摘要：地下水監(jiān)測系統(tǒng)可以采集地下水的水位、溫度等信息，并將信息通過無線數(shù)據(jù)終端發(fā)送到地下水監(jiān)測服務(wù)器。服務(wù)器對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，克服人工監(jiān)測地下水實(shí)時性差、數(shù)據(jù)處理繁瑣的問題，符合現(xiàn)代化的水網(wǎng)監(jiān)測要求。服務(wù)器底層軟件的設(shè)計(jì)在整個系統(tǒng)中起著相當(dāng)重要的作用，他實(shí)現(xiàn)端口的監(jiān)聽、數(shù)據(jù)包的處理、數(shù)據(jù)的發(fā)送等功能。

關(guān)鍵詞：地下水監(jiān)測；服務(wù)器；底層軟件；水網(wǎng)監(jiān)測

中圖分類號：TP311

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1004—373X(2008)04—069—02

1 引 言

我國水資源短缺，多年平均水資源總量為28 124萬億立方米，人均水資源占有量只有2 100立方米，約為世界平均值的1／4。同時由于地區(qū)分布不均，年際、年內(nèi)變化大，更加劇了水資源緊張狀況。到2030年人口高峰，預(yù)計(jì)人口將達(dá)到16億，人均水資源占有量僅為1 700立方米。我國缺水的人口和地區(qū)將明顯增加，水資源短缺形勢將更趨嚴(yán)峻。在我國，水資源短缺問題已成為制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，黨中央國務(wù)院對此非常重視，黨的十六大報告中強(qiáng)調(diào)要抓緊解決部分地區(qū)水資源短缺問題。2002年8月29日由全國人大常務(wù)委員會修訂通過的《中華人民共和國水法》中，明確國務(wù)院水行政管理部門負(fù)責(zé)全國水資源的統(tǒng)一管理和監(jiān)督工作，強(qiáng)調(diào)要加強(qiáng)地下水管理，明確規(guī)定在地下水超采區(qū)應(yīng)嚴(yán)格控制地下水超采等要求。截至2002年底，全國共有為控制區(qū)域地下水動態(tài)的基本監(jiān)測站(井)12679處(眼)，為補(bǔ)充基本監(jiān)測站(井)不足設(shè)置的統(tǒng)測井9806眼和為分析確定水文地質(zhì)參數(shù)而設(shè)置的試驗(yàn)井11眼，監(jiān)測站(井)的數(shù)量共為22 496處(眼)，監(jiān)測項(xiàng)目包括地下水水位、水量、水質(zhì)、水溫等要素。

采用人工監(jiān)測地下水方法，實(shí)時性差、數(shù)據(jù)處理繁瑣，不能滿足現(xiàn)代化的水網(wǎng)監(jiān)測要求。使用無線的數(shù)據(jù)傳輸手段，將地下水水位、水量、水質(zhì)、水溫等數(shù)據(jù)信息通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到監(jiān)測中心，并由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一處理，可以免除人工采集和處理數(shù)據(jù)的繁瑣勞動。

2 地下水監(jiān)測系統(tǒng)

2.1 概述

地下水監(jiān)測系統(tǒng)可分為3大部分：前端采集、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)處理。前端數(shù)據(jù)采集主要由水位傳感器、溫度傳感器等完成。數(shù)據(jù)傳輸部分由無線數(shù)據(jù)傳輸終端和Inter—net構(gòu)成。數(shù)據(jù)處理由鏈接到Internet的地下水監(jiān)測服務(wù)器完成。無線數(shù)據(jù)傳輸終端每隔60 s，向下水監(jiān)測服務(wù)器發(fā)送一次數(shù)據(jù)。地下水檢測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

目前無線數(shù)據(jù)傳輸終端主要基于移動公司的GPRS或聯(lián)通公司的CMDA網(wǎng)絡(luò)，通過無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商的服務(wù)器可以使數(shù)據(jù)通過Internet到達(dá)目標(biāo)服務(wù)器。

2.2服務(wù)器底層軟件設(shè)計(jì)

服務(wù)器軟件設(shè)計(jì)包含2大部分：底層軟件的設(shè)計(jì)，界面軟件的設(shè)計(jì)。底層軟件主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通道的建立、數(shù)據(jù)提取和通道維護(hù)，底層軟件的開發(fā)關(guān)系到整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。首先地下水檢測服務(wù)器需要具備固定的IP地址，這個地址即為無線數(shù)據(jù)傳輸終端的目標(biāo)地址。服務(wù)器端的工作就是監(jiān)聽遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)傳輸終端發(fā)來的數(shù)據(jù)包。數(shù)據(jù)包有多種，分別為注冊包、心跳包、信息包和離線包。同時也可以與無線數(shù)據(jù)傳輸終端客戶端進(jìn)行對話，對話可以支持16進(jìn)制的數(shù)據(jù)對話和ASIC II碼的字符串?dāng)?shù)據(jù)。

2.2.1 服務(wù)器軟件3大模塊

(1)監(jiān)聽模塊

負(fù)責(zé)監(jiān)聽并建立所有鏈接，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)上有TCP鏈接的申請，則建立鏈接。建立好的鏈接存在鏈接庫中。

(2)數(shù)據(jù)處理模塊

鏈接庫中已經(jīng)建立的鏈接，在收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)送到此模塊，數(shù)據(jù)處理模塊會判斷數(shù)據(jù)包的類型，根據(jù)不同的包類型做不同的處理。處理時，首先判斷該鏈接是否被注冊，如重復(fù)，則丟棄；若鏈接沒有被注冊，該數(shù)據(jù)又是注冊包，則進(jìn)行注冊。之后判斷包是否是其他類型，如果是信息包，就將信息數(shù)據(jù)顯示，并存在數(shù)據(jù)庫內(nèi)。如果離線包，就將該無線數(shù)據(jù)傳輸終端與服務(wù)器斷開鏈接。所有的數(shù)據(jù)包均具有心跳包的功能，即告知服務(wù)器該無線數(shù)據(jù)傳輸終端在下一個心跳包前都是在線的。

(3)信息發(fā)送模塊

該模塊可選。需要給無線數(shù)據(jù)傳輸終端發(fā)送數(shù)據(jù)時，可以通過該模塊給指定的無線數(shù)據(jù)傳輸終端發(fā)送數(shù)據(jù)。各模塊交互流程圖如圖2所示。

2.2.2 服務(wù)器端動態(tài)鏈接庫的方法

動態(tài)鏈接庫，是一個經(jīng)過封裝的類。動態(tài)鏈接庫內(nèi)，主要有4個操作函數(shù)，即開啟函數(shù)，其中就包括監(jiān)聽鏈接模塊。監(jiān)聽函數(shù)，就是數(shù)據(jù)處理模塊。服務(wù)器主動斷開無線數(shù)據(jù)傳輸終端函數(shù)。服務(wù)器給無線數(shù)據(jù)傳輸終端發(fā)送命令函數(shù)。這4個操作函數(shù)可以被調(diào)用dll的用戶所使用。另一種方法就是動態(tài)鏈接庫只接收和傳遞數(shù)據(jù)，拆包和解包由上層完成，但是這樣就必須公開數(shù)據(jù)包格式。

動態(tài)鏈接庫完成后，對于調(diào)用者可以方便地完成已有功能，但動態(tài)鏈接庫也有一定的弊端，例如寫成的動態(tài)鏈接庫(使用C／C++或C#編寫)被Basic，Java和Pasic語言調(diào)用時，可能會出現(xiàn)錯誤，這是因?yàn)椴煌挠?jì)算機(jī)語言對字符串和浮點(diǎn)位數(shù)的操作不一樣。

2.2.3 其他實(shí)施方法

如果不使用動態(tài)鏈接庫的方法，可以利用數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，這需要做Windows程序進(jìn)行端口監(jiān)聽，然后將數(shù)據(jù)放人數(shù)據(jù)庫。用戶需要數(shù)據(jù)時，則去數(shù)據(jù)庫提取。如果需要發(fā)送命令，可通過Windows隱藏在屏幕右下角的任務(wù)欄程序進(jìn)行。如不需要人為發(fā)送命令，則可通過Windows的服務(wù)，由Windows后臺自動管理，開機(jī)時自動開啟運(yùn)行。上述方案都涉及數(shù)據(jù)庫，需要考慮版本不同引起的兼容問題。

3 功 效

基于無線網(wǎng)絡(luò)的地下水監(jiān)測系統(tǒng)，屬于遠(yuǎn)程儀表監(jiān)控系統(tǒng)；相同的原理，用在城市公用事業(yè)則有助于氣網(wǎng)和水網(wǎng)的分析、偷水、漏水的調(diào)查；在其他工業(yè)控制領(lǐng)域也有廣泛應(yīng)用。總之，無線網(wǎng)絡(luò)的水網(wǎng)監(jiān)測系統(tǒng)可以避免繁瑣的人工操作，使控制中心能對現(xiàn)場的數(shù)據(jù)方便地進(jìn)行分析和處理。本文說明地下水檢測系統(tǒng)中底層軟件的實(shí)現(xiàn)，并列舉了多種實(shí)現(xiàn)方法，保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。