基于Ajax的VHF數據綜合顯示系統(tǒng)設計與實現

錢 良，徐玉鋒

(中國衛(wèi)星海上測控部，江蘇江陰214431)

0 引言

船載天地超短波通信系統(tǒng)在設計時就加入了對主要設備的監(jiān)控功能，并將監(jiān)控數據記錄到數據庫中。監(jiān)控數據包括設備狀態(tài)和外部數據兩部分，前者記錄了設備各分系統(tǒng)的電壓、頻率和狀態(tài)指示等數據;后者記錄了外部引導數據和監(jiān)控中心指令等數據［1］。但是系統(tǒng)的操作軟件在查詢相關數據時只以簡單的表格形式顯示，由于數據量巨大(單項數據每個圈次大約150條記錄)，使用者根據監(jiān)控數據難以迅速地判斷出設備的工作狀態(tài)，同時，監(jiān)控所記錄的數據為設備的原始數據，缺乏對數據的進一步處理，使用者必須自行對數據進行分析判斷，效率低下，對使用者的工作經驗也提出了較高的要求;另一方面，由于監(jiān)控數據記錄在VHF通信系統(tǒng)的監(jiān)控計算機上，查詢時也只能在該計算機上執(zhí)行，查詢時較為不便。

1 改造思路

目前VHF系統(tǒng)監(jiān)控功能的不足，使其無法發(fā)揮出數據監(jiān)控應有的作用，因此，需要加強數據查詢功能，增加對數據的處理功能，有必要建立一套能夠有效利用設備監(jiān)控數據的系統(tǒng)，幫助崗位人員了解設備狀態(tài)，做出正確的判斷。

項目主要需要實現以下幾個目標:①實現設備相關監(jiān)控數據的網絡化查詢;②依據指標監(jiān)視設備參數狀態(tài)，出現異常則發(fā)出告警;③ 實現監(jiān)控數據的圖形化顯示;④為日后接入試驗任務IP網，預留通信接口;⑤具有較強的通用性，易于擴展，方便移植;⑥有效地利用網絡帶寬。

該系統(tǒng)的建立將有效地幫助崗位人員全面地掌握設備情況，迅速判斷出VHF通信系統(tǒng)所處狀態(tài)，并且能夠實現對天地超短波通信系統(tǒng)設備狀態(tài)的遠程監(jiān)視，便于技術專家遠程監(jiān)視設備狀態(tài)，發(fā)現安全隱患，并根據狀態(tài)參數做出診斷。系統(tǒng)所預留的通信接口也為其日后接入基地試驗任務IP網打下了基礎。

2 實現方案

2.1 系統(tǒng)連接關系

VHF數據綜合顯示系統(tǒng)主要用于對VHF天地超短波通信系統(tǒng)的伺服參數、設備狀態(tài)數據等的遠程監(jiān)視。VHF天地超短波通信系統(tǒng)將監(jiān)控數據發(fā)送到綜合顯示系統(tǒng)。綜合顯示系統(tǒng)對接收到的監(jiān)控數據進行選擇、處理，將其轉化為XML數據，同時將實際數據與相應的指標進行對比，判斷設備狀態(tài)是否正常，若異常則發(fā)出告警。遠程監(jiān)控終端通過局域網訪問綜合顯示系統(tǒng)，從而在其瀏覽器上通過柱狀圖、餅圖、線圖來監(jiān)視VHF設備的狀態(tài)。從而實現了對VHF天地超短波通信系統(tǒng)進行遠程監(jiān)視，提高了對設備的遠程監(jiān)視和診斷的能力，具體連接關系如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)連接關系

2.2 系統(tǒng)結構組成

VHF數據綜合顯示系統(tǒng)分為數據源、中間層和顯示層3個層次。數據源包含了VHF通信系統(tǒng)監(jiān)控分系統(tǒng)所記錄的設備監(jiān)控數據;中間層主要完成對所需數據的選擇和處理，生成符合規(guī)范的XML數據，其中的通信接口負責與外界進行通信［2，3］(如上報重要設備信息等);顯示層包含了2個部分:用戶界面和圖形化顯示，其中，圖形化顯示是本系統(tǒng)的重點和難點。系統(tǒng)層次結構如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)層次關系

2.2.1 數據源

數據源層包括:伺服、發(fā)射機、接收機、保密機、復分接器和設備頻率的監(jiān)控數據，這些數據反映了VHF天地超短波通信系統(tǒng)的工作狀態(tài)。各狀態(tài)具體意義如下:

①伺服狀態(tài):伺服在各時間點的方位角、俯仰角、伺服操作方式(程序引導、數字引導、模擬引導、手動跟蹤)和設備自檢狀態(tài)。

②發(fā)射機狀態(tài):發(fā)射機在各時間點的發(fā)射功率、反射功率、基帶電平狀態(tài)。

③接收機狀態(tài):接收機在各時間點的解擴鎖定狀態(tài)、解調鎖定狀態(tài)、中頻放大電壓值。

④保密機狀態(tài):保密機在各時間點的明話/密話狀態(tài)、同步狀態(tài)、主備用情況。

⑤復分接器狀態(tài):復分接器在各時間點的同步狀態(tài)、飛船同步狀態(tài)、主備用情況，一機和二機的工作狀態(tài)。

⑥頻率:各時間點的發(fā)射頻率和本振頻率。

數據源層負責根據用戶的需求將相關的數據從數據庫中提取出來。系統(tǒng)在實際使用中通過不同的參數進行數據的選擇，主要參數包括:需要檢查的設備、檢查的項目和圈次。系統(tǒng)由這些參數生成對應的數據庫查詢語句，數據庫查詢語句在數據庫執(zhí)行后即返回對應的數據。

2.2.2 中間層

中間層負責將從數據源獲得的數據進行處理，并按照制定好的格式填寫到XML文件中，完成之后發(fā)往終端用戶［4－6］。中間層使用了 Ajax技術，Ajax全稱為“Asynchronous JavaScript and XML”(異步JavaScript和XML)，是一種創(chuàng)建交互式網頁應用的網頁開發(fā)技術［7］，是傳統(tǒng)WEB應用程序的一個轉變，Ajax應用可以僅向服務器發(fā)送并取回必需的數據，使得在服務器和瀏覽器之間交換的數據大量減少，結果就能使響應更加迅速，從而能夠有效地節(jié)約網絡帶寬，在系統(tǒng)的數據傳輸過程中，所傳內容主要是參數和XML數據，在獲取數據之后，頁面也僅對需要更新的部分進行更新，確保了數據交互的高效率。

中間層主要分為數據選擇模塊、數據處理模塊、XML轉換模塊和通信接口模塊。

①數據選擇模塊依據用戶要求查看的設備，將相應的監(jiān)控數據從數據源中選出，傳遞給數據處理模塊。

②數據處理模塊從數據選擇模塊接收相應的數據，并對數據進行處理，使其符合系統(tǒng)的要求，處理完畢后進行XML轉換;數據處理模塊還負責將實際監(jiān)控數據與設備指標進行比對，以判斷設備工作是否正常。

③XML轉換模塊。將處理后的數據依照事先制定的XML文檔格式進行組織，使其符合XML文檔的標準結構，處理完畢的XML數據即可在網絡上正常傳遞。

④通信接口模塊。通信接口用于本系統(tǒng)與外界進行通信，同樣采用XML形式收發(fā)信息，信息可以根據需要進行定義，例如在設備參數發(fā)生異常時上報、接收文字消息等。

2.2.3 顯示層

顯示層用于完成通過Javascript代碼按照XML文檔內的設置將文檔內的數據進行圖形渲染，生成最終用戶所需的PNG圖像［8］。Javascript代碼首先讀取XML文檔的選項部分，對圖表初始化，之后依照數據部分的監(jiān)控數據將圖表內的點逐個在圖表上描出，再將所有各點連接成曲線，形成最終的圖像。

顯示層包括用戶界面模塊和數據顯示模塊。

①用戶界面模塊是連接用戶與系統(tǒng)的紐帶，用于根據用戶需求向上層功能模塊發(fā)出相應的指令，例如查看某一設備狀態(tài)。

②數據顯示模塊是本系統(tǒng)的開發(fā)重點，負責讀取從中間層傳遞來的XML數據，并以圖形的方式將其中的數據顯示出來;數據顯示模塊還負責顯示告警信息，以文字形式顯示。

本系統(tǒng)采用B/S模式，圖形編程在瀏覽器上通過Javascript來實現。Javascript代碼通過操作＜canvas＞對象實現圖形渲染，＜canvas＞是一個新的HTML元素，已經在HTML5.0標準中獲得確認，主要用于矢量圖繪制［9］。該對象可以渲染四邊形、扇形和任意的多邊形，因此顯示層所做的就是將所要呈現的圖像分解成以上這3種基本的圖形。顯示層需要顯示3種圖形:柱狀圖、餅圖和線圖。柱狀圖可分解為四邊形，餅圖分解為扇形，而線圖實際為多邊形，由此實現監(jiān)控數據的圖形化顯示［10］。

2.3 系統(tǒng)實現過程

系統(tǒng)工作流程如圖3所示。用戶通過點擊對應的按鈕選擇需要顯示的設備監(jiān)控數據，顯示層的用戶界面部分將相應的參數發(fā)往綜合顯示系統(tǒng)。綜合顯示系統(tǒng)將收到的參數進行處理，形成數據庫查詢語句，發(fā)往數據庫。數據庫將相應的數據返回給綜合顯示系統(tǒng)，并對這些數據進行處理。綜合顯示系統(tǒng)將處理完畢的數據按照事先編寫的XML文檔格式填寫到XML文件中。將XML文件發(fā)送到用戶計算機，交由瀏覽器解析。瀏覽器通過Javascript代碼按照文檔內的設置將XML文檔內的數據進行圖形渲染，生成最終用戶所需的PNG圖像。

圖3 系統(tǒng)工作流程

3 系統(tǒng)使用結果分析

圖4顯示了伺服系統(tǒng)方位角、俯仰角的實際變化情況，以及數據引導方位角、俯仰角的變化情況，可以看到伺服的實際工作情況與引導數據之間僅存在微小差別，說明伺服系統(tǒng)工作正常。

圖4 方位角、俯仰角曲線圖

由伺服曲線圖可知，伺服在開始跟蹤和結束跟蹤時角度變化緩慢，而在最高仰角時角度變化最為迅速，而僅通過表格形式是很難迅速做出這樣的判斷的。中放電壓是體現接收機工作狀態(tài)的一項重要指標，圖5(a)顯示了中放的電壓值，圖5(b)顯示了對應時間中放電壓以2 V為基準的電壓值。在實戰(zhàn)任務中，中放電壓存在短時間的突跳，但持續(xù)時間很短，不影響系統(tǒng)的正常工作。若持續(xù)時間過長，則應對設備進行檢修。

圖5 中放電壓曲線

4 結束語

將設備監(jiān)控數據以圖形的方式通過瀏覽器顯示，利用網絡的便利性，使得用戶能夠在網絡內任意節(jié)點直觀迅速地了解系統(tǒng)內設備的工作狀態(tài)，具有很強的實用價值，是崗位人員檢測設備狀態(tài)十分有效的手段。同時本系統(tǒng)具有很強的可移植性，應用領域不僅限于VHF系統(tǒng)，其他系統(tǒng)在經過適當改造之后也能夠采用。

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