李 鵬 董建梁 呂 琦

中煤科工集團西安研究院有限公司

基于MVVM架構(gòu)的礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)軟件設計與實現(xiàn)

李 鵬 董建梁 呂 琦

中煤科工集團西安研究院有限公司

對煤礦水文數(shù)據(jù)進行監(jiān)測是進行水害防治的主要手段之一。實現(xiàn)水文監(jiān)測數(shù)據(jù)采集和觀測的自動化系統(tǒng)，可以高效地實現(xiàn)對原始數(shù)據(jù)的處理及二次分析。本文基于WPF編程技術和MVVM設計模式相結(jié)合方式，開發(fā)的水文監(jiān)測系統(tǒng)模擬顯示了監(jiān)測站點位置并在軟件中加入了實時地圖，使數(shù)據(jù)的觀測更加直觀。

煤礦水害是威脅煤礦生產(chǎn)安全的重大災害之一。針對礦井水害預測問題，本文研究開發(fā)基于MVVM設計模式的礦井水文自動監(jiān)測系統(tǒng)。礦井水文監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動的采集井下和地面的水壓、水位、流量、降雨量等水文數(shù)據(jù)，并自動的傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，在出現(xiàn)異常時能夠自動的報警，提示相關部門采取防范措施，確保煤礦安全生產(chǎn)，降低災害損失。特別是在一些水文地質(zhì)條件復雜的地區(qū)，管理難度很大，使用水文監(jiān)測系統(tǒng)能夠有效地提高工作效率，加強水文地質(zhì)災害的防治。

系統(tǒng)設計

系統(tǒng)框架

本系統(tǒng)的開發(fā)整體架構(gòu)采用了C/S模式，也就是客戶端/服務器模式。為了實現(xiàn)界面的圖形顯示效果，降低界面與業(yè)務邏輯的耦合度以及提高代碼的復用性，軟件的開發(fā)使用了WPF的MVVM模式。

系統(tǒng)功能模塊

水文實時監(jiān)測系統(tǒng)軟件功能主要包括實時數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)查詢、生成曲線、生成報表、系統(tǒng)參數(shù)設置、用戶管理、GSM水情遙測、GPRS水情遙測、OPC工業(yè)接口以及礦井設備布局圖顯示等功能。

開發(fā)環(huán)境

系統(tǒng)開發(fā)使用微軟最新開發(fā)工具Vistual Studio 2015實現(xiàn)。界面設計應用兩種工具：微軟的 Expression Blend 4和 Visual Studio 2015。其中，Expression Blend 4主要負責界面設計，包括控件的布局，背景色，界面的樣式及自定義控件等，有助于設計出更加漂亮的界面與動畫；VisualStudio 2015主要完成界面上按鈕的響應及界面之間的跳轉(zhuǎn)，完成系統(tǒng)與用戶之間的信息交互。

圖1　系統(tǒng)總體框架

圖2　系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

MVVM設計模式在系統(tǒng)中的應用

MVVM

WPF（Windows Presentation Foundation）是一套基于.Net Framework、XML、矢量繪圖技術的展示層開發(fā)框架。WPF使用一種新的XAML（eXtensible Application Markup Language）語言來開發(fā)介面，將界面開發(fā)和后臺邏輯完美的分離，降低了耦合度，使用戶界面設計師與程序開發(fā)者跟好的合作，降低維護和更新成本。

MVVM（Model－View－ViewModel）是一種WPF的新型軟件設計模式。Model代表業(yè)務邏輯的實體類，可以是簡單的用戶實體類，也可以是復雜的期貨交易實體類；View指用戶界面或者承載了子控件的控件集合，主要響應業(yè)務邏輯傳來的數(shù)據(jù)及狀態(tài)變化等等，一個WPF窗口、一個Silverlight頁面或者簡單的XAML數(shù)據(jù)控件都可以作為View；ViewModel主要處理View和Model之間的業(yè)務關系，包括各種邏輯、命令、事件及實體類的引用。MVVM架構(gòu)將其中的View的狀態(tài)和行為抽象化，讓我們可以將UI和業(yè)務邏輯分開，ViewModel取出 Model 的數(shù)據(jù)同時幫忙處理View中由于需要展示內(nèi)容而涉及的業(yè)務邏輯。

圖4　系統(tǒng)主界面

圖5　某煤礦地面衛(wèi)星圖

MVVM在系統(tǒng)中的應用

本軟件系統(tǒng)主要使用了MVVM設計模式的四大模塊：ObservableObject基 類、RelayCommand接 口、Messager通信機制和PropertyObserver。

系統(tǒng)主界面（圖4）的數(shù)據(jù)刷新通過ObservableObject實現(xiàn)ViewModel中的屬性改變通知到綁定的控件的方法，相當于是所有Viewmodel的基類，使用時調(diào)用OnPropertyChange方法，則后臺數(shù)據(jù)變化即可通知界面刷新。圖中左側(cè)圖形界面的測點數(shù)據(jù)更新應用了OnPropertyChange方法。

圖4中上部的按鈕全都采用了RelayCommand接口，在ViewModel中定義View中綁定的命令，代替了以前Winform的Click事件。

在ViewModel中定義Command：

在View中的按鈕管理該Command：

Messager信息機制主要用于ViewModel之間以及ViewModel和View之間的信息傳遞。

定義信息傳輸類：

在需要通知的類中注冊要通知的信息

當對應的消息出現(xiàn)時，通知已經(jīng)注冊的類

PropertyOberver主要用于對對象的屬性監(jiān)聽，屬性變更后可觸發(fā)已注冊的回調(diào)函數(shù)。

注冊要監(jiān)聽對象的屬性及回調(diào)函數(shù)

WPF與Baidu Map的結(jié)合

百度地圖是百度提供的一項網(wǎng)絡地圖搜索服務，覆蓋了國內(nèi)近400個城市、數(shù)千個區(qū)縣?？梢酝ㄟ^百度提供的Baidu Map API進行二次開發(fā)，實現(xiàn)煤礦地面水文監(jiān)測系統(tǒng)遙測分站的定位和顯示。運用Baidu Map JavaScript創(chuàng)建水文監(jiān)測系統(tǒng)地面遙測地圖，通過遙測分站位置的經(jīng)緯坐標在地圖上可標記處具體位置，進行實時監(jiān)測，并開發(fā)了地圖放大、縮小等功能。

程序使用WPF的WebBrowser將Baidu Map的HTML文件加載到程序中，當安裝程序的主機與因特網(wǎng)連接時，實時更新百度地圖；當主機無法連接因特網(wǎng)時，將使用提前下載好的離線地圖顯示。WPF通過調(diào)用HTML文件中的JavaScript與Baidu Map進行交互，此時可以使用WebBrowser的InvokeScript方法調(diào)用JavaScript，例如：

webbrowser.InvokeScript（“MeikuangMap”）。

結(jié)束語

經(jīng)過整體測試和煤礦世紀應用，實現(xiàn)了煤礦井上下水文觀測孔水壓、水位、水溫、采空區(qū)水位、排水明渠、管道流量的實時監(jiān)測及閥門的遠程控制。采用基于WPF的編程技術和MVVM設計模式編制的上位機監(jiān)測軟件，提高了人機交互的能力和軟件界面的美觀性，使用軟件模擬監(jiān)測站點位置并在軟件中加入了百度地圖，使數(shù)據(jù)的觀測更加直觀。MVVM框架的應用也使得系統(tǒng)設計流程更加規(guī)范，通過Model、View、View Model之間的交互實現(xiàn)了界面設計與后臺邏輯代碼的分離，封裝了對象與數(shù)據(jù)庫之間的交互，建立了一個易于維護，便于測試，有良好的擴展性的應用系統(tǒng)。