基于Android平臺(tái)的污水處理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)研究

引言

隨著我國城鎮(zhèn)化建設(shè)進(jìn)程的加快,城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,一個(gè)城市的宜居性在一定程度上取決于該城市的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和環(huán)保體系建設(shè)。城市污水處理作為一個(gè)城市現(xiàn)代化和先進(jìn)性的主要標(biāo)識之一,城市周邊建設(shè)的污水處理廠得到了快速發(fā)展。

我國污水處理廠對于各種污水處理設(shè)備的使用已經(jīng)非常熟悉,設(shè)備引進(jìn)力度也非常大,特別是一些大型的先進(jìn)的國外進(jìn)口污水處理設(shè)備。然而在污水處理廠日常設(shè)備監(jiān)管方面仍然存在很多問題,主要包括以下3個(gè)方面:

(1）大部分污水處理廠仍然存在"重投入、輕管理"現(xiàn)象,造成很多設(shè)備資源的浪費(fèi),污水處理成本居高不下:

(2）仍然采用傳統(tǒng)的人工操作或定期巡檢方式進(jìn)行污水處理廠的設(shè)備運(yùn)行監(jiān)管,工作效率低下,時(shí)效性差。

（3）針對設(shè)備管理人員的素質(zhì)培養(yǎng)落后,污水設(shè)備管理人員有一些是外聘的第三方人員,另一些是經(jīng)驗(yàn)不足的年輕技工,日常設(shè)備管理技術(shù)培訓(xùn)及管理意識培養(yǎng)工作不到位。

基于以上問題,本文根據(jù)某污水處理廠設(shè)備監(jiān)管需求,研發(fā)了一套污水處理廠設(shè)備監(jiān)管與分析系統(tǒng)。該課題的研究主要有以下3個(gè)方面的意義:

（1）提高污水處理廠設(shè)備運(yùn)行、監(jiān)管工作質(zhì)量和效率,通過信息化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),提高設(shè)備管理部門之間的溝通效率,便于日常設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),保證設(shè)備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性:

（2）通過對設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集、規(guī)整和存儲(chǔ),對其進(jìn)行進(jìn)一步分析處理,從而挖掘設(shè)備運(yùn)行趨勢,設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的影響,生產(chǎn)對應(yīng)的運(yùn)行報(bào)表,為污水處理廠的日常管理決策提供支持:

（3）提高日常設(shè)備監(jiān)管的時(shí)效性、準(zhǔn)確性及智能化程度,通過即時(shí)通信技術(shù)及時(shí)提供設(shè)備運(yùn)行狀況,提高污水處理設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。

本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于Android平臺(tái)的污水處理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng),該系統(tǒng)充分利用成熟的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和web技術(shù),隨時(shí)隨地進(jìn)行系統(tǒng)的訪問和業(yè)務(wù)處理,提高了設(shè)備管理部門的工作效率,減輕了污水處理廠設(shè)備管理工作人員的工作壓力。

11ndroid系統(tǒng)概述

Android系統(tǒng)是最新一代移動(dòng)通信平臺(tái),擁有更加先進(jìn)的硬件和軟件架構(gòu),是Goog1e公司于2007年底發(fā)布的開源手機(jī)操作系統(tǒng),如今已經(jīng)發(fā)布至5.0版本,提供了極其豐富的應(yīng)用層API,支持多種無線通信方式,支持強(qiáng)大的硬件配置。

與其他操作系統(tǒng)一樣,Android系統(tǒng)采用分層架構(gòu)設(shè)計(jì),其架構(gòu)主要分為4個(gè)層次,從低到高分別是Linux核心層、系統(tǒng)運(yùn)行庫層、應(yīng)用程序框架層、應(yīng)用程序?qū)?。Linux核心層為系統(tǒng)提供內(nèi)存管理、設(shè)備驅(qū)動(dòng)、進(jìn)程管理等基本功能:應(yīng)用程序架構(gòu)層由組件庫和虛擬機(jī)提供支持,其包含重要的C文件庫和Java運(yùn)行環(huán)境:應(yīng)用框架層則是開發(fā)應(yīng)用程序所關(guān)心的部分。Android應(yīng)用程序都是基于應(yīng)用框架層所提供的基本框架和API進(jìn)行開發(fā)。

針對大多數(shù)Android應(yīng)用開發(fā),Goog1e發(fā)布了AndroidsDK（softwareDeve1opingKits）。其中,包括若干開發(fā)工具集和一整套基于Java開發(fā)的API。Goog1e公司又針對C/C＋＋開發(fā)者提供了NDK（NativeDeve1opingKits）。NDK開發(fā)程序仍需通過JNI（JavaNativeInterface）方式與Java層代碼進(jìn)行交互才能構(gòu)成一個(gè)完整的應(yīng)用程序。NDK開發(fā)能在一定程度上加快程序運(yùn)行速度,但會(huì)增加程序開發(fā)的復(fù)雜度。

2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

2.1系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

污水處理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的體系架構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中采用分層和分模塊方法,主要包含接口層、表示層、通用類庫、數(shù)據(jù)訪問層和業(yè)務(wù)邏輯層等5個(gè)部分。下面簡單介紹這5個(gè)組成部分的主要工作內(nèi)容:

（1）接口層,該層主要負(fù)責(zé)與外圍系統(tǒng)進(jìn)行通信。該層主要與本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊交互完成系統(tǒng)所需數(shù)據(jù)的提取工作。

（2）通用類庫,其集成了系統(tǒng)開發(fā)過程中所需要的各種通用類庫及組件,例如進(jìn)行數(shù)據(jù)加密時(shí)需要用到的MD5加密方法:Exce1文件導(dǎo)入和導(dǎo)出需要的處理方法:數(shù)據(jù)打印所用到的打印組件等。

（3）表示層,該層中集成了系統(tǒng)與前端用戶交互頁面,用戶通過該層向系統(tǒng)發(fā)出業(yè)務(wù)操作請求,同時(shí)該層也將后臺(tái)處理結(jié)果反饋給前端用戶,該層通過采用AsP.NET、Javascript以及j○uery庫完成系統(tǒng)界面的設(shè)計(jì)和開發(fā)工作。

（4）業(yè)務(wù)邏輯層,該層是本系統(tǒng)的核心構(gòu)件之一,其主要負(fù)責(zé)本系統(tǒng)的所有業(yè)務(wù)操作處理工作,在業(yè)務(wù)邏輯層中包含了設(shè)備資料管理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分揀、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)監(jiān)控、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)報(bào)表管理、數(shù)據(jù)綜合檢索、數(shù)據(jù)上報(bào)管理、數(shù)據(jù)安全管理以及系統(tǒng)運(yùn)維管理等模塊。其中數(shù)據(jù)采集模塊與接口層通信完成其他模塊所需數(shù)據(jù)的提取工作:查詢分析模塊負(fù)責(zé)系統(tǒng)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的檢索和分析處理。

(5）數(shù)據(jù)訪問層,該層包含了文件訪問組件和數(shù)據(jù)庫訪問組件,其中文件訪問組件負(fù)責(zé)與系統(tǒng)涉及文件(文本文件、報(bào)表文件、語音文件、視頻文件等）的存取和管理工作:數(shù)據(jù)庫訪問組件則負(fù)責(zé)與后臺(tái)的s0Lserver數(shù)據(jù)庫通信完成結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)工作。

2.2系統(tǒng)流程設(shè)計(jì)

污水處理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求總體流程如圖2所示。污水處理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的核心功能是對設(shè)備的日常運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析過程中需要收集大量真實(shí)、準(zhǔn)確的設(shè)備數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)來源于污水處理廠運(yùn)行的各種設(shè)備和儀器,例如鼓風(fēng)機(jī)的風(fēng)量數(shù)據(jù),進(jìn)水和出水泵的水流量數(shù)據(jù),分解池中的氨氮量數(shù)據(jù),進(jìn)水井的液位數(shù)據(jù)等,這些數(shù)據(jù)通過西門子的PLC模塊從設(shè)備中讀取。本系統(tǒng)通過oPC接口讀取PLC中數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ):然后對設(shè)備數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化處理,格式化處理的主要工作是將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行篩選和格式轉(zhuǎn)化,從而獲得數(shù)據(jù)分析所需要的數(shù)據(jù):然后進(jìn)行數(shù)據(jù)的分類和存儲(chǔ)處理,主要是將設(shè)備數(shù)據(jù)按照不同屬性進(jìn)行分類和存儲(chǔ),以便于進(jìn)行后續(xù)分析:最后進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)的分析并生成相應(yīng)的分析報(bào)告。

2.3系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

污水處理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的Android客戶端框架設(shè)計(jì)如圖3所示。客戶端的框架設(shè)計(jì)基于Android平臺(tái)和Eclipse平臺(tái),客戶端數(shù)據(jù)庫使用嵌入式s○Lite數(shù)據(jù)庫,與服務(wù)端的通信采用webservice技術(shù)。Android客戶端框架設(shè)計(jì)使用MVC分層思想,使用j0ueryMobile前端框架以及HTML5完成客戶端頁面的布局和設(shè)計(jì):使用Java編程語言完成業(yè)務(wù)邏輯的判斷和處理:使用webservice完成數(shù)據(jù)的處理。

2.4數(shù)據(jù)庫訪問設(shè)計(jì)

污水處理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫操作示意圖如圖4所示。前臺(tái)應(yīng)用程序在進(jìn)行運(yùn)行設(shè)備管理業(yè)務(wù)處理時(shí),通過調(diào)用NET平臺(tái)的ADoNET數(shù)據(jù)接口技術(shù)進(jìn)行器材設(shè)備管理的庫、表操作,數(shù)據(jù)庫會(huì)將數(shù)據(jù)處理產(chǎn)生的結(jié)果集反饋給應(yīng)用程序進(jìn)行處理。

污水處理設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的前臺(tái)應(yīng)用程序通過ADoNET接口對后臺(tái)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行操作,其通過Connection對象與s○Lserver數(shù)據(jù)庫建立連接:通過Command對象在s○Lserver數(shù)據(jù)庫中執(zhí)行s○L語句:使用DataReader類的相關(guān)方法獲得Database中的相應(yīng)數(shù)據(jù):使用Dataset類的相關(guān)方法獲得Database返回的結(jié)果集。

3真機(jī)運(yùn)行效果

本系統(tǒng)通過APP客戶端完成進(jìn)水泵房監(jiān)控、出水泵房監(jiān)控、化驗(yàn)數(shù)據(jù)設(shè)備掃描、統(tǒng)計(jì)分析及行業(yè)新聞發(fā)布等功能操作。APP客戶端模塊的實(shí)現(xiàn)基于系統(tǒng)需求、框架設(shè)計(jì)、模塊設(shè)計(jì)展開,其包括模塊的界面實(shí)現(xiàn)、業(yè)務(wù)邏輯實(shí)現(xiàn)和數(shù)據(jù)訪問實(shí)現(xiàn)。其中界面實(shí)現(xiàn)采用了strutsMVC框架技術(shù)和HTML5技術(shù):業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)使用了Java完成程序代碼編寫,使用spring框架完成程序的調(diào)度和控制:數(shù)據(jù)訪問的實(shí)現(xiàn)采用了Hibernate框架技術(shù)和JDBC接口技術(shù)。App客戶端的首頁實(shí)現(xiàn)界面如圖5所示。

4結(jié)語

本課題的研究目的是提高污水處理廠設(shè)備運(yùn)行、監(jiān)管的工作質(zhì)量和效率,利用信息化技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù),提高設(shè)備管理部門之間的溝通效率,便于日常設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ),保證設(shè)備數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性:通過對設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的收集、規(guī)整和存儲(chǔ),對其進(jìn)行進(jìn)一步分析處理,從而挖掘設(shè)備運(yùn)行趨勢,設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的影響,生產(chǎn)對應(yīng)的運(yùn)行報(bào)表,為污水處理廠的日常管理決策提供支持:提高日常設(shè)備監(jiān)管的時(shí)效性、準(zhǔn)確性以及智能化程度,通過數(shù)據(jù)分析技術(shù)及時(shí)提供設(shè)備運(yùn)行狀況,提高了設(shè)備的運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性。