（信号与信息处理专业论文）基于ip的煤矿安全生产远程监测系统的设计与实现.pdf

论文题目：基于口的煤矿安全生产远程监测系统的设计与实现 专业：信号与信息处理 硕士生：王飞 指导教师：卢建军 摘要 ( 签名 ( 签名 煤炭产业是我国的支柱产业，在国民经济中占有重要地位。矿井安全是煤炭产业健 康有序发展的重要保证。由于煤炭资源特殊的生产环境，经常发生瓦斯爆炸、火灾等重 大灾害，严重制约着煤矿安全生产目前网络的发展为煤矿的远程监测提供了很好的条 件，因此，利用网络进行远程监测，提出基于的煤矿安全生产远程监测系统势在必 行。 本文以8 6 3 项目为依托，陕西亭南煤矿试点应用为背景，将各系统数据集成到统一 的m 平台上，构建一个基于m 的煤矿安全生产远程监测系统，该系统以c s 与b s 混 合模式为基本结构。 论文研究了基于口的煤矿安全生产远程监测技术。根据亭南煤矿的需求，设计系 统的总体结构及安全方案，提出基于c s 与b s 的混合模式的体系结构及工业网络数据 接入坤网络的设计思路，确定了底层通信方案。详细设计系统的软件方案，包括数据 库系统的设计，软件功能模块的设计。采用d e l p h i 开发c s 客户端软件主要功能模块， 包括数据库连接、主界面、历史数据查询、实时曲线、历史曲线、控制命令下发、参 数设置、故障统计、视频。同时在b s 模式的开发中，重点对s t r u t s 框架技术进行了研 究与应用。本系统实现了监测点数据的实时显示、历史数据查询、曲线绘制，故障统计、 实时报警、安全管理、视频监视等功能。最后就本文所做工作进行总结并对系统的进一 步完善提出了几点设想。 该系统在陕西亭南煤矿试点运行稳定可靠。 关键词：远程监测；客户机服务器；浏览器服务器；s t r u t s ；数据库 研究类型：应用研究 s u b j e e t s p e c i a l t y n a m e ：d e s i g na n di m p l e m e n t a t i o no f c o a lm i n es a f e t yi np r o d u c t i o n r e m o t e m o n i t o r i n gs y s t e mb a s e do ni p ：s i g n a la n di n f o r m a t i o np r o c e s s i n g ：w h 唱f e i( s i g n a t 1 旧螋笪 n s t r u c t o r ：一咖 啪t - “我仁 a b s t r a c t t h ec o a li n d u s t r yi st h ep m a ri n d u s t r yo fo u rc o u n l r y , o c c u p y i n gt h eh n p o r t a n tp o s i t i o n i nt h en a t i o n a le c o n o m y t h em i n es a f e t yi st h ei m p o r t a n ta s s u r a n c et h a tt h ec o a li n d u s t r yh a s t h er e g u l a ra n dh e a l t h yd e v e l o p m e n t b e c a u s eo fs p e c i a lp r o d u c t i o ns t a r o u n d i n g so ft h ec o a l r e s o 蝴, t h e r ei su s u a l l yt h ei m p o r t a n td i s a s t e ro fg a sb l a s t , af i r e e t c ，r e s t r i c t i n gt h es a f e p r o d u c t i o no f t h ec o a lm i l l e a tp r e s e n t , t h en e t w o r kd e v e l o p m e n th a sp r o v i d e dav e r yg o o d c o n d i t i o nf o rc o a lm i n e 始- m o t em o n i t o r i n g t 跳f o r e , i t sv e r yn e c e s s a r yo fm a k i n gu s eo f n e t w o r ki nr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m , p r o p o s i n gc o a ll n i i l es a f e t yr e m o t em o n i t o r i n gs y s t e m b a s e d o n i p t h i s p a p e r w i t h t h es u p p o r o f 8 6 3p r o j e c t s , w h i c h i s b a s e o n t h e a p p l i c a t i o n o f t m g n a n s h a n x ic o a lm i n e ，b ym o u n t i n ge v e r ys y s t e md a t at ou n i ti pp l a t f o r m , b u i l t8 c o a lm i n es a f e t y x e m o t em o n i 协r i n gs y s t e mb a s e do nmt h ec sa n db sm i x e dm o d ei sa d o p t e dt ot h eb a s i c s t r u c t u r eo f t h es y s t e m t e c h n o l o g i e so f r e m o t em o n i t o r i n gb a s e do ni pa 托s t u d i e d s y s t e mp o p u l a t i o ns t r u c t u r e a n ds e c u r i t ys o l l l 矗sa r ed e s i g n e da o r d i n gt ot h ed e m a n d i n go ft m 斟a nc o a l s y s t e m m 屯h i t e c m r ea d o p t i n gm i x e dm o d eo fc sa n db sa n dt h ed e s i g nt h o u g h to fi n d u s t r i a l n e t w o r kd a t aa c c e s s e dt oi pn e t w o r ka 托p r o p o s e d t h es c h e m eo fb o t t o ml a y e r c o m m u n i c a t i o ni sc o n f i ne d t h es o f t w a r es c h e m eo ft h es y s t e mi sd e s i g n e di nd e t a i l , i n c l u d i n gd a m b a s y s t e md e s i g n , s o f t w a r ef u n c t i o n a lm o d u l e sd e s i g n t h ep a r t so f f u n c t i o n a l m o d u l e st ot h ec sm o d ec f i e n ts i d es o f t w a r ea 地r e a l i z e di nt h i st h e s i sw i t hd e l p h i , i n c l u d i n g m a i ns c r e e n , q u e r y i n gh i s t o r yd a t a , t h ec u eo f i n s t a md a t a , t h eo 1 l n eo f h i s t o r i cd 瓶c o n t r o l c o m m 卸t l ds e n d i n g , 弘m 埘1 e t e r s 辩触g f a u l ts t a t i s t i c s , v i d e om o d u l e a tt h es a m et i m e , s t r u t s f r a m e w o r kt e c h n o l o g yi ss t u d i e da n da p p l i e di n t h ed e v o l e p l e m e n to fb sm o d u l e t h e f u n c t i o n so ft h es y s t e ma r eh n p l e m e n t e d , i n c l u d i n gd i s p l a y i n gr e c o r d so fa 咖t r e q u i r i n g h i s t o r yr e c o r d s ，d r a w i n gc i l c ，s t a t i s t m gf a u l tr e c o r d s , a l a r m i n gi nt i m e , s a f e l yn m a o n g s y s t e m , v i d e om o n i t o re t c f i n a l i y , t h ep a p e r sw o r ki sg e n e r a l i z e da n ds o m ei d e a sa b o u t f u r t h e rd e v e l o p m e n t8 1 ep u tf o r w a r d t h es y s t e mh a sb e e no p e r a t i l l gs t a b l ya n dr e l i a b l yi n 删趾c o a lm i n e k e y w o r d s ：r e m o t em o n i t o rc sb ss t r u t sd a t a b a s e 函妻错技太孥 学搜论文独创性说明 本人郑重声明：所熙交的学位论文是我个人氍婚师指导下避行的研究工作及 其取得磺究残莱。尽我辨懿，黪7 交串燕缢标注秘皴灌熬遣方辨，论文中不魅食 箕镌入或集体己经公开教袁或撰写避酌磅究成柒，瞧不包含秀获得西安科技犬学 或其他教育机构的学能绒证书所使用j 吐的材料与披一同工作的同志对本研究所 鼗懿篷舞贾献慈已_ 盔论文孛敲了鹗确翁瓷甓著袭拳7 溪纛 学位论文作者熬名；互苦日期：抑五z 步 学位论文知识产权声明书 零入宛垒了解学校有关保护煞浚产投嚣燕定，繇；硬究生在棱攻瀵学位辫惩 论文工根豹知识产积肇位属于舀安科技大学学校有权傈密并尚霜家有关部门残 机构送燮论文的复印件和电子版本人允许论文被套阅和借阅。学校可以将举学 霞谂文鹣念藩蓑帮分巍容骧天有关数据疼避嚣捻索，哥跃采蔫影窜、续雾或搂獾 等复制币段保存和汇编零学位论文同时本人保证，毕业后绪宙学位论文研究课 题再撰霹的文章一律注明作者单位为露安科技大学。 霖密论文特瓣塞瑶逶恶本声鞠。 学挝论文作者签名；互冬 指 s e t 1 绪论 i i _ _ _ 皇_ 一 1 1 课题的研究背景及意义 l 绪论 煤炭是我国最重要的一次能源，煤炭工业是国民经济的主要基础产业，对国家经济 发展起着重要作用。但是煤炭行业由于资源赋存条件特殊、工作环境恶劣等因素。近年 来，煤矿重特大事故时有发生，安全生产形势十分严峻。据统计，煤矿事故占工矿企业 一次死亡l o 人以上特大事故的7 2 8 至8 9 6 ( 2 0 0 2 - - 2 0 0 5 年) ；煤矿企业一次死亡 l o 人以上事故中，瓦斯事故占死亡人数的7 l 煤矿所面临的重大灾害事故是相当严 峻的，造成的损失是极其惨重的由于煤矿事故多，死亡人数多，造成了我国煤矿的百 万吨死亡率一直居高不下。特别是煤矿重大及特大瓦斯( 煤尘) 灾害事故的频发，不但 造成国家财产和公民生命的巨大损失，而且严重影响了我国的国际声誉【n 。目前煤矿普 遍存在监控系统数据从井下传上来后仅仅是显示状态，数据利用度远远不足，企业很 多部门包括局技术部门、主要领导不能及时了解到安全状况，更谈不上国家安全监管部 门对井下安全生产信息的监督。同时还存在数据的处理度、共享度不足等因素，而广泛 应用信息技术是加强和改进煤矿安全生产工作的有效手段，推广煤矿行业信息技术应用 己刻不容缓。同时煤矿信息化也给信息产业提供了新的发展机遇，是信息产业改造传统 产业的极好结合点。 本文提出基于讲的煤矿安全生产远程监测系统，通过数据整合，集成到统一的m 平台上，通过设计实现基于c s 与b s 混合模式的远程监测系统，将安全生产数据以多 种表现形式显示到口平台上。可以充分利用煤炭行业现有的安全生产监测监控系统资 源，将煤矿井下各类监测、监控系统采集的安全生产信息( 数据、视频) 实时传输至监 测中心，系统能及时、自动辩识危险源的预临界值，并发出告警信息。使煤矿安全监督 管理和安全监察部门及时反响，进行有效的安全生产调度，及时跟踪和消除安全生产隐 患，从而对规范煤矿安全生产管理过程，提高行业监管力度，避免煤矿重特大灾害的发 生有重大意义各级安全监察部门以及煤矿各级安全责任人，在第一时间对井下可能出 现的安全事故隐患等异常情况，一览无余。这样，即使煤矿企业由于种种原因未采取措 施，各级监管部门也会及时下达指令，把事故隐患消灭在萌芽状态。充分发挥了信息产 业界的优势与作用，为进一步贯彻落实科学发展观，坚持以人为本，推动煤矿产业逐步 走上一条安全状况好、科技含量高、资源消耗低、环境污染少的新型工业化发展道路， 特别是控制住安全生产事故频发的势头，推动我国煤矿产业的协调健康发展有重要意 义。大力推广信息技术在煤矿领域的应用，特别是煤矿企业安全生产的监管问题，通过 信息化的渠道，使矿区和地方管理部门能够真实地看到安全生产的状况，以便及时的制 西安科技大学硕士学位论文 定政策，使煤矿开发合理化、安全化，透明化。对于合理开发与利用有限煤炭资源，更 要提高煤矿企业自动化、数字化、网络化、信息化的应用程度，充分利用监测监控系统 的海量数据，做好组织工作，提高数据的利用率和清晰化，用立体的概念建立数字化矿 井，来推进我国煤炭企业的改革与进步。 1 2 煤矿监测系统在国内外的发展状况 1 2 i 国外概况 煤矿安全生产监测系统是从煤矿生产系统的遥控、遥信和遥测技术中发展起来的。 继五十年代采煤机械化的出现，引起煤炭工业第一次技术革命之后，从六十年代初期， 国外就已经开始对环境参数的监测进行了研究。早期的监测系统一般是为井下某一生产 环节或某一监测目的而设计的，系统的容量不大。七十年代由于小型和大型计算机的出 现，加上新的数据传输和处理技术在煤矿监测系统中的应用，使得西德、美国，英国的 监测系统己取得很大进展，近年来各国的监测系统己逐渐从单独的生产监测与安全监控 转变为一个综合系统，英国，美国，日本，西德，都在不同范围和程度上有所发展和应 用。英国现已发展成为适应煤矿各种生产，安全环境的监测和控制而设计一套标准的地 面硬件和软件。英国设立了矿山安全的监查机构，对政府负责，同时加大对新技术和新 设备的推广使用，加强各种层次的安全培训2 0 世纪9 0 年代以来，煤矿己经很少发生 事故。英国的煤矿安全的发展对世界许多国家的煤矿的健康发展起到了积极的作用【2 l 。 2 0 世纪8 0 年代末，特别是9 0 年代后，美国煤矿采用高新技术，使煤炭产量大幅度增长， 劳动生产率成倍提高，安全状况大为改善，美国煤矿生产死亡人数少，虽然在一定程度 得益于优越的开采条件，但先进的经营管理水平，较高的工人安全意识，是保障美国煤 矿安全状况的先决条件网日本为了进一步解决煤矿安全生产自动控制问题，在最近几 年正在开发新的监控技术和智能监控仪器设备及专家监控系统【4 】。波兰、法国目前用于 集中监控瓦斯系统有c t t 6 3 1 4 0 v p 、c m m 2 0 型、c m c = i 型等几种，除能监测瓦斯外， 还可集中监控一氧化碳、温度、压力等。西德是发展煤矿监控技术较早的国家之一，有 许多自动化装置在井下得到应用，煤矿自动化水平较高，在技术上采用先进的煤矿安全 实时监控系统，在井下通过各种高级传感器取得现场各种数据，利用数码摄像头将采掘 现场的实时画面通过网络传到总控制室，并以各种形式显示。利用现代化手段使指挥中 心与现场保持密切联系，任何事故的苗头都可以在监控中心找到并进行相应的处理【5 1 这些国家的矿井监测系统技术水平虽不同，但近十几年来在预防恶性爆炸事故中，发挥 了重要作用。 1 2 2 国内概况 2 1 绪论 国外研制矿井计算机监控系统始于2 0 世纪6 0 年代，我国起步较晚，始于2 0 世纪 8 0 年代初期【6 】。我国的煤矿安全监控技术和国外相比还有一定差距，仍处于引进和研制 阶段。2 0 世纪年代后，我国先后从国外引入数十套监控系统，如美国的s c a d a 系 统、英国的m i n o s 系统、德国的t f - 2 0 0 系统、法国的c t r 6 3 4 0 系统、加拿大的森透 里昂系统。上述系统均是综合型监测系统，侧重于安全参数的监测和控制。引进的这些 系统，普遍存在着性能价格比较低，系统软件( 特别在文档处理方面) 不太符合中国国 情等问趔”。近几年我国计算机化的安全监控也有了较大的发展。先后研制出k j 2 、k j 4 、 k j 8 、k 1 1 0 、k j l 3 、k j l 9 、k j 3 8 、k j 6 6 等监控系统，在我国煤矿已大量使用。实践表 明，安全监控系统为煤矿安全生产和管理起到了十分重要的作用，各局矿已把它作为一 项重大安全装备。随着电子技术、计算机软硬件技术的迅猛发展和企业自身发展的需要， 国内各主要科研单位和生产厂家又相继推出了9 0 、k j 9 5 、k j l 0 1 、k j f 2 0 0 0 和k j g 2 0 0 0 等监控系统，我国自主开发的l 口系列在国内矿井进行了广泛应用，为我国煤矿安全生 产起到了重要的作用。 总体来看，当前我国煤矿行业信息化水平仍然较低，信息技术应用不平衡，由于煤 矿长期粗放经营和国家在煤矿信息技术应用上投入不足，适用于煤矿井下的信息技术、 电子信息产品和信息系统的研发及产业化水平非常落后，煤矿井下安全生产的技术支撑 保障较为脆弱，这在一定程度上制约着煤矿安全生产工作。从系统集成来看，有关生产、 管理的自动化与信息化水平相对较低；从产业角度看，目前煤矿行业安全生产软硬件研 发和服务保障系统相对滞后，研发力量薄弱，适合煤矿行业特点和需求的软硬件及电子 专用设备、仪器目前仍比较缺乏，还难以满足煤矿安全生产的需求和技术升级的需要。 目前我国的煤矿安全生产监测系统没有有效的利用网络实现系统集成不同的矿上 采用的安全监控系统往往不尽相同，一般都存在着多种安全监测监控系统。而随着对安 全生产的更高要求，系统的联网是必须的尤其是在煤矿安全形势严峻的情况下，通过 通信、网络技术实现全局煤矿监控系统的集中监测，为领导及相关技术人员提供各矿实 时监测数据，有利于领导对下属各矿的管理，有利于安全生产和指挥调度。为适应当前 发展需要，需尽快建立适应局矿的网络化煤矿安全生产监测信息系统。提出基于讲的 煤矿安全生产远程监测系统，将底层数据由上位机通过开放的i n l r a n e t i n t e m e t 网络系统 传输到不同的监测平台上，与上层的管理信息系统集成，形成功能更加强大的分层网络 化系统，从而大大提高工作效率和管理水平嘲 1 3 论文研究思路 本论文是在国内外已有的监测系统技术研究及目前我国煤矿安全生产监测存在的 闯题基础上，提出基于m 的煤矿安全生产远程监测系统。设计了亭南煤矿的局矿两级 监测网络，提出工业网络接入口网络的思路，根据亭南煤矿的现状确定了底层通信方 ， 西安科技大学硕士学位论文 案，以数据统一到口平台为基础建立应用平台。通过c s 与b s 模式的比较，提出基 于c s 与b s 混合模式的系统体系结构。详细设计了系统软件方案中的功能模块及数据 库结构。具体实现了c s 客户端的部分主要功能模块，并在b s 模式中对s l r u t s 框架技 术进行了研究与应用，将底层数据统一到了m 平台上，并以多种方式显示出来。本文 为实现煤炭行业的自动化数字化网络化信息化的过程提供了思路。 1 4 论文主要工作 论文是在国家高技术研究发展计划( 8 6 3 计划) 煤矿数字化瓦斯远程监测监 控系统( 项目编号：2 0 0 5 a a l 3 3 0 7 0 ) 中的陕西亭南煤矿应用的背景上展开的研究，主 要进行了以下几个方面的工作： ( 1 ) 通过对目前煤矿安全生产监测现状分析，提出了基于口的煤矿安全生产远程监 测方案。 ( 2 ) 设计了亭南煤矿局矿两级的基于m 的安全生产远程监测系统的总体方案。 ( 3 ) 通过远程监测系统的体系结构c s 模式与b s 模式的分析比较，提出了基于c s 与b s 混合模式的体系架构。 ( 4 ) 详细设计了系统软件方案，包括功能模块设计、数据库系统设计 ( 5 ) 采用d e l p h i 语言实现了c s 客户端部分功能模块的开发，主要完成了数据库连 接、主界面、历史数据查询、实时曲线、历史曲线、控制命令下发、参数设置、故障统 计、视频模块的开发，将数据与视频统一到一个平台上。在b s 模块实现中，重点对s 仇如 框架技术进行了研究与应用。 本文的组织结构如下： 第一章绪论。本章介绍了论文的选题背景及意义、煤矿监测系统在国内外的发展 状况、论文的研究思路、论文的主要工作及论文组织结构。 第二章基于妒的煤矿安全生产远程监测技术。 第三章亭南煤矿基于i p 的安全生产远程监测系统的总体设计。设计了系统的总体 结构、提出了基于c s 与b s 混合模式的体系结构及工业网络数据接入m 网络的思路， 根据亭南煤矿实际情况确定了底层通信方案，最后给出系统的安全方案。 第四章亭南煤矿系统软件设计方案。首先设计软件的总体结构、然后具体设计了 系统的功能模块结构、数据库的结构。 第五章亭南煤矿系统软件实现。具体实现c s 客户端部分主要功能模块的开发， 给出开发流程图及部分核心代码。在b s 模式的开发中，对s t r u t s 框架技术进行了研究 与应用。 第六章结论。 4 2 基于i p 的煤矿安全生产远程监测技术 2 基于口的煤矿安全生产远程监测技术 本章研究了基于口的煤矿安全生产远程监测技术，为亭南煤矿基于m 的安全生产 远程监测系统的设计与实现做了技术铺垫。 2 1 煤矿安全生产m 平台定义 煤矿安全生产口平台是一个建立在p 网络技术基础上的，服务于煤矿安全生产信 息远程传输和共享的新型公用网络平台。它能够容纳各种格式的信息，在统一的信息管 理平台下，实现不同地域、不同系统以及各级管理层之间音频、视频、数据信号的传输、 交换、共享和管理，并为煤矿安全生产提供各种宽带应用和服务业务。 2 2 远程监测系统体系结构 2 2 1c s 结构【9 】1 1 0 】 从9 0 年代初开始，分布式处理正在逐渐取代分时处理成为主流方式，客户机服务 器( 简称c s ，c l i e n t s e r v e r ) 结构逐步成为流行的网络计算方法，其基本思想是把应 用分布在客户机和服务器上，它主要用于跨多机的应用程序，其中的每一台计算机负责 维护一项特别的功能。这种编程方式改变了我们传统的单机应用设计和系统实现方式。 在c s 结构中，客户机是利用微型计算机访问网络的用户，服务器可以是提供网络控制 功能的任何规模的计算机。 c s 结构是采用分布式数据库管理系统的基础。客户机运行应用程序，完成屏幕交 互和输入输出等前台任务，而服务器则运行数据库管理系统，完成大量的数据处理及存 储管理等后台任务客户机访问数据库服务器时，用户的数据操作要求转化为s q l 语 言去执行具体的操作，再将结果返回客户机。c s 体系结构如图2 1 所示。 图2 1 c s 体系结构 这种结构在一段时间内得到了广泛运用，而且相当成功。随着网络系统的发展，c s 结构成功的背后却逐渐暴露出其架构上的缺陷：由于客户端和服务器端直接连接，服务 器将消耗部分系统资源用于处理与客户端的连接工作，那么每当同时存在大量客户端数 据请求时，服务器有限的系统资源将被用于频繁应付与客户端之间的连接，从而无法及 西安科技大学硕士学位论文 时响应数据请求。客户端数据请求堆积的直接后果将导致系统整体运行效率的大幅降低 甚至全面崩溃。 2 2 2b s 结构【1 1 1 2 】 b s 结构，即b r o w s e r s e r v e r ( 浏览器服务器) 结构，是随着i n t e r n e t 技术的兴起， 对c s 结构的一种变化或者改进的结构。 b s 结构模式共有三层体系结构，从本质上来说，它也是一种c s ( c l i e n t s e r v e r ) 结 构，只不过它是一种由传统的两层c s 结构发展而来的三层c s 结构在w e b 上应用的 特例。b s 模式把传统c s 模式中的服务器部分分解为一个数据服务器与一个或多个应 用服务器( w e b 服务器) ，从而构成了一个三层结构的客户服务器体系。这种三层体系 结构，如图2 2 所示； 图2 2 b 愿体系结构 表示层位于客户端，它的任务是通过w e b 浏览器向w e b 服务器提出数据请求和接 受w e b 服务器传送过来的页面进行显示。功能层由w e b 服务器来实现，它的任务是接 受用户的请求，执行相应的应用程序访问数据库，并将得到的结果处理后，以通用的格 式( 通常是h t m l 文件格式) 传送回客户端。数据层位于数据库服务器端，其任务是 接受w e b 服务器对数据库操作的请求，实现对数据库查询、修改、更新等功能，把运 行结果提交给w e b 服务器埘 这种体系的应用程序将业务规则、数据访问、合法性校验等工作放到了中间层进行 处理通常情况下，客户端不直接与数据库进行交互，而是通过中间层建立连接，再经 由中间层与数据库进行交互 2 2 3 两种结构的比较 c s 模式的数据及应用服务集中存储，可通过不同的平台存取，有较好的系统伸缩 性和安全性。它把集中管理模式转化为一种服务器与客户机负载均衡的分布式计算模 式，解决了执行效率及容量不足的问题。c s 模式有很强的实时处理能力，与b s 模式 相比c s 模式更适合于对数据库的实时处理和大批量的数据更新，另外，c s 模式的面 向对象技术十分完善，开发工具非常优秀。 在c s 模式下开发的应用系统也有一些方面不够完善，不能适应不断增长的多方面 6 2 基于i p 的煤矿安全生产远程监测技术 需求，主要体现以下几点：c s 模式必须安装客户端软件，系统相对封闭，不同系统之 间交流困难；用户界面风格各异，不利于推广使用；系统维护复杂；缺乏系统性的结构 框梨1 4 1 在三层的b s 结构中，由于事务处理逻辑模块从客户机任务中分离出来，由w e b 服务器来负担，就使客户机的压力大大减轻，使客户机从沉重的负担和不断对其提高性 能的要求中解放出来，也把技术人员从繁重的维护、升级工作中解脱出来，形成了“瘦 客户机，胖服务器”模式。这种结构模式具有以下优点： ( 1 ) 性能改善。在客户机以外的其他计算机上配置组件，能将计算负担从性能不高 的客户机转移到功能强大的服务器，以充分利用计算机资源。 ( 2 ) 易于管理。将应用程序的服务封装到各种组件，可将大型、复杂的应用程序划 分为更易管理的模块。 ( 3 ) 易于维护。组件容易重新设计和配置，能随时适应业务规则的变化。 ( 4 ) 良好的开放性。它提供了异种机、异种网、异种应用服务的联机、联网、统一 服务的最现实的开放性基础。 但是，b s 结构体系系统是多种技术的融合，还不十分完善。首先b s 虽然由j s p 、 a s p 等提供一定的交互能力，但相比c $ ，功能有限。同时b s 较之c s ，虽然简化了 客户端，但也相应增加了网络通信数据量，增加了网络负担，降低速度。再则，b s 模 式是基于i n t c m e t 的，而目前网络安全仍是一个技术尚未成熟的领域，因此b s 模式 的安全性较低。 从以上比较中可以看出b s 模式与c s 模式各有利弊，在本系统的体系结构设计 中提出了将c s 与b s 相混合的模式。企业内部用户一般通过c s 模式访问数据库，外 部用户通过刚s 模式访问数据库。 2 3 组件技术 2 3 i 组件技术概述 组件是一种能够提供某种服务的自包含的软件模块，它封装了一定的数据( 属性) 和方法，并提供特定的接口，开发人员利用这一特定的接口来使用组件，并使其与其它 组件交互通讯，以此来构造应用程序【瑚。 首先，组件是被封装的软件模块，它隐藏了具体的实现细节，只提供接口供开发人 员使用，这就使得开发人员不必了解组件的内部细节，就能利用组件方便地构筑应用程 序。这种特点还使得组件开发人员可以对组件单独进行升级，改进原来的功能，却不影 响整个应用系统的运行。 其次，组件的概念是独立于编程语言的，这也就是说，用不同语言编写的组件应能 7 西安科技大擘硕士学位论文 在一起协同工作，或者说用一种语言编写的组件能在用另一种语言编写的应用程序中很 好地工作。 此外，组件还能跨网络运行。也就是说，组件能被部署到联网的各个计算机上，它 们之间可以通过某种通讯机制相互交谈，从而构筑基于网络环境的分布式应用程序，实 现分布式计算。 组件技术将以前所未有的方式提高软件产业的生产效率，这一点已逐步成为软件开 发人员的共识。传统的c l i e n t s e r v e r 结构、群件、中间件等大型软件系统的构成形式， 都将在组件的基础上重新构造。组件技术使近二十年来兴起的面向对象技术进入到成熟 的实用化阶段。在组件技术的概念模式下，软件系统可以被视为相互协同工作的对象集 合，其中每个对象都会提供特定的服务，发出特定的消息，并且以标准形式公布出来， 以便其他对象了解和调用。组件间的接口通过一种与平台无关的语言i d l ( i n t e r f a e e d e f i n el a n g u a g e ) 来定义，而且是二进制兼容的，使用者可以直接调用执行模块来获得对 象提供的服务。早期的类库，提供的是源代码级的重用，只适用于比较小规模的开发形 式，而组件则封装得更加彻底，更易于使用，并且不限于c + + 之类的语言，可以在各种 开发语言和开发环境中使用 2 3 2d e l p h i 中组件技术的应用 组件是d e l p h i 应用程序的程序构件，d e l p h i 快速开发工具最大的优点就是采用可视 化组件库f v c l ) 来开发应用程序。可视化组件库( v c l ) 来自b o r l a n d 公司的的组件模型， 利用它可以创建可复用的d e l p h i 组件，v c l 组件可以在微软的窗式平台上运行 一般情况下，v c l 的组件可以从t c o m p o n e n t 开始。其最明显的特征就是它的属性 可以在设计时通过对象察看器来操纵。从t c o m p o n e n t 中分出可视组件和非可视组件。 非可视组件如t o p e n d i a l o g ，t v u n e r 等，这些组件因为继承自t c o m p o n e n t ，所以也就 继承了在设计时可以被操纵的特性。可视化组件始自t c o n t r o l ，是它引入了可视化属性 和方法，使继承自它的类都有了这些可视化特性 t c o n l r o l 又分出两类组件类型：从t w m c o n t r o l ( 窗口控件) 继承下的控件，和从 t g r a p h i c c o n t r o l ( 图形控件) 继承下的控件。继承自t w m c o n t r o l 的控件将w m d o w s 控 件进行封装，所以拥有w m d o w s 控件的很多特性，比如可以得到焦点，有唯一的句柄， 用户可以通过发送消息与这些控件进行交互等。而继承自t g r a p h i c c o n t r o l 的控件，也 是可见的，但没有旬柄，可以称之为图形控件，比如t i a d 3 e l ，t b e v e l ，都是d e l p h i 画 出来的，并不占用系统资源。 编写组件最重要的是要为组件添加属性、方法、事件等要素。其中属性的优势在于 可以很直观进行读写，而又不同于私有成员。因为属性可以通过写访问方法来保护私有 成员。属性可以有如下几种类型：简单类型属性、枚举类型属性、集合类型属性、对象 8 2 基于i p 的煤矿安全生产远程监测技术 类型属性、数组类型属性。事件其实是一种特殊的属性，他是指针类型，指向一个事件 方法类型。当有特定的事件发生时，它就会关联到一段执行代码。 制作组件的基本步骤如下： ( 1 ) 确定一个祖先类。怎么确定，可以根据上面组件的简要层次结构来确定。如果 是做非可视化组件，可以从继承t c o m p o n e n t 开始。如果做可视化组件，可以从t c o n t r o l 的予类开始。 ( 2 ) 创建组件的单元，需要在i d e 里面做几个操作。 ( 3 ) 给组件写属性，方法，事件，成员等。这些是写组件的核心部分。 ( 4 ) 测试，安装组件和写帮助。 2 4 基于w 曲的动态网页技术 w e b 服务器包含的信息量大，覆盖范围广，主要采用h t m l 编写，但h t m l 语 言文件不具备处理实时动态信息的功能，要使网页文件能够实时采集、传递、处理、显 示实时动态数据，需用动态编程语言对实时数据与图形等进行处理、分柝、显示，并把 该程序嵌入到网页中，由网页文件调用。一些动态网页的实现技术，如c g i 、p h p 和 a s p 等，它们又各有利弊【1 6 1 1 1 。下面对它们做以比较分析： ( 1 ) c g i ( c o m m o ng a t e w a yi n t e d a c ) 是运行在服务器上的一段程序，提供同客户端 h t m l 页面的接口浏览器将客户请求传送到服务器端c g i 程序中，由这些程序处理 客户请求然后返回结果。c g i 的缺点是每当有客户提出请求时，服务器都要创建一个新 的进程来运行c g i 程序。如果客户量大的话，进程的生成和清除是非常耗费资源的。此 外，不同服务器的c g i 不能通用，因此c g i 可移植性差。这些不足都限制了c g i 的应 用。 ( 2 ) p f i p ( i - i y p e r t e x tp r e p r o c e s s o r ) 缺乏规模支持。与之类似的嵌入语言，如a s p 和 j s p ，前者可以通过m i c r o s o f t 的c o m d c o m 获得a c t i v e x 支持，后者可以通过s u n j a v a 的j a v ac l a s s 和e j b ( e n t e r p r i s ej a v ab e a n s ) 获得支持。p h p 还缺乏多层结构支持。对 于大负荷站点，p h p 只能采取分布计算的解决方法。p h p 的数据库接口也不能统一，比 如对o r a c l e 、m y s q l 、s y b a s e 的接口，彼此都不一样，这也使它的运用受阻。 ( 3 ) a s p ( a c t i v es e r v e rp a g e s ) 其实是一套微软开发的服务器端脚本环境，内含于 m i c r o s o f tu s ( i n t e m e ti n f o r m a t i o ns e r v e r ) 之中。通过a s p 可以结合h t m l 网页、a s p 指 令和a c t i v e x 元件建立动态、交互的w e b 服务器应用程序。所有的程序都将在服务器端 执行，包括所有嵌在普通h t m l 中的脚本程序。a s p 最大的优点是服务器仅将执行的 结果返回给客户，这样就减轻了客户端浏览器的负担，大大提高了交互的速度。但是 a s p 一个明显的不足之处是它只能在m i c r o s o f tw m d o w s 系列的环境下运行 ( 4 ) j a v a a p p l e t 技术，将j a v a 小程序a p p l e t 下载到客户端直接进行操作。这种处理 9 西安科技大学硕士学位论文 方式会分散系统尤其是w e b 服务器的处理负担，提高系统效率，界面直观，同时增强 了交互的实时性。但是由于a p p l e t 要在浏览器端运行，增加了本地开销，不符合软件开 发中“瘦客户”的要求，因此应用并不广泛。 ( 5 ) j s p 技术，w e b 页面开发人员可以使用最新的x m l 技术来设计和格式化最终页 面。生成内容的逻辑被封装在标识t a g 和j a v ab e a n s 组件中，并且捆绑在小脚本中，所 有的脚本在服务器端运行，将内容的生成和显示分离，对客户浏览器的要求最低；j s p 强调可重用的部件技术，利用可重用的、跨平台的部件来执行应用程序所要求的更为复 杂的处理，开发人员能够共享和交换执行普通操作的部件，如同其他j a v a 技术，。一次 开发，处处运行”；j s p 得到了众多平台及服务器的支持，不仅为普通浏览器，还可以为 无线设备如移动电话、p d a 等提供动态数据。j a v ab e a n s 是一种j a v a 类( c l a s s ) ，通过封 装属性和方法成为具有某种功能或者处理某个业务的对象【埽l 。 在对上述动态网页实现技术的综合比较之后，本文采用交互性较好、与平台无关的 j s p 技术来实现w e b 服务器的应用程序。 2 5s t r u t s 框架技术 ( 1 ) m v c 模式 模型视图控制器( m v c ) 是x e r o xp a r c 在2 0 世纪年代为编程语言s m a l l t a l k - 8 0 发明的一种软件设计模式，至今已被广泛使用【1 9 1 1 2 0 1 。它强制性地使应用程序的输入、处 理和输出分开。m v c 应用程序被分成三个核心部件：模型、视图、控制器，它们各自 处理自己的任务。 模型( m o d e l ) 就是业务流程，状态的处理以及业务规则的制定，是应用程序的主体部 分，是真正完成任务的代码。业务流程的处理过程对其它层来说是黑箱操作，模型接受 视图请求的数据，并返回最终的处理结果。模型表示业务数据或者业务逻辑。视图( v i e w ) 是应用程序中用户界面相关的部分，是用户看到并与之交互的界面。控制( c o n t r o l l e r ) 的 任务是从用户接收请求，将模型与视图进行匹配，共同完成用户的请求，控制层不做任 何数据处理。例如，用户点击一个链接，控制层接收请求后，不处理业务信息，而只把 用户的信息传递给模型，告诉模型做什么，然后选择符合要求的视图返回给用户。因此， 一个模型可能对应多个视图，一个视图也可能对应多个模型。 m v c 的处理过程是首先控制器接受用户的请求，并决定应该调用哪个模型来进行 处理，然后模型用业务逻辑来处理用户的请求并返回数据，最后控制器用相应的视图格 式化模型返回的数据，并通过表示层呈现给用户( 如图2 3 所示) 1 1 9 1 1 0 2 基于i p 的煤矿安全生产远程监测技术 方法调用 图2 3m v c 组件的关系和功能 ( 2 ) s t r u t s 技术 s t r u t s 是a p a c h e 软件基金j a k a r t a 项目，它是基于m v c 的w e b 应用框架，用以改 善w e b 系统的结构。s t r u t s 基于当前一些标准的开发技术如s e r v l e t 、x m l 、j s p 等基础 之上，很好地实现了m v c 开发模式，为开发人员提供了健壮、可扩展的应用开发框架。 它是一个用来构建企业级j 2 e e 应用程序的流行框架。通过使用s u m s ，j 2 e ew e b 应用 程序的开发变得更加轻松且更易于管理【1 9 1 2 ” s t r u t s 框架是基于m v c 模型2 ，提供了一套相互协作的s e r v l e t 、类和标记库。它提 供了自己的控制器( c o n a o l l e r ) ，同时整合了其它的一些技术去实现m o d e l 层和v i e w 层。 s t r u t s 的组件结构如图2 4 所示圈： 图2 4s t a i r s 组件结构 m o d e l 组件：s t r u t s 为m o d e l 部分提供了a c t i o n 和a c t i o n f o r m 对象，所有的a c t i o n 处理器对象都是开发者从s t r u t s 的a c t i o n 类派生的子类。a c t i o n 处理器对象封装了具体 的处理逻辑，调用业务逻辑模块，并且把响应提交到合适的v i e w 组件。s t r u t s 提供了 西安科技大学硕士学住论文 a c t i o n f o r m 组件对象，通过定义属性描述用户端表单数据。开发者利用从它派生的子类 对象，与s t r u t s 提供的自定义标签库相结合，以获得对用户端表单数据的良好封装和支 持。a c t