王紅剛，王征風(fēng)，王英強(qiáng)，付耀鋒

(1.西安思源學(xué)院，陜西 西安 710038；2.西北有色金屬研究院，陜西 西安 710016)

0 引 言

2016年2月，國(guó)家發(fā)展改革委、國(guó)家能源局、工業(yè)和信息化部聯(lián)合制定的《關(guān)于推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”智慧能源發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》中提出，互聯(lián)網(wǎng)+“能源”將使用先進(jìn)的傳感器、控制和軟件應(yīng)用程序，將能源生產(chǎn)端、能源傳輸端、能源消費(fèi)端的數(shù)以億計(jì)的設(shè)備、機(jī)器、系統(tǒng)連接起來(lái)，形成能源互聯(lián)網(wǎng)[1]。能源互聯(lián)網(wǎng)通過(guò)整合各行業(yè)數(shù)據(jù)，進(jìn)行大數(shù)據(jù)分析，打通并優(yōu)化能源生產(chǎn)和能源消費(fèi)端的運(yùn)作效率，使需求和供應(yīng)將可以進(jìn)行隨時(shí)的動(dòng)態(tài)調(diào)整。

海南省瓊海市由于改革步伐的加快，農(nóng)業(yè)加工產(chǎn)業(yè)發(fā)展較快，特別是當(dāng)?shù)靥厣еa(chǎn)業(yè)檳榔加工業(yè)發(fā)展更快。燃?xì)馐菣壚萍庸I(yè)的主要能源，但是檳榔加工廠安全基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)字化、智能化建設(shè)比較緩慢，不能滿足檳榔加工業(yè)飛快發(fā)展的需求，嚴(yán)重影響著檳榔加工廠的安全保障[2]。

JEECG是一款基于代碼生成器的智能開(kāi)發(fā)平臺(tái)[3]，采用Java語(yǔ)言，支持敏捷開(kāi)發(fā)，使開(kāi)發(fā)者專注于具體業(yè)務(wù)的開(kāi)發(fā)，短時(shí)間內(nèi)構(gòu)建企業(yè)應(yīng)用，同時(shí)保證了系統(tǒng)的復(fù)用性和二次開(kāi)發(fā)特性，其越來(lái)越受到開(kāi)發(fā)者的歡迎。

為此，文章提出了基于JEECG的燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架，以MYSQL為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式，采用面向服務(wù)分層架構(gòu)和組件化思想，提升了燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)平臺(tái)的通用性和可維護(hù)性。

1 燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架

燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)框架如圖1所示，分為基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、接口層、應(yīng)用支撐層、應(yīng)用服務(wù)層、門(mén)戶層等，同時(shí)通過(guò)一個(gè)統(tǒng)一的安全保障體系和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系來(lái)保障數(shù)據(jù)通信的安全。

圖1 燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體框架

各層的主要功能如下：

基礎(chǔ)設(shè)施層主要為燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供硬件和軟件運(yùn)行環(huán)境。

數(shù)據(jù)層采用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，存儲(chǔ)用戶信息、設(shè)備基本信息、設(shè)備地理位置、設(shè)備狀態(tài)信息、設(shè)備異常信息、壓力數(shù)據(jù)信息、設(shè)備預(yù)警信息等，作為本系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

接口層包含業(yè)務(wù)接口、數(shù)據(jù)接口，其中業(yè)務(wù)接口進(jìn)行業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的邏輯算法設(shè)計(jì)，完成了壓力數(shù)據(jù)協(xié)議解析等復(fù)雜數(shù)據(jù)操作接口，為應(yīng)用支撐層提供業(yè)務(wù)應(yīng)用支持。數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)DAO(data access object)的設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)，將所有對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)操作抽象封裝在一系列的API中[4-5]，供業(yè)務(wù)應(yīng)用使用。

應(yīng)用支撐層是整體應(yīng)用系統(tǒng)建設(shè)的基礎(chǔ)保障。根據(jù)本平臺(tái)的需求，進(jìn)行了面向服務(wù)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了相關(guān)應(yīng)用組件[6-7]，包括GIS服務(wù)、消息服務(wù)、安全服務(wù)、編碼解碼、報(bào)表工具、查詢引擎、下發(fā)指令等應(yīng)用組件。

應(yīng)用服務(wù)層主要包含燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)的8個(gè)子系統(tǒng)，包括設(shè)備管理子系統(tǒng)、區(qū)域信息管理子系統(tǒng)、參數(shù)信息管理子系統(tǒng)、指令管理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、報(bào)表管理子系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等。

門(mén)戶層主要包含的是一組具有相同標(biāo)準(zhǔn)和相同規(guī)范體系的網(wǎng)站群[8]。它涵蓋了主站、各級(jí)子網(wǎng)站以及移動(dòng)終端網(wǎng)站等。同時(shí)門(mén)戶層為應(yīng)用服務(wù)層的不同應(yīng)用提供信息資源的不同表現(xiàn)形式。

2 燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)需求分析

系統(tǒng)在對(duì)海南省瓊海市檳榔加工業(yè)燃?xì)馐褂们闆r調(diào)查的基礎(chǔ)上，結(jié)合智慧能源行業(yè)的特點(diǎn)，做了詳細(xì)的需求分析。燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要使用者包括系統(tǒng)管理員、壓力監(jiān)測(cè)人員、設(shè)備維護(hù)人員。其中，系統(tǒng)管理員可以在系統(tǒng)中進(jìn)行菜單信息管理、用戶信息管理、角色信息管理、數(shù)據(jù)再點(diǎn)維護(hù)、參數(shù)信息維護(hù)等。壓力監(jiān)測(cè)人員完成系統(tǒng)核心功能的管理，主要包含實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè)、歷史壓力數(shù)據(jù)分析、設(shè)備指令下發(fā)、數(shù)據(jù)采集、實(shí)時(shí)壓力報(bào)警、壓力數(shù)據(jù)報(bào)表等。設(shè)備維護(hù)人員實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備基本信息管理、設(shè)備狀態(tài)信息管理、區(qū)域信息管理、區(qū)域負(fù)責(zé)人管理等。

系統(tǒng)主要用例圖如圖2所示。

圖2 燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要用例圖

2.2 系統(tǒng)主要功能

燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括設(shè)備管理子系統(tǒng)、區(qū)域信息管理子系統(tǒng)、參數(shù)信息管理子系統(tǒng)、指令管理子系統(tǒng)、實(shí)時(shí)壓力監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)、報(bào)表管理子系統(tǒng)、歷史數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)等，功能模塊如圖3所示。

(1)設(shè)備管理子系統(tǒng)：該功能借助百度地圖實(shí)現(xiàn)燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)中設(shè)備的添加、修改、刪除等。利用百度地圖獲取設(shè)備安裝的經(jīng)度、緯度和具體的位置名稱，并且在地圖實(shí)現(xiàn)按照區(qū)、街道辦等準(zhǔn)確定位。

(2)區(qū)域信息管理子系統(tǒng)：該功能借助百度地圖實(shí)現(xiàn)區(qū)域地理位置劃分，并在地圖上進(jìn)行地理范圍標(biāo)注，給每個(gè)區(qū)域范圍指定相應(yīng)的設(shè)備維護(hù)人員。

(3)參數(shù)管理子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備基本參數(shù)的設(shè)置，包括實(shí)時(shí)壓力上限、實(shí)時(shí)壓力下限、電壓上限、電壓下限、發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)間間隔等。

(4)指令管理子系統(tǒng)：該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓力監(jiān)測(cè)設(shè)備的遠(yuǎn)程操作，壓力監(jiān)測(cè)人員可以根據(jù)需要修改設(shè)備的參數(shù)數(shù)據(jù)，主要包含設(shè)備的開(kāi)關(guān)狀態(tài)、壓力數(shù)據(jù)采集時(shí)間間隔、壓力報(bào)警閾值等。

(5)壓力監(jiān)測(cè)子系統(tǒng)：該功能實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)壓力的管理，并對(duì)實(shí)時(shí)壓力進(jìn)行分析，判斷是否在正常壓力范圍內(nèi)。

(6)歷史數(shù)據(jù)分析子系統(tǒng)：該功能實(shí)現(xiàn)對(duì)每個(gè)設(shè)備所產(chǎn)生的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行樣本統(tǒng)計(jì)分析，從而確定該設(shè)備采集數(shù)據(jù)時(shí)間間隔等指標(biāo)。

(7)報(bào)表管理子系統(tǒng)：該功能負(fù)責(zé)對(duì)解碼后的壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，產(chǎn)生實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)曲線變化圖，實(shí)時(shí)狀態(tài)圖，報(bào)表等。

(8)數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)：該功能負(fù)責(zé)從中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)獲取實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存放到燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)控系統(tǒng)相應(yīng)數(shù)據(jù)表中。

圖3 燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能模塊圖

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 編碼解碼插件開(kāi)發(fā)

NB-IoT設(shè)備和中國(guó)電信物聯(lián)網(wǎng)開(kāi)放平臺(tái)之間采用CoAP協(xié)議通訊，CoAP消息的payload為應(yīng)用層數(shù)據(jù)，應(yīng)用層數(shù)據(jù)的格式由設(shè)備自行定義[9]。由于NB-IoT設(shè)備一般對(duì)省電要求較高，所以應(yīng)用層數(shù)據(jù)一般采用二進(jìn)制格式或者tlv格式。設(shè)備廠商需要提供編解碼插件，平臺(tái)負(fù)責(zé)調(diào)用編解碼插件，實(shí)現(xiàn)二進(jìn)制消息轉(zhuǎn)Json格式的功能，以提供應(yīng)用服務(wù)器使用[10]。

另外，Profile文件定義了該Json格式的具體內(nèi)容，因此編解碼插件開(kāi)發(fā)前需要先編寫(xiě)設(shè)備的Profile文件。在Profile文件中主要描述一款設(shè)備的能力信息，包含該設(shè)備的識(shí)別屬性和提供的服務(wù)(功能)列表，其中設(shè)備型號(hào)識(shí)別屬性：設(shè)備類型、廠商、型號(hào)、協(xié)議類型。

服務(wù)列表：提供具體的功能服務(wù)說(shuō)明列表[11-12]。編碼解碼插件開(kāi)發(fā)流程如圖4所示。

圖4 編解碼插件開(kāi)發(fā)流程

該燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要采用的是西安中星測(cè)控有限公司提供的Chinastar-CSiGPM02智能壓力監(jiān)測(cè)器，該設(shè)備能測(cè)量各種氣體和流體的壓力、壓差等。針對(duì)該設(shè)備實(shí)現(xiàn)編碼解碼插件的步驟如下：

(1)編寫(xiě)Profile文件。

"devices":[

{

"manufacturerId": "Chinastar",

"manufacturerName": "Chinastar",

"model": "CSiGPM02",

"protocolType": "CoAP",

"deviceType": "PressureMonitor",

"serviceTypeCapabilities": [

{

"serviceId": "Basic",

"serviceType": "Basic",

"option": "Mandatory"

}

……

]

}

(2)應(yīng)用層協(xié)議解析。

例如，在該設(shè)備執(zhí)行“AT+NMGS=7,00002023050101”發(fā)送上行數(shù)據(jù)。上報(bào)數(shù)據(jù)的AT命令為：AT+NMGS=7,00002016050101。具體解析如下：AT+NMGS=N,XXXXXXXXXX為上報(bào)數(shù)據(jù)的AT命令格式，其中“N”表示一共上報(bào)幾個(gè)字節(jié)，后面為具體的上報(bào)字節(jié)內(nèi)容，以十六進(jìn)制字符串表示。在該指令中，一共上報(bào)7個(gè)字節(jié)，分別為“00”、“00”、“20”、“16”、“05”、“01”、“01”。其中，第一個(gè)字節(jié)“00”表示上報(bào)數(shù)據(jù)deviceReq，第二個(gè)字節(jié)“00”表示沒(méi)有后續(xù)數(shù)據(jù)，第三個(gè)字節(jié)“20”表示溫度32，第四個(gè)字節(jié)“23”表示當(dāng)前壓力35 Kpa，第五個(gè)字節(jié)“05”表示電壓值5 V，第六個(gè)字節(jié)“01”表示鎖1狀態(tài)關(guān)閉，第七個(gè)字節(jié)“01”表示鎖2狀態(tài)關(guān)閉。

燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)編碼解碼插件應(yīng)用層協(xié)議解析主要完成了以下上行數(shù)據(jù)的解析:

·基礎(chǔ)數(shù)據(jù)：主要包括電池的電壓、電量數(shù)據(jù)。

·連接信息：主要包括信號(hào)強(qiáng)度、信噪比等數(shù)據(jù)。

·設(shè)備信息：主要包括設(shè)備ID、設(shè)備類型、設(shè)備SN、心跳時(shí)間、報(bào)警周期、采樣周期等數(shù)據(jù)。

·設(shè)備狀態(tài)：主要包括設(shè)備的報(bào)警狀態(tài)、布防狀態(tài)、無(wú)線模塊狀態(tài)、電池狀態(tài)、云端應(yīng)答狀態(tài)等數(shù)據(jù)。

·壓力數(shù)據(jù)：主要包括設(shè)備的實(shí)時(shí)壓力數(shù)據(jù)。

(3)編寫(xiě)兩個(gè)應(yīng)用接口。

(a)decode接口的入?yún)inaryData為設(shè)備發(fā)過(guò)來(lái)的CoAP報(bào)文的payload部分。主要為設(shè)備的上行數(shù)據(jù)。decode接口的入?yún)⒔Y(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 decode接口的入?yún)⒔Y(jié)構(gòu)

表2 ArryNode定義

核心代碼如下：

public ObjectNode decode(byte[] binaryData) throws Exception {

try {

ReportProcess lightProcess=new ReportProcess(binaryData);

ObjectNode objectNode=lightProcess.toJsonNode();

logger.info("dynamic lrbtest "+objectNode.toString());

return objectNode;

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

return null;

}

}

(b)encode接口的入?yún)son格式數(shù)據(jù)，是平臺(tái)下發(fā)的命令或應(yīng)答。encode接口的入?yún)⒔Y(jié)構(gòu)定義如表3所示。

表3 encode接口的入?yún)⒔Y(jié)構(gòu)

核心代碼如下：

public byte[] encode(ObjectNode input) throws Exception {

logger.info("dynamic lrbtest "+input.toString());

try {

CmdProcess cmdProcess=new CmdProcess(input);

byte[] byteNode=cmdProcess.toByte();

return byteNode;

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

return null;

}

}

3.2 使用MiniDao-PE實(shí)現(xiàn)持久化

MiniDao-PE是一款Java持久化框架，類似mybatis的持久層解決方案[13]，可以統(tǒng)一事務(wù)管理。MiniDao-PE支持SQL語(yǔ)句和Java代碼的分離、支持自動(dòng)事務(wù)處理和手動(dòng)事務(wù)處理，輕松實(shí)現(xiàn)與hibernate輕量級(jí)無(wú)縫集成等[14]。具體實(shí)現(xiàn)步驟如下：

(1)接口定義，核心代碼如下：

@MiniDao

public interface EmployeeDao {

@Arguments("employee")

public List

@Arguments("empno")

EmployeegetEmployee(String empno);

…

}

(2)接口方法對(duì)應(yīng)SQL文件創(chuàng)建。

Sql文件定位到dao接口的方法，dao接口的每個(gè)方法對(duì)應(yīng)一個(gè)sql文件。

SQL文件命名規(guī)則：{Dao接口名} _{方法名}.sql

簡(jiǎn)單SQL，也可以采用方法注釋標(biāo)簽。例如：

@Sql("SELECT count(*) FROM employee")

IntegergetCount();

(3)編寫(xiě)SQL文件內(nèi)容。

SQL文件采用模板語(yǔ)言Freemarker語(yǔ)法[15-16]，可以靈活運(yùn)用，甚至可以寫(xiě)腳本語(yǔ)言、宏處理等。例如：

SELECT * FROM employee where 1=1

<#ifemployee.age ?exists> and age = '${employee.age}'

<#ifemployee.name ?exists> and name =

'${employee.name}'

<#ifemployee.empno ?exists> and empno = '${employee.empno}'

(4)@Arguments參數(shù)標(biāo)簽和@Param參數(shù)標(biāo)簽設(shè)置。

@Arguments({"empno","name"})

Map getMap(String empno,String name);

4 成果與應(yīng)用

項(xiàng)目建成了海南省瓊海市天然氣壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)提供了用戶管理功能、權(quán)限管理功能、設(shè)備管理功能、設(shè)備定位功能、數(shù)據(jù)采集功能、編解碼功能、數(shù)據(jù)分析功能、壓力預(yù)警功能、日志管理功能等。

系統(tǒng)對(duì)燃?xì)庠O(shè)備進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)掌握燃?xì)庠O(shè)備運(yùn)營(yíng)情況，為燃?xì)庠O(shè)備管理提供科學(xué)依據(jù)。并且該系統(tǒng)對(duì)燃?xì)鈮毫M(jìn)行實(shí)時(shí)采集，當(dāng)氣體發(fā)生泄漏時(shí)，監(jiān)控室及管理部門(mén)可在第一時(shí)間做出反應(yīng)，對(duì)提高生產(chǎn)安全性具有重要意義。

5 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)能源天然氣行業(yè)背景，文中提出了解決方案，使用JEECG平臺(tái)和面向服務(wù)思想設(shè)計(jì)了燃?xì)鈮毫ΡO(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含了目前天然氣安全領(lǐng)域信息化管理的常用功能，系統(tǒng)對(duì)天然氣壓力進(jìn)行24小時(shí)監(jiān)測(cè)，并記錄了歷史壓力數(shù)據(jù)等，從而為燃?xì)馄髽I(yè)的安全運(yùn)營(yíng)提供支持。