環(huán)境信息化中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用

[摘要]實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)和環(huán)境信息化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和展示的核心，本文結(jié)合遼寧省環(huán)境信息化中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用，介紹了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用特點(diǎn)。通過基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)開發(fā)的實(shí)際應(yīng)用軟件，表明實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)極大地提高了環(huán)境信息化水平，收到了良好的間接經(jīng)濟(jì)效益。

[關(guān)鍵詞]實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)；軟件開發(fā)工具；環(huán)境信息化

環(huán)境信息化的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，進(jìn)行信息化與自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，所面臨的管理信息系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)怎樣進(jìn)行實(shí)時(shí)信息交換的問題，以及在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下怎樣實(shí)現(xiàn)不同平臺(tái)的應(yīng)用系統(tǒng)的信息共享問題，怎樣提供標(biāo)準(zhǔn)和開放的訪問實(shí)時(shí)信息的方法問題，以及如何提供方便的在線維護(hù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)信息點(diǎn)的手段問題。建立在基于TCP/IP協(xié)議的客戶機(jī)/服務(wù)器模式和“查詢”、“Push”和點(diǎn)對(duì)點(diǎn)主動(dòng)數(shù)據(jù)傳遞方式的數(shù)據(jù)通信技術(shù)的層次化網(wǎng)絡(luò)SCADA模型上的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)組件（Real Time Database，簡(jiǎn)稱RTDB），完全滿足環(huán)境信息高速數(shù)據(jù)通信、高可用性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、可維護(hù)性等高性能指標(biāo)的需要，可以充分解決上述問題。實(shí)踐證明，應(yīng)用高性能實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)組件提升產(chǎn)業(yè)性企業(yè)的信息化與自動(dòng)化系統(tǒng)的性能是十分有效的方法。

1、環(huán)境信息化中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)作用

大多數(shù)環(huán)境信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量都較為龐大，以環(huán)境監(jiān)測(cè)和污染源監(jiān)控管理系統(tǒng)為例，系統(tǒng)需要接入大量實(shí)時(shí)的污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)和環(huán)境質(zhì)量自動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，而常規(guī)數(shù)據(jù)處理方式會(huì)帶來數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間不長(zhǎng)、精度不高、存取效率低下等諸多問題，而與此同時(shí)，數(shù)據(jù)量的增長(zhǎng)與系統(tǒng)運(yùn)行效率成反比，大幅增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)會(huì)逐步影響平臺(tái)的正常運(yùn)行。為解決上述矛盾，人們?cè)诩夹g(shù)層面上一般采取構(gòu)建分布式關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)集群的方案，這無疑會(huì)增加硬件構(gòu)架的復(fù)雜性，并增加維護(hù)管理和設(shè)備投資成本。針對(duì)以上問題，系統(tǒng)構(gòu)架者可選擇采用成熟的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)品及相關(guān)技術(shù)解決方案。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建樹狀數(shù)據(jù)模型，能夠提供大量、不問斷的存儲(chǔ)，支持多種壓縮，存儲(chǔ)容量大，提供大量數(shù)據(jù)挖掘分析功能，在高速、大量的存儲(chǔ)時(shí)能夠提供多并發(fā)的高速查詢，彌補(bǔ)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、分析、查詢方面的不足，改善關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用過程中系統(tǒng)響應(yīng)速度下降、系統(tǒng)崩潰等問題，大幅提高系統(tǒng)安全性和運(yùn)行效能。

2、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)特征分析

當(dāng)前，很多項(xiàng)目的數(shù)據(jù)層設(shè)計(jì)都采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)與實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合，工況在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)中，前端工況過程數(shù)據(jù)庫(kù)和中心工況過程數(shù)據(jù)（原始庫(kù)與分析庫(kù)）采用的是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，中心工況應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)層由通用關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)來承擔(dān)。對(duì)于實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)需要能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，并與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求配置相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)則，定期統(tǒng)計(jì)、抽取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)至關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的測(cè)點(diǎn)能夠與關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行映射，構(gòu)建實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的橫向業(yè)務(wù)關(guān)系模型，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)需求，實(shí)時(shí)地組織實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，構(gòu)建關(guān)系模型，并提供給業(yè)務(wù)系統(tǒng)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)是采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)模型建立起來的數(shù)據(jù)庫(kù)，用于處理不斷更新、快速變化的數(shù)據(jù)，以及具有時(shí)間限制的事務(wù)處理。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)是實(shí)時(shí)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來解決實(shí)時(shí)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理問題，同時(shí)利用實(shí)時(shí)技術(shù)為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供時(shí)間驅(qū)動(dòng)調(diào)度和資源分配算法，其主要應(yīng)用于自動(dòng)連續(xù)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，如電力、環(huán)保、石化、化工、鋼鐵、冶金、造紙、交通控制和證券金融等領(lǐng)域。

3、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)及應(yīng)用

3.1實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為四層：采集層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層，數(shù)據(jù)直接來源于生產(chǎn)控制系統(tǒng)、治污設(shè)施控制系統(tǒng)和自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)。工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)主要滿足了環(huán)境監(jiān)管部門日常監(jiān)管工作需要，可以實(shí)現(xiàn)重點(diǎn)污染企業(yè)污水、廢氣過程參數(shù)的實(shí)時(shí)查看、分析、報(bào)警和輔助決策，過程參數(shù)與污染源自動(dòng)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)可進(jìn)行一致性校驗(yàn)分析，支持環(huán)境執(zhí)法、總量核定和排污統(tǒng)計(jì)等環(huán)保業(yè)務(wù)。污染物治理設(shè)施過程（工況）在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，在工況驗(yàn)證分析、工況數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)兩個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)的支撐下，實(shí)現(xiàn)對(duì)工況數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用，主要包括系統(tǒng)管理、實(shí)時(shí)監(jiān)視、趨勢(shì)分析、報(bào)警、工況統(tǒng)計(jì)、工況核定、總量核定、企業(yè)交互及報(bào)表分析等功能。工況在線監(jiān)測(cè)及分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)按照分布式多級(jí)數(shù)據(jù)庫(kù)方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要分為三個(gè)層次：前端工況過程數(shù)據(jù)庫(kù)層、中心工況過程數(shù)據(jù)庫(kù)層、中心工況應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)層。前端工況過程數(shù)據(jù)庫(kù)和中心工況過程數(shù)據(jù)（原始庫(kù)與分析庫(kù)）采用實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，由于工況系統(tǒng)需要存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，因此需在存儲(chǔ)前進(jìn)行數(shù)據(jù)壓縮。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)具有數(shù)據(jù)壓縮功能，可以用非常小的空間來存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，而且還能保持相當(dāng)不錯(cuò)的數(shù)據(jù)精度。前端工況數(shù)據(jù)庫(kù)層由布置企業(yè)前端的工況現(xiàn)場(chǎng)前端工況數(shù)據(jù)庫(kù)組成，它是分布式過程數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)層。前端工況數(shù)據(jù)庫(kù)的作用是在企業(yè)前端將全廠的工況數(shù)據(jù)做匯總，由于其布置在前端現(xiàn)場(chǎng)，存儲(chǔ)數(shù)據(jù)只受現(xiàn)場(chǎng)采集設(shè)備、采集網(wǎng)絡(luò)及現(xiàn)場(chǎng)供電情況的影響，故其完整性在整個(gè)系統(tǒng)中是最高的。前端工況過程數(shù)據(jù)庫(kù)還有一個(gè)重要的功能是通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊向中心工況過程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)工況數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)模塊在網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)異常時(shí)會(huì)記錄最后發(fā)送的記錄情況，在網(wǎng)絡(luò)恢復(fù)時(shí)會(huì)將網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)間內(nèi)的歷史工況數(shù)據(jù)回補(bǔ)到中心工況過程數(shù)據(jù)庫(kù)中，從而保證中心工況過程數(shù)據(jù)庫(kù)中工況數(shù)據(jù)的完整性。

3.2實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的應(yīng)用

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)在數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示、分析方面擁有顯著優(yōu)勢(shì)，所以在工況在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)中得到了廣泛應(yīng)用。數(shù)據(jù)處理能力：工況在線監(jiān)測(cè)與分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)龐大，要求數(shù)據(jù)庫(kù)讀取數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力能跟上節(jié)奏，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)具有海量數(shù)據(jù)處理能力，讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)的時(shí)問是毫秒級(jí)，同時(shí)支持百萬級(jí)單數(shù)據(jù)庫(kù)的容量。實(shí)時(shí)工況監(jiān)控：工況監(jiān)測(cè)的一個(gè)重要功能就是實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，即將工況的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)真實(shí)準(zhǔn)確地反映在工況實(shí)時(shí)圖形界面上。工況實(shí)時(shí)圖形界面不但要具備實(shí)時(shí)顯示模擬量的數(shù)值變化，還要能顯示開關(guān)最的變化情況，系統(tǒng)通過紅、綠、黃顏色分別代表運(yùn)行、停運(yùn)、故障。趨勢(shì)分析：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)能準(zhǔn)確記錄數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，方便監(jiān)測(cè)人員查詢調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)。實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)對(duì)比分析、歷史數(shù)據(jù)對(duì)比分析、自定義趨勢(shì)組、表格顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)導(dǎo)出、前進(jìn)、后退、放大、縮小和打印等功能。數(shù)據(jù)查詢：主要針對(duì)采集的排污數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合查詢。報(bào)表系統(tǒng)：報(bào)表工具基于12EE的B/s報(bào)表平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)計(jì)參數(shù)的在線配置、數(shù)據(jù)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表模板定制及發(fā)布等功能。實(shí)時(shí)及歷史報(bào)警可視化工具可以顯示當(dāng)前或過去某段時(shí)間內(nèi)的報(bào)警詳細(xì)信息，提供報(bào)警過濾、報(bào)警數(shù)據(jù)導(dǎo)出、報(bào)警鳴笛等功能。

4、結(jié)束語

綜上所述，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)作為實(shí)時(shí)技術(shù)與數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，能夠在環(huán)境信息化系統(tǒng)應(yīng)用中提供高速、及時(shí)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)服務(wù)，其完善的人機(jī)界面軟件以及管理配置軟件能完成對(duì)數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、查詢、顯示和分析功能，在環(huán)境信息化中具有廣闊的應(yīng)用前景。

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