基于Android平臺的遠程溫度監測系統客戶端設計

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

我國凍土區分布非常廣泛，其中多年凍土區面積有215萬km2，占國土總面積的22.4%，我國大部分的寒區隧道都存在不同程度的凍害問題［1］。隨著我國鐵路、公路建設事業的不斷發展，寒冷地區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隧道凍害規律的關鍵，寒區隧道溫度場測試具有測試斷面多、測點分散、環境惡劣等特點。目前隧道常用的測試方法主要分3種類型:人工測試、單機數據采集系統和GPRS/CDMA溫度采集系統，采用人工測試存在工作量大、測試結果誤差大等問題;單機數據采集系統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溫度采集系統采用傳感器和數據采集儀進行監測數據的采集，通訊模塊通過GPRS或CDMA遠程傳輸數據，室內電腦終端發送指令及接收數據，并進行數據的分析和后處理［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網絡的快速發展和普及，智能手機應用到遠程地溫監測中的條件已經成熟，在GPRS遠程溫度監測的基礎上開發出一套基于Android平臺的遠程溫度監測系統客戶端軟件將可以實現監測人員在任何時間、任何地理位置的實時監測，降低監測人員勞動強度和監測成本，提高監測水平。

1 遠程地溫監測系統框架設計

無線遠程溫度監測系統由傳感器、數據采集分站、Web服務器、GPRS無線傳輸模塊、服務器端軟件、數據庫、電腦客戶端軟件和手機客戶端軟件構成，系統結構圖如圖1所示。

圖1 無線遠程溫度監測系統結構示意圖Fig.1 Structure of temperature remote-monitoring system

1)傳感器及數據采集分站安裝在隧道內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，數據采集分站采用ATMC51系列單片機以及輔助電路構成小型微機檢測系統，實現對溫度傳感器的溫度測試及向上位機的通訊。

2)GPRS數據轉發模塊一般安裝在隧道洞口通信信號比較穩定的位置，用于數據采集分站與服務器端數據的轉發，本系統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據采集分站、數據庫進行數據交互，定期將采集到的溫度數據存入數據庫，并根據用戶端的請求將數據庫中的歷史數據傳輸給客戶端。服務器端及電腦客戶端程序采用java語言開發，數據庫采用MySQL軟件。

2 Android的系統架構

Android系統采用了軟件堆層的架構，分為4層，從下到上分別是Linux內核層、系統運行庫層、應用框架層和應用程序層［4］。Android操作系統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)，軟件開發商和個人用戶都可以使用這些開放的接口和開發包自行開發需要的應用軟件［5］。

3 手機客戶端的設計與實現

手機客戶端作為遠程溫度監測系統的重要功能部分主要包括系統登錄、用戶管理、系統運行狀況查看、歷史曲線查看、實時監測數據查看和報表發送等。與以往的PC桌面系統程序相比，Android手機客戶端開發中手機客戶端與服務器的數據交互以及數據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據交互

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

3.2 手機客戶端的數據可視化

數據可視化是運用計算機圖形學和圖像處理技術，將數據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］。在遠程溫度監測系統手機客戶端中，為了讓用戶更加直觀地對監測數據進行查看和分析，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，但是本系統選用一個針對Android程序開發的開源圖表類庫AChartEngine，主要因為其方便，自定義性更強，也無需重寫很多函數和類。遠程溫度監測系統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。用戶可以對各監測點的數據進行查看，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為數據報表查看界面。

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

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

4 結論與體會

基于Android平臺，采用C/S模式開發了遠程地溫監測系統客戶端軟件，實現了遠程實時監測、歷史曲線分析和歷史數據報表查看等功能，實現了監測人員在任何時間、任何地理位置的實時監測。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測中的實際應用，表明應用本系統不僅可以降低監測人員的勞動強度和監測成本，而且可以提高監測水平。

［1］ 夏才初，張國柱，曹詩定，等.寒區公路隧道防凍保暖技術及其發展趨勢［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))

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［3］ 孫寶臣，杜彥良，李劍芝，等.基于GSM－R的青藏鐵路凍土地溫自動監測系統［J］.鐵道學報，2009，31(5):125 －129.(SUN Baochen，DU Yanliang，LI Jianzhi，et al.Automatic permafrost temperature monitoring system of Qinghai-Tibet railway based on GSM-R network［J］.Journal of the China Railway Society，2009，31(5):125 － 129.(in Chinese))

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［8］ 劉勘，周曉崢，周洞汝.數據可視化的研究與發展［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))