張懷才，姚振東

（成都信息工程學(xué)院，四川 成都 610225）

0 引言

X波段小型天氣雷達在天氣預(yù)報和災(zāi)害性天氣預(yù)警、監(jiān)測、跟蹤以及災(zāi)情評估等方面發(fā)揮著重要作用。美國在“Weather Radar Technology Beyond NEXRAD”報告中指出，X波段近距離(100 km以內(nèi))小型雷達具有更好的降水物探測能力和更好的結(jié)果，不會產(chǎn)生象大功率長波長雷達由于地球曲率造成的遠端偏高空資料（低空無法探測）的缺陷[1-2]。同時，在民航機場的天氣保障中，這種雷達仍然是很好的選擇[3]。

然而，作為與雷達系統(tǒng)交互的運行控制的軟件系統(tǒng)多為本地控制模式，雖能滿足用戶的一般要求，但隨著工控系統(tǒng)對網(wǎng)絡(luò)化控制需求的日益提高，雷達系統(tǒng)的運行控制亦須向網(wǎng)絡(luò)化方向邁進[4]。本系統(tǒng)設(shè)計是在參考綜合氣象觀測站的發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，基于雷達運行控制的便捷性要求而提出的。眾所周知，計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展帶動了大型設(shè)備的監(jiān)測技術(shù)的深遠變化,并逐步向?qū)崟r、遠程和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。C/S(Client/Server，客戶端/服務(wù)器)和B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器)是現(xiàn)有的遠程監(jiān)測系統(tǒng)的主要模式。其中，B/S模式的監(jiān)控系統(tǒng)中，用戶工作界面是通過瀏覽器來實現(xiàn)，因此具有很好的跨平臺性；而主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實現(xiàn)，這就使得維護人員就可以把主要精力放在服務(wù)器的更新維護上，而不必像C/S模式那樣重新協(xié)調(diào)客戶端。因此，目前基于Web的B/S模式的遠程實時監(jiān)控系統(tǒng)是工業(yè)自動化領(lǐng)域研究的熱點問題和發(fā)展方向[5-6]。文章在參照綜合氣象觀測站發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過引用工控領(lǐng)域的遠程控制方法，最終初步實現(xiàn)了雷達系統(tǒng)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化。

1 系統(tǒng)框架與功能簡介

基于Web的雷達遠程監(jiān)控系統(tǒng)由客戶端和服務(wù)器兩大部分組成?？蛻舳擞糜谕瓿扇藱C交互，功能之一是接收用戶的操作請求并發(fā)送至服務(wù)器；功能之二是接收服務(wù)器端發(fā)來的數(shù)據(jù)并給與實時動態(tài)顯示；服務(wù)器端則用于響應(yīng)客戶端的操作請求，調(diào)用相應(yīng)的Web服務(wù)頁，通過協(xié)調(diào)USB接口和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)獲取用戶請求的基數(shù)據(jù)，之后完成對基數(shù)據(jù)的封裝，將最終的可伸縮矢量圖形（SVG，Scalable Vector Graphics）格式的數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端。客戶端與服務(wù)器的基本通信通過Windows Server 2003自帶互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)（IIS，Internet Information Services）互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)器完成，IIS是用戶與雷達監(jiān)控服務(wù)器信息溝通的橋梁。雷達數(shù)據(jù)的生成與用戶指令的執(zhí)行暫時由雷達數(shù)據(jù)仿真版實現(xiàn)。整個系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框

2 系統(tǒng)模塊的實現(xiàn)方法

2.1 系統(tǒng)的客戶端實現(xiàn)

用戶通過客戶端完成對雷達系統(tǒng)的遠程監(jiān)控?？蛻舳素撠?zé)接收用戶的雷達操作指令，并對其加以處理發(fā)送至服務(wù)器；服務(wù)器響應(yīng)了用戶請求之后，將 SVG格式的回波數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)等發(fā)送給客戶端，之后客戶端腳本程序利用文檔對象模型（DOM，Document Object Model）接口對這些實時數(shù)據(jù)進行動態(tài)處理，通過改變SVG中界面元素屬性進行實時刷新顯示，使客戶端通過瀏覽器就能實時監(jiān)控雷達設(shè)備的數(shù)據(jù)掃描以及工作情況?？蛻舳斯ぷ鬟^程如圖2所示。

客戶端腳本程序使用Javascript設(shè)計，Javascript是一種基于對象和事件驅(qū)動客戶端腳本語言，并且具備一定的安全性。同時，Javascript廣泛用于客戶端Web開發(fā)，常用來實現(xiàn)HTML網(wǎng)頁的動態(tài)交互功能[7]，比如響應(yīng)用戶的各種操作等。其主要操作流程如圖3所示。

圖2 客戶端組成

圖3 Javascript工作流程

客戶端開發(fā)主要使用 SVG技術(shù)。與位圖不同,SVG圖不是用大量的單個像素建立圖像,而主要通過數(shù)學(xué)公式對物體形狀描述,從而記錄圖形信息,并根據(jù)圖形信息進行繪制。它是一種基于XML文檔的開放的矢量圖形描述語言,用于描述二維矢量圖形以及矢量與點陣混合圖形的標志語言。SVG定義了六種基本形狀以及一些繪圖指令,包括直線、斜線、圓弧和貝塞曲線等繪圖路徑指令,這六種基本形狀和路徑根據(jù)需要進行排列組合,就可以完成所需監(jiān)控界面的繪制[8]。

SVG元素是指示如何繪制圖像的一些指令,而SVG閱讀器則用于解釋這些指令，并把SVG圖像在指定設(shè)備上顯示出來,同時 SVG可以使用樣式表CSS、Script腳本和DOM進行控制。SVG作為新一代的圖形處理技術(shù)主要優(yōu)勢如圖4所示[8]。

圖4 SVG技術(shù)優(yōu)勢

2.2 系統(tǒng)服務(wù)器平臺的搭建

雷達系統(tǒng)服務(wù)器是在IIS平臺上搭建完成的，IIS是一個World Wide Web server，雷達用戶與系統(tǒng)服務(wù)器的基本網(wǎng)絡(luò)通信都是由 IIS完成的。另外，IIS是Windows Server2003系統(tǒng)自帶的網(wǎng)絡(luò)開發(fā)平臺，就使得整個系統(tǒng)的開發(fā)成本較低，便于推廣和應(yīng)用。本設(shè)計中，服務(wù)器端主要用于響應(yīng)客戶端的操作請求，調(diào)用相應(yīng)的Web服務(wù)頁，通過協(xié)調(diào)USB接口和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)獲取用戶請求的基數(shù)據(jù)，之后完成對基數(shù)據(jù)的封裝，將最終的SVG格式的數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端。Web服務(wù)程序主要由數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序、方位幀服務(wù)程序以及回波數(shù)據(jù)服務(wù)程序三大部分組成。數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序通過USB接口控制雷達數(shù)據(jù)仿真板，下達掃描命令，上傳回波數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則存放至數(shù)據(jù)庫中；方位幀服務(wù)程序和回波數(shù)據(jù)服務(wù)程序則負責(zé)從數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中讀取方位信息以及回波信息，完成數(shù)據(jù)封裝后按照掃描順序發(fā)送給客戶端。三大服務(wù)程序協(xié)調(diào)運行，根據(jù)客戶端的用戶請求，完成雷達數(shù)據(jù)的采集、存儲和分發(fā)等工作，服務(wù)器平臺結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 服務(wù)器端結(jié)構(gòu)組成

2.3 系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本系統(tǒng)以SQL Server 2000為平臺進行數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。在雷達運行控制服務(wù)頁的協(xié)調(diào)下，數(shù)據(jù)庫向上為雷達系統(tǒng)服務(wù)器提供實時數(shù)據(jù)，向下讀取雷達數(shù)據(jù)仿真板的雷達基數(shù)據(jù)，并按一定的格式存放在相應(yīng)的數(shù)據(jù)表。考慮到系統(tǒng)的規(guī)模和實時性要求，選擇了數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)與雷達系統(tǒng)服務(wù)器集成在一起的開發(fā)方式，這樣當(dāng)服務(wù)器要訪問數(shù)據(jù)庫時，只需訪問本地磁盤上的數(shù)據(jù)文件即可，提高了系統(tǒng)的存取雷達基數(shù)據(jù)的速度，進而保證了雷達系統(tǒng)遠程監(jiān)控的實時性。

3 實驗與結(jié)果分析

遵循上述論文中系統(tǒng)各部分的實現(xiàn)方法，按照先模塊后系統(tǒng)的調(diào)試思路，逐個調(diào)試成功后，最后進行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，雷達用戶遠程監(jiān)控畫面如圖6所示（PPI掃描四分之一圓周時的圖像）。

圖6 系統(tǒng)運行結(jié)果

圖6中右下角三角符號為雷達掃描的開始/停止按鈕，處于水平位置的線為雷達掃描線。點擊開始按鈕，掃描線以一定的速率旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)仿真板產(chǎn)生的PPI回波數(shù)據(jù)動態(tài)顯示在掃描線掃過的范圍，實現(xiàn)了雷達系統(tǒng)的遠程監(jiān)控。本系統(tǒng)經(jīng)過多次測試，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

本系統(tǒng)結(jié)合基于合眾達 SEED_DEC2812開發(fā)的雷達數(shù)據(jù)仿真板，在 VisualStudio2008的ASP.NET平臺上利用C#語言、SVG技術(shù)以及SQL Server2000數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)了基于Web的B/S雷達遠程監(jiān)控系統(tǒng)，初步實現(xiàn)了雷達系統(tǒng)運行控制的網(wǎng)絡(luò)化。經(jīng)測試，系統(tǒng)對現(xiàn)場設(shè)備環(huán)境的監(jiān)控有良好的人機交互性、可靠性和實時性。另外，B/S模式的Web遠程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用前景十分廣闊，在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中實現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)融合，達到真正意義的遠程監(jiān)控，對未來“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展也有一定的現(xiàn)實意義[9]。

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