趙軍喜，茍紅松，楊立新

(中鐵隧道集團(tuán)有限公司技術(shù)中心，河南洛陽 471009)

0 引言

我國凍土區(qū)分布非常廣泛，其中多年凍土區(qū)面積有215萬km2，占國土總面積的22.4%，我國大部分的寒區(qū)隧道都存在不同程度的凍害問題［1］。隨著我國鐵路、公路建設(shè)事業(yè)的不斷發(fā)展，寒冷地區(qū)隧道的抗防凍問題日益受到工程界的關(guān)注和重視。隧道溫度場(chǎng)測(cè)試是分析寒區(qū)隧道凍害規(guī)律的關(guān)鍵，寒區(qū)隧道溫度場(chǎng)測(cè)試具有測(cè)試斷面多、測(cè)點(diǎn)分散、環(huán)境惡劣等特點(diǎn)。目前隧道常用的測(cè)試方法主要分3種類型:人工測(cè)試、單機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和GPRS/CDMA溫度采集系統(tǒng)，采用人工測(cè)試存在工作量大、測(cè)試結(jié)果誤差大等問題;單機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采集儀定期對(duì)測(cè)點(diǎn)溫度進(jìn)行采集和存儲(chǔ)，管理人員在一定的時(shí)間間隔后進(jìn)行拷貝的方式;GPRS溫度采集系統(tǒng)采用傳感器和數(shù)據(jù)采集儀進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的采集，通訊模塊通過GPRS或CDMA遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)，室內(nèi)電腦終端發(fā)送指令及接收數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析和后處理［2－3］，GPRS采集無疑是其中最好的測(cè)試方法。隨著智能手機(jī)和3G網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展和普及，智能手機(jī)應(yīng)用到遠(yuǎn)程地溫監(jiān)測(cè)中的條件已經(jīng)成熟，在GPRS遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上開發(fā)出一套基于Android平臺(tái)的遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)客戶端軟件將可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)人員在任何時(shí)間、任何地理位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，降低監(jiān)測(cè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度和監(jiān)測(cè)成本，提高監(jiān)測(cè)水平。

1 遠(yuǎn)程地溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

無線遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集分站、Web服務(wù)器、GPRS無線傳輸模塊、服務(wù)器端軟件、數(shù)據(jù)庫、電腦客戶端軟件和手機(jī)客戶端軟件構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 無線遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Structure of temperature remote-monitoring system

1)傳感器及數(shù)據(jù)采集分站安裝在隧道內(nèi)進(jìn)行圍巖溫度場(chǎng)及氣溫測(cè)試，傳感器選用A級(jí)的PT－100溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集分站采用ATMC51系列單片機(jī)以及輔助電路構(gòu)成小型微機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度傳感器的溫度測(cè)試及向上位機(jī)的通訊。

2)GPRS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊一般安裝在隧道洞口通信信號(hào)比較穩(wěn)定的位置，用于數(shù)據(jù)采集分站與服務(wù)器端數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)，本系統(tǒng)選用的是北科驛唐科技MD－609 G高性能GPRS DTU。

3)Web服務(wù)器上安裝的服務(wù)器端軟件通過與數(shù)據(jù)采集分站、數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，定期將采集到的溫度數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)用戶端的請(qǐng)求將數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)傳輸給客戶端。服務(wù)器端及電腦客戶端程序采用java語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用MySQL軟件。

2 Android的系統(tǒng)架構(gòu)

Android系統(tǒng)采用了軟件堆層的架構(gòu)，分為4層，從下到上分別是Linux內(nèi)核層、系統(tǒng)運(yùn)行庫層、應(yīng)用框架層和應(yīng)用程序?qū)樱?］。Android操作系統(tǒng)的主要組成部分如圖2所示。Android另外提供了 SDK(Software Develop Kit，軟件開發(fā)包)以及上層封裝好的java接口API(Application Programming Interface，應(yīng)用程序編程接口)，軟件開發(fā)商和個(gè)人用戶都可以使用這些開放的接口和開發(fā)包自行開發(fā)需要的應(yīng)用軟件［5］。

3 手機(jī)客戶端的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

手機(jī)客戶端作為遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的重要功能部分主要包括系統(tǒng)登錄、用戶管理、系統(tǒng)運(yùn)行狀況查看、歷史曲線查看、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)查看和報(bào)表發(fā)送等。與以往的PC桌面系統(tǒng)程序相比，Android手機(jī)客戶端開發(fā)中手機(jī)客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互以及數(shù)據(jù)的可視化相對(duì)復(fù)雜些，如圖3所示。

3.1 Android手機(jī)客戶端與服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互

Android系統(tǒng)運(yùn)行資源相對(duì)于PC系統(tǒng)非常有限，如內(nèi)存、頻率和顯示界面，所以與桌面系統(tǒng)的開發(fā)慣例相比，Android系統(tǒng)與服務(wù)器進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)交互時(shí)一般很少采用加載數(shù)據(jù)庫驅(qū)動(dòng)，直接對(duì)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作的方式。Android系統(tǒng)與Web服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交互時(shí)主要采用以下方法:1)基于 Http協(xié)議獲取數(shù)據(jù)方法［6－7］;2)基于 SAOP 協(xié)議獲取數(shù)據(jù)方法，以及其他一些方法，具體的實(shí)現(xiàn)方式又有很多種。本系統(tǒng)采用第1種方法，其工作原理是客戶端的請(qǐng)求通過瀏覽器網(wǎng)頁提交給Web應(yīng)用服務(wù)器，應(yīng)用服務(wù)器將接收到的數(shù)據(jù)提交給服務(wù)器端邏輯進(jìn)行處理，再將結(jié)果輸出至Web頁面，客戶端程序訪問網(wǎng)站的URL拿到數(shù)據(jù)并進(jìn)行解析處理。本系統(tǒng)服務(wù)器端采用java技術(shù)、Struts2框架、Tomcat 7.0.33 Web應(yīng)用服務(wù)器，服務(wù)器端根據(jù)客戶端請(qǐng)求將相應(yīng)的數(shù)據(jù)以xml頁面的形式發(fā)送至瀏覽器?？蛻舳藢?duì)網(wǎng)站地址進(jìn)行訪問后，將獲取的xml數(shù)據(jù)進(jìn)行解析并存儲(chǔ)到本地Sqlit數(shù)據(jù)庫中。以下是部分代碼。

3.2 手機(jī)客戶端的數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化是運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和圖像處理技術(shù)，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進(jìn)行交互處理的理論、方法和技術(shù)通過圖形化的方式，對(duì)信息進(jìn)行清晰、有效地傳達(dá)與溝通［8］。在遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)手機(jī)客戶端中，為了讓用戶更加直觀地對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行查看和分析，需要運(yùn)用可視化技術(shù)進(jìn)行相關(guān)圖表的繪制。在Android平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)可視化，可以通過Android自帶的二維和三維Open DLP，雖然都能滿足繪圖的基本需要，但是本系統(tǒng)選用一個(gè)針對(duì)Android程序開發(fā)的開源圖表類庫AChartEngine，主要因?yàn)槠浞奖?，自定義性更強(qiáng)，也無需重寫很多函數(shù)和類。遠(yuǎn)程溫度監(jiān)測(cè)系統(tǒng)客戶端進(jìn)入主頁面后，點(diǎn)擊列表中的曲線分析功能選項(xiàng)進(jìn)入曲線分析頁面。用戶可以對(duì)各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行查看，從而更加直觀、清晰地分析和判斷。圖4為歷史曲線查看界面，圖5為數(shù)據(jù)報(bào)表查看界面。

圖4 歷史監(jiān)測(cè)曲線查看Fig.4 Interface of historic monitoring curve checking

圖5 歷史監(jiān)測(cè)報(bào)表查看Fig.5 Interface of historic monitoring table checking

4 結(jié)論與體會(huì)

基于Android平臺(tái)，采用C/S模式開發(fā)了遠(yuǎn)程地溫監(jiān)測(cè)系統(tǒng)客戶端軟件，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、歷史曲線分析和歷史數(shù)據(jù)報(bào)表查看等功能，實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)人員在任何時(shí)間、任何地理位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。通過對(duì)客戶端程序的測(cè)試和在吉圖琿客專北屯1號(hào)隧道、北屯2號(hào)隧道圍巖溫度場(chǎng)監(jiān)測(cè)中的實(shí)際應(yīng)用，表明應(yīng)用本系統(tǒng)不僅可以降低監(jiān)測(cè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和監(jiān)測(cè)成本，而且可以提高監(jiān)測(cè)水平。

［1］ 夏才初，張國柱，曹詩定，等.寒區(qū)公路隧道防凍保暖技術(shù)及其發(fā)展趨勢(shì)［C］//2009年全國公路隧道學(xué)術(shù)會(huì)議論文集.蘭州:中國公路學(xué)會(huì)，2009:13－19.(XIA Caichu，ZHANG Guozhu，CAO Shiding，et al.Antifreeze and warmth retention technology and developing trend of road tunnel in frigid areas［C］//Proceedings of National Conference on Road Tunnel in 2009.Lanzhou:Ching Highway＆ Transportation Society，2009:13 －19.(in Chinese))

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