趙軍喜，茍紅松，楊立新

(中鐵隧道集團有限公司技術中心，河南洛陽 471009)

0 引言

我國凍土區(qū)分布非常廣泛，其中多年凍土區(qū)面積有215萬km2，占國土總面積的22.4%，我國大部分的寒區(qū)隧道都存在不同程度的凍害問題［1］。隨著我國鐵路、公路建設事業(yè)的不斷發(fā)展，寒冷地區(qū)隧道的抗防凍問題日益受到工程界的關注和重視。隧道溫度場測試是分析寒區(qū)隧道凍害規(guī)律的關鍵，寒區(qū)隧道溫度場測試具有測試斷面多、測點分散、環(huán)境惡劣等特點。目前隧道常用的測試方法主要分3種類型:人工測試、單機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和GPRS/CDMA溫度采集系統(tǒng)，采用人工測試存在工作量大、測試結果誤差大等問題;單機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是采集儀定期對測點溫度進行采集和存儲，管理人員在一定的時間間隔后進行拷貝的方式;GPRS溫度采集系統(tǒng)采用傳感器和數(shù)據(jù)采集儀進行監(jiān)測數(shù)據(jù)的采集，通訊模塊通過GPRS或CDMA遠程傳輸數(shù)據(jù)，室內(nèi)電腦終端發(fā)送指令及接收數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)的分析和后處理［2－3］，GPRS采集無疑是其中最好的測試方法。隨著智能手機和3G網(wǎng)絡的快速發(fā)展和普及，智能手機應用到遠程地溫監(jiān)測中的條件已經(jīng)成熟，在GPRS遠程溫度監(jiān)測的基礎上開發(fā)出一套基于Android平臺的遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)客戶端軟件將可以實現(xiàn)監(jiān)測人員在任何時間、任何地理位置的實時監(jiān)測，降低監(jiān)測人員勞動強度和監(jiān)測成本，提高監(jiān)測水平。

1 遠程地溫監(jiān)測系統(tǒng)框架設計

無線遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集分站、Web服務器、GPRS無線傳輸模塊、服務器端軟件、數(shù)據(jù)庫、電腦客戶端軟件和手機客戶端軟件構成，系統(tǒng)結構圖如圖1所示。

圖1 無線遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)結構示意圖Fig.1 Structure of temperature remote-monitoring system

1)傳感器及數(shù)據(jù)采集分站安裝在隧道內(nèi)進行圍巖溫度場及氣溫測試，傳感器選用A級的PT－100溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集分站采用ATMC51系列單片機以及輔助電路構成小型微機檢測系統(tǒng)，實現(xiàn)對溫度傳感器的溫度測試及向上位機的通訊。

2)GPRS數(shù)據(jù)轉發(fā)模塊一般安裝在隧道洞口通信信號比較穩(wěn)定的位置，用于數(shù)據(jù)采集分站與服務器端數(shù)據(jù)的轉發(fā)，本系統(tǒng)選用的是北科驛唐科技MD－609 G高性能GPRS DTU。

3)Web服務器上安裝的服務器端軟件通過與數(shù)據(jù)采集分站、數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交互，定期將采集到的溫度數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)用戶端的請求將數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)傳輸給客戶端。服務器端及電腦客戶端程序采用java語言開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用MySQL軟件。

2 Android的系統(tǒng)架構

Android系統(tǒng)采用了軟件堆層的架構，分為4層，從下到上分別是Linux內(nèi)核層、系統(tǒng)運行庫層、應用框架層和應用程序層［4］。Android操作系統(tǒng)的主要組成部分如圖2所示。Android另外提供了 SDK(Software Develop Kit，軟件開發(fā)包)以及上層封裝好的java接口API(Application Programming Interface，應用程序編程接口)，軟件開發(fā)商和個人用戶都可以使用這些開放的接口和開發(fā)包自行開發(fā)需要的應用軟件［5］。

3 手機客戶端的設計與實現(xiàn)

手機客戶端作為遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)的重要功能部分主要包括系統(tǒng)登錄、用戶管理、系統(tǒng)運行狀況查看、歷史曲線查看、實時監(jiān)測數(shù)據(jù)查看和報表發(fā)送等。與以往的PC桌面系統(tǒng)程序相比，Android手機客戶端開發(fā)中手機客戶端與服務器的數(shù)據(jù)交互以及數(shù)據(jù)的可視化相對復雜些，如圖3所示。

3.1 Android手機客戶端與服務器的數(shù)據(jù)交互

Android系統(tǒng)運行資源相對于PC系統(tǒng)非常有限，如內(nèi)存、頻率和顯示界面，所以與桌面系統(tǒng)的開發(fā)慣例相比，Android系統(tǒng)與服務器進行遠程數(shù)據(jù)交互時一般很少采用加載數(shù)據(jù)庫驅動，直接對數(shù)據(jù)庫進行操作的方式。Android系統(tǒng)與Web服務器進行數(shù)據(jù)交互時主要采用以下方法:1)基于 Http協(xié)議獲取數(shù)據(jù)方法［6－7］;2)基于 SAOP 協(xié)議獲取數(shù)據(jù)方法，以及其他一些方法，具體的實現(xiàn)方式又有很多種。本系統(tǒng)采用第1種方法，其工作原理是客戶端的請求通過瀏覽器網(wǎng)頁提交給Web應用服務器，應用服務器將接收到的數(shù)據(jù)提交給服務器端邏輯進行處理，再將結果輸出至Web頁面，客戶端程序訪問網(wǎng)站的URL拿到數(shù)據(jù)并進行解析處理。本系統(tǒng)服務器端采用java技術、Struts2框架、Tomcat 7.0.33 Web應用服務器，服務器端根據(jù)客戶端請求將相應的數(shù)據(jù)以xml頁面的形式發(fā)送至瀏覽器?？蛻舳藢W(wǎng)站地址進行訪問后，將獲取的xml數(shù)據(jù)進行解析并存儲到本地Sqlit數(shù)據(jù)庫中。以下是部分代碼。

3.2 手機客戶端的數(shù)據(jù)可視化

數(shù)據(jù)可視化是運用計算機圖形學和圖像處理技術，將數(shù)據(jù)轉換為圖形或圖像在屏幕上顯示出來，并進行交互處理的理論、方法和技術通過圖形化的方式，對信息進行清晰、有效地傳達與溝通［8］。在遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)手機客戶端中，為了讓用戶更加直觀地對監(jiān)測數(shù)據(jù)進行查看和分析，需要運用可視化技術進行相關圖表的繪制。在Android平臺上實現(xiàn)可視化，可以通過Android自帶的二維和三維Open DLP，雖然都能滿足繪圖的基本需要，但是本系統(tǒng)選用一個針對Android程序開發(fā)的開源圖表類庫AChartEngine，主要因為其方便，自定義性更強，也無需重寫很多函數(shù)和類。遠程溫度監(jiān)測系統(tǒng)客戶端進入主頁面后，點擊列表中的曲線分析功能選項進入曲線分析頁面。用戶可以對各監(jiān)測點的數(shù)據(jù)進行查看，從而更加直觀、清晰地分析和判斷。圖4為歷史曲線查看界面，圖5為數(shù)據(jù)報表查看界面。

圖4 歷史監(jiān)測曲線查看Fig.4 Interface of historic monitoring curve checking

圖5 歷史監(jiān)測報表查看Fig.5 Interface of historic monitoring table checking

4 結論與體會

基于Android平臺，采用C/S模式開發(fā)了遠程地溫監(jiān)測系統(tǒng)客戶端軟件，實現(xiàn)了遠程實時監(jiān)測、歷史曲線分析和歷史數(shù)據(jù)報表查看等功能，實現(xiàn)了監(jiān)測人員在任何時間、任何地理位置的實時監(jiān)測。通過對客戶端程序的測試和在吉圖琿客專北屯1號隧道、北屯2號隧道圍巖溫度場監(jiān)測中的實際應用，表明應用本系統(tǒng)不僅可以降低監(jiān)測人員的勞動強度和監(jiān)測成本，而且可以提高監(jiān)測水平。

［1］ 夏才初，張國柱，曹詩定，等.寒區(qū)公路隧道防凍保暖技術及其發(fā)展趨勢［C］//2009年全國公路隧道學術會議論文集.蘭州:中國公路學會，2009:13－19.(XIA Caichu，ZHANG Guozhu，CAO Shiding，et al.Antifreeze and warmth retention technology and developing trend of road tunnel in frigid areas［C］//Proceedings of National Conference on Road Tunnel in 2009.Lanzhou:Ching Highway＆ Transportation Society，2009:13 －19.(in Chinese))

［2］ 徐飛，雷斌.GPRS遠程通信在遠程地溫監(jiān)測系統(tǒng)中的應用［J］.電子測量技術，2007(10):186 － 189.(XU Fei，LEI Bin.Application of GPRS communication in remote terra temperature［J］.Electronic Measurement Technology，2007(10):186 －189.(in Chinese))

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［7］ 王紹祥，邵玉斌，龍華，等.Android手機與數(shù)據(jù)庫的一種數(shù)據(jù)交互方法［J］.鄭州輕工業(yè)學院學報:自然科學版，2011(6):28 －30.(WANG Shaoxiang，SHAO Yubin，LONG Hua，et al.A data interactive method of Android cell phone and database［J］.Journal of Zhengzhou University of Light Industry:Natural Science，2011(6):28 － 30.(in Chinese))

［8］ 劉勘，周曉崢，周洞汝.數(shù)據(jù)可視化的研究與發(fā)展［J］.計算機工程，2002，28(8):1 －2.(LIU Kan，ZHOU Xiaozheng，ZHOU Dongru.Data visualization research and development［J］.Computer Engineering，2002，28(8):1 － 2.(in Chinese))