環境信息化中的實時數據庫應用

[摘要]實時數據庫是計算機控制系統和環境信息化管理系統數據存儲和展示的核心，本文結合遼寧省環境信息化中的實時數據庫的應用，介紹了實時數據庫的應用特點。通過基于實時數據開發的實際應用軟件，表明實時數據庫系統極大地提高了環境信息化水平，收到了良好的間接經濟效益。

[關鍵詞]實時數據庫；軟件開發工具；環境信息化

環境信息化的實時數據庫，進行信息化與自動化系統建設時，所面臨的管理信息系統與SCADA系統怎樣進行實時信息交換的問題，以及在網絡環境下怎樣實現不同平臺的應用系統的信息共享問題，怎樣提供標準和開放的訪問實時信息的方法問題，以及如何提供方便的在線維護實時數據信息點的手段問題。建立在基于TCP/IP協議的客戶機/服務器模式和“查詢”、“Push”和點對點主動數據傳遞方式的數據通信技術的層次化網絡SCADA模型上的實時數據庫系統組件（Real Time Database，簡稱RTDB），完全滿足環境信息高速數據通信、高可用性、系統穩定性、可維護性等高性能指標的需要，可以充分解決上述問題。實踐證明，應用高性能實時數據庫組件提升產業性企業的信息化與自動化系統的性能是十分有效的方法。

1、環境信息化中的實時數據庫作用

大多數環境信息化系統的數據量都較為龐大，以環境監測和污染源監控管理系統為例，系統需要接入大量實時的污染源自動監控數據和環境質量自動監測數據，而常規數據處理方式會帶來數據存儲時間不長、精度不高、存取效率低下等諸多問題，而與此同時，數據量的增長與系統運行效率成反比，大幅增長的數據會逐步影響平臺的正常運行。為解決上述矛盾，人們在技術層面上一般采取構建分布式關系數據庫集群的方案，這無疑會增加硬件構架的復雜性，并增加維護管理和設備投資成本。針對以上問題，系統構架者可選擇采用成熟的實時數據庫產品及相關技術解決方案。實時數據庫構建樹狀數據模型，能夠提供大量、不問斷的存儲，支持多種壓縮，存儲容量大，提供大量數據挖掘分析功能，在高速、大量的存儲時能夠提供多并發的高速查詢，彌補關系數據庫在實時數據存儲、分析、查詢方面的不足，改善關系數據庫應用過程中系統響應速度下降、系統崩潰等問題，大幅提高系統安全性和運行效能。

2、實時數據庫結構特征分析

當前，很多項目的數據層設計都采用關系數據庫與實時數據庫相結合，工況在線監測與分析系統中，前端工況過程數據庫和中心工況過程數據（原始庫與分析庫）采用的是實時數據庫，中心工況應用數據庫層由通用關系型數據庫來承擔。對于實時采集的數據需要能夠進行數據分析，并與關系數據庫進行數據交換，能夠根據業務需求配置相關數據統計規則，定期統計、抽取實時數據庫數據至關系數據庫中，實時數據庫的測點能夠與關系數據庫進行映射，構建實時數據庫的橫向業務關系模型，能夠根據業務需求，實時地組織實時數據，構建關系模型，并提供給業務系統。實時數據庫是采用實時數據模型建立起來的數據庫，用于處理不斷更新、快速變化的數據，以及具有時間限制的事務處理。實時數據庫技術是實時系統和數據庫技術相結合的產物，利用數據庫技術來解決實時系統中的數據管理問題，同時利用實時技術為實時數據庫提供時間驅動調度和資源分配算法，其主要應用于自動連續數據的監控，如電力、環保、石化、化工、鋼鐵、冶金、造紙、交通控制和證券金融等領域。

3、實時數據庫設計及應用

3.1實時數據庫的設計

系統結構分為四層：采集層、網絡層、數據層和應用層，數據直接來源于生產控制系統、治污設施控制系統和自動監控系統。工況在線監測及分析系統主要滿足了環境監管部門日常監管工作需要，可以實現重點污染企業污水、廢氣過程參數的實時查看、分析、報警和輔助決策，過程參數與污染源自動監控數據可進行一致性校驗分析，支持環境執法、總量核定和排污統計等環保業務。污染物治理設施過程（工況）在線監測及分析系統以實時數據庫為基礎，在工況驗證分析、工況數據統計兩個基礎平臺的支撐下，實現對工況數據的分析和應用，主要包括系統管理、實時監視、趨勢分析、報警、工況統計、工況核定、總量核定、企業交互及報表分析等功能。工況在線監測及分析系統數據庫按照分布式多級數據庫方式進行設計，主要分為三個層次：前端工況過程數據庫層、中心工況過程數據庫層、中心工況應用數據庫層。前端工況過程數據庫和中心工況過程數據（原始庫與分析庫）采用實時數據庫，由于工況系統需要存儲大量的數據，因此需在存儲前進行數據壓縮。實時數據庫具有數據壓縮功能，可以用非常小的空間來存儲大量的數據，而且還能保持相當不錯的數據精度。前端工況數據庫層由布置企業前端的工況現場前端工況數據庫組成，它是分布式過程數據庫的基礎層。前端工況數據庫的作用是在企業前端將全廠的工況數據做匯總，由于其布置在前端現場，存儲數據只受現場采集設備、采集網絡及現場供電情況的影響，故其完整性在整個系統中是最高的。前端工況過程數據庫還有一個重要的功能是通過數據轉發模塊向中心工況過程數據轉發實時工況數據，轉發模塊在網絡出現異常時會記錄最后發送的記錄情況，在網絡恢復時會將網絡中斷時間內的歷史工況數據回補到中心工況過程數據庫中，從而保證中心工況過程數據庫中工況數據的完整性。

3.2實時數據庫的應用

實時數據庫在數據采集、存儲、顯示、分析方面擁有顯著優勢，所以在工況在線監測與分析系統中得到了廣泛應用。數據處理能力：工況在線監測與分析系統數據龐大，要求數據庫讀取數據和存儲數據的能力能跟上節奏，實時數據庫具有海量數據處理能力，讀取實時數據庫的時問是毫秒級，同時支持百萬級單數據庫的容量。實時工況監控：工況監測的一個重要功能就是實時監測，即將工況的實時數據真實準確地反映在工況實時圖形界面上。工況實時圖形界面不但要具備實時顯示模擬量的數值變化，還要能顯示開關最的變化情況，系統通過紅、綠、黃顏色分別代表運行、停運、故障。趨勢分析：實時數據庫能準確記錄數據的變化趨勢，方便監測人員查詢調閱歷史數據變化趨勢。實時數據庫提供實時數據對比分析、歷史數據對比分析、自定義趨勢組、表格顯示數據、數據導出、前進、后退、放大、縮小和打印等功能。數據查詢：主要針對采集的排污數據、狀態數據、過程數據進行綜合查詢。報表系統：報表工具基于12EE的B/s報表平臺，能夠實現統計參數的在線配置、數據自動統計、報表模板定制及發布等功能。實時及歷史報警可視化工具可以顯示當前或過去某段時間內的報警詳細信息，提供報警過濾、報警數據導出、報警鳴笛等功能。

4、結束語

綜上所述，實時數據庫技術作為實時技術與數據庫技術相結合的產物，能夠在環境信息化系統應用中提供高速、及時的實時數據服務，其完善的人機界面軟件以及管理配置軟件能完成對數據的采集、存儲、查詢、顯示和分析功能，在環境信息化中具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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