的开源g l s 软件诸如s h a 印m a p 、g d a l 、m a p 、m n d o w 等l 烈墟， 其中s h a 叩m a p 是使用n e t 平台开发者的最爱，是基于n e t 平台开发的，小巧 又可以很好的支持n e t 环境的一个地图类渲染库。它开放源代码，学习使用都 很方便简单，也拥有了g i s 软件应具备的基本功能。使用它建立电子地图，可以 节省项目开发的成本，也不需要考虑跨平台问题。 1 2 国内外研究现状 溢油污染对海洋及附近海域造成的环境和经济危害越来越严重，有必要对海 3 g 网络码头溢油监测报警系统设 i 与丈现 上溢油进行动态实时监测。现如今，世界各个国家都积极参与海上溢油的动态监 视和遥感监测研究，最近几年关于溢油监测的研究都集中在航空遥感和卫星遥感 上，比如美国、挪威、加拿大、法国及荷兰等【2 2 2 3 1 ，若是在灾难性的大量油类泄 漏的情况下，卫星遥感、航空遥感等多种监测手段将i 司时被用来跟踪监视溢油。 航空遥感比较灵活，及时性好，其分辨率比较高，在溢油监测方而起了土导性的 作用；而卫星遥感可以提供溢油污染的宏观图像，覆盖的面积比较大，方便了溢 油位置和溢油面积的确定【2 4 2 6 1 。但是，二者也有各自的缺点，航空遥感探测连续 性比较羞，会受到天气条件的影响，当天气情况恶劣时将难以完成监测任务；而 卫星遥感探测将受到卫星过境的天气和时间的制约，而且卫星遥感使用的相关的 仪器也非常的昂贵【2 2 1 。所以，在此种情况下，就需要研究一种比较经济实用的监 测设备来实时监测溢油，及时发现及时处理f 2 7 2 引。 溢油监视监测、报警系统是溢油应急技术之一。一些发达国家，从六十年代 起就开始研究该项技术，也已形成一整套溢油防治技术系统。在美国，溢油鉴别 技术的研究始于7 0 年代初期，是由美国的环境保护局( e p a ) 组织研究的，而 建立真正的海面溢油鉴别系统是在1 9 7 6 年，由美同的海岸警备队( u s c g ) 下 属的研究与发展巾心( r & dc 铋t e r ) 完成的( 2 9 ，3 0 j 。经过了二1 多年的努力，它们 研发了一套非常完备的溢油鉴别系统，包括了溢油的监视、样品处理、样品采集、 样品分析及鉴别等，在溢油防治方面是值得各界学习和借鉴的，同时也发挥了重 大的作用【3 1 1 。溢油的监视就是这套系统中不可或缺的一部分，采用了卫星遥感、 航空监视及局部海域监视相结合的监视方法，对海面及海岸上的溢油进行全方位 监视【3 0 1 。美国1 1 1 t e 巾c 啪s y s t e m s 在设计和制造海洋及环保设备方面处于世界的 领先地位，他们不断改善和研发新技术新系统来满足需求，s l i c ks l e u t l l 海上溢油 探测与报警系统是一套安装在码头或者钻井平台上的溢油探测与报警系统，不受 天气条件限制，实时动态的监测海面溢油；海洋综合信息系统通过无线网络及时 的让用户掌握港口情况，及时乳：报溢油事故信息以便快速应急，维护了港口、码 头及海岸的安全。 目前，在国内，溢油的实时动态髓视技术的发展远远滞后于当今的经济发展 速度，手段也比较缺乏，多数还是靠人工观察，局限性很大，溢油应急体系也还 处于筹建阶段，并不完善，尤其足在海上运输业快速发展的今天，港口经济繁荣， 笫1 章绪论 进出码头的船舶频繁。从研究现状上看，我国各港口的溢油应急能力均未达到具 备完全处置港l | 有可能发生的溢油事件的能力，大多数港口都需要提i 苛其应急能 力建设。文献【3 3 1 介绍了一种由反射式溢油监测传感器和红外摄像监视系统组 成的全自动溢油监测报警系统。文献【3 4 ，3 5 1 详细介绍了深圳盐出港所安装的溢油监 控报警系统及其使用状况，该系统的监视终端核心模块使用的是s l i c ks l e u t h 溢 油探测器，是南美国的i i l t e r o c e a ns y s t e m s 公司开发制造的，根据反射同的荧光 光谱监测溢油信息。 1 3 研究意义 虽然海洋浩瀚无垠，可是海洋环境也是很脆弱的，污染。旦超过了海洋的自 净能力，海洋也无法承受将会崩溃。溢油污染给广阔的海洋带来的是经济与环境 的双重危害，对海洋未来的影响更是难以预料，尤其是在码头附近的溢油事件， 影响的不仅仅是码头及其周围海域环境，更足影响所在城市的环境安伞与经济发 展。石油是具有毒性的，它会使海鸟内脏受损，中毒死亡：会使海洋生物缺氧、 中毒身亡；码头溢油污染也会影响渔业和养殖业，同时也会给海岸线、沙滩及旅 游业带来威胁，还会给码头及周围工业带来影响，这些也都将威胁到整个城市经 济发展。所以要对溢油事故进行全天候实时监测，做到及时发现及时处理，将损 失降到最低。但是人工监测有诸多不利，会受天气及人自身条件的影响，而建设 一套码头溢油监视报警系统可以避免人为失误，可以连续的动态的j i f f 测，不受天 气条件限制，也帮助了码头安全管理部门及海事部门的监管，也为溢油应急体系 的完善提供了支撑。同时这也是港口信息化建设的需要，提高了码头监测管理水 平，对海洋生态环境保护、维护海洋安全具有重大意义。 另一方面，保障了国家储备基地的安全，维护了国家的利益。通过对国内外 研究现状的分析，现如今国内并没有完全自主研发的应用于码头的溢油监测设 备，而我们的石化储备码头很多都是国家重要的储备基地和战略基地，涉及到国 家的重大战略部署。现如今，随着物联网的大发展，这种安全隐忠不得不引起注 意。本论文研发的产品从核心模块到上层应用系统完全是自主研发，系统安全可 靠，成本低，维护便捷，保证了安全性。 3 g 网络头溢油监测报警系统设计与实现 1 4 本文主要研究内容、创新点及组织结构 本文主要的目标是综合运用地理信息系统技术、无线数据传输技术、计算机 软件技术等建立一套码头溢油实时脓测报警系统，实现对码头的二十四小时不间 断的、实时的监控，为码头的应急管理提供支撑，保护码头附近海域、海洋生物 及周围环境的安全。通过研究无线设备连接、数据获取与处理技术，实现了数据 的远程传送与款取：对报警机制进行研究，实现了系统的远程声光报警、计算机 报警及短信报警：借助于s h a 叩m a p 的源码，实现了电子地图的g i s 集成技术； 使用v s 2 0 0 8 和s h a 叩m a p 发计开发了一套溢油实时监测与自动报警系统。为了 提高系统的可靠性，研究溢油误报率减少的算法，对干扰信号实现了有效地区分 与识别。 论文的主要创新点如下： 首先，在国内还没有一套完整的自主研发的针对码头的溢油监测报警系统， 而本论文综合了多项技术，根据紫外光诱导荧光的原理，完全自主研发，拥 有自己的知识产权，建立了一套码头全自动实时溢油监测报警系统，为应急 管理提供支撑。 其次，在软件系统的设计与实现卜，不仅设置了与监控、报警及应急管理等 相关的一些基本功能并对其创新优化，而且在通过3 g 无线网络实现远程数 据通信的同时也实现了电了海图的动态显示及报警信息的定位。 第三，采用滑动均的算法处理数据信息，有效地识别了溢油监测过程中碰到 的假目标，提高了信噪比，改善了误报率。 本论文各章节具体内容安排如下： 第一章：介绍了课题研究社会背景及技术背景，对国内外研究现状进行总结 分析，并说明开发该系统的意义，同时对本论文的各章节总括。 第二章：详细介绍了码头溢油监测报警系统所使用的开发环境及运用的技术 理论基础，从系统的实现原理及体系结构方面对监测系统做了详细的分析与 介绍。 第三章：该章节是本论文的主体与核心，详细的说明了系统各模块的主要功 能及各功能的具体实现。 第四章：将滑动平均的理论应用的系统数据的处理l i l ，用来改善系统的误报 第l 章绪论 率。 第五章：对系统的测试情况进行分析总结，并介绍了溢油监控报警系统的应 用情况。 第入章：对整篇论文进行总结，同时对该系统的未来性展望。 3 g 网络码头溢油l 测报警系统设讣与丈现 第2 章监测报警系统的原理与结构 2 1 系统的开发环境及技术理论基础 2 1 1 开发平台及开发语言简介 c 撑是由c c + + 语言派生而来的一种语言，是唯一一种微软公司专门为n e t f 豫m e w o r k 平台设计的编程语言。n e tf r a m e w o r k 足微软公司为应用程序的开 发创建的一个新平台，框架结构图如图2 1 ，在其上町以创建w i n d o w s 应用程序、 w e b 服务、w e b 应用程序等各种应用程序，不受限制1 3 6 】。它包含了一个很人的代 码库和一个n e t 的公共语言运行库( c l r ，c o m m o nl a n g u a g er u n t i m e ) 【3 6 ，3 7 1 ， 而且，它可以应用于各种语言，并且还推出了相应这些语言的n e t 版本，让开 发人员不再受语言的局限，可以使用任何一种语言进行开发。而c # 语言的本身 的优势让其成为使用n e tf 阳m e w o r k 框架的开发者的必然选择。 图2 1 n e t 框架体系结构图1 3 7 】 f i g 2 1 n e tf m m 哪o r ks y s t 啪s t m c t u 他c h a n 冒v 汹a - c 抖冒 羁v 湎a - b a s k8 斟 v 跏a - l 鞫v 鼬删拱l 霸 j v i s u a lj s t u d i o n e t i 。“一妇k 睦_ 盥虹。l 翻 c 是后期发展起来的一种语言，是对其他语言进行了取长补短，结合了它 第2 章监测报警系统的原理与结构 们的许多优点。它的语法比较简单，使用起来也比c + + 方便，简单易学，功能也 很强大，c + + 可以实现的使用c 撑也可以达到l j 样效果。不i 一于c + + 的是c 群是一 种类型安全的语言，它的类型问转换必须严格遵守规则。相比于c c + + ，c 撑是 一款完全面向对象的编程语言，它的一些功能可以通过创建接口来实现【3 8 1 。它 是专门为n e tf r a m e w o r k 设计的主要语言，义具有很好的移植性，对于n e t 开 发来说，c 拌无疑是最好的语言。 在开发c # 应用程序卜，开发工具的选择也很重要，好的开发工具会使开发 工作事半功倍。m i c r o s o rv i s u a ls n l d i o2 0 0 8 ( v s 2 0 0 8 ) 并不是必需的开发- t 具， 但是它却可以使工作变得简单。v s 的源代码编译是可以自动执行的，而且它的 文本编辑器也可以实现智能检错，有项目模板代码避免了从头开始，还可以对项 目中的元素进行显示和导航等。除了卜述所说的优势之外，它的调试功能也很强 大，而且它还可以为应用程序创建部署项目，方便了项目的安裂3 蚋。v s 2 0 0 8 可 以开发基于n e tf r a m e w o d 【3 5 或之前版本的应用程序。 2 1 2 数据库访问技术 现在的社会是信息的社会，信息量越来越大，需要把这些庞大的信息有效地 组织管理起来，才能更好的为我们所用，为决策提供帮助。s q ls e r v e r2 0 0 5 就 是在这样的背景下诞生的。s q ls e r v e r2 0 0 5 是微软在数据库领域中的一个很重 要的产品，也是我们常说的关系型数据库的典型代表【3 9 1 。 s q l s e r v e r2 0 0 5 是一种土从式的数据库服务器，它本身不提供用户接口组 件，但是给客户端提供了多种方式访问数据库，总的可分为接口和组件两种方式。 使用接口的方式访问数据库时，客户端和服务器端都需要遵循设置好的接u 定 义，o l ed b 和o d b c 是最常用的两种接口。相比于接口方式，组件方式是将 接u 封装组件中，这样使访问更方便，a d o 组件就是当下比较受欢迎的一种组 件式数据库访问技术。而a d o n e t 是专门为了n e tf 姗e w o d 【提供高效的数 据访问机制【柏l 。 a d o n e t 结构图如图2 2 ，我们可以通过c o m m a n d 和d a t a a d a p t e r 对象来 访问数据库，d a t a s c t 在提供数据库的访问机制的同时还支持x m l 文件的访问 机制，实现了与x m l 文件问的数据交互。a d o n e t 常用的对象有数据集 ( d a t a s c t ) 、数据库的连接( c 咖c c t i 蚰) 、执行数据库的命令( c o 咖柚d ) 、数据 3 gi 叫络头溢汕舱洲 6 l 臀系统改洲。吱岘 阼读】_ 仪器( d a t a r c a d c r ) 及数拂：h i 通配器( d a t a a d a p t c r ) 。 n e tf 啊m e 、帕r k 数据提供程序 ( 。n n e c t m n t r a n ；a c t j 。n ( o m m a n d i ) a t a a l i a p t c s e i e c t c o m m a n d 数据脾 - _ 蟹章。m 二a n r 1 i j 垂画司l ：_ 蜮至彳j ：i 图2 2a d o n e t 结构罔1 4 0 j f i g 2 2a d o h e ts t l l l c t u r ec h a n 其一l j ，c o n n e c l i o n 类是川来连接数据库的：c o m m a n d 类是实现对数据库的访问； d a t a r e a d e r 类是通过c o m m a n d 类实现的一种只能向前彳i 能同头的、只读的、快速 的访问数据库的方式，只能检索读取数据库l 一的信息，不能对其进行操作：d a t a s e t 类提供一种断丌式的数据的访问机制，存d a t a s e t 对象中可以包含一个d a t a t a b i e ， 也可以包含很多个d a t a t a b i e ，同时也将数据表之间的约束和关系包括在内，d a t a s e t 类的层次结构如图2 3 ：而d a t a a d 叩l e r 类足负责连接d a t a s e t 和数据源，通过使用 f i l l ( ) 方法和u p d a t e ( ) 方法。 第2 章监测报警系统的原理与结构 图2 - 3d a t a s e t 类层次结构图 f i g 2 3d a t a s e tc i a 鼹h i e 捌吣h i c a ls t r u c t u r ec l l a r t 2 1 3s h a r p m a p 概述 s h 砷m a p 是一个非常实用的开源的地图渲染引擎，早期版本是由丹麦 m o n e i ln i e l s 0 n 基于n e t 2 o 开发的一款简单易用的地图类渲染库，可以用于桌 面和w e b 应用程序，目前最新版本的s h 叩m a p 是基于n e t 4 0 框架【4 l 】。对于桌 面应用程序，有一个内置的用广控件可以支持动态的缩放及漫游：对于w e b 应 用程序，没有内部的用户控件，但是有一个h t t p h 狮d l e r 使其更方便。s h 叩m a p 可以支持e s s h a p e f i i e 、p o s t g r e s q l ，p o s t g i s 、w m sl a y e r s 、j p e g 2 0 0 0 和e c w 栅格数据等多种g i s 数据类型的空间检索，同时还可以绘制出非常漂亮的地图。 g n ul c s s e rg e m lp u b l i cl i c e l l 是它的发布许可【4 。 4 2 】。 s h a 印m a p 包含了地图( m a p ) 、转换( c o n v e n s ) 、数据( d a t a ) 、图层( l a y e 体) 、 几何体( g 咖e t r i 姻) 、p m v i d e r s 、c 0 0 m i n a t e s y s t i 咖s 、r 明d 喇n g 、u t i i i t 油、s t y l e s 3 g 网络头溢油监测报警系统设计与丈现 等1 4 个命名空剐4 3 4 5 1 ，在这些命名空间中含有很多功能函数，它们可以实现地 图的不i j 功能。在使用s h a 叩m a p 实现g i s 地图功能过程中可以通过调用不同的 函数，扩展实现地图功能。 由于s h a 巾m a p 是开源的，又是基于n e t 开发的且小巧，所以倍受使用n e t 进行_ 次开发人员的欢迎和喜爱。s h a 叩m a p 的优点【4 6 4 7 l ： ( 1 ) s h a 叩m a p 的代码小于1 0 0 0 0 行，是一款很小的插件，特别容易上手， 且响应比较迅速，同时也拥有了g l s 软件应具备的基本功能； ( 2 ) 它是皋于n e t 环境运用c 语言开发的一款组件，所以可以很好的支 持n e t 环境： ( 3 ) 源代码开放； ( 4 ) 调用起来方便简单，没有繁琐复杂的安装步骤，只需要引用d l l 文件； ( 5 ) 还处在开发中，可以通过跟踪源代码来学习提高。 2 1 43 g 无线通信网络 二十一世纪是信息高速发展的时代，随着有线网络的大众化，便捷、灵活的 无线网络技术将是本世纪网络发展的重要标志。社会的发展，对通信有了更高的 要求，为无线通信的发展提供了更多新的发展机遇和新的挑战，这也推动了无线 通信产业的更新换代。无线通信的飞速发展为移动通信的发展提供了可能，在无 线通信基础上引入移动性的移动通信使无线通信具备了真正的动态性。人们都希 望可以实现无拘束的信息交流与通信【诣1 ，这就推动了移动通信技术的快速向前 发展。 现代移动通信技术的建立最早开始于上个世纪的二十年代，而真正开始投入 商业应用的是在上个世纪的八十年代。它经历了第一代的模拟移动通信技术，第 二代的数宁通信技术，如今，以支持多媒体的、高速数据业务的第三代移动性通 信技术已经被广为应用【4 9 l 。第三代移动通信技术是人们实现自由便捷通信的重 要阶段。它的传输速率非常高，它也可以实现无缝漫游在全世界任何地方，也可 以处理像视频、图像这样的多媒体形式。随着技术的成熟及应用的广泛，移动通 信将引领未来通信市场。 现今的社会，无论牛活、学列还是工作都离不开网络，3 g 时代已悄然降临， 3 g 在我们生活中再也不陌生，手机随时随地都可以卜无线，3 g 网的应用随处可 第2 章监测报警系统的原理与结构 见，已经渗入到生活的各个角落。有了3 g 网络，我们可以宽带上网、无线搜索 及视频通话，还可以运用手机上网看电视、购物、听音乐和玩网游等等。不需要 坐在电脑前，就可以随时随地聊天、写微博、收发微信，也可以像使用( ) q 或者 m s n 那样进行视频聊天，“面对面”的通话。3 g 通信网络广泛的应用，让我们的 工作、学习、生活变得丰富多彩，为我们带来了不一样的全新的体验。拥有了 3 g 网络，使远程监控通信变得更为流畅，传输的内容也更为丰富多彩。 2 2 系统的原理 2 2 1 系统监测的原理 整个溢油监测报警系统的通讯是通过3 g 网络及无线传输模块实现的，在控 制室中，远程监测平台根据预先设置好的采样时间，向码头溢油监测终端设备发 出控制指令，控制指令通过中间的传输设备将指令传到终端，当溢油监测终端收 到指令后开始- t 作，向控制系统传回应答字符，工作原理图如图2 4 。溢油监测 终端将采集到的海面情况信息传到控制系统，控制系统接收信息并对其处理，同 时将信息呈现在监控平台上，以便管理和查看。如果存在异常现象，控制系统会 自动发送报警指令，与此同时也可以向终端发送图像采集的命令，获取现场最新 的图像信息。报警点的位置及报警点的信息都将在电子海图上动态的显示，。 3 g 无线传输网络 图2 4 工作原理图 f i g 2 4w 溅p 血c i p l ec h a n 2 2 2 探测器工作的原理 溢油监测终端的探测器是负责采集现场探测的荧光信号数据，即是控制系统 获取的并用来对海面异常情况进行判断的数据。探测器的工作原理是使用一种紫 外光诱导荧光的技术，如图2 6 。荧光实际上一种由光导致的发光现象，是一个 3 g 网络码头溢油j | l 测报警系统设计与文现 能级的跃迁过稗，是指用一种特定波长的光( 比如紫外光) 照射某种物质，被照 射的这种物质会在极短的时问内发射出比照射光波长还长的光( 如可见光) 1 5 0 5 。 图2 5 探测器工作原理 f i 9 2 5d e t e c t o rw b 订【p r i n c i p l ec h a n 我们都知道，油中含有的碳氯化合物具有很高的荧光效率，所以，当使用一 种特定波长的光照射油时，它就会发出比该照射波长更长的光荧光。然而， 将该特定波长的光照射到无污染的海面上，光谱并没有很明显的变化，通过对其 发出的荧光光谱分析判断，就可以判断海面是否存在溢油现象。在本论文中，使 用的照射光是紫外光源。将一定波长的紫外光投射到监测的海面，若监测区域内 存在油膜，它将特定的波长范围内返回比投射的紫外光的波长更长的荧光，若是 监测区域的海而没有油膜和污染，返怛l 的荧光光谱将没有显著的变化。根据此原 理，控制系统通过对返同的监测区域海面的荧光光谱做判断，可以探测山监控的 海而附近是否存在溢油现象。 2 3 系统的体系结构设计 2 3 1 总体结构 码头溢油监测报警系统的拓扑结构图如图2 6 。它主要南室外溢油报警监测 终端设备和监控室中软硬件组成。其中溢油报警监测终端设备包括紫外光探测 器、紫外光源、接收器、声光报警器、摄像头、智能控制电路；监控室中硬件系 第2 章监测报警系统的原理与结构 统包括服务器、计算机、网络设备、g s m 数据通讯平台，软件系统包括了服务器 系统、操作系统、数据库软件、办公软件、驱动器等，其中的核心业务软件系统 主要是指码头溢油监视报警系统的监测管理系统，包括了电子海图动态显示系 统、溢油自动监测与报警系统、应急决策管理系统、现场图像信息采集与管理系 统。 旬同 监控室 通讯_ 9 臣务器数据服务器 6 上上 2 幽买块皇 溢油监测设备 溢油监测设备 图2 6 系统拓扑结构图 f i g 2 6s y s t e mt 0 p o l o g i c a ls t n l c m r ec h a n 2 3 2 硬件结构 硬件部分主要是服务器、短消息通信设备、码头溢油监测终端设备。服务器 主要作用是用来连接监控平台与监测终端，实现二者之间的通信，现场负责人员 也可以实现对服务器的访问：短消息通信设备主要是在报警时实现短信提醒的功 能；而监测终端是安装在码头现场的监测设备，负责采集现场的数据信息。 溢油报警监测终端设备包括探测器、紫外光源、声光报警器、摄像头及智能 控制电路。使用氙灯作为紫外光源，向监测海而投射紫外光，紫外光探测器可以 接收波长在3 0 0 姗至4 0 0 n m 之间的反射信号，声光报警器同时具备声光报警功 能和防爆功能的设备，智能控制电路是监测终端的控制部分，而摄像头的主要作 用是采集现场的图像信息。 3 g 网络码头溢油j 监测报警系统设讣与实现 2 3 3 软件结构 码头溢油监测报警系统的远程监测软件系统的开发环境是v s 2 0 0 8 ，使用的 开发语言是c 。为了满足码头溢油应急管理的实际需要，远程监控软件分兰个 子界面，即电子海图动态显示界面、金看现场图像信息界面和溢油实时自动监测 界而。使用c j | 语言进行软件的开发最大的特点就是它是而向对象的，将对象都 封装在类中，通过类的对象来调用。在开发码头溢油监测报警系统的远程监测软 件中所涉及的主要的类如图2 7 和2 8 中所示。 图2 7 窗体类结构图 f 磁7f 0 mc l 螂s t 眦t 叭c h a n 在软件系统i f l 窗体类的基类都是f o 啪类，如上图2 7 ，其中有一个主框架 类m a i n f n n 该类足程序的主体。在图2 8 中，m 锄a g e s m s 、m 0 n i t o r s i t e s 及 u s e r d a t a 三个类的基类都是o b j e c t 类。其中，m a n a g c s m s 类是一个信息类，在 此类里封装了发送报警短消息时通讯端口的设置，在主框架发送接收短消息的函 第2 章监测报警系统的原理与结构 数中通过定义该类的对象即可以调用该类；m o n i t o r s i t e s 类中定义的是监测点的 基- 奉信息；u s e r d a t a 类封装了用户的基本信息。 图2 8o 协e c t 类视图 f i 9 2 8o b j e c tc l 弱sv i e w 2 3 4 数据库表结构的设计 数据库是码头溢油实时监控系统数据信息仓储，数据库性能的好坏将影响系 统的实际运行效率。数据库的设计是数据库建立和应用的基础与核心，即使是数 据量很小的数据库，也不能忽略其设计。在对数据库的表结构进行设计之前，需 要创建一个数据库，本文所使用的数据库名为o s d s 。码头溢油实时监控报警系 统数据库中包含了4 个表，分别为：用户信息表、监测点位信息表、通讯录表及 事故信息表。数据库信息表格设计如下： l 、用户信息表( u 嘶h l f o ) 用户信息表用来存储用户的信息及该用户的使用权限，使用权限的设置为l 或o ，l 代表具备该功能的使用权限，0 代表不具备该功能的使用权限，用户信 息表的结构设计如表2 1 。 3 g 网络码头溢油监测报警系统设计与实现 表2 1h 】户信息表的结构 1 a b 2 2t h es t r u c t u r eo fu s e ri n f o m 唿t i t a b l e 2 、通讯录 通讯录表用来存放码头负责人的联系方式及信息，以备事故发生时及时取 得联系，通讯录信息表的结构如表2 2 。 表2 2 通讯录信息表的结构 1 a b 2 41 1 l es t r u c m r eo fa d d r e 弱b o o ki i l f o m 憾t i t a b l e 1 7 第2 章监测报警系统的原理与结构 3 、监测点位信息表 监测点位信息表用来存储、管理码头监测点位的信息，包括监测点的具体地 理位置及相关属性信息，如表2 3 。 表2 3 监测点位信息表的结构 t a b 2 31 1 1 es 仃u c t u r e o f m o n i t o r i n gp o i n ti n f i o 册a t i o nt a b l e 4 、事故信息表 事故信息表用来存放、管理发生的历次溢油事故信息，包括发生事故的具体 位置、时间及监测点名称等，如表2 4 。 表2 4 事故信息表的结构 1 a b 2 5t h es n u c t u 他o f a c c i d ti n f b m 豫t i o nt a b l e 3 g 网络 i 1 5 头溢油监测报警系统设训与实现 第3 章监测报警系统的功能设计与实现 3 1 溢油监测报警系统软件设计 软件的设计主要是指溢油实时远程监测软件系统的设计。它提供了一个溢油 实时的监测平台，通过3 g 网络可以实现实时监测一个或多个码头溢油监测系统。 该软件通过向监测终端发送指令，同时接收监测终端系统返同的指令信息并予以 判断，如发现异常，将及时发送报警指令启动声光报警同时发送短信提醒负责人， 并将异常信息存储到数据库备份，海图上将动态显示报警信息。该远程监测软件 可实现的主要功能有： ( 1 ) 对码头溢油远程实时监控，接收监控现场传来的数据信息并予以判断， 不受天气条件限制，2 4 小时连续监视。 ( 2 ) 实时报警。当监视到异常情况，同时启动声光报警、计算机报警及短 信报警，及时将报警信息通知码头负责入，并将该信息存入数据库。 ( 3 ) 电子海图动态显示，当某个监测点发生报警，在电了海图卜将动态的 显示该报警点信息。 ( 4 ) 采集现场的图像信息同时传回到监控中心，对现场情况作出及时的判 断，为应急处理、决策分析提供辅助。 ( 5 ) 通过查询数据库中存入的历次报警信息实现对历史记录的查询，同时 可以将历饮的报警数据信息通过统计报表的形式导出，为应急决策提供支撑。 ( 6 ) 设置了用户访问监测系统的权限，保证监测系统的安全可靠。 ( 7 ) 该监测系统还可以实现对海面温度的监测、控制监测终端探测器的灵 敏度及监测点位和闽值的管理。 3 2 溢油监测报警系统各功能模块详细设计 码头溢油监测报警系统是集地理信息系统技术、无线网络通信技术及计算机 软件技术于一体的综合性的码头溢油实时监控系统。总的来说，溢油监测报警系 统的主要功能模块设讨如图3 1 示： 第3 章监测报警系统的功能设计与实现 图3 1 系统功能模块示意图 f 弛3 1s y s t e mf 岫c t i o ns c h e m a t i cd i a g m m 3 2 1 系统管理 系统管理模块丰要是对监测系统进行管理和设置，功能的设计如图3 2 ，包括 连接终端、探测器的灵敏度设置、温度监测及系统退出功能。 图3 2 系统管理功能设计 f i g 3 2s y s t 锄m 柚a