摘 要：在塔吊的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)中，由于GPRS模塊采用的數(shù)據(jù)包格式、使用的協(xié)議及端口等各不相同，將GPRS模塊發(fā)來的數(shù)據(jù)向監(jiān)控后臺轉(zhuǎn)存的方式也難以統(tǒng)一，本文將對塔吊的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存功能模塊進(jìn)行分析研究與設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：塔吊；遠(yuǎn)程安全監(jiān)控；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存

中圖分類號：TP311.52

塔吊遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)主要是對一個(gè)工地塔吊進(jìn)行監(jiān)視控制，對塔吊的使用過程和行為及時(shí)進(jìn)行有效的監(jiān)管預(yù)防和減少起重機(jī)安全生產(chǎn)事故發(fā)生切實(shí)控制危險(xiǎn)因素和安全隱患。在單個(gè)塔機(jī)上實(shí)現(xiàn)了對其工作參數(shù)的監(jiān)控，已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化安全管理的需要，集中式的全過程遠(yuǎn)程監(jiān)控成為必然。

塔吊遠(yuǎn)程監(jiān)控管理系統(tǒng)主要由以下幾部分組成：塔機(jī)黑匣子、GPRS無線模塊、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)接系統(tǒng)、監(jiān)控后臺（如圖1所示）。其中塔機(jī)黑匣子主要應(yīng)用于塔機(jī)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，實(shí)時(shí)采集塔機(jī)的工作參數(shù)，實(shí)現(xiàn)塔機(jī)多種安全限制器的功能等。GPRS模塊借助于GPRS網(wǎng)絡(luò)與INTERNET無縫連接的特點(diǎn)，將采集到的參數(shù)信息傳輸?shù)竭h(yuǎn)端數(shù)據(jù)接收終端，只要GPRS網(wǎng)絡(luò)覆蓋到的地方都在可監(jiān)控的范圍之下。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)將GPRS模塊傳輸來的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收、處理并調(diào)用監(jiān)控后臺的數(shù)據(jù)存儲過程，將數(shù)據(jù)按規(guī)定的格式存儲到數(shù)據(jù)庫。后臺監(jiān)控系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)庫和WEB服務(wù)器，主要是將數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)數(shù)據(jù)在WEB頁面中進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。本文重點(diǎn)討論數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)的功能

從以上的系統(tǒng)模型圖可以看出，數(shù)據(jù)接收系統(tǒng)在整個(gè)系統(tǒng)中位于GPRS模塊和監(jiān)控后臺之間，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)存。總的來看主要實(shí)現(xiàn)三方面的功能：

（1）接收GPRS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)。（2）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理。（3）將處理好的數(shù)據(jù)保存到后臺數(shù)據(jù)庫。

2 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

本設(shè)計(jì)采用Socket技術(shù)實(shí)現(xiàn)GPRS模塊數(shù)據(jù)的接收，并調(diào)用后臺數(shù)據(jù)庫的存儲過程或執(zhí)行T-SQL語句向監(jiān)控后臺的進(jìn)行透明數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存。

2.1 數(shù)據(jù)接收。使用Socket技術(shù)，用主線程進(jìn)行端口的不間斷監(jiān)聽，采用多線程的形式接收GPRS模塊發(fā)送來的各個(gè)塔機(jī)黑匣子采集的數(shù)據(jù)。

（1）Socket通信是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信中的一種常用方法，在編程過程中可以很方便地調(diào)用Socket的相關(guān)對象或函數(shù)來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信。由于在GPRS模塊中已設(shè)置好數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)所在的主機(jī)IP地址及端口號，所以本系統(tǒng)只需在創(chuàng)建服務(wù)器端Socket對象時(shí)指定對應(yīng)的端口號即可，系統(tǒng)會使用這個(gè)設(shè)置的端口監(jiān)聽客戶端（GPRS模塊，下同）的請求。（2）多線程。在本系統(tǒng)中，在服務(wù)器上運(yùn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存系統(tǒng)，它可以接收來自其他多個(gè)客戶端的請求，提供相應(yīng)的轉(zhuǎn)存服務(wù)。為了實(shí)現(xiàn)在服務(wù)器方給多個(gè)客戶端提供服務(wù)的功能，需要利用多線程實(shí)現(xiàn)多客戶機(jī)制。服務(wù)器總是在指定的端口上用主線程監(jiān)聽是否有客戶請求，一旦監(jiān)聽到客戶請求，服務(wù)器就會啟動一個(gè)新的服務(wù)線程來響應(yīng)該客戶端的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存請求，而服務(wù)器的主線程在啟動完新線程之后馬上又進(jìn)入監(jiān)聽狀態(tài)，等待下一個(gè)客戶端數(shù)據(jù)的到來。

2.2 數(shù)據(jù)處理。客戶端根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式發(fā)送十六進(jìn)制數(shù)據(jù)包，數(shù)據(jù)接收程序通過輸入流讀取數(shù)據(jù)，識別有效的數(shù)據(jù)包并按協(xié)議格式進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

（1）識別有效數(shù)據(jù)包。GPRS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)除了采集的有效現(xiàn)場數(shù)據(jù)包外，還可能包含其它的信息，為了保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，需對有效數(shù)據(jù)進(jìn)行識別。一般使用兩個(gè)協(xié)議中定義的參數(shù)進(jìn)行識別：結(jié)束符和數(shù)據(jù)包長度。先將讀取的數(shù)據(jù)緩存，當(dāng)讀取的字節(jié)數(shù)據(jù)為結(jié)束符（如“0x0D，0x0A”）時(shí)，從緩存的數(shù)據(jù)中按協(xié)議規(guī)定的長度讀取有效的數(shù)據(jù)包。（2）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換?，F(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)信息在數(shù)據(jù)包中用不同長度（一般為一到兩個(gè)字節(jié)）的字節(jié)來表示，將接收到的十六進(jìn)制數(shù)據(jù)按數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議格式進(jìn)行拆分組裝，并進(jìn)行數(shù)制轉(zhuǎn)換，以十進(jìn)制的方式進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算后保存。

2.3 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存。對于數(shù)據(jù)接收程序來說，最后一個(gè)步驟是將接收處理后的數(shù)據(jù)按要求存儲到后臺監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫中。后臺監(jiān)控系統(tǒng)一般會提供存儲過程接口，若僅有數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，則需要在程序中向數(shù)據(jù)庫的對應(yīng)數(shù)據(jù)表插入數(shù)據(jù)。根據(jù)后臺數(shù)據(jù)庫的要求，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)作為參數(shù)，調(diào)用數(shù)據(jù)庫在相關(guān)存儲過程或執(zhí)行T-SQL語句插入數(shù)據(jù)即可。

（1）設(shè)備上線。設(shè)備上線后即進(jìn)行向后臺監(jiān)控服務(wù)器注冊請求，請求時(shí)報(bào)告設(shè)備編號、設(shè)備型號等。（2）上報(bào)塔基基本信息。包括設(shè)備編號、前臂長、后臂長、塔機(jī)高、塔帽高、配重高、塔機(jī)類型等。（3）上報(bào)塔機(jī)防碰撞參數(shù)。包括塔吊設(shè)備編號、橫坐標(biāo)、縱坐標(biāo)、初始角度、初始變幅、防碰撞預(yù)警角度等。（4）上報(bào)力矩及限位系統(tǒng)參數(shù)。包括塔吊設(shè)備編號、力矩預(yù)警百分比、力矩報(bào)警百分比、力矩故障百分比、限制風(fēng)速等。（5）存儲塔機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)。包括塔吊設(shè)備編號、上傳時(shí)間、回轉(zhuǎn)角度、幅度、吊鉤高度、吊重、力矩百分比、安全吊重、風(fēng)速、吊繩倍率、預(yù)警編碼、告警編碼、違章編碼等。（6）塔機(jī)運(yùn)行時(shí)間。包括設(shè)備編號、上線時(shí)間、運(yùn)行的時(shí)間長度等。（7）設(shè)備下線。包括設(shè)備編號。

3 可能存在的問題及解決思路

3.1 傳輸協(xié)議的選擇。塔機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)中用TCP或UDP協(xié)議實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)這兩種協(xié)議的特點(diǎn)，若數(shù)據(jù)量較小、實(shí)時(shí)性要求很高則選擇UDP要好些；若數(shù)據(jù)量較大，對可靠性要求很高一般選擇TCP協(xié)議。對本系統(tǒng)來說，選擇不同的協(xié)議只是在使用Socket時(shí)稍有不同。

3.2 數(shù)據(jù)包緩存。在本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)中，對收到的數(shù)據(jù)先進(jìn)行緩存，再從收到的結(jié)束符按長度從緩存的數(shù)據(jù)中取出數(shù)據(jù)包，這樣需占系統(tǒng)資源，所以在每次取出完整數(shù)據(jù)包后應(yīng)及時(shí)清空緩存的數(shù)據(jù)，來保證系統(tǒng)資源的利用率。

3.3 設(shè)備下線。若設(shè)備在下線時(shí)發(fā)送下線數(shù)據(jù)包則執(zhí)行設(shè)備下線，若設(shè)備下線時(shí)不能發(fā)送下線數(shù)據(jù)包（如意外停電），且在約定的時(shí)間內(nèi)（如5分鐘）未收到該設(shè)備的數(shù)據(jù)包則系統(tǒng)主動執(zhí)行設(shè)備下線。

3.4 系統(tǒng)通用性。為了實(shí)現(xiàn)程序的通用性，應(yīng)該提供以下幾方面的初始化功能。

（1）系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)的端口號。（2）GPRS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)格式。（3）后臺數(shù)據(jù)庫的連接參數(shù)。

4 結(jié)束語

為了適應(yīng)經(jīng)濟(jì)在迅速發(fā)展，在工程建設(shè)方面，對起重機(jī)、塔吊等的使用過程和行為及時(shí)進(jìn)行有效的監(jiān)管成為了切實(shí)控制危險(xiǎn)因素和安全隱患，預(yù)防和減少起重機(jī)安全生產(chǎn)事故發(fā)生重中之重，因此塔吊的遠(yuǎn)程安全監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。根據(jù)國家十二五計(jì)劃規(guī)定，大型起重機(jī)械必須安裝安全保護(hù)裝置（塔吊黑匣子）。目前后臺監(jiān)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)已趨于統(tǒng)一，但GPRS模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存方式還有很大差異，本文提出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案具有潛在的社會價(jià)值。

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作者簡介：陳玉平（1974.4-），男，湖北人，教師，講師，碩士，研究方向：計(jì)算機(jī)軟件。

作者單位：湖北三峽職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北宜昌 443000