“中国冻土工程与环境监测网”云端的设计与实现

发布时间：2020-08-28 21:32

　　随着青藏铁路、哈齐高铁、川藏铁路等一大批重大冻土工程的实施,以及对寒区环境生态的深入研究,促使了大批冻土监测项目的上马。由于冻土地温是一个非常缓慢的变化过程,需要对其进行长期的监测,同时对于冻土的相关监测,需要在同地质、同气象等条件下,才能对其监测的数据进行有效分析,因此以往独立建设、互不相关的“孤岛”方式已不能适应现时及长远的监测需求。中科院冻土工程国家重点实验室与西安工业大学共同建设的“中国冻土工程与环境监测网”就是为了解决这一问题,而本文的研究内容即该项目中的一部分。“中国冻土工程与环境监测网”打破原先孤立的烟囱式结构,将不同冻土监测项目中的监测数据统一存放在云端,并根据用户的信息查询需求从云端下发相关的数据信息呈现给用户。统一的云端数据管理和访问,可极大降低冻土监测项目的建设成本,为冻土监测数据的长期保存和充分利用提供了先决条件。本文结合用户的信息查询需求及云端信息存储结构,对“中国冻土工程与环境监测网”的应用层进行了设计和开发。主要贡献如下:(1)通过对用户访问需求及相关信息保存现状分析,设计了包含信息表现层、业务服务层、数据访问层、数据资源层以及基础设施层的分层访问架构,使得不同监测项目中异构、分散的信息能够通过一个统一的访问界面得以展示。并且完成了对“中国冻土工程与环境监测网”Web界面、界面中数据的加载显示、界面间跳转方式的设计,为用户提供了良好的数据信息交互界面,简化了不同监测项目组从云端获取数据信息的方式。(2)为了提供统一的访问端口并提高访问能力和访问安全性,本文采用了Ajax技术将用户的不同访问需求引导给不同的PHP服务,并通过不同的WebService接口从不同的数据库中获取相关的数据信息。这种多层跳转的访问方式,不仅使用户能够通过统一的访问端口访问到不同的监测数据,而且也使服务端可以合理的调配资源,从而达到访问负荷均衡。并且通过对业务服务层中ThinkPHP框架的二次开发,实现了对信息表现层请求的判断处理及对数据资源层返回响应数据的解析。文中给出了对统一数据中心的访问实现。(3)针对既有监测系统和统一系统之间结构差异、存储分散等问题,本文设计了统一的数据接口协议即WebService通信请求及消息格式,并给出了WebService接口的交互方式、数据流的交互过程、WebService接口的设计过程,使得业务服务层对数据资源层访问透明化,实现了业务服务层对数据资源层中相关数据信息的调用。文中给出了 WebService接口的详细设计。最后对“中国冻土工程与环境监测网”在不同的浏览器中进行了多次测试,测试结果表明本次设计实现的“中国冻土工程与环境监测网”数据交互良好,运行稳定;“中国冻土工程与环境监测网”能为用户提供相关的云服务,达到了预期的效果。
【学位单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TU445;TP311.52
【部分图文】：

示意图,数据信息,示意图,冻土

２需求分析逡逑２．１逦“中国冻土工程与环境监测网”的总体分析逡逑“中国冻土工程与环境监测网”的示意图如图２．１所示。“中国冻土工程与环境监测网”逡逑中的数据信息存在上行和下行两个过程。其中数据信息的上行，即数据信息的上传，是利用逡逑野外分布式冻土监测系统将现场采集到的数据信息通过定时定点自动上报的方式上传至“中逡逑国冻土工程与环境监测网”的云端；而数据信息的下传，即数据信息的下发，是“中国冻土逡逑工程与环境监测网”的云端根据用户的信息查询需求，通过互联网将相关的数据信息下发给逡逑用户。逡逑ｙ邋“中国冻土工－与环境监测ｎ邋“逡逑＾逦ｊ邋ｊｊ邋ｙ邋ｙ＾逡逑Ｖ邋＾逦／逦ｉ邋ｕ逦／＾＼ｉ逦川灥ｍ小组逡逑逦ＰＣ邋＿＿ｊ逡逑野外分布式冻土监测系统逦安装了浏览器的客户端逡逑图２．１逦“中国冻土工程与环境监测网”示意图逡逑７逡逑

示意图,冻土,工业大学,团队

逦ｆｔｉｔｅｍｅｔ？＾邋．．）逡逑图２．２野外分布式冻土监测系统示意图（图片来源：西安工业大学网络化测控技术团队）逡逑由野外分布式冻土监测系统的示意图可以得到该系统的体系结构图，具体如图２．３所逡逑示，该图也来源于西安工业大学雷斌教授主持的网络化测控技术团队。野外分布式冻土监测逡逑系统的体系结构从现场采集到统一的数据中共分成了三个层面：感知层、传输层、应用层。逡逑感知层位于整个结构的最底层，该层利用层中的感应器件（各类传感器）及感应器组成的网逡逑络对野外的数据信息进行采集；传输层位于应用层和感知层的中间，是负责总体的数据传输逡逑和数据控制的一层，即对感知层的数据信息进行收发解析的同时也为应用层提供相关的数据逡逑信息；应用层可以看作是“中国冻土工程与环境监测网”的云端中数据库部分的应用实体，逡逑主要负责相关文件及数据信息的存储和管理。逡逑在野外分布式冻土监测系统中，统一的数据中心采用了分布式数据库技术和大数据架逡逑构，能够存储各种监测对象的属性信息和过程数据等异构信息，不仅基于ＵＵ丨Ｄ关联表建立逡逑了不同信息和数据的从属关系表

示意图,冻土,监测系统,工业大学

＂逦ｆｔｉｔｅｍｅｔ？＾邋．．）逡逑图２．２野外分布式冻土监测系统示意图（图片来源：西安工业大学网络化测控技术团队）逡逑由野外分布式冻土监测系统的示意图可以得到该系统的体系结构图，具体如图２．３所逡逑示，该图也来源于西安工业大学雷斌教授主持的网络化测控技术团队。野外分布式冻土监测逡逑系统的体系结构从现场采集到统一的数据中共分成了三个层面：感知层、传输层、应用层。逡逑感知层位于整个结构的最底层，该层利用层中的感应器件（各类传感器）及感应器组成的网逡逑络对野外的数据信息进行采集；传输层位于应用层和感知层的中间，是负责总体的数据传输逡逑和数据控制的一层，即对感知层的数据信息进行收发解析的同时也为应用层提供相关的数据逡逑信息；应用层可以看作是“中国冻土工程与环境监测网”的云端中数据库部分的应用实体，逡逑主要负责相关文件及数据信息的存储和管理。逡逑在野外分布式冻土监测系统中，统一的数据中心采用了分布式数据库技术和大数据架逡逑构

【参考文献】