硕士论文-基于WEB交互技术的在线环境监测系统的设计与实现.pdf

华中科技大学 硕士学位论文 基于WEB交互技术的在线环境监测系统的设计与实现 姓名 张维 申请学位级别 硕士 专业 软件工程 指导教师 胡雯蔷 20081031 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 I 摘摘 要要 基于化学分析与测试的环境监测技术 随着全球环境问题的日益突出和环保事 业的兴起 逐步发展成为一项多学科相互渗透的综合性科学 基于Web的在线监测系 统应对监测技术的进步逐步发展起来 它的目的是替代传统的C S模式 构建真正意 义上的远程连续实时监测系统 实现远程数据的自动传输 整合数据查询 数据统 计分析 远程监控 电子地理信息 智能决策以及业务处理于一体 并且对数据自 动进行完整性和有效性的检验 在研究传统在线监测系统的缺陷以及未来对监测的需求的基础上 提出构建基 于Web的实时连续污染源在线监测系统的思想 该系统具有实时性 连续性 开放性 用户操作便捷性 通过分析在线监测系统的特点及其功能需求 从整体上设计系统 框架 完善各个构架层的功能 使各层在相对独立的同时能够与其它层有机结合 协调工作 着重分析Web应用部分 针对系统中积累的大量数据从多个方面优化数据 库设计 独立设计系统中需要频繁调用的类 对Web应用的功能进行划分 使每一个 功能都成为独立的子系统 针对细化的子系统 分析相关技术的特点和优势 选择 合适技术实现各个子系统 最终有机结合成完整的在线监测Web平台 基于Web的在线监测系统是对传统监测手段的一项革新 使分布在各处的用户 可以通过电脑的浏览器轻松取得现场监测状况的数据 消除了因时间 地点的限制 给管理人员带来的不便 在数据有效性和完整性的保证下 完全实现无人值守的实 时连续数据采集 为环境监测提供完备而精确的数据信息 同时 作为一个综合的 中枢平台 在业务处理和决策实施方面也担任着越来越重要的角色 关键词 关键词 环境监测 在线监测系统 数据分析 现场监控 智能决策 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 II Abstract With the increasing prominence of the global environmental issues and environmental protection the environmental monitoring technology based on chemical analysis and testing has become a multi disciplinary and comprehensive science Web based on line monitoring system which responses to the development of the monitoring technology progresses step by step It is designed to replace the traditional C S mode construct a real continuous real time remote monitoring system and realize the remote automatic data transmission It also aims to integrate data inquiry data Statistical analysis remote monitoring electronic geographic information intelligent decision making and business disposal as well as to test the integrality and validity of the data automatically Grounded on the research of the defects of the traditional on line monitoring system and the future demand of monitoring the author proposes the notion of web based continuous real time on line pollutant source monitoring system which characterized by real time continuity openness and convenience First of all the thesis designs the overall framework of the system through analyzing the features of the on line monitoring system and its functional requirement which aims to perfect to function of every frame layer and to enable the layer to keep independent while working coherently and harmoniously Secondly the thesis emphasizes the analysis of the application of Web including optimizing the design of database according to the mass data accumulation designing the class in the system which needs to be frequently invoked independently and partitioning the function of Web application in order to make become independent subsystem At last the thesis analyzes the characteristics and advantages of relevant technology aiming at the thinning of subsystem and selects appropriate technology to realize every subsystem which eventually leads to the complete on line monitoring web platform Web based on line monitoring system is a great renovation compared with the traditional monitoring measure which enables the customers that distributes everywhere can obtain the data of on the spot monitoring easily through the browser It eliminates the inconvenience of the 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 III administrators caused by the restriction of time and place Guaranteed by data integrality and validity this system realizes the real time continuous data collection in an unmanned environment on the condition of data which provides precise and complete data for environmental monitoring Meanwhile as an integrated central platform web based on line monitoring plays a more and more important role in business disposal and decision making Keywords Environmental monitoring On line monitoring system Data analysis On the spot monitoring Intelligent decision making 独 创 性 声 明 独 创 性 声 明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师的指导下进行的研究工作及取得 的研究成果 尽我所知 除文中已标明引用的内容外 本论文不包含任何其他人或 集体已经发表或撰写过的研究成果 对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在 文中以明确方式标明 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担 学位论文作者签名 年 月 日 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留 使用学位论文的规定 即 学校有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版 允许论文被查阅和借 阅 本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进 行检索 可以采用影印 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文 保 密 在 年解密后适用本授权书 本论文属于 不保密 请在以上方框内打 学位论文作者签名 指导教师签名 年 月 日 年 月 日 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 1 1 绪论绪论 1 1 研究背景研究背景 环境污染问题是当今世界各国人民最为关注的问题之一 随着社会经济的不断 发展和人类生活水平的不断提高 人们在不断创造物质文明的同时 也在破坏着地 球的生态环境 为了能够为我们的后代保留一个绿色的生活环境 满足人们对各种 资源的需求 保持经济和环境的可持续发展 我们需要及时 准确的获取大量环境 信息 实时把握地球的脉搏 做出最精准的决策 1 传统的环境监测方法是人工采集污染源样品 将采集到的样品带回实验室进行 分析 这种分时段的样品采集本身就是不及时的 并且容易产生虚假数据 同时 采集工作枯燥而辛苦 甚至有些环境恶劣或者偏远的地区 人员根本无法进入 所 以需要一种远程的监测系统 它能够实时连续并且无人值守地监测环境指标 2 随着 科学技术的不断提高 计算机技术开始运用在各个领域 与环境保护工作的结合一 样发展迅速 它在环境保护的日常工作中对于数据的高速传输 资源共享 办公自 动化以及提高环保工作的宣传力度等方面起到了不可以估量的作用 3 成为了环保工 作不可以或缺的有利工具 出现了各种在线环境监测装置 自动记录各种数据 环境保护工作的开展要以事实和数据说话 在线环境监测是在一些特定地点设 置监测子站 在一些排污量较大的工厂企业的排污口处设置废水或废气的监测仪器 它们全为全自动监侧仪器 能够全天候对各项所需的指标进行监测和初步处理 4 同 时能将现场监测的各项指标分析数据即时传输回来 环保工作人员能够及时的对各 项数据进行汇总和处理 从而能够远程监视污染源的排污情况 基于C S模式的在线 监测 解决了因传统监测手段落后而导致的很多问题 5 但是不同公司研发的客户端 相互之间并不具备数据传输的兼容性 不利于监测数据整合 环保工作不能整体性 有效地进行 基于Web的在线环境监测系统正是为了解决当前面临问题而出现的 6 它为整个地区的环境监测提供一个综合平台 承接各个子系统的并入 可以在平台 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 2 上统一查看 管理数据 按照监测对象的不同分为 废水 烟气 大气和噪声四种 在线监测系统 1 2 国内外研究现状国内外研究现状 随着国民经济的不断发展 我国的环境监测相继经历了被动监测 主动监测和 自动监测阶段 上世纪年代初 发达国家相继建立了自动连续监测系统 并使用了 遥感 遥测手段 可在极短时间内观察 反映空气水体污染物浓度的变化 预测预 报未来的环境质量 我国在90年代初也开始了自动环境监测阶段 首先在北京 上 海 青岛等几个城市相继建立了地面大气自动监测站 之后又在黄浦江 天津引滦 入津河段及吉化 宝钢 武钢等大型企业的供排水系统建立了水质连续自动监测系 统 污染源在线监测系统是对企业所排放的污染物实施连续监测 它的特点是实时 监控和网络传输 我国从八十年代中期就开始了污染源在线监测方面的研究和探索 但真正在全国范围内开展此项工作则始于 九五 期间 国家环保总局在全国选择了 一些省 市作为试点 对污染源在线监测进行了管理和技术方面的有益探索 从全 国来看 我国大部分省 市开展在线监测的水平不一 水污染以规范排污口 安装 污水流量计居多 大气以安装烟尘在线监测居多 北京 上海 南京 苏州 哈尔 滨 大连等城市率先出台了污染源在线监测管理方面的措施与办法 南方城市安装 不同类型的COD在线监测设备的企业较多 北方城市安装烟气在线监测设施的较多 并开始实现联网 由于网络技术的飞速发展 使得传统的信息处理方式发生了根本性的变化 在 基于因特网 Internet 和局域网 Intranet 的污染源在线监测系统的开发和建设中 早期开发的 C S 客户 服务器 模式下的在线监测系统已暴露出构架上的缺陷 其 突出表现为 1 系统维护量大 每台客户机都必须安装一套独立的应用程序 一旦需要改动或者升级 所有客户端的程序都需要改变 7 2 硬件成本较高 客 户端既要执行界面程序 又要执行业务处理程序 要求客户机的配置较高 3 安全性差 对服务器中数据的操作程序存在于客户端 这样就增加了用户通过程序 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 3 破坏服务器中数据的可能性 而基于 Internet 和 Intranet 下 B S 浏览器 服务器 结 构的应用系统 采用的是 TCP IP HTTP 等标准协议 8 将具有强大存储能力和管 理能力的数据库应用于 Internet Intranet 上 具有良好的开放性和较高的安全性 而 且在客户端不需要开发任何的用户界面 用浏览器就可以完成对全网的访问 对系 统的管理 维护和升级提供了极大的便利 因此 基于 B S 模式的应用系统逐渐成 为建设污染源在线监测系统的必然趋势 9 1 3 论文的研究内容及目标论文的研究内容及目标 本文针对在线监测系统的特点及其发展趋势 分析传统的在线监测方法的缺陷 肯定构建远程实时在线监测系统的思想 分析C S模式在设计本系统上的相对优点和 缺点 最终提出构建基于B S模式的远程实时监测系统 首先设计整个系统的构架及 组成 对构架中的每一层详细分析它的功能以及在系统中所担负的职责 并且讲述 各个组成部分之间如何协调工作 成为一个有机高效的整体 然后通过对比关键技 术的各自特点 提出在VS2005平台利用ASP NET构架创建系统的Web应用 10 并且 在设计中加入高效的Ajax Web Service技术 11 提高系统整体的性能和操作人性化 对设计模式做概要的分析 选择合适的设计模式开发系统 对整个系统进行具体的 功能分析 按照需要的功能细化整体为多个有机结合的功能模块 功能模块各自具 有独立于其他模块的完整功能 同时综合其他模块的功能一起使用 能够获得更有 效的结果 针对在线监测系统本身的数据处理特点 尤其注重在数据库设计上的特 点 使数据查询工作能够高效而且准确 提高整个系统的性能 同时 根据客户的 特点以及数据信息的敏感性 规范化系统使用者的权限 利用权限最小化原则 为 每个用户赋予相应的操作权限 对权限的有效管理一方面可以避免数据泄露被非正 当使用 另一方面可以减小系统的负担 优化系统性能 在实现功能的同时 考虑 到系统数据量的庞大 以及系统的多层次特点 数据在传输和处理过程中不会一直 准确 势必会产生无用 错误甚至空白数据 所以必须确保数据的完整性和有效性 最终利用ASP NET Ajax Web Service等技术具体实现细分化的功能模块 在每个 具体的模式快实现中具体问题具体分析 针对各自的特点 综合各项技术将整个系 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 4 统搭建起来 完成整个系统的构建 本文的研究目的是构建一个综合接收数据 数据查询 数据分析 现场监控 运营维护 智能决策 业务处理为一体的Web应用平台 使污染源的监测数据可以 通过无线通讯实时连续传输到数据库中 平台调用数据库中数据 展示各种报表数 据 指导污染的控制 在线监测系统可以二十四小时无人实时监测 每一个数据都 保存在数据库中 并且这些数据是按照时间连续无中断的 方便任何时间段的多条 件查询 分析 在提供精确数据的同时能够管理现场运营的设备 一方面 可以通 过现场安装的视频 直接取得现场场景的视频画面 另一方面 实时掌握现场设备 的运行状况 系统中产生的数据能够得到有效的管理 为用户提供经过完整性和有 效性判断及矫正的最终数据 12 并且能够确保数据的安全性 真正完全实现远程在 线监测系统的远程性 实时性 连续性 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 5 2 系统关键技术系统关键技术 一个完善的系统设计脱离不了合适的技术 随着技术上的革新 Web 应用的开 发中涉及到的技术种类繁多 选择合适的技术工具来实现对应的系统是至关重要 的 下面就本系统设计中需要涉及到的相关技术做一个分析 主要突出技术的特点 和优势 2 1 Net FrameWork Net Framework是在VS平台上进行开发的基础 NET Framework为Web应用程序 提供了一个高效安全的开发环境 并全面支持XML 13 NET Framework的核心技术 包括通用语言运行库 CLR 类库 ASP NET及ADO NET ASP NET建立在 NET Framework类的基础之上 并提供了由控件和基础部分组 成的 Web程序模板 大大简化了Web程序和XML Web服务的开发 程序员直接面 对的是一组ASP NET控件 而这些控件由一些诸如文本框 下拉选单等通用的HTML 用户界面构件封装而成 实际上这些控件运行于Web服务器上 并简单地以HTML 的形式将用户界面发送到浏览器 ADO NET使用了脱机数据缓存技术 14 使用户能 快速地创建出高性能 可靠的XML Web服务和现在流行的多层应用程序 本文提出的基于ASP NET技术的污染源在线监测系统正是利用ASP NET集成开 发环境开发基于FrameWork支持下的应用程序和远程发布程序 有效的增加了本系统 的适用性和实用性 为系统的稳定运行提供了强有力的支持 应用ASP NET技术可 以避免早期软件开发人员因疏忽造成的内存泄漏 数组索引越限等问题 此外 采 取本方式开发的程序 可以将本地程序 即系统的采样 分析 和远程发布程序 即 系统的实时数据 历史数据查询 系统反控 有机的结合起来 15 适应了在线监测 系统的免维护 以及系统网络安全性能等方面的基本要求 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 6 2 1 1 ASP NET执行原理执行原理 ASP NET程序是由三个部分组成的 它们是 ASP NET Web Form ASP NET Web Service ASP NET Application 1 Web Form 属于CLR编程模板 它能够在服务器动态的产生Web页面 Web Form程序的后缀名是aspx 可理解为它就是ASP的后继产品 16 是ASP NET编 程中使用最多的一种类型 2 Web Service 提供网络服务的意思 它提供服务商与客户之间的服务关系 可以在Web Service程序中设置为客户提供的服务种类以及提供公开数据的权限等 Web Service程序的后缀名是asmx 3 Web Application 在一个虚拟目录中的所有文件 页面 模板 执行代码 等总称为Web Application 一个ASP NET Web应用程序包括Web Form和Web Service 以及其他各种类型的文件 一个ASP NET应用程序开始于IIS 当用户通过浏览器向ASP NET网站的一个页面发送请求时 IIS在服务器端首先 接受请求 IIS本身不会处理ASP NET页面 18 所以当发现请求的资源是以aspx为结 尾的Web Form时 IIS将控制权交给一个ISAPI扩展 ISAPI扩展的级别低于IIS 但高 于用户站点 并且独立于站点之外 ISAPI 收到处理请求后会启动一个 ASP NET 工作进程 然后将请求者的请求信 息转交给 ASP NET 工作进程 名为 ASPNET WP EXE 接下来 控制权由 ASPNET WP 掌握 在 IIS 和 ASPNET WP 之间增加一层 ISAPI 大大扩大延展性 ASPNET WP 首先解读请求者的信息 如果请求者请求的 ASP NET 应用程序 站 点 或 虚 拟 目 录 尚 未 拥 有 APPDOMAIN ASPNET WP 就 会 建 立 一 个 APPDOMAIN 并且将被请求的 ASP NET 应用所需的 Assembly 就是那些 DLL 例 如 System Web DLL 等 载入到 APPDOMAIN 中 它在 APPDOMAIN 建立后 将请 求转发至对应的 APPDOMAIN 中的 ISAPIRuntime 对象 ISAPIRuntime 对象是 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 7 APPDOMAIN 的一部分 ISAPIRuntime 专门负责解出请求的必要信息 它将信息 和请求转交给 HttpRuntime 当 APPDOMAIN 初始化完成后 接下来就需要建立会话 因此 请求由 HttpRuntime 来接受 HttpRuntime 主要的工作便是为每一个提出请求的客户建立一 个 HttpContext 对象 19 HttpContext 管理着 HttpSession 对象 每一个访问者有各自 的 HttpContext 对象和 HttpSession 对象 可以在 ASP NET FRAMEWORK 库中找到 对应的类名 像 System Web HttpContext System Web HttpSessionState 等 接下来 HttpApplication 调用 ProcessRequest 方法来处理用户请求 此方法会 调用对应的 HttpHandler 来处理用户请求 HttpHandler 根据用户请求的文件的扩展 名处理请求 20 并把请求的结果也就是 HTML 发送到客户浏览器 整个 ASP NET 应用运行过程中的各个对象的职能以及流程的详细图解说明如 图 2 1 所示 IIS负责 接受请求 并找到目标站点 目标是ASP NET应用由IIS继续处理请求 IIS ISAPIRuntime对象 ASPNET ISAPI ASPNET WP进程 HttpRunTime对象 HttpApplication APPDOMAIN 创建HttpContext 创建HttpSession 创建HttpApplication 加载各种HttpModule 建立APPDOMAIN及相关对象 转发请求到 ISAPIRunTime 对象 调用HttpRunTime 处理请求 图图 2 1 ASP NET 应用程序的执行流程应用程序的执行流程 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 8 2 1 2 页面生存周期页面生存周期 当一个页面请求发送到 WEB 服务器时 不论该事件是由页面提交还是由页面 重定向而激发的 页面在其被创建到释放的过程中都会运行一系列的事件 一个 ASP NET 页面从被创建到释放的过程包含 11 个事件 1 对象初始化 Init 事件 页面初始化的标志是 Init 事件 页面中的控件 包 括页面本身 都是在它们最初的 Form 中被首次初始化的 21 在成功创建页面的控 件树后 对应用程序激发这个事件 当 Init 事件发生时 在 aspx 源文件中静态声明 的所有控件都以实例化并取其默认值 这时还没有视图状态信息可供使用 虽然可 以重载 OnInit 方法 但是系统并不保证这些控件实例是按照怎样的顺序被创建的 2 加载视图 在初始化之后 页面框架立即加载该页面的视图状态 ViewState 所谓视图状态就是一些名称 值对的集合 22 LoadViewState 方法 就是从 ViewState 中获取上一次的状态 并按照页面的控件树的结构 用递归来遍 历整个树 将对应的状态恢复到每一个控件上 3 处理回发数据 回发数据处理阶段使各个控件有机会更新其状态 以便 准确的反映相应的 HTML 元素在客户端的状态 页框架将在每个提交数据的控件上 实现 IpostBackDataHandler 接口 然后激发 LoadPostData 事件 通过页面解析发现 实现 IpostBackDataHandle 接口的控件 23 正确的回传数据更新控件状态 在识别 控件时 ASP NET 通过匹配控件的唯一标示符来更新正确的控件 该标识符具有名 称值集和名称值对 4 加载页面 Load 在回发数据处理阶段结束时 页面中的所有控件都根据 客户端上所输入的更改来更新状态 此时 对页面激发 OnLoad 事件 24 对于每一 次请求 Load 事件都会触发 执行 Page Load 可以利用该方法执行一些页面初始 化 例如准备好数据库的连接字符串 在事件引用中 为了提高性能 通常使用 Page 类的 IsPostBack 属性判断是不是数据回发 5 回发更改通知 在所有实现了 IpostBackDataHandler 接口的控件被正确的 回传数据更新后 每个控件都有一个布尔值的标识 标识其自上一次提交后该控件 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 9 的数据是被更改还是保持其值 然后 ASP NET 通过搜索页来寻找任何显示控件数 据被更改的标识并激发RaisePostDataChanged RaisePostDataChanged事件直到Load 事件发生后 所有控件被更新后才激发 这保证了在控件被回传数据更新前 其他 控件的数据在 RaisePostDataChanged 事件中没有被手动更改过 6 处理回发事件 RaisePostBackEvent 当回传更新导致数据改变而引发服务 器端事件后 引发回传的对象会在 RaisePostBackEvent 事件中被处理 25 这种引发 回传的对象往往是一个按钮被单击或者其状态改变而引发回传的控件 例如 Button 触发 Onclick 事件 客户端修改了某个文本框的文本 同时将 AutoPostBack 设置为 true 触发 TextChanged 事件等 7 预呈现 PreRender 在处理回发事件后 页面就准备进行呈现 这一阶段 的标志是 PreRender 事件 各个控件执行任何需要在保存视图状态和呈现输出结果 的前一刻完成的最后更新操作 最终请求的处理都会转变为发挥服务器的响应 预 呈现这个阶段就是执行在最终呈现之前所做的状态的更改 8 保存状态 SaveViewState 在这一状态中所有控件以及页面本身可以刷新 自己的 SaveState 集合的内容 所得到的视图状态随后得以序列化 进行哈希运算 进行 Base64 编码并关联到 VIEWSTATE 隐藏字段 9 呈现视图 Render 在 Render 事件中 调用对象使它们呈现为 HTML 的同 时也收集 HTML 发送给客户 客户接收到 HTML 标记后进行重组 最终显示给客 户 当 Render 事件被重载时 开发者可以为浏览器创建定值的 HTML 26 此时页 面创建的任何 HTML 都还没有生效 Render 方法用 HtmlTextWriter 对象做参数并由 它产生 HTML 送给浏览器 这主要用于自定义控件的开发 10 处置 Disposed 执行销毁控件前的所有最终清理操作 在此阶段必须释 放对昂贵资源的引用 如释放内存 释放数据库的连接等 11 卸载 Unload 一个页面的最后生存标志就是 Unload 事件 该事件在页 面对象被解除之前发生 在此事件中 可以调用 Dispose 方法尽可能释放占用的任 何关键资源 例如 文件 图形对象以及数据库连接 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 10 2 2 Ajax 技术技术 事实上 AJAX 不是一个技术 而是几种技术的结合 27 每种技术都有其独特 之处 合在一起就成了一个功能强大的新技术 AJAX 包括 XHTML 和 CSS 用 于动态显示和交互的文档对象模型 DOM 用作数据交互和操作的 XML 和 XSLT 用于异步数据接收的 XMLHttpRequest 前述技术的 粘合剂 JavaScript 传统的WEB应用模型工作起来就像这样 大部分界面上的用户动作触发一个连 接到WEB服务器的HTTP请求 28 服务器完成一些处理 接收数据 处理计算 再访 问其它的数据库系统 最后返回一个HTML页面到客户端 而通过在用户和服务器之 间引入一个AJAX引擎 可以消除WEB的开始 停止 开始 停止这样的交互过程 它增加了一层机制到程序中 使它响应更灵敏 一个HTTP请求的用户动作现在通过 JavaScript调用Ajax引擎来代替 29 任何用户动作的响应不再要求直接传到服务器 例如简单的数据校验 内存中的数据编辑 甚至一些页面导航引擎自己就可以处理 它 如果引擎需要从服务器取数据来响应用户动作 假设它提交需要处理的数据 载入另外的界面代码 或者接收新的数据 引擎让这些工作异步进行 通常使用XML 不用再担误用户界面的交互 如图2 2所示 User Interface Br o ws e r C l i e n t 传统传统W eb应用模型应用模型 Web Server Datastores Backend Processing Legacy Systems S e r v e r s i d e S y s t e ms User Interface Ajax Engine Web Server and or XML Server Datastores Backend Processing Legacy Systems S e r v e r s i d e S y s t e ms Br o ws e r C l i e n t A J A X W eb 应用模型应用模型 Ht t p s T r a n s p o r t HTML CSS Data HTML request Ht t p s T r a n s p o r t XML Data HTML request Javascript Call HTML CSS data 图图2 2 传统传统WEB应用模型与应用模型与AJAX模型的比较模型的比较 在会话的开始 浏览器加载了一个AJAX引擎 采用JavaScript编写并且通常在 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 11 一个隐藏frame中 30 这个引擎负责绘制用户界面以及与服务器端通讯 AJAX引擎 允许用异步的方式实现用户与程序的交互 不用等待服务器的通讯 所以用户再不 用打开一个空白窗口 等待服务器完成后再响应 传统的同步交互和AJAX异步交互 过程的对比如图2 3所示 Data Transmission Data Transmission Data Transmission Data Transmission T i me S e r v e r C l i e n t User Active User ActiveUser Active System ProcessingSystem Processing T i me S e r v e r C l i e n t Server side Processing Server side Processing Server side Processing Server side Processing Data Transmission Data Transmission Data Transmission Data Transmission Data Transmission Display Input Display Input Display Input Display Data Transmission Data Transmission Data Transmission Input Client side Processing User Activty B r o ws e r U I A j a x E n g i n e 传统传统W eb应用模型 同步 应用模型 同步 A J A X W eb 应用模型 异步 应用模型 异步 图图2 3 传统传统WEB应用的同步交互过程和应用的同步交互过程和AJAX应用的异步交互过程的比较应用的异步交互过程的比较 Ajax的优点 web服务器实现异步请求 在用户等待来自于web服务器的响应时 浏览器用户接口不会被堵塞 而是可以继续响应用户的交互 在浏览器和WEB服务器之间基于XML数据的交换 XMLHttp对象使得与WEB服 务器进行通讯而不需要重载页面成为可能 31 跨越基于XMLHttp的到服务器的调用状态没有丢失 AJAX应用程序可以避免每 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 12 次都重新生成UI界面 更多的逻辑位于浏览器端 从而减少了到WEB服务器的来回 请求的数量 进而全面改进系统的潜力 2 3 Web Service Web Service就是一个应用程序 它向外界暴露出一个能够通过Web进行调用的 API 32 能够用编程的方法通过Web来调用这个应用程序 它是建立可互操作的分布 式应用程序的新平台 Web service平台需要一套协议来实现分布式应用程序的创建 任何平台都有它的数据表示方法和类型系统 33 要实现互操作性 Web service平台 必须提供一套标准的类型系统 用于沟通不同平台 编程语言和组件模型中的不同 类型系统 在传统的分布式系统中 基于界面 interface 的平台提供了一些方法来描 述界面 方法和参数 如COM和COBAR中的IDL语言 同样的 Web service平台 也必须提供一种标准来描述Web service 让客户可以得到足够的信息来调用这个Web service 最后 我们还必须有一种方法来对这个Web service进行远程调用 这种方法 实际是一种远程过程调用协议 RPC 为了达到互操作性 这种RPC协议还必须与平 台和编程语言无关 Web service平台由三种技术组成 1 XML和XSD 可扩展的标记语言 XML 是Web service平台中表示数据的基本格式 34 通过 XML Extensible Markup Language 可以规范的定义结构化数据 是网上传输的数据 和文档符合统一的标准 35 XML数据和文档可以很容易的让所有程序共享 除了易 于建立和易于分析外 XML主要的优点在于它既是平台无关的 又是厂商无关的 无关性是比技术优越性更重要的 软件厂商是不会选择一个由竞争对手所发明的技 术的 XML解决了数据表示的问题 但它没有定义一套标准的数据类型 更没有说怎 么去扩展这套数据类型 例如 整形数到底代表什么 16位 32位 还是64位 这 些细节对实现互操作性都是很重要的 W3C制定的XML Schema XSD 就是专门解决 这个问题的一套标准 36 它定义了一套标准的数据类型 并给出了一种语言来扩展 这套数据类型 Web service平台就是用XSD来作为其数据类型系统的 当你用某种 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 13 语言 如VBASP NET或C 来构造一个Web service时 为了符合Web service标准 所 有使用的数据类型都必须被转换为XSD类型 我们使用的工具可能已经自动完成了 这个转换 但有时很可能会根据特定的需要修改一下转换过程 2 SOAP 简单对象访问协议 SOAP 提供了标准的RPC方法来调用Web service 它意味着 Web service是以对象的方式表示的 但事实并不一定如此 完全可以把Web service 写成一系列的C函数 并仍然使用SOAP进行调用 SOAP规范定义了SOAP消息的格 式 37 以及怎样通过HTTP协议来使用SOAP SOAP也是基于XML和XSD的 XML 是SOAP的数据编码方式 3 WSDL 怎样向别人介绍Web service有什么功能 以及每个函数调用时的参数有哪些 呢 可以写一套文档 也可以口头上告诉需要使用Web service的人 但是这些非正 式的方法至少都有一个严重的问题 当程序员坐到电脑前 想要使用Web service的 时候 工具 如Visual Studio 无法给他们提供任何帮助 因为这些工具根本就不了解 需要调用的Web service 最好的解决方法是用机器能阅读的方式提供一个正式的描 述文档 Web service描述语言 WSDL 就是这样一个基于XML的语言 38 用于描述 Web service及其函数 参数和返回值 因为是基于XML的 所以WSDL既是机器可 阅读的 又是人可阅读的 39 这将是一个很大的好处 一些最新的开发工具既能根 据你的Web service生成WSDL文档 又能导入WSDL文档 生成调用相应Web service 的代码 2 4 其他涉及技术其他涉及技术 1 JavaScript JavaScript一直被定位为客户端的脚本语言 它可以通过JavaScript操作 XMLHttpRequest跟后台的数据库打交道 2 DOM DOM Document Object Model 是提供给HTML和XML使用的一组API 提供了文 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 14 件的表述结构 并可以利用它改变其中的内容和可见物 脚本语言通过DOM才可以 跟页面进行交互 40 WEB开发人员可操作及建立文件的属性 方法以及事件都以对 象来展现 比如 Document就代表页面对象本身 2 5 本章小结本章小结 本章主要详细介绍了在本文中需要涉及到的技术 分析每一个技术使用范围和 特点 ASP NET 是开发的平台 在这个平台上开发 Web 应用程序是非常方便快捷 的 分析 ASP NET 页面的生存周期 系统中的所有东西都承载于 ASP NET 页面上 包括与用户交互的界面以及数据展示 Ajax 技术可以提高页面的性能 它的局部刷 新功能能够使用户得到更好的体验 Web Service 提供开放的接口 为其他系统的调 用做好准备 其他的一些诸如 javascript flash 等都是在制作页面中需要用到的重要 技术 有了技术做基础 下一章我们将讲解系统的前期设计 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 15 3 在线监测系统分析及设计在线监测系统分析及设计 通过对技术特点的分析 确定系统所采用的技术 本章主要分析在线监测系统 的整体构架 从功能出发 确定系统的组成及多层构架 以及构架各部分之间的协 调工作原理 将整体具体分化为多个子功能模块 提出与系统相关的权限概念 设 计权限的操作方案 同时完成针对系统本身的数据库设计 使系统查询效率得到优 化 3 1 系统功能分析系统功能分析 1 基本信息管理功能 管理用户的权限内容 以及用户自身的个人信息 如密码和中文名的修改 同时可以管理个人的收藏夹 对于重要的数据报表能够生 成一份自己的存档 2 数据接入和存储功能 接入由通信中心分发的 CEMS 主动上传数据并存 储到本地数据库 同时 可向通信中心发起历史数据同步请求 并接收和存储通信 中心发送的同步数据 3 远程监控功能 远程传输现场的实时场景 监控现场仪器的运行状态 并且保存运行状态记录 同时远程控制监测端的设备 4 数据查询 发布和统计功能 提供多种数据查询和发布方式 包括列表 曲线图 提供报表生成 报表导出和自定义报表等功能 5 远程控制和历史数据调取功能 可提供通过通信中心实现对监控现场的 初始化 参数控制和设备操作等远程控制功能 可提供通过通信中心实现调取存放 在监控现场的历史数据的功能 6 GIS 地理信息功能 GIS 地理信息系统是一个具有地理参考信息的输入 存储 分析 输出功能系统 由基础底图和各种环境专题图构成 基础底图使用国 土部门最新编制的电子地图为准 同时叠加多种常用的环境专题图 能将污染信息 和地理位置以及环境功能区划紧密结合起来 并有分层浏览和多种查询统计功能 华华 中中 科科 技技 大大 学学 硕硕 士士 学学 位位 论论 文文 16 同时配置有 GPS 环境现场管理系统 具备 GPS 现场管理联动功能 及时指挥调度 现场执法人员到环境污染事故现场处理事故 7 智能决策功能 能够通过对输入的大量数据进行逻辑分析 并且与经验 知识库中的数据进行匹配 利用当前的数据对未来的发展趋势做预测 这种预测是 建立在对数据的综合分析以及大量实际经验的基础上 具备一定的准确度 能够为 最终决策提供意义重大的指导作用 该系统的设计和完善需要在线监测系统发展到 一定程度 并且拥有大量的成熟经验 8 业务处理功能 业务处理包括很多的业务子功能 如污染事件的应急处 理跟踪流程控制 污染事件的投诉处理功能 排污收费系统等 这些功能都和现场 排放的污染指标有关系 综合这些功能到平台上能够最大限度的发挥平台的中枢作 用 3 2 在线监测系统架构设计在线监测系统架构设计 在线监测系统是一个利用多层整合的系统 包括各种硬件和软件 前端的硬件 包括各种监测仪器以及数据采集仪 软件包括数据采集程序和 Web 应用平台 通 过系统构架的设计 使这些系统的组成部分相互协调 有机地实现在线监测功能 3 2 1 系统架构系统架构 污染源在线监测系统是一个综合性的系统 在地理位置和工作流程上都具有一 定的广度 系统的原始数据来自于前端设备采集到的环境指标值 数据经过处理后 保存在数据库中 Web服务器调用数据库中的数据 为客户机提供实时