蔣賀　焦吉偉　張科　王思璇　柯敏　許華娣

摘要：物聯(lián)網(wǎng)作為一種新的網(wǎng)絡(luò)形式，相關(guān)理論研究和實踐應(yīng)用正在探索過程中。本文介紹了物聯(lián)網(wǎng)的概念，給出了基于智能物體層、數(shù)據(jù)傳輸層、信息關(guān)聯(lián)層、應(yīng)用服務(wù)層的物聯(lián)網(wǎng)四層體系架構(gòu)，最后根據(jù)日常工業(yè)生產(chǎn)過程中所面對的液化氣運輸中的種種問題做出可行性的分析與設(shè)計。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng);無線傳感器;無線監(jiān)測;液化氣

一、研究背景

現(xiàn)代社會液化氣被大量使用，由于液化氣的易燃易爆、有毒的特點，如果發(fā)生泄漏會極大地威肋公眾安全。其運輸方式除了管道傳輸，就是公路運輸，運輸過程的安全是人們關(guān)注的焦點。而如今的運輸過程中，缺乏對液化氣的監(jiān)測等手段，不利于生產(chǎn)管理。要知道在運輸過程中液化氣壓力處于一個很高的狀態(tài)，罐體的壓力很大，當大到一定程度時，就會威脅到運輸員和公眾的安全。同時液化氣作為易燃物，遇到明火或者運輸過程中因摩擦產(chǎn)生大量靜電，也極易造成爆炸，造成更加恐怖的破壞力，造成不可預(yù)知的損失。快速準確監(jiān)測液化氣狀態(tài)變化，并采取相應(yīng)的對策來及時預(yù)防和控制事故發(fā)生，具有明顯的經(jīng)濟效益和環(huán)境效益。

隨著科技的進步，近年來無線傳感器得到了長足的發(fā)展，使之與計算機軟件相結(jié)合，就成為了當下熾手可熱的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。本文就無線傳感網(wǎng)在液化氣的運輸儲藏方面的監(jiān)測問題展開論述。

二、研究目標和方法

本課題將采用 ZigBee技術(shù)，該技術(shù)專注低速傳輸、低功耗、低成本、可與多個節(jié)點聯(lián)網(wǎng)，并巨每個模塊加裝一個遠程無線網(wǎng)關(guān)，這正好滿足運輸以及其他地點組建無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的需要。我們基于ZigBee技術(shù)，研究了壓力罐液化氣壓力監(jiān)測的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)，充分發(fā)揮其布點靈活、布控簡單、成本低廉、低功耗的優(yōu)點，實現(xiàn)監(jiān)控數(shù)據(jù)的無線傳輸。本文著重設(shè)計適用于該系統(tǒng)的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集算法和后端監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)該，算法可以使運輸過程中的監(jiān)測能力得到極大提高，增強運輸中的實時性與可靠性;同時，后端監(jiān)控系統(tǒng)的管理員在使用管理監(jiān)測系統(tǒng)時，能夠通過簡單的操作，完成復雜的功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)可視化和圖形化管理，高度可定制化及擴展性。

三、功能實現(xiàn)

3.1 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

具體功能包括如下幾點：軟硬件的互聯(lián)、設(shè)計;實時數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示;超值報警;管理員的增刪改查。

管理員即可通過無線傳感器網(wǎng)絡(luò)獲取感知現(xiàn)場的目標信息，也可對傳感器網(wǎng)絡(luò)進行配置和管理，從而完成監(jiān)測數(shù)據(jù)的收集和監(jiān)測任務(wù)的發(fā)布。同時通過登錄頁面可以監(jiān)測系統(tǒng)，更新設(shè)置節(jié)點信息，管理用戶，進行監(jiān)控以及設(shè)置輪詢規(guī)則，報警的基本設(shè)置和管理。

3.2 硬件的實現(xiàn)

一個典型的無線傳感器網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)包括傳感器節(jié)點、任務(wù)管理節(jié)點和匯聚節(jié)點，由于

傳感器節(jié)點的射頻覆蓋范圍比較小，因此需要布置大量的傳感器節(jié)點，通過自組織方式構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)，各個部分協(xié)同形成對目標的感知現(xiàn)場，可以實現(xiàn)對感知區(qū)域內(nèi)信息的采集、分析和處理任務(wù)。傳感器節(jié)點檢測的目標信號由本地經(jīng)簡單處理后，通過鄰近傳感器節(jié)點經(jīng)過多跳路由的方式，將數(shù)據(jù)發(fā)送到匯聚節(jié)點后由匯聚節(jié)點和無線網(wǎng)關(guān)將此數(shù)據(jù)上傳給后臺。

3.3、軟件系統(tǒng)架構(gòu)部署

系統(tǒng)前端頁面采用html+anguarJs+bootstarp的技術(shù)框架組合，核心業(yè)務(wù)處理采用SSM框架技術(shù)，數(shù)據(jù)庫采用MySQL數(shù)據(jù)庫，利用Mybatis的逆向工程生成實體類與表形成映射以完成持久層的操作。以下介紹一些前端和核心服務(wù)的主要類，以匯聚節(jié)點的相關(guān)操作為例。

匯聚節(jié)點前端頁面核心采用augualarJS的service層完成相關(guān)請求調(diào)用，完成后端信息的顯示，完成新增信息的錄入，完成相應(yīng)的正則驗證，完成信息的提交和保存html頁面通過AngularJS的http指令，實現(xiàn)在不刷新頁面的情況下完成異步請求，以保證提高用戶體驗的需求。具體代碼中，通過getBuildings方法可以獲取后端數(shù)據(jù)，并包裝成Ajax需要的Json格式數(shù)據(jù)，前臺頁面將返回的數(shù)據(jù)進行解析，再顯示到頁面中。

AggregationControllerjava中主要定義了匯聚節(jié)點的控制層類，其中通過Spring技術(shù)，通過依賴注入獲取Service層的類以完成匯聚節(jié)點的相關(guān)邏輯操作。

在SSM框架中，處理前端請求和方法調(diào)度的是SpringMVC框架，而SpringMVC框架中實現(xiàn)初步調(diào)度的層次是Controller層，以addAggregation這個方法來舉例控制層中的方法機制，在此方法中，首先定義an目arJS的雙向綁定技術(shù)來獲取頁面?zhèn)鬟f的信息，再通過調(diào)用Service層的接口，來完成相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯。在Service接口和其他接口的定義過程中，主要是通過預(yù)先定義的接口完成高內(nèi)聚低稠合的軟件工程開發(fā)思想，通過對面向?qū)ο蠹夹g(shù)的理解，在接口定義中主要通過預(yù)先定義的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，以接口的形式完成調(diào)用，接下來再利用不同接口的不同實現(xiàn)，來完成核心的業(yè)務(wù)邏輯，從而起到了良好的代碼復用和維護效果。

在與數(shù)據(jù)庫進行交互的過程中，主要通過Mybatis技術(shù)進行操作Mybatis將數(shù)據(jù)庫中的表和信息對應(yīng)到JavaBean中，系統(tǒng)在操作數(shù)據(jù)的過程中實際上是操作了系統(tǒng)中的JavaBean，然后Mybatis再通過同步和鎖的機制進行數(shù)據(jù)的同步，同時為了提高開發(fā)人員效率，Mybatis還開放了很多可調(diào)用的SQL方法，在實際使用中加快了開發(fā)的效率，節(jié)約了開發(fā)的時間和成本。

四、總結(jié)

本文主要是針對近年來液化氣泄漏事故，利用無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)設(shè)計并實現(xiàn)液化氣泄露實時監(jiān)測系統(tǒng)上的數(shù)據(jù)采集算法，有效地監(jiān)測液化氣狀態(tài)并預(yù)警，同時利用企業(yè)級面向?qū)ο缶幊趟枷?，?yīng)用企業(yè)級架構(gòu)和技術(shù)，實現(xiàn)便捷、高效、實時的監(jiān)控系統(tǒng)，有效監(jiān)控液化氣情況，即時報警，盡可能避免重大事故的產(chǎn)生。本文設(shè)計了一種基于無線傳感網(wǎng)的液化氣運輸儲存監(jiān)測報警系統(tǒng)并實現(xiàn)了原型系統(tǒng)。重點研究了該系統(tǒng)中數(shù)據(jù)采集機制和后端監(jiān)控中心的實現(xiàn)。由于目前4G網(wǎng)絡(luò)的不穩(wěn)定性和波動性，本設(shè)計存在一定缺陷，在5G全面到來的時候相信會得到解決。

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