謝 祎，劉 帥，王直杰，楊 波

（東華大學(xué) 上海 201620）

基于Android平臺(tái)的船舶垃圾信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

謝 祎，劉 帥，王直杰，楊 波

（東華大學(xué) 上海 201620）

本文著力研究一種基于Android平臺(tái)的船舶垃圾信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。 以到碼頭卸載垃圾的船舶為對(duì)象，設(shè)計(jì)出一種能在碼頭環(huán)境下通過(guò)手機(jī)上的Android應(yīng)用程序，使船主能實(shí)時(shí)傳輸船舶身份信息與垃圾量信息至監(jiān)控中心服務(wù)器上的信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。系統(tǒng)由手機(jī)通信終端，無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)和監(jiān)控中心三部分組成。手機(jī)終端和監(jiān)控中心采用C/S模式通信。該系統(tǒng)的使用可以將水域內(nèi)的各船舶垃圾量實(shí)時(shí)保存統(tǒng)計(jì)，方便日后查詢(xún)與垃圾量實(shí)時(shí)處理，有益于水域環(huán)境保護(hù)。

Android；無(wú)線(xiàn)通信；數(shù)據(jù)庫(kù)；C/S模式；監(jiān)控中心

目前上海的一些內(nèi)河水域的防污管理機(jī)構(gòu)信息化管理方面設(shè)備不全、人員配備不足、管理人員專(zhuān)業(yè)水平偏低或缺乏專(zhuān)業(yè)人才[1]，不能適應(yīng)現(xiàn)代化防污管理發(fā)展的要求。碼頭也沒(méi)有專(zhuān)業(yè)設(shè)備能夠?qū)ν鶃?lái)船只的垃圾處理做記錄并上傳到專(zhuān)門(mén)的數(shù)據(jù)中心，從而不能科學(xué)有效的監(jiān)控垃圾的處理情況[2]?？傮w來(lái)說(shuō)在信息化管理方面存在很大的缺陷。如何為船舶生活垃圾提供科學(xué)、高效的收集服務(wù)，并有效監(jiān)督和管理這些收集服務(wù)過(guò)程，是保護(hù)上海市水域環(huán)境，促進(jìn)上海市經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、自然環(huán)境和諧發(fā)展的基本前提[3]。為了能夠更加科學(xué)有效的對(duì)碼頭的船舶垃圾的相關(guān)處理信息實(shí)施信息化的管理，針對(duì)目前碼頭對(duì)垃圾的處理現(xiàn)狀和如今智能手機(jī)的普及，文中提出了一個(gè)基于Android平臺(tái)的船舶垃圾信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)該系統(tǒng)可使在碼頭收集到的垃圾處理信息和船的相關(guān)身份信息實(shí)時(shí)地通過(guò)GPRS無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的服務(wù)器上，并保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中[4]。從而有效的監(jiān)管入港船只的垃圾處理情況，并且監(jiān)管中心能及時(shí)派遣車(chē)輛對(duì)超負(fù)荷的碼頭的垃圾進(jìn)行處理，提高工作效率，使碼頭的垃圾信息化管理水平進(jìn)一步提高。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

針對(duì)目前對(duì)船舶垃圾廢棄物的監(jiān)管需求，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于Android手機(jī)平臺(tái)的船舶垃圾信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由手機(jī)通信終端，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)控中心3個(gè)部分組成，以到碼頭處理垃圾的船舶為對(duì)象。當(dāng)船舶在碼頭卸載完垃圾后，船主就可在應(yīng)用程序的手機(jī)端的數(shù)據(jù)輸入界面上輸入船舶的船號(hào)，船主姓名，碼頭名稱(chēng)，日期，垃圾量，并上傳垃圾處理完畢拍攝的照片，然后點(diǎn)擊輸入界面的“發(fā)送”按鈕，將這些信息通過(guò)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心的服務(wù)器上。服務(wù)器端接收來(lái)自于各客戶(hù)端的關(guān)于船舶的身份信息和垃圾量信息，存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)庫(kù)，并實(shí)時(shí)將這些信息顯示在后臺(tái)的網(wǎng)頁(yè)界面上。服務(wù)器后臺(tái)會(huì)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各個(gè)碼頭當(dāng)前的垃圾量，當(dāng)某一碼頭的垃圾量統(tǒng)計(jì)達(dá)到規(guī)定的預(yù)警值時(shí)，在網(wǎng)頁(yè)上會(huì)發(fā)出垃圾處理預(yù)警信息，工作人員就可馬上安排相關(guān)人員到碼頭進(jìn)行垃圾處理。當(dāng)船舶要離港，工作人員可抽查數(shù)據(jù)庫(kù)中是否有該船只的在港垃圾處理記錄，從而對(duì)該船只執(zhí)行相應(yīng)的處理辦法。該系統(tǒng)的使用能夠有效對(duì)來(lái)往船只的垃圾處理行為進(jìn)行監(jiān)管，也能及時(shí)對(duì)碼頭的垃圾處理請(qǐng)求作出回應(yīng)。系統(tǒng)總體的設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)方案

考慮到碼頭的環(huán)境所限，該系統(tǒng)不能使用傳統(tǒng)的有線(xiàn)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)，因此無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)是最佳的選擇?，F(xiàn)如今手機(jī)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展快速，技術(shù)上日臻成熟和完善，主要的通信方式包括無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)（Wireless LAN，簡(jiǎn)稱(chēng)WLAN）、通用分組無(wú)線(xiàn)服務(wù)技術(shù)（General Packet Radio Service，簡(jiǎn)稱(chēng) GPRS）、第三代移動(dòng)通信技術(shù)（Third-Generation，簡(jiǎn)稱(chēng)3G）和第四代移動(dòng)通信技術(shù)[5]（Fourth-Generation，簡(jiǎn)稱(chēng)4G）。表1給出了這幾種無(wú)線(xiàn)通信方式的性能比較。

表1 無(wú)線(xiàn)通信方式的性能比較

考慮到輪船是移動(dòng)的，并且垃圾的處理分散在各個(gè)碼頭，再加上碼頭環(huán)境上的限制，因此，無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍要求較大。考慮到WLAN的覆蓋范圍小，3G和4G普及的程度還不夠具體化。所以就目前的技術(shù)成熟度上來(lái)看，GPRS方案的應(yīng)用較為適合，并且具有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）永遠(yuǎn)在線(xiàn)：只要激活GPRS應(yīng)用后，不存在掉線(xiàn)問(wèn)題，始終保持在線(xiàn)狀態(tài)。

2）按流量計(jì)算：它是一種面向使用的計(jì)費(fèi)方式，以通信的數(shù)據(jù)量為主要依據(jù)，計(jì)費(fèi)方式更加科學(xué)合理，即使GPRS用戶(hù)的連接時(shí)間可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)個(gè)小時(shí)，但只需支付相對(duì)低廉的連接費(fèi)用。

3）支持IP協(xié)議和X.25協(xié)議：GPRS支持Internet上應(yīng)用最廣泛的IP協(xié)議和X.25協(xié)議，而且由于GSM網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，使得GPRS能提供Internet和其它分組網(wǎng)絡(luò)的全球性無(wú)線(xiàn)接入。

4）高速傳輸：GPRS傳輸速度最高可達(dá)171.2kbit/s。

由于GPRS系統(tǒng)的使用具有以上優(yōu)點(diǎn)，因此采用它作為通信信道構(gòu)建手機(jī)端與監(jiān)控中心服務(wù)器端的數(shù)據(jù)通信。系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)如圖2所示。

2 手機(jī)終端與網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計(jì)

2.1 終端軟件的設(shè)計(jì)

手機(jī)端APP在Android Studio開(kāi)發(fā)平臺(tái)上進(jìn)行開(kāi)發(fā)[6]，編程語(yǔ)言為java，采用的Android模擬器操作系統(tǒng)為Android 5.1操作系統(tǒng)。

手機(jī)終端軟件設(shè)計(jì)主要考慮界面的簡(jiǎn)潔性與功能的完善性。根據(jù)該系統(tǒng)的功能設(shè)計(jì)需求，可知終端的功能設(shè)計(jì)主要分為用戶(hù)登錄注冊(cè)模塊，照片拍攝模塊和數(shù)據(jù)錄入上傳模塊。

圖2 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信架構(gòu)

用戶(hù)首先通過(guò)注冊(cè)信息登陸程序，然后進(jìn)入到照片拍攝模塊，當(dāng)用戶(hù)將照片拍攝完成之后，會(huì)調(diào)用cropPhotoImage方法[7]對(duì)圖片進(jìn)行裁剪，使其變成640*640大小的圖片，可以方便圖片的上傳，并且能夠減少用戶(hù)手機(jī)流量的耗費(fèi)，也使后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)減輕了存儲(chǔ)負(fù)擔(dān)。同時(shí)縮略圖會(huì)傳遞到后續(xù)的數(shù)據(jù)上傳界面，使船舶垃圾處理信息的整體效果在手機(jī)界面上完美呈現(xiàn)。此后用戶(hù)就可進(jìn)入到數(shù)據(jù)傳輸界面與服務(wù)器端進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸工作。

2.2 網(wǎng)絡(luò)通信程序設(shè)計(jì)

手機(jī)終端與監(jiān)控中心服務(wù)器端采用C/S結(jié)構(gòu)[8]，由于數(shù)據(jù)的通信精確性要求，因此，采用的是無(wú)冗余錯(cuò)誤的TCP傳輸方式，即通信采用TCP Socket通信鏈句柄，用于描述IP地址和端口，當(dāng)用戶(hù)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，TCP/IP協(xié)議棧的每一層都給數(shù)據(jù)里添加適當(dāng)?shù)膱?bào)頭，TCP的3次連接能保證數(shù)據(jù)的有效、正確傳輸。服務(wù)器端將監(jiān)聽(tīng)端口設(shè)置為8 000，并利用阻塞程序 accept（）進(jìn)行循環(huán)監(jiān)聽(tīng)客戶(hù)端 socket[9]，直至有新的終端用戶(hù)連接上，并將其轉(zhuǎn)入保持通信階段，直到服務(wù)器的整個(gè)通信銷(xiāo)毀。手機(jī)終端對(duì)服務(wù)器的請(qǐng)求連接的關(guān)鍵程序如下：

服務(wù)器端通信接口承擔(dān)了將終端與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確轉(zhuǎn)發(fā)，達(dá)到透明傳輸?shù)淖饔玫娜蝿?wù)，因此，此接口上經(jīng)過(guò) ServerSocket設(shè)置相應(yīng)的端口循環(huán)監(jiān)聽(tīng)各客戶(hù)端[10]，并將所連接上的客戶(hù)端地址保存起來(lái)，以此保持終端與數(shù)據(jù)庫(kù)的連通與信息的有目的傳輸，關(guān)鍵代碼如下所示：

3 服務(wù)器端設(shè)計(jì)

文中使用Tomcat服務(wù)器，通過(guò)eclipse工具，使用Structs框架去搭建服務(wù)器端[11]，利用JDBC連接Mysql數(shù)據(jù)庫(kù)，通過(guò)接口和socket方法實(shí)現(xiàn)與App端進(jìn)行數(shù)據(jù)的交互，使信息流從App端輸入上傳到服務(wù)器中，再將信息儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫(kù)中。然后通過(guò)與數(shù)據(jù)庫(kù)中信息比對(duì)，返回至服務(wù)器中，再在App中完成響應(yīng)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的操作會(huì)在后臺(tái)頁(yè)面shipHome.jsp中完成數(shù)據(jù)的顯示。

在Struts中擁有兩種視圖層[12]，分別為JSP頁(yè)面中的shipHome.jsp和ActionForm中的Ship Done Form.java。ShipDoneForm.java封裝了船主提交的表單信息，其中的屬性和用戶(hù)表單的輸入項(xiàng)是相互對(duì)應(yīng)，在Struts中通過(guò)ShipDoneForm.java把船主的表單信息提交ActionServlet控制器。

ActionServlet：ShipAction.java 和 TestUpload.java是Struts中核心的控制器，請(qǐng)求會(huì)通過(guò)ActionServlet的處理。struts-config.xml是Struts結(jié)構(gòu)的配置文件[13]，其中配置了船主請(qǐng)求的URL和控制器Action的映射關(guān)系，ActionServlet通過(guò)其把船主的請(qǐng)求發(fā)送至對(duì)應(yīng)的控制器中[14]。Structs的流程圖如圖3所示。

圖3 Struts流程圖

4 軟件測(cè)試

軟件測(cè)試是軟件開(kāi)發(fā)鑒定過(guò)程中重要的一環(huán)，我們需要在指定的條件下對(duì)程序進(jìn)行一定的操作，發(fā)現(xiàn)程序錯(cuò)誤，衡量軟件的質(zhì)量，對(duì)其是否可以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求進(jìn)行甄別并且進(jìn)行評(píng)估[15]。文中首先在客戶(hù)端測(cè)試了APP的注冊(cè)功能，觀(guān)察客戶(hù)端能否與服務(wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行通信。然后以注冊(cè)的用戶(hù)名和密碼，測(cè)試能否成功登錄到APP的數(shù)據(jù)傳輸界面，若不能，則找出問(wèn)題加以改進(jìn)。若成功登錄到數(shù)據(jù)傳輸界面，則開(kāi)始測(cè)試數(shù)據(jù)能否成功傳輸?shù)椒?wù)器端數(shù)據(jù)庫(kù)，最后測(cè)試在后臺(tái)頁(yè)面能否成功顯示船舶垃圾上傳數(shù)據(jù)。本設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)能夠成功達(dá)到設(shè)計(jì)要求，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確可靠。注冊(cè)測(cè)試如圖4所示。登錄與數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試如圖5所示。后臺(tái)頁(yè)面顯示測(cè)試如圖6所示。

圖4 注冊(cè)測(cè)試

圖5 登錄與數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試

5 結(jié)束語(yǔ)

文中所設(shè)計(jì)的基于Android[16]平臺(tái)的船舶垃圾信息監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以到碼頭卸載垃圾的船只為對(duì)象，將入港船只的身份信息和垃圾處理信息通過(guò)手機(jī)應(yīng)用上傳服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)留存記錄，水域保護(hù)部門(mén)就可根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中垃圾處理記錄，對(duì)在港船只的垃圾處理情況進(jìn)行有效科學(xué)的監(jiān)測(cè)管理，防止了船只隨意倒卸垃圾到海中的情況，并可以及時(shí)對(duì)垃圾量超標(biāo)碼頭安排車(chē)輛處理，提高了工作效率，對(duì)上海市水域的環(huán)境保護(hù)起到了至關(guān)重要的作用。現(xiàn)今由于該系統(tǒng)只局限于搭載Android系統(tǒng)的手機(jī)使用，所以后續(xù)還有待進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，使它有更廣泛的應(yīng)用空間。

圖6 后臺(tái)頁(yè)面顯示測(cè)試

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Research and design of the ship garbage information monitoring system based on Android

XIE Yi，LIU Shuai，WANG Zhi-jie，YANG Bo
（Donghua University，Shanghai 201620，China）

In this paper，we study a kind of vessel garbage information monitoring system based on the Android platform.The system takes the ship that unloads garbage on the wharf as object，designing a kind of information monitoring system，which can transfer the identity of the ship information and garbage storage display information to the monitoring center server by means of Android application in real time in the wharf environment.The system consists of three parts：the mobile communication terminal，wireless network and monitoring center.Mobile terminal and monitoring center adopts the C/S mode communication.Each ship's garbage can be saved and counted in real time in this system，which is convenient for data query and realtime processing of garbage in the future，that is beneficial for the protection of the water environment.

Android；wireless communication；database；C/S mode；monitoring center

TN929.5

：A

：1674－6236（2017）13-0104-05

2016-06-16稿件編號(hào)：201606112

謝 祎（1991—），男，浙江建德人，碩士。研究方向：物聯(lián)網(wǎng)工程。