基于Android平臺的船舶垃圾信息監測系統的研究與設計

謝 祎，劉 帥，王直杰，楊 波

（東華大學 上海 201620）

基于Android平臺的船舶垃圾信息監測系統的研究與設計

謝 祎，劉 帥，王直杰，楊 波

（東華大學 上海 201620）

本文著力研究一種基于Android平臺的船舶垃圾信息監測系統。 以到碼頭卸載垃圾的船舶為對象，設計出一種能在碼頭環境下通過手機上的Android應用程序，使船主能實時傳輸船舶身份信息與垃圾量信息至監控中心服務器上的信息監測系統。系統由手機通信終端，無線網絡和監控中心三部分組成。手機終端和監控中心采用C/S模式通信。該系統的使用可以將水域內的各船舶垃圾量實時保存統計，方便日后查詢與垃圾量實時處理，有益于水域環境保護。

Android；無線通信；數據庫；C/S模式；監控中心

目前上海的一些內河水域的防污管理機構信息化管理方面設備不全、人員配備不足、管理人員專業水平偏低或缺乏專業人才[1]，不能適應現代化防污管理發展的要求。碼頭也沒有專業設備能夠對往來船只的垃圾處理做記錄并上傳到專門的數據中心，從而不能科學有效的監控垃圾的處理情況[2]。總體來說在信息化管理方面存在很大的缺陷。如何為船舶生活垃圾提供科學、高效的收集服務，并有效監督和管理這些收集服務過程，是保護上海市水域環境，促進上海市經濟、社會、自然環境和諧發展的基本前提[3]。為了能夠更加科學有效的對碼頭的船舶垃圾的相關處理信息實施信息化的管理，針對目前碼頭對垃圾的處理現狀和如今智能手機的普及，文中提出了一個基于Android平臺的船舶垃圾信息監測系統。通過該系統可使在碼頭收集到的垃圾處理信息和船的相關身份信息實時地通過GPRS無線網絡傳輸到監控中心的服務器上，并保存到數據庫中[4]。從而有效的監管入港船只的垃圾處理情況，并且監管中心能及時派遣車輛對超負荷的碼頭的垃圾進行處理，提高工作效率，使碼頭的垃圾信息化管理水平進一步提高。

1 系統總體設計

1.1 系統功能設計

針對目前對船舶垃圾廢棄物的監管需求，本文設計了一個基于Android手機平臺的船舶垃圾信息監測系統。該系統由手機通信終端，無線通信網絡，監控中心3個部分組成，以到碼頭處理垃圾的船舶為對象。當船舶在碼頭卸載完垃圾后，船主就可在應用程序的手機端的數據輸入界面上輸入船舶的船號，船主姓名，碼頭名稱，日期，垃圾量，并上傳垃圾處理完畢拍攝的照片，然后點擊輸入界面的“發送”按鈕，將這些信息通過無線通信網絡傳輸到監控中心的服務器上。服務器端接收來自于各客戶端的關于船舶的身份信息和垃圾量信息，存儲于數據庫，并實時將這些信息顯示在后臺的網頁界面上。服務器后臺會自動統計各個碼頭當前的垃圾量，當某一碼頭的垃圾量統計達到規定的預警值時，在網頁上會發出垃圾處理預警信息，工作人員就可馬上安排相關人員到碼頭進行垃圾處理。當船舶要離港，工作人員可抽查數據庫中是否有該船只的在港垃圾處理記錄，從而對該船只執行相應的處理辦法。該系統的使用能夠有效對來往船只的垃圾處理行為進行監管，也能及時對碼頭的垃圾處理請求作出回應。系統總體的設計架構如圖1所示。

圖1 系統總體設計架構

1.2 系統網絡設計方案

考慮到碼頭的環境所限，該系統不能使用傳統的有線方式來實現通信服務，因此無線通信網絡是最佳的選擇。現如今手機無線通信網絡發展快速，技術上日臻成熟和完善，主要的通信方式包括無線局域網（Wireless LAN，簡稱WLAN）、通用分組無線服務技術（General Packet Radio Service，簡稱 GPRS）、第三代移動通信技術（Third-Generation，簡稱3G）和第四代移動通信技術[5]（Fourth-Generation，簡稱4G）。表1給出了這幾種無線通信方式的性能比較。

表1 無線通信方式的性能比較

考慮到輪船是移動的，并且垃圾的處理分散在各個碼頭，再加上碼頭環境上的限制，因此，無線通信網絡的覆蓋范圍要求較大?？紤]到WLAN的覆蓋范圍小，3G和4G普及的程度還不夠具體化。所以就目前的技術成熟度上來看，GPRS方案的應用較為適合，并且具有以下優點：

1）永遠在線：只要激活GPRS應用后，不存在掉線問題，始終保持在線狀態。

2）按流量計算：它是一種面向使用的計費方式，以通信的數據量為主要依據，計費方式更加科學合理，即使GPRS用戶的連接時間可能長達數個小時，但只需支付相對低廉的連接費用。

3）支持IP協議和X.25協議：GPRS支持Internet上應用最廣泛的IP協議和X.25協議，而且由于GSM網絡覆蓋范圍廣，使得GPRS能提供Internet和其它分組網絡的全球性無線接入。

4）高速傳輸：GPRS傳輸速度最高可達171.2kbit/s。

由于GPRS系統的使用具有以上優點，因此采用它作為通信信道構建手機端與監控中心服務器端的數據通信。系統的網絡通信架構如圖2所示。

2 手機終端與網絡通信程序設計

2.1 終端軟件的設計

手機端APP在Android Studio開發平臺上進行開發[6]，編程語言為java，采用的Android模擬器操作系統為Android 5.1操作系統。

手機終端軟件設計主要考慮界面的簡潔性與功能的完善性。根據該系統的功能設計需求，可知終端的功能設計主要分為用戶登錄注冊模塊，照片拍攝模塊和數據錄入上傳模塊。

圖2 系統網絡通信架構

用戶首先通過注冊信息登陸程序，然后進入到照片拍攝模塊，當用戶將照片拍攝完成之后，會調用cropPhotoImage方法[7]對圖片進行裁剪，使其變成640*640大小的圖片，可以方便圖片的上傳，并且能夠減少用戶手機流量的耗費，也使后臺數據庫減輕了存儲負擔。同時縮略圖會傳遞到后續的數據上傳界面，使船舶垃圾處理信息的整體效果在手機界面上完美呈現。此后用戶就可進入到數據傳輸界面與服務器端進行數據傳輸工作。

2.2 網絡通信程序設計

手機終端與監控中心服務器端采用C/S結構[8]，由于數據的通信精確性要求，因此，采用的是無冗余錯誤的TCP傳輸方式，即通信采用TCP Socket通信鏈句柄，用于描述IP地址和端口，當用戶發送數據時，TCP/IP協議棧的每一層都給數據里添加適當的報頭，TCP的3次連接能保證數據的有效、正確傳輸。服務器端將監聽端口設置為8 000，并利用阻塞程序 accept（）進行循環監聽客戶端 socket[9]，直至有新的終端用戶連接上，并將其轉入保持通信階段，直到服務器的整個通信銷毀。手機終端對服務器的請求連接的關鍵程序如下：

服務器端通信接口承擔了將終端與數據庫之間的數據實時、準確轉發，達到透明傳輸的作用的任務，因此，此接口上經過 ServerSocket設置相應的端口循環監聽各客戶端[10]，并將所連接上的客戶端地址保存起來，以此保持終端與數據庫的連通與信息的有目的傳輸，關鍵代碼如下所示：

3 服務器端設計

文中使用Tomcat服務器，通過eclipse工具，使用Structs框架去搭建服務器端[11]，利用JDBC連接Mysql數據庫，通過接口和socket方法實現與App端進行數據的交互，使信息流從App端輸入上傳到服務器中，再將信息儲存至數據庫中。然后通過與數據庫中信息比對，返回至服務器中，再在App中完成響應，同時對數據庫的操作會在后臺頁面shipHome.jsp中完成數據的顯示。

在Struts中擁有兩種視圖層[12]，分別為JSP頁面中的shipHome.jsp和ActionForm中的Ship Done Form.java。ShipDoneForm.java封裝了船主提交的表單信息，其中的屬性和用戶表單的輸入項是相互對應，在Struts中通過ShipDoneForm.java把船主的表單信息提交ActionServlet控制器。

ActionServlet：ShipAction.java 和 TestUpload.java是Struts中核心的控制器，請求會通過ActionServlet的處理。struts-config.xml是Struts結構的配置文件[13]，其中配置了船主請求的URL和控制器Action的映射關系，ActionServlet通過其把船主的請求發送至對應的控制器中[14]。Structs的流程圖如圖3所示。

圖3 Struts流程圖

4 軟件測試

軟件測試是軟件開發鑒定過程中重要的一環，我們需要在指定的條件下對程序進行一定的操作，發現程序錯誤，衡量軟件的質量，對其是否可以滿足設計要求進行甄別并且進行評估[15]。文中首先在客戶端測試了APP的注冊功能，觀察客戶端能否與服務器端數據庫進行通信。然后以注冊的用戶名和密碼，測試能否成功登錄到APP的數據傳輸界面，若不能，則找出問題加以改進。若成功登錄到數據傳輸界面，則開始測試數據能否成功傳輸到服務器端數據庫，最后測試在后臺頁面能否成功顯示船舶垃圾上傳數據。本設計經過測試，發現該系統能夠成功達到設計要求，測試結果準確可靠。注冊測試如圖4所示。登錄與數據傳輸測試如圖5所示。后臺頁面顯示測試如圖6所示。

圖4 注冊測試

圖5 登錄與數據傳輸測試

5 結束語

文中所設計的基于Android[16]平臺的船舶垃圾信息監測系統，以到碼頭卸載垃圾的船只為對象，將入港船只的身份信息和垃圾處理信息通過手機應用上傳服務器數據庫留存記錄，水域保護部門就可根據數據庫中垃圾處理記錄，對在港船只的垃圾處理情況進行有效科學的監測管理，防止了船只隨意倒卸垃圾到海中的情況，并可以及時對垃圾量超標碼頭安排車輛處理，提高了工作效率，對上海市水域的環境保護起到了至關重要的作用?，F今由于該系統只局限于搭載Android系統的手機使用，所以后續還有待進一步開發，使它有更廣泛的應用空間。

圖6 后臺頁面顯示測試

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Research and design of the ship garbage information monitoring system based on Android

XIE Yi，LIU Shuai，WANG Zhi-jie，YANG Bo
（Donghua University，Shanghai 201620，China）

In this paper，we study a kind of vessel garbage information monitoring system based on the Android platform.The system takes the ship that unloads garbage on the wharf as object，designing a kind of information monitoring system，which can transfer the identity of the ship information and garbage storage display information to the monitoring center server by means of Android application in real time in the wharf environment.The system consists of three parts：the mobile communication terminal，wireless network and monitoring center.Mobile terminal and monitoring center adopts the C/S mode communication.Each ship's garbage can be saved and counted in real time in this system，which is convenient for data query and realtime processing of garbage in the future，that is beneficial for the protection of the water environment.

Android；wireless communication；database；C/S mode；monitoring center

TN929.5

：A

：1674－6236（2017）13-0104-05

2016-06-16稿件編號：201606112

謝 祎（1991—），男，浙江建德人，碩士。研究方向：物聯網工程。