【毕业学位论文】（Word原稿）基于RFID技术的Web版采砂管理系统的设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 基于 术的 采砂管理系统的设计与实现 姓 名： 学 号： 所在院系： 职业类型： 专业领域： 指导教师： 副指导教师： 二 一 三 年 八 月 A in 2013 on eb 基于同济大学 学位论文版权使用授权书 本人完全 了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日同济大学 硕士学位论文 摘要 I 摘 要 伴 随着社会经济快速发展， 城乡 各项 基础设施建设 对河砂需求量越来越大，鄱阳湖及赣江中下游河道砂石开采 量 迅猛增长， 在巨大 的 利益驱使下， 河砂的 乱采滥挖问题日益突出， 直接危害到湖泊及周边主要河道的生态、航运、河床、堤防等安全。 传统 的 采运砂 监管 及执法力量相对薄弱 ， 有相当数量的非法采砂事件难以实时发现和处理， 执法和监管手段难以达到预期的监管效果。 为弥补现有执法 监管 手段在技术、人力、物力上的不足，提高鄱阳湖及赣江中下游河道采砂管理 自动化和智能化水平 1， 实现资源的可持续利用， 本文 针对砂石流通环节 中最为重要的 采砂船、运砂船， 结合当前先进的 设计并实现 了同时支持手机、 湖面运行、管理可行性高的 采 砂管理系统 ，对监控河段采砂行为进行实时监控， 作为目前依靠人工巡逻检查的 有力补充 ，扭转监管设备不足、监管手段落后的被动局面。 本论文所研究的 采砂管理系统 从功能上可以划分为四个子系统， 包括采砂审批子系统、系统管理子系统、数据传输子系统、数据查询子系统。本文 首先 以 鄱阳湖及赣江中下游河道 管 理为背景，对 采砂管理系统的开发背景及相关技术 进行研究，根据 调研 结果， 得出研究本 系统 的重要性和必要性； 其次，从系统实现的终端及服务端 对系统进行详细的需求分析， 在此 基础 之 上， 对系统 进行了 详细 设计 ，主要 包括 系统设计原理 、 系统网络结构设计、逻辑结构设计、 系统 各 功能 模块 设计、数据库设计 、界面设计及系统安全性设计 ； 再次 ， 逐步 完成了系统 功能的实现 ， 详细列出实现系统功能的运行界面及关键代码 ； 最终， 对系统进行了总结并提出了展望。 目前，系统已验收并投入使用，在鄱阳湖及赣江中下游河道的采砂船、运砂船及执法船安装系统所需设备，反馈 效果良好。 关键词： 采砂管理 ； 实时监控 ； I is of by to of of a of is to is to To of in of to of to C, in of to on to of on EB be of on on to of a on of II to in of MS 同济大学 硕士学位论文 目录 录 第 1章 引言 . 1 究背景及意义 . 1 内外采砂管理研究现状 . 1 . 2 . 2 第 2章 系统实现相关技术 . 3 . 3 术简介 . 3 统工作原理 . 3 术产品分类 . 4 术与其他自动识别技术的比较 . 4 术 . 5 概念 . 5 台 . 5 、在读期间发表的学术论文与研究成果 . 63 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 究背景 及意义 鄱阳湖是国际重要的湿地之一，也是中国最重要的淡水湖泊，被誉为“长江最后一盆清水”。 1998 年长江大水后，长江禁止采砂，大量 采砂船进入鄱阳湖以及周边河流进行采砂。大量采砂船和运砂船的出现对鄱阳湖生态和航运安全构成了严重威胁，鄱阳湖及周边河流水下生态系统和河床均受到不同程度的破坏。另一方面 ， 城乡建设、交通和水利等基础设施建设都需要大量河砂，泥沙供给与需求的矛盾非常突出。 巨大的供需矛盾致使砂石价格不断上涨，一些单位和个人受巨大利益的驱动，通过各种途径非法乱挖滥采河砂 2。 长期的无序、超量采砂，已对河道造成了多方面的危害。 为保证河道稳定，保障行洪、供水、灌溉、航运等综合利用部门的安全， 对采砂活动进行规范化管理势在必行 3。 的采砂管理系统 通过电子定位及 签 识别技术 实现对采、运砂船 的 虚拟化管理 , 通过手机或 端 对内河河道实现全天候船只采砂电子审核流程管理、水面远距离检查、智能采运控制等，从而实现对采、运砂船的远程智能监管 ， 并对水政部门的采砂规划，监控砂石资源流失提供决策支持。 系统 的建成 有效的提升 了 我省砂石采运的管理水平，有效遏制目前超量滥采河砂情况 ，减少减轻监督管理人员的劳动强度和水面作业风险，有效地减免砂石资源 的 流失 ，并同时 产生巨大的经济效益，社会效益，技术创新意义 。 内外 采砂管理 研究 现状 采砂 在国外 进行的研究 比 较早，积累了很多先进经验。 但是国外（主要是欧洲国家）的采砂作业主要是集中在河口及沿海地区进行，影响采砂的因素较之我省 的河道采砂作业更为复杂 4。 国外对采砂的研究已经从早期单纯的工程研究向生态环境影响的研究方向转变 ， 这在我国是相当缺乏的。 我国的采砂管理一向是水利行政主管部门工作中比较复杂的，经常耗费巨大的人力、物力而没有实际的效果。尽管水利行政主管部门在计算机硬件配置和网络的基础设施方面已经达到了相当高的水平，但在系统的应用方面和软件开发上与国外的采砂管理还存在着非常大的差距。最大的表现就是软 件的开发和利用远远滞后于硬件基础设施的建设，采砂管理的信息化只体现在形式上，而不能起到实质性的提高工作效率的作用 5。 第 1 章 引言 2 随着 我 国民经济的发展及治江思路的转变，今后对采砂所造成的环境影响研究一定会得到加强。 目前我省采砂行业还是处于分散状态，缺乏规范的管理。而且 ， 我国目前还是更注重工程研究，对于生态环境的研究偏少。本项目的实施将实现我省采砂业的工程规范监管，杜绝各种途径的非法乱挖滥采及非法运输，从而尽可能的减少减轻采砂对生态环境的影响 6。 要研究内容 本论文主要 研究开发内容 包括 ： 通过现代化通讯技术 平台，研究为采、运砂船建设全网电子运单管理 ， 电子审核、统计的研究 ； 远距离检查的开发研究 ； 智能控制的开发研究 ； 平台的分级管理的开发研究 。 旨 在 对水面作业的采、运船只进行实时沟通信息，实现各船舶信息能够及时的得到了解、查询、统计，并建立船舶数据库管理船舶，同时对水政部门的采砂规划，监控砂石资源流失提供决策支持。 文组织 在论文组织上，本文将以如下章节展开讨论： 第一章 引言。主要 介绍了 系统研究背景及意义 、 国内外采砂管理的现状 、研究目标及内容等信息 。 第二章 系统实现相关技术 。主要 介绍了 该系统开发方法及采用的相 关技术 。 第三章 系统的需求分析 。 具体分析了 系统 的 实际工程项目 需求 ，主要内容包括 系统需求分析和系统需求功能分析 。 第四章 系统 详细 设计 。 主要 介绍了 采砂管理 系统 的详细设计过程 ， 包括设计原理、系统的网络结构设计、逻辑结构设计、子功能 模块 具体设计、数据库设计、安全性 的 设计 。 第五章 系统的实现 。 主要内容包括 采砂管理系统具体实现 ， 包括数据库的连接实现、主要的 据传输实现以及各功能模块的实现 。 第六章 结束语 。 对全文进行了总结 。 第七章结论与展望。对此次论文的系统实现的小结，并 展望 下一步工作 。 第 2 章 系统实现相关技术 3 第 2 章 系统实现相关 技术 术 术简介 缩写 ，是 20世纪 90年代开始兴起的一种 非接触式 自动识 别技术 ， 利用射频信号及其空间耦合和传输特性实现对静止或移动物体的自动识别及数据交换 ， 该技术在世界范围内正被广泛的应用 7。 从概念上来讲，使用专用的 用频率信号将信息由 从结构上讲 有两个基本 器件，该系统用于控制、检测和跟踪物体 ， 系统由一个询问器（或阅读器）和很多应答器（或标签）组成 8。 最初在技术领域， 应答器 是指能够传输信息回复信息的电子模块，近些年，由于射频技术发展迅猛，应答器有了新的说法和含义，又被叫做智能标签或标签 ,读器 （ 读写器 ）通过天线与 以实现对标签识别码和内存数据的读出或写入操作 ,典型的阅读器包含有高频模块（发送器和接收器）、控制单元以及阅读器天线 9。 统 工作原理 一套完整的 统， 是由阅读器（ 电子标签（ 就是所谓的应答器（ 应用软件 系统三个部份 组成， 其 基本 工作原理是 ： 阅读器 发射 特定频率的无线电波能量给 应答器 ，用以驱动 应答器 电路将内部的数据送出，此时 阅读器 便依序接收解读数据，送给 应用程序 做相应的处理 10。 阅读器根据使用的结构和技术不同可以是读或读 /写装置，是 统信息控制和处理中心 ， 阅读器通常由耦合模块、收发模块、控制模块和接口单元组成 ，阅读器和应答器之间一般采用半双工通信方式进行信息交换，同时阅读器通过耦合给无源应答器提供能量和时序 ， 在实际应用中，可进一步通过 理及远程传送等管理功能 ， 应答器是 统的信息载体，应答器大多是由耦合原件（线圈、 微带天线 等）和微芯片组成无源单元 11。 第 2 章 系统实现相关技术 4 术产品分类 源 源 有源 无源 最成熟，在我们的日常生活中随处可见。比如，公交卡、食堂餐卡、银行卡、宾馆门禁卡、 二代身份证 等 ， 有源品， 主要用于 远距离自动识别 领域 ，如智能停车场，智能交通及物联网等领域有重大应用 ， 半有源 品，结合有源 品及无源 品的优势，利用低频近距离 精确 定位，微波远距离识别和上传数据，来解决单纯的有源 有办法实现的功能 12。 本系统中，我们 采用的是 有源 术与其 他 自动识别技术的比较 目前 ，常见的自动识别技术包括条形码技术、 术、磁卡识别技术及生物识别技术等 13。 一、 条形码技术 条形码技术以其成本低、可靠性高等优势在全球得到广泛应用。 其基本原理是将线条与空白按照一定的编码规则组合起来的符号，用以代表一定的字母、数字等资料 ， 在进行辨识的时候， 用条码阅读机即（条码扫描器又叫条码扫描枪或条码阅读器）扫描，得到一组反射光信号， 此信号经光电转换 后 变为一组与线条、空白相对应的电子讯号，经解码 后 还原为相应的文数字，再传入电脑 ， 但条形码技术只适用于 近距离读取静态物体 ， 且 存储容量较小 ， 一次只能读取一个条码信息 ， 在条形码受损或弄脏后，则无法辨认， 环境适应性低 14。 二、 磁卡识别技术 磁卡是通过磁条记录信息，磁条运用了物理学和磁力学的基础原理，磁条上的数据信息可读写，即具有现场改变数据的能力，使用方便、成本低廉，在日常生活中应用十分广泛，如信用卡、机票、公共汽车卡等 ,但其最大的缺点是 数据存储的时间长短受磁性粒子极性的耐久性限制，使用寿命短 ， 信息容量小 ， 存储数据的安全性较低 15。 三、 生物识别技术 指通过计算机利用人类自身生理或行为特征进行身份认定的一种技术，如指纹识别和虹膜识别技术等，由于人体特征具有不可复制的特性，该技术主要应用于安全控制领域，安全系数较传统身份验证机制有很大的提高。 第 2 章 系统实现相关技术 5 四、 自动识别技术的特点 相较于上述几种技术， 术具有一些无法比拟的优势，具体表现为 ，可对高速移动的物体进行远距离识别；编码容量大，实现单一物品的唯一编码识别，并可对其跟踪管理；同时可实现批量数据的瞬间读取；可读可写，双向通信实现了信息的动态管理； 无需人工干预， 环 境适应性强。 上述特点完全符合本论文所研究 系统 能 在 雪、雾、冰、涂料、尘垢 等 恶劣环境 下，在广阔江面上，无需人工干预、快速准确的 对 监管 多艘采 、运砂船的 设计需要 。 术 概念 可复用的软件模型，实现了面向对象设计的软件开发， 松散耦合的，各个模块之间无需像传统的软件设计模式那样密切相连，任何应用都可以自由配置连接到系统中，灵活调用所需的接口。 以在不 调整现有 构的前提下通过防火墙进行直接通信，并可实现在程序中进行访问 16。 台 定义了应用程序如何在 实现互操作性 ， 通过 准可以实现不同语言不同平台间进行通信和数据传递 17。 用基于标准的 运用以 18。 整个通信过程都力求标准化，规范化，简单性，可靠性。对比其他分布式组件访问方式，如 列（包括 着明显的优势： 跨平台，跨语言，跨系统（使用面广，功能强大）跨防火墙通信（采用标准的 信）标准化（采用 行数据描述）厂商无关性（易于被大多数的企业或个人采用）易于开发，易于维护（基于标准，容第 2 章 系统实现相关技术 6 易理解）得到主流厂商的鼎立支持（微软， ） 19。 ，（ 客户机 /服务器）模式， 又称 C/软件系统体系结构的一种 ， 简单的讲就是基于企业内部网络的应用系统 20。 在 C/务器 作为 网络的核心，为客户机提供网络必须的资源 ，具体结构如下图 2 图 2， 不依赖企业外网环境，即无论用户是否能够上网，都不影响应用，并且充分发挥客户端 的处理能力，大部分工作在客户端处理后再提交给服务器，响应速度快， 这种模式比较适合于 在小规模、用户少、单一数据库且有安全性保障的局域网环境下运行， 在 开发 之初 得到了广泛的应用。 但 它的开放性只局限于 系统开发一级的开放性，在特定的应用中无论是 服务器 端还是 客户机 端都还需要特定的软件支持 ，并 针对不同的操作系统系统开发不同版本的软件 ， 加之 互联网发展迅速 ， 移动办公日益普及， C/S 模式结构客户端负担重、成本高等缺点逐渐暴露， 很难适应百台电脑以上局域网用户同时使用。 第 2 章 系统实现相关技术 7 （ 浏览器 /服务器）模式， 又称 B/S 结构 ， 是随着 术的兴起 ，对 C/S 模式 应 用的扩展 。在这种结构下，用户 无需安装客户端软件， 完全通过 实现 操作 20。 B/ 图 2， 务器端和 数据库 端构成所谓的三层架构 ， B/S 架构中，显示逻辑交给了 务处理逻辑在放在了 ，减少了客户端的压力21。 本论文研究系统 由 B/得数据的访问形式简单化和可靠化 ，并且便于 管理和发布 。由 C/得系统对数据的控制和组织更加有效，对用户的表现形式更加友好美观。 信技术 述 用分组无线服务 技术（ 简称，它是 户可用的一种移动数据业务 ， 它通过利用 章 系统实现相关技术 8 的 提供中速的数据传递 22。 破了 通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。用分组交换的方式 突破了 只能提供电路交换的思维方式 ，只通过增加相应的功能实体和对现有的基站系统进行部分改造来实现分组交换，这种改造的投入相对来说并不大，但得到的用户数据速率却相当可观。 信原理及优势 组交换的通信方式在分组交换的通信方式中，数据被分成一定 长度的包（分组），每个包的前面有一个分组头（其中的地址标志指明该分组发往何处）。 数据传送 之前并不需要预先分配 信道 ，建立连接。而是在每一个 数据包 到达时，根据数据报头中的信息（如目的地址），临时寻找一个可用的 信道 资源将该数据报发送出去 ， 在这种传送方式中，数据的发送和接收方同 信道 之间没有固定的占用关系，信道资源可以看作是由所有的用户共享使用 ， 由于 数据业务 在绝大多数情况下都 表现出一种突发性的业务特点，对 信道带宽 的需求变化较大，因此采用分组方式进行 数据传送 将能够更好地利用信道资源 23。 手机等移动终端通过 机 广域覆盖： 全国 31个省 240 多个城市均有良好覆盖，基本上在手机可以 打电话的地方都可以通过 永远在线 ：只要激活 用后，将一直保持在线，类似于无线专线网络服务 ， 高速传输：目前 输速率 ，理论峰值传输可达 100 余 还可以稳定地传送大容量的高质量音频与视频文件24。 章小结 本章介绍了本论文所研究系统中相关技术， 从概述、基本原理、优势等各个方面详细介绍了 签、 并介绍了系统模式包括 C/S 模式和B/ 信技术 ，并 针对每种技术 阐述系统选用 其应用 的原因。 第 3 章 系统需求分析 9 第 3 章 系统 需求分析 本章 针对采砂管理存在的问题， 在充分调研了 采砂管理 工作模式的基础上，分析了系统的业务需求，从 客户 端和服务器端两方面阐述系统需求 。 求分析 砂管理现状及存在问题 一、采砂管理现状 鄱阳湖及赣江中下游河道有采砂船约 300 余艘，省内运砂船约 1500 艘，采砂船功率超过 22 万千瓦，运砂船总载重吨位超过 180 万吨，采运砂能力大大超过河道的可承载能力。同时，由于河道采砂主要靠船采船运，流动性较大，且大部分地方都可以二十四小时全天候作业，采砂管理的难度非常大，执法队伍力量相对薄弱，造成采运砂管理漏洞较多，仅靠目前的管理手段，实际管理效果难以达到预期管理目标。 目前，我省赣江中下游及鄱阳湖采运砂的监 管主要依靠可采区的现场监督管理以及实施的河道砂石采运管理单制度。首先由采砂申请人提出采砂申请，通过招投标或拍卖方式取得采砂经营权，由有管辖权的水行政主管部门颁发河道采砂许可证，确定可采区范围、开采时间、开采深度、开采方式、采砂 船 的数量及功率、年度采砂控制总量、以及月开采量等；其次，采砂业主取得砂石开采经营权后，需要组织许可范围内的采砂船进场采砂作业，并按要求控制好采砂船数量、可采时间、可采区、可采量及船舶功率；第三，赣江中下游及鄱阳湖可采区基本都是采取运砂船靠上采砂船后，采砂船开机作业，直接将开采的砂石装到 运砂船上，由运砂船运往九江蛤蟆石水域销售。在可采区的现场监督管理过程中，采砂船将砂石卖给运砂船，由水行政主管部门的现场监管人员根据装载砂石的数量，开具江西省河道砂石采运管理单（以下简称“四联单”），由采砂船主、运砂船主、现场监管员三方签字确认放行。 在运砂船运输过程当中，由水行政主管部门在九江蛤蟆石等水域对运砂船是否持有四联单进行检查，以确认其装载砂石的合法性，对检查到的运砂船持有的四联单进行回收，对未持有四联单的运砂船按非法采砂处罚。 二、存在的问题 第 3 章 系统需求分析 10 在采砂监管方面的采运砂环节管理，目前仍停留在简单的“ 纸质票据”阶段，即“四联单”。这种监管方式不但工作效率低下，对“票据”的真实性难以辨别，且采量统计汇总工作不及时，采砂总量控制的消息传递掌握滞后。现阶段反映出来的主要问题如下： （ 一 ） 纸质票据易损易失 对于在水面上作业的船只来说，纸质票据不适合于使用 ，填写麻烦，保存不方便，容易破损、遗失，而且纸质单据容易制假。 （二） 一“单”多用现象严重 某些不法采、运砂船为了追求利益的最大化，在一张单据的有效期内重复使用，造成砂石资源严重流失。 （三） 单据的回收难度大，不便于统计、查询 由于纸质单据固有特性，造成单据用完 不及时交回监管部门，本该一次使用的单据就多次使用，另外纸质单据还有统计不方便，查询难度大等多方面的因素制约着发展需要。 （四） 监察人员上船检查难度大 在水面作业的监管人员，核查采运砂数量及合法性都需要将小艇靠上大船登船进行核察，水面作业极不安全，给安全生产带来隐患。加上采运砂船的数量过多，检查盲目，效率低下。 端部分 系统充分考虑采砂管理存在的问题及实际要求，分析得出系统 终端直接面向用户， 由采砂 监管人员 使用，是监管人员 上报数据 ，并进行 采、运砂船查询数据的 主要 工具。客户端可是普通非智能手机，也可是 智能 可以是便携式电脑。 普通手机客户端应具备通过短信向服务器查询自己可知信息的功能，可以把服务器上查询到的信息在手机屏幕上显示出来。也可通过手机上网的方式实现信息的查询。现阶段终端部分的设计规模省、市、县各级共需要大约为 200个用户点。 水政监管人员在对采、运砂船的例行检查时需要将把检查船贴靠上采、运砂船，这样在水面作业不但非常危险，而且效率低。 本系统针对此情况，设计 使用术来实现对江面过往船只进行智能排查 ,发现问题船只自动拍照取证报警。 务端部分 第 3 章 系统需求分析 11 平台用服务器安装在中心机 房内，具有独立的 供水利专网客户端 可以供 可区分不同使用者不同权限，可查询的内容也应该不同。 服务器直接接收掌上 能手机等终端发送的 出相应，并按要求返回客户需要信息。 服务器直接接收 动代理服务器）接收到的 解指令后做出相应的读、写、查询等操作，并按需要发送回发送的客户端。 求规定 系统充分考虑在湖面作业的采砂船、运砂船、及现场监管人 员的不同需求，以 术和 络为信息载体，通过信息技术的手段来优化采砂流程，以减少河道砂石采运过程中某些采、运砂船的一些违规现象，减轻现场监管人员的工作强度。设计系统需要实现的主要功能如下： 理平台服务器主要功能规定 管理平台服务器支撑着整个系统，分别与 整个系统的最核心，因此，管理平台服务器需要具备以下功能： 一、 通讯功能 通过网络与 过局域网或广域网与客户段通讯；通过 信； 二、 数据库功能 服务器本身是一个数据库系统，保存所有从采砂船申请的采砂信息并形成库文件，且服务器具备对数据进行备份、恢复和删除的维护功能； 三、 交互查询功能 服务器上数据保存的目的是为了让客户段查询，以而服务器需要具备被客户端查询的功能，查询命令由客户端发出，查询工作在服务器端进行，查询结果由服务器发送到客户端，有力地减轻了客户端的负担； 四、 信息发送功能 信息的传达，生成记录的反馈，都会形成一条信息发到采、运砂船负责人或砂石采运监管人的手机上； 第 3 章 系统需求分析 12 五、 日志记录功能 为了统一管