B/S模式雷達(dá)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

張懷才，姚振東

（成都信息工程學(xué)院，四川 成都 610225）

0 引言

X波段小型天氣雷達(dá)在天氣預(yù)報(bào)和災(zāi)害性天氣預(yù)警、監(jiān)測(cè)、跟蹤以及災(zāi)情評(píng)估等方面發(fā)揮著重要作用。美國(guó)在“Weather Radar Technology Beyond NEXRAD”報(bào)告中指出，X波段近距離(100 km以內(nèi))小型雷達(dá)具有更好的降水物探測(cè)能力和更好的結(jié)果，不會(huì)產(chǎn)生象大功率長(zhǎng)波長(zhǎng)雷達(dá)由于地球曲率造成的遠(yuǎn)端偏高空資料（低空無(wú)法探測(cè)）的缺陷[1-2]。同時(shí)，在民航機(jī)場(chǎng)的天氣保障中，這種雷達(dá)仍然是很好的選擇[3]。

然而，作為與雷達(dá)系統(tǒng)交互的運(yùn)行控制的軟件系統(tǒng)多為本地控制模式，雖能滿足用戶的一般要求，但隨著工控系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)化控制需求的日益提高，雷達(dá)系統(tǒng)的運(yùn)行控制亦須向網(wǎng)絡(luò)化方向邁進(jìn)[4]。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)是在參考綜合氣象觀測(cè)站的發(fā)展歷程的基礎(chǔ)上，基于雷達(dá)運(yùn)行控制的便捷性要求而提出的。眾所周知，計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展帶動(dòng)了大型設(shè)備的監(jiān)測(cè)技術(shù)的深遠(yuǎn)變化,并逐步向?qū)崟r(shí)、遠(yuǎn)程和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展。C/S(Client/Server，客戶端/服務(wù)器)和B/S(Browser/Server，瀏覽器/服務(wù)器)是現(xiàn)有的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的主要模式。其中，B/S模式的監(jiān)控系統(tǒng)中，用戶工作界面是通過(guò)瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此具有很好的跨平臺(tái)性；而主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，這就使得維護(hù)人員就可以把主要精力放在服務(wù)器的更新維護(hù)上，而不必像C/S模式那樣重新協(xié)調(diào)客戶端。因此，目前基于Web的B/S模式的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)是工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題和發(fā)展方向[5-6]。文章在參照綜合氣象觀測(cè)站發(fā)展規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過(guò)引用工控領(lǐng)域的遠(yuǎn)程控制方法，最終初步實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)系統(tǒng)監(jiān)控的網(wǎng)絡(luò)化。

1 系統(tǒng)框架與功能簡(jiǎn)介

基于Web的雷達(dá)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)由客戶端和服務(wù)器兩大部分組成。客戶端用于完成人機(jī)交互，功能之一是接收用戶的操作請(qǐng)求并發(fā)送至服務(wù)器；功能之二是接收服務(wù)器端發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并給與實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)顯示；服務(wù)器端則用于響應(yīng)客戶端的操作請(qǐng)求，調(diào)用相應(yīng)的Web服務(wù)頁(yè)，通過(guò)協(xié)調(diào)USB接口和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)獲取用戶請(qǐng)求的基數(shù)據(jù)，之后完成對(duì)基數(shù)據(jù)的封裝，將最終的可伸縮矢量圖形（SVG，Scalable Vector Graphics）格式的數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端?？蛻舳伺c服務(wù)器的基本通信通過(guò)Windows Server 2003自帶互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)（IIS，Internet Information Services）互聯(lián)網(wǎng)信息服務(wù)器完成，IIS是用戶與雷達(dá)監(jiān)控服務(wù)器信息溝通的橋梁。雷達(dá)數(shù)據(jù)的生成與用戶指令的執(zhí)行暫時(shí)由雷達(dá)數(shù)據(jù)仿真版實(shí)現(xiàn)。整個(gè)系統(tǒng)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框

2 系統(tǒng)模塊的實(shí)現(xiàn)方法

2.1 系統(tǒng)的客戶端實(shí)現(xiàn)

用戶通過(guò)客戶端完成對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控?？蛻舳素?fù)責(zé)接收用戶的雷達(dá)操作指令，并對(duì)其加以處理發(fā)送至服務(wù)器；服務(wù)器響應(yīng)了用戶請(qǐng)求之后，將 SVG格式的回波數(shù)據(jù)、方位數(shù)據(jù)等發(fā)送給客戶端，之后客戶端腳本程序利用文檔對(duì)象模型（DOM，Document Object Model）接口對(duì)這些實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)處理，通過(guò)改變SVG中界面元素屬性進(jìn)行實(shí)時(shí)刷新顯示，使客戶端通過(guò)瀏覽器就能實(shí)時(shí)監(jiān)控雷達(dá)設(shè)備的數(shù)據(jù)掃描以及工作情況?？蛻舳斯ぷ鬟^(guò)程如圖2所示。

客戶端腳本程序使用Javascript設(shè)計(jì)，Javascript是一種基于對(duì)象和事件驅(qū)動(dòng)客戶端腳本語(yǔ)言，并且具備一定的安全性。同時(shí)，Javascript廣泛用于客戶端Web開(kāi)發(fā)，常用來(lái)實(shí)現(xiàn)HTML網(wǎng)頁(yè)的動(dòng)態(tài)交互功能[7]，比如響應(yīng)用戶的各種操作等。其主要操作流程如圖3所示。

圖2 客戶端組成

圖3 Javascript工作流程

客戶端開(kāi)發(fā)主要使用 SVG技術(shù)。與位圖不同,SVG圖不是用大量的單個(gè)像素建立圖像,而主要通過(guò)數(shù)學(xué)公式對(duì)物體形狀描述,從而記錄圖形信息,并根據(jù)圖形信息進(jìn)行繪制。它是一種基于XML文檔的開(kāi)放的矢量圖形描述語(yǔ)言,用于描述二維矢量圖形以及矢量與點(diǎn)陣混合圖形的標(biāo)志語(yǔ)言。SVG定義了六種基本形狀以及一些繪圖指令,包括直線、斜線、圓弧和貝塞曲線等繪圖路徑指令,這六種基本形狀和路徑根據(jù)需要進(jìn)行排列組合,就可以完成所需監(jiān)控界面的繪制[8]。

SVG元素是指示如何繪制圖像的一些指令,而SVG閱讀器則用于解釋這些指令，并把SVG圖像在指定設(shè)備上顯示出來(lái),同時(shí) SVG可以使用樣式表CSS、Script腳本和DOM進(jìn)行控制。SVG作為新一代的圖形處理技術(shù)主要優(yōu)勢(shì)如圖4所示[8]。

圖4 SVG技術(shù)優(yōu)勢(shì)

2.2 系統(tǒng)服務(wù)器平臺(tái)的搭建

雷達(dá)系統(tǒng)服務(wù)器是在IIS平臺(tái)上搭建完成的，IIS是一個(gè)World Wide Web server，雷達(dá)用戶與系統(tǒng)服務(wù)器的基本網(wǎng)絡(luò)通信都是由 IIS完成的。另外，IIS是Windows Server2003系統(tǒng)自帶的網(wǎng)絡(luò)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，就使得整個(gè)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成本較低，便于推廣和應(yīng)用。本設(shè)計(jì)中，服務(wù)器端主要用于響應(yīng)客戶端的操作請(qǐng)求，調(diào)用相應(yīng)的Web服務(wù)頁(yè)，通過(guò)協(xié)調(diào)USB接口和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)獲取用戶請(qǐng)求的基數(shù)據(jù)，之后完成對(duì)基數(shù)據(jù)的封裝，將最終的SVG格式的數(shù)據(jù)發(fā)送給客戶端。Web服務(wù)程序主要由數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序、方位幀服務(wù)程序以及回波數(shù)據(jù)服務(wù)程序三大部分組成。數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序通過(guò)USB接口控制雷達(dá)數(shù)據(jù)仿真板，下達(dá)掃描命令，上傳回波數(shù)據(jù)，并將相應(yīng)數(shù)據(jù)按照一定規(guī)則存放至數(shù)據(jù)庫(kù)中；方位幀服務(wù)程序和回波數(shù)據(jù)服務(wù)程序則負(fù)責(zé)從數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中讀取方位信息以及回波信息，完成數(shù)據(jù)封裝后按照掃描順序發(fā)送給客戶端。三大服務(wù)程序協(xié)調(diào)運(yùn)行，根據(jù)客戶端的用戶請(qǐng)求，完成雷達(dá)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)和分發(fā)等工作，服務(wù)器平臺(tái)結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 服務(wù)器端結(jié)構(gòu)組成

2.3 系統(tǒng)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以SQL Server 2000為平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)。在雷達(dá)運(yùn)行控制服務(wù)頁(yè)的協(xié)調(diào)下，數(shù)據(jù)庫(kù)向上為雷達(dá)系統(tǒng)服務(wù)器提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，向下讀取雷達(dá)數(shù)據(jù)仿真板的雷達(dá)基數(shù)據(jù)，并按一定的格式存放在相應(yīng)的數(shù)據(jù)表。考慮到系統(tǒng)的規(guī)模和實(shí)時(shí)性要求，選擇了數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)與雷達(dá)系統(tǒng)服務(wù)器集成在一起的開(kāi)發(fā)方式，這樣當(dāng)服務(wù)器要訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)，只需訪問(wèn)本地磁盤上的數(shù)據(jù)文件即可，提高了系統(tǒng)的存取雷達(dá)基數(shù)據(jù)的速度，進(jìn)而保證了雷達(dá)系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的實(shí)時(shí)性。

3 實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析

遵循上述論文中系統(tǒng)各部分的實(shí)現(xiàn)方法，按照先模塊后系統(tǒng)的調(diào)試思路，逐個(gè)調(diào)試成功后，最后進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)調(diào)，雷達(dá)用戶遠(yuǎn)程監(jiān)控畫面如圖6所示（PPI掃描四分之一圓周時(shí)的圖像）。

圖6 系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)果

圖6中右下角三角符號(hào)為雷達(dá)掃描的開(kāi)始/停止按鈕，處于水平位置的線為雷達(dá)掃描線。點(diǎn)擊開(kāi)始按鈕，掃描線以一定的速率旋轉(zhuǎn)，數(shù)據(jù)仿真板產(chǎn)生的PPI回波數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)顯示在掃描線掃過(guò)的范圍，實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多次測(cè)試，表現(xiàn)出較好的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語(yǔ)

本系統(tǒng)結(jié)合基于合眾達(dá) SEED_DEC2812開(kāi)發(fā)的雷達(dá)數(shù)據(jù)仿真板，在 VisualStudio2008的ASP.NET平臺(tái)上利用C#語(yǔ)言、SVG技術(shù)以及SQL Server2000數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)了基于Web的B/S雷達(dá)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，初步實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)系統(tǒng)運(yùn)行控制的網(wǎng)絡(luò)化。經(jīng)測(cè)試，系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備環(huán)境的監(jiān)控有良好的人機(jī)交互性、可靠性和實(shí)時(shí)性。另外，B/S模式的Web遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用前景十分廣闊，在廣泛的工業(yè)領(lǐng)域中實(shí)現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)和控制網(wǎng)絡(luò)融合，達(dá)到真正意義的遠(yuǎn)程監(jiān)控，對(duì)未來(lái)“物聯(lián)網(wǎng)”的發(fā)展也有一定的現(xiàn)實(shí)意義[9]。

[1]KWON Y J,CHIOU R.Remote,Condition- basedmaintenance for Web-enabled Robotic System[J].Robotics and Computer Integrated Manufacturing,2009,25(03):552-559.

[2]ASAI K,OSAWA N,SUGIMOTO Y Y,et al.Web-based Remote Control of the Inter-university Satellite Network[C].USA:[s.n.]:1999:1-15.

[3]周向軍,王堯軍,周紅根,等.基于Web技術(shù)的江蘇省L波段探空雷達(dá)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)[D].中國(guó):[出版者不詳],2006.

[4]杜金華.基于Web的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)研究[D].西安:西安理工大學(xué),2004.

[5]曾志,尹建偉.基于B/S架構(gòu)Web遠(yuǎn)程控制的研究及實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件,2005,22(11):71-74.

[6]劉佳.基于嵌入式Web的FPGA遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[D].北京:北京工業(yè)大學(xué),2010.

[7]李元華,于明.基于Web和Java的遠(yuǎn)程控制與交互圖像處理研究[C].北京:[出版者不詳].2008:193-197.

[8]黃凱偉.SVG開(kāi)發(fā)實(shí)踐[M].北京:電子工業(yè)出版社,2008:25-85.

[9]趙靜,喻曉紅,黃波,等.物聯(lián)網(wǎng)的結(jié)構(gòu)體系與發(fā)展[J].通信技術(shù),2010,43(09):106-108.

[10]李晨旸,陳萍,張曉梅.基于生命周期的應(yīng)用安全解決方案[J].信息安全與通信保密,2010(11):48-50.

[11]尤春艷,朱桂斌,王煬.物聯(lián)網(wǎng)及其軍事應(yīng)用研究[J].通信技術(shù),2011,44(01):69-73.