基于PDA的小水電站安全核查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

王紅旗

（廣東省飛來(lái)峽水利樞紐管理處，廣東 清遠(yuǎn) 511825）

0 引言

隨著老電站數(shù)量的逐年增多，安全生產(chǎn)隱患日益突出，為進(jìn)一步摸清小水電工程的安全狀況及存在的問(wèn)題，需要對(duì)小水電工程的基礎(chǔ)屬性、運(yùn)行管理現(xiàn)狀、安全隱患等情況，進(jìn)行調(diào)查、收集，并對(duì)核查資料進(jìn)行整編、校核、錄入、匯總及上報(bào)，建立小水電站數(shù)據(jù)庫(kù)。從 2009 年 7 月開(kāi)始，廣東省水利廳在全省組織開(kāi)展小水電站的核查工作，由1000 多名專家和學(xué)生深入全省 9000 多個(gè)電站現(xiàn)場(chǎng)采集數(shù)據(jù)。這些電站分布于全省 21 個(gè)地市，具有點(diǎn)多，面廣，位置偏等特點(diǎn)，核查工作任務(wù)重，難度大，時(shí)間緊，按照常規(guī)方法難以完成此項(xiàng)工作，需要利用先進(jìn)信息采集技術(shù)為核查提供必需的技術(shù)支撐。

PDA 設(shè)備具有輕巧，便于攜帶，操作方便，液晶屏幕顯示效果較好，內(nèi)置 GPS，在戶外作業(yè)時(shí)能夠精確對(duì)站點(diǎn)進(jìn)行定位；基于Windows mobile 系統(tǒng)，具有易用性和強(qiáng)大的擴(kuò)展能力，軟件升級(jí)方便，可維護(hù)強(qiáng)，可以無(wú)線通信等諸多優(yōu)點(diǎn)。最新 PDA 手機(jī)集移動(dòng)電話、PDA 和網(wǎng)絡(luò)等功能于一體。同時(shí)，其超大高畫(huà)質(zhì)顯示屏，具有體積小、重量輕等特點(diǎn)，令使用者使用更輕松，非常適合作為GIS 的外業(yè)數(shù)據(jù)采集設(shè)備[1]。為此，選擇 PDA 作為安全核查的運(yùn)行設(shè)備，設(shè)計(jì)了小水電站移動(dòng)安全核查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（以下簡(jiǎn)稱移動(dòng)安全核查系統(tǒng)）。

移動(dòng)安全核查系統(tǒng)，利用 PDA 可以直接采集電站屬性和空間數(shù)據(jù)，使核查工作既能夠省時(shí)省工，又能降低勞動(dòng)強(qiáng)度和提高工作效率，實(shí)現(xiàn)內(nèi)外一體化的作業(yè)模式。

1 實(shí)現(xiàn)原理

在 WindowsCE 操作系統(tǒng)的環(huán)境下利用 PDA 實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信時(shí)，有 2 個(gè)不同的 WindowsCE 庫(kù)可以為應(yīng)用程序提供網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，一個(gè)是網(wǎng)絡(luò)庫(kù)，利用 TCP和 UDP 協(xié)議.采用套接字 Socket 原語(yǔ)的 API 函數(shù)提供基本網(wǎng)絡(luò)服務(wù)；另一個(gè)是互聯(lián)網(wǎng)庫(kù)，建立在網(wǎng)絡(luò)庫(kù)之上，為高層 Interact 協(xié)議（例如 HTTP）提供類 Socket 的 API 函數(shù)。由于網(wǎng)絡(luò)庫(kù)允許 WindowsCE的應(yīng)用程序較容易和互聯(lián)網(wǎng)上的其他機(jī)器建立連接，并且利用標(biāo)準(zhǔn) TCP/IP 協(xié)議接收、發(fā)送其他機(jī)器的數(shù)據(jù)，所以選用網(wǎng)絡(luò)庫(kù)來(lái)實(shí)現(xiàn) PDA 和局域網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的通信。

首先建立網(wǎng)絡(luò)庫(kù)，網(wǎng)絡(luò)庫(kù)包含網(wǎng)絡(luò)庫(kù)接口和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧 2 個(gè)部分，網(wǎng)絡(luò)接口提供一系列建立、打開(kāi)、關(guān)閉等 Sockets API 函數(shù)；網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧在操作系統(tǒng)中作為獨(dú)立的任務(wù)運(yùn)行，在該任務(wù)中，TCP/IP 協(xié)議運(yùn)行，并且從網(wǎng)絡(luò)設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序中接收數(shù)據(jù)包。利用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧，網(wǎng)絡(luò)庫(kù)接口可以通過(guò)操作系統(tǒng)的郵件箱隊(duì)列進(jìn)行通信。

網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧作為獨(dú)立任務(wù)運(yùn)行有以下優(yōu)點(diǎn)：

1）即使應(yīng)用程序當(dāng)前比較忙，操作系統(tǒng)還能夠從網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧中處理從網(wǎng)絡(luò)中接收的數(shù)據(jù)包；

2）當(dāng)某個(gè)應(yīng)用程序由于等待網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)到達(dá)而阻塞時(shí)，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧能繼續(xù)處理其它應(yīng)用程序的申請(qǐng)。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的目標(biāo)是借助本系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)核查人員能在核查現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行核查信息的實(shí)時(shí)錄入，并將核查和小水電站位置的信息實(shí)時(shí)存入遠(yuǎn)程服務(wù)器，供局域網(wǎng)工作人員方便快捷地進(jìn)行小水電站信息的管理維護(hù)。與此同時(shí)，內(nèi)網(wǎng)信息或監(jiān)控中心發(fā)出的指令則通過(guò)內(nèi)外網(wǎng)回路，傳遞到核查現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)核查進(jìn)行監(jiān)督和調(diào)控，形成完整的自動(dòng)化數(shù)據(jù)流。為實(shí)現(xiàn)無(wú)阻隔，反應(yīng)迅速的數(shù)據(jù)鏈路，現(xiàn)場(chǎng)核查終端采用PDA 結(jié)合 GPS 定位模塊，現(xiàn)場(chǎng)核查結(jié)果和位置信息，利用 GPRS 服務(wù)將遠(yuǎn)程的核查結(jié)果和位置信息傳輸?shù)椒?wù)端。采用 B/S 模式的信息控制端，共享這些信息。系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在移動(dòng)安全核查系統(tǒng)進(jìn)行正常運(yùn)轉(zhuǎn)前，先從數(shù)據(jù)庫(kù)中下載配置信息，進(jìn)行 PDA 系統(tǒng)中的核查任務(wù)、人員、目標(biāo)等資料的下載。如果 PDA 能在當(dāng)?shù)責(zé)o線網(wǎng)絡(luò)下正常運(yùn)轉(zhuǎn)，在現(xiàn)場(chǎng)就能將 GPS 定位信息和現(xiàn)場(chǎng)核查等信息實(shí)時(shí)上傳到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫(kù)；如果當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)不能正常運(yùn)行，PDA 系統(tǒng)會(huì)將核查和定位信息以文件形式保存到本地存儲(chǔ)卡中，事后當(dāng)移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)正常時(shí)上傳到服務(wù)器數(shù)據(jù)庫(kù)中。

PDA 數(shù)據(jù)信息采集終端界面如圖2 所示。

圖2 PDA數(shù)據(jù)信息采集終端界面

水電站移動(dòng)安全核查系統(tǒng)面向電站核查、技術(shù)保障人員。具體技術(shù)方案流程如圖3 所示。

圖3 技術(shù)方案流程

2.1 PDA 終端軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)滿足以下性能要求：1）系統(tǒng)安裝簡(jiǎn)單，資源占用少，安全、穩(wěn)定，上傳信息快捷；2）用戶界面友好，操作簡(jiǎn)單、易于使用；3）系統(tǒng)易于維護(hù)；4）目前手機(jī) GPRS 網(wǎng)絡(luò)通信費(fèi)用一般以流量計(jì)費(fèi)，因此，在滿足應(yīng)用的前提下盡量提供較少數(shù)據(jù)流量。

安全核查移動(dòng)服務(wù)系統(tǒng)，功能模塊主要包括用戶登錄、數(shù)據(jù)采集、系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)同步和自動(dòng)升級(jí)等模塊，各模塊功能如下：

1）用戶登錄模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)登錄用戶和密碼的驗(yàn)證，限制非法訪問(wèn)，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全。特別具有設(shè)備審核功能，只有經(jīng)過(guò)設(shè)備序列號(hào)（每臺(tái) PDA 都具有唯一的編號(hào)）認(rèn)證的 PDA 才能連接到 socket 服務(wù)端，非法的客戶端由連接檢測(cè)線程進(jìn)行斷開(kāi)處理；

2）數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)水電站核查信息的采集，包括運(yùn)行狀態(tài)，開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)，總裝機(jī)容量等；

3）參數(shù)設(shè)置模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的設(shè)置和修改，設(shè)置內(nèi)容包括服務(wù)端地址和端口；

4）數(shù)據(jù)同步模塊實(shí)現(xiàn)將后臺(tái)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器同步到 PDA ，及將本機(jī)采集的核查數(shù)據(jù)上傳到服務(wù)器的功能，為減少數(shù)據(jù)流量，設(shè)置有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)版本控制功能；

5）當(dāng)服務(wù)器有最新版本的軟件時(shí)，自動(dòng)升級(jí)模塊實(shí)現(xiàn)升級(jí)程序，使客戶端軟件的版本為最新。

2.2 后臺(tái)支撐系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

后臺(tái)支撐系統(tǒng)包括 socket 應(yīng)用服務(wù)器和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)可采用常見(jiàn)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù) (如Oracle，SQL Server)。socket 服務(wù)用于接收 PDA 終端發(fā)送的命令，根據(jù)命令類型接收或者發(fā)送各種數(shù)據(jù)。Socket 服務(wù)是當(dāng)前流行的一種網(wǎng)絡(luò)解決方案，具有使用靈活，傳輸效率高，安全穩(wěn)定的特點(diǎn)。socket 應(yīng)用服務(wù)器可以根據(jù)業(yè)務(wù)的需要設(shè)置最大并發(fā)數(shù)目。

2.3 系統(tǒng)硬件設(shè)備選型

硬件設(shè)備選型時(shí)應(yīng)達(dá)到以下幾點(diǎn)要求：

1）具有程序運(yùn)行能力，移動(dòng)安全核查系統(tǒng)能夠運(yùn)行在該設(shè)備的硬件平臺(tái)上；

2）能與計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，能將核查信息通過(guò) GPRS 傳輸至服務(wù)器，真正實(shí)現(xiàn)內(nèi)外作業(yè)一體化；

3）存儲(chǔ)設(shè)備要有足夠的容量，以保證核查數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；

4）電池容量要足夠大，至少保證一天工作的耗電量；

5）設(shè)備體積要小，便于攜帶、耐用、不易死機(jī)、操作簡(jiǎn)便。

3 結(jié)語(yǔ)

水電站安全核查數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)將 PDA 移動(dòng)設(shè)備和 GPS 有機(jī)結(jié)合，在廣東省小水電核查工作中成功應(yīng)用，該移動(dòng)信息采集終端及時(shí)將核查工作成果傳回控制中心，保證核查信息的實(shí)時(shí)性、有效性、準(zhǔn)確性，而且這些信息能通過(guò)集成進(jìn)入 BS 平臺(tái)，方便進(jìn)行管理，使核查工作處于中心監(jiān)控狀態(tài)，同時(shí)，核查中心的指令能通過(guò)內(nèi)外網(wǎng)回路能傳遞到核查現(xiàn)場(chǎng)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)工作。這樣，借助于網(wǎng)絡(luò)、信息技術(shù)，工作人員能方便快捷地管理和查詢安全核查情況，大大提高了安全核查的工作效率和力度。

[1]汪詩(shī)鋒，楊崇俊，劉冬林，等. 基于 PDA 的公共交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究，2007, 24 (1): 280-282.