（通信与信息系统专业论文）基于wince的cems嵌入式数据库的研究.pdf

基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 摘要 随着全球经济的飞速发展，环境污染问题也越来越严重。因此，c e m s ( c o n t i n u o u se m i s s i o nm o n i t o r i n gs y s t e m ，烟气排放连续监测系统) 作为我国污染 排放监测网中的一个重要组成部分得到了越来越多的重视。监测系统主要是利 用监测到的污染源数据来实现对污染排放企业的管理，所以合理的数据库设计 是烟气排放连续监测系统稳定可靠运行的保证。目前已有c e m s 监测系统对数 据库管理系统的支持能力不够，本文针对这一现状，对嵌入式数据库关键技术 进行了研究，因此项目具有一定的理论意义和实际意义。 本文针对目前c e m s 数据库存在的问题，从以下几个方面展开了研究： 首先，对c e m s 技术要求和检测方法进行了分析。本文详细阐述了c e m s 的组成描述、技术要求以及相关术语，深入研究了主要技术指标和各技术指标 的检测方法，从而为c e m s 数据库的设计和建模做了充分准备。 其次，对c e m s 嵌入式数据库进行了u m l 软件建模。本文详细阐述了u m l 的基本理论，分析了基于u m l 的软件建模的基本思想及过程，同时结合前期 工作，采用u m l 软件建模方法，建立了c e m s 数据库的静态模型和动态模型， 为开发实现c e m s 数据库奠定了基础。 最后，对c e m s 嵌入式数据库进行了开发。在c e m s 的u m l 模型基础上， 将嵌入式操作系统w i n d o w sc e 和嵌入式数据库s q ls e r v e rc e 应用于c e m s 监测系统领域，设计实现了访问c e m s 嵌入式数据库的程序，并在实验开发平 台上进行了功能测试，验证了本文解决方案的有效性。 关键词：c e m s ；w i n d o w sc e ；嵌入式数据库；u m l 建模 r e s e a r c ho fc e m se m b e d d e dd a t a b a s eb a s e do nw i n c e a b s t r a c t w i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to ft h eg l o b a le c o n o m y , e n v i r o n m e n t a lp o l l u t i o n p r o b l e m sb e c o m em o l ea n dm o r es e r i o u s t h e r e f o r e ，c e m s ( c o n t i n u o u se m i s s i o n m o n i t o r i n gs y s t e m ) ，a sa i li m p o r t a n tp a r to fc h i n ap o l l u t i o nm o n i t o r i n gn e t w o r k ， h a sa t t r a c t e dm o r ea n dm o r ea t t e n t i o n m o n i t o r i n gs y s t e mi su s e dt om a n a g et h e p o l l u t i o ne m i s s i o ne n t e r p r i s e sm a i n l yt h r o u g hm o n i t o r i n gd a t af r o mp o l l u t i o n s o u r c e s ，s ot h er e a s o n a b l ed m a b a s ed e s i g nc a l le n s u r ec e m s t op e r f o r ms t a b l ya n d r e l i a b l y a tp r e s e n t , e x i s t e dc e m sm o n i t o r i n gs y s t e mc a n ts u p p o r td a t a b a s e m a n a g e m e n ts y s t e mc o m p l e t e l y i nv i e wo ft h es i t u a t i o n ，t h i sp a p e rd o s er e s e a r c h i n t ot h ek e yt e c h n i q u e so fe m b e d d e dd a t a b a s e t h e r e f o r e , t h i sp r o j e c th a ss i g n i f i c a n t i m p a c to nb o t ht h e o r ya n dp r a c t i c e a c c o r d i n gt ot h ee x i s t e dp r o b l e m so fc e m sd a t a b a s e ，t h er e s e a r c hi n c l u d e st h e f o l l o w i n gr e s p e c t s ： f i r s t l y , t h et e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sa n dd e t e c t e dm e t h o d sa l ea n a l y s e di nt h i s p a p e r t h ep a p e rd i s c u s s e st h ec o m p o n e n t s ，t e c h n i c a lr e q u i r e m e n t sa n dt e c h n i c a l t e r m so fc e m si nd e t a i l ，a n dm a k e sd e e p e rs t u d i e so nt h ek e yt e c h n i c a li n d e x e sa n d d e t e c t e dm e t h o d s a l la b o v em a k e sf u l lp r e p a r a t i o nf o rt h ed e s i g na n dm o d e l i n go f c e m sd a t a b a s e s e c o n d l y , t h es o f t w a r em o d e l i n ga b o u tt h ec e m se m b e d d e dd a t a b a s eb a s e do n u m li sd e s c r i b e di nt h ep a p e r t h i sp a p e re l a b o r a t e st h eb a s i ct h e o r yo fu m l ， a n a l y s e st h eb a s i c i d e aa n dp r o c e s so f s o f t w a r em o d e l i n gb a s e do nu m l s i m u l t a n e o u s l y , c o m b i n e dw i t ht h ew o r kd o n ea h e a d ，t h ep a p e rb u i l d st h es t a t i c m o d e la n dd y n a m i cm o d e lo fc e m sd a t a b a s et h r o u g ht h em e t h o d so fu m ls o f t w a r e m o d e l i n g i tp r o v i d e st h ef o u n d a t i o nf o rt h er e a l i z a t i o no fc e m sd a t a b a s e f i n a l l y , c e m sd a t a b a s ei sd e v e l o p e da n dr e a l i z e d b a s e do nu m lm o d e l i n go f c e m sd a t a b a s e ，e m b e d d e do p e r a t es y s t e mw i n d o w sc ea n de m b e d d e dd a t a b a s e s q ls e r v e rc ea r ea p p l i e dt ot h ec e m sm o n i t o rs y s t e m ，t h e nt h et h e s i sd e s i g n s a n dr e a l i z e sap r o g r a ma c c e s s i n gt ot h ec e m sd a t a b a s e ，a n dt e s t st h ef u n c t i o ni n e x p e r i m e n t a ld e v e l o p m e n tp l a t f o r m t h e r e s u l tp r o v e st h ee f f e c t i v e n e s so ft h e s o l u t i o n k e y w o r d ：c e m s ；w i n d o w sc e ；e m b e d d e dd a t a b a s e ；u m lm o d e l i n g i v 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 1 绪论 1 1课题背景和研究意义 随着我国经济得的迅速发展，人民生活水平日益提高，但是在工业化进程 中忽略了对生活和生态环境的保护，造成我国环境污染进一步加剧。为了保持 经济和环境的可持续发展，我们需要及时、准确的获取大量环境信息，做出最 精准的决策【l 】。因此，烟气排放连续监测系统( c e m s ) 作为我国污染排放监测 网中的一个重要组成部分得到了越来越广泛的应用。一般情况下，c e m s 工作 环境非常恶劣，监测数据量大而繁琐。因此，如何实现对c e m s 监测数据更加 可靠、灵活、高效的组织管理已经成为人们关注的焦点。 传统的c e m s 采用红外传感器采样，由工控机或单片机控制，虽然系统比 较稳定但也存在很多缺点：硬件成本过高；系统体积较大携带不便；实时性差 难以适应恶劣的监测环境等等。随着信息技术的发展，嵌入式系统的应用遍布 了各行各业。嵌入式操作系统能够满足不同类型的微处理器的运行要求，兼容 性好；操作系统的内核比较精小、因此效率高且占用系统资源小；实时性高， 专用性强；具有高度的模块化和扩展性；具有大量的应用程序接口，使得开发 应用程序更加简单【4 】。由于拥有通用p c 机无法比拟的优点，所以选择运行着嵌 入式操作系统的处理器控制c e m s 的采样、数据处理，将会使c e m s 监控系统 更加智能灵活，并满足于特定环境。 由于在嵌入式系统的广泛应用中，很多软件都存在着对设备中的数据的管 理问题，c e m s 也不例外，监测过程中存在着大量的数据，这些数据的组织管 理方式对监测系统的实时性和其它性能影响很大。嵌入式系统没有充足的内存 和磁盘资源，因此，不论是嵌入式的操作系统还是数据库管理系统，都要占用 最小的内存和磁盘空间【5 1 。早期的嵌入式设备一般采用文件系统管理数据，这 种方式除了数据管理效率低下外还存在明显缺点：编写应用程序很不方便；后 期维护工作量大；不支持文件并发访问；数据缺少统一管理【5 】。若采用工控机 中的商用数据库管理系统，则不可避免的占用大量的内存和磁盘空间，同时会 产生大量的冗余数据，显然它们不能应用于嵌入式系统的数据管理【5 】。但是参 照通用计算机中的数据库管理系统，人们自然希望在嵌入式领域的数据管理中 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 也能利用数据库管理系统来统一管理数据，嵌入式数据库便完成了这个工作。 它将数据库系统与操作系统、具体应用集成在一起，将具备成熟的数据管理能 力扩展到嵌入设备上。用户不仅用它们存储和处理来自所在设备或其它地方的 数据，而且对所需复杂功能也能够应付自如，具有很大的理论意义和实际意义。 若将这类c e m s 监测设备应用于实际检测过程中，也会产生较大的社会效益【2 1 。 1 2 国内外研究现状 1 2 1c e m s 数据管理的发展现状 c e m s 是指对污染源排放的烟气进行连续实时地跟踪测定，它用于在线监 测相关污染源排放烟气中的气态污染物和颗粒污染物的排放总量，为污染源的 环保管理以及除尘、脱硫设备的安全运行提供科学依据【2 5 】。由于c e m s 主要是 利用监测到的污染源排放数据来实现对排污企业的超标管理，所以对采集数据 管理的合理设计在整个项目系统的构建中显得颇为重要，可以说合理的数据管 理模式设计能够保证整个在线环境监测系统长久稳定的运行，同时能有效地提 高系统的利用效率【6 1 。随着计算机数据采集技术的普及，c e m s 在数据管理方 面也有了翻天覆地的变化。 早期的c e m s 采用文件系统进行数据管理。伴随着计算机处理速度和存储 能力的提高，文件系统把计算机中的数据组织成相互独立的被命名的数据文件， 通过文件的名字来进行访问，可以对数据进行反复处理，并支持文件的查询、 修改、插入和删除等简单操作。但其数据只是依赖特定的应用程序，缺乏独立 性，因此数据共享性、独立性差，冗余度大、数据间缺乏逻辑组织，从而导致 管理和维护的代价非常大【3 】。 目前的c e m s 大多有工控机控制，这使得系统的存储容量大大增加，为了 满足和解决实际应用中多个用户、多个应用程序共享数据的要求，在大、中型 计算机上实现并应用了数据管理的数据库技术，如o r a c l e 、s y b a s e 、s q ls e r v e r 等，在微型计算机上也可使用数据库管理软件，如常见的a c c e s s 、f o x p r o 等【4 】。 用数据库管理数据使得程序与数据之间具有一定的独立性，用户可以不必知道 系统对数据管理的具体结构，可以对数据进行统一的控制口j 。 由于网络技术的飞速发展，使得传统的信息处理方式正在发生根本性的变 2 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 化，基于b s ( 浏览器月艮务1 1 ) 的烟气排放监测的应用系统，采用的是t c p i p , h t t p 等标准防议，将具有强大存储能力和管理能力的数据库应用于 i n t e m e t i n t r a n e t 上，具有良好的开放性和较高的安全性嘲。 1 2 2 嵌入式数据库的发展现状 泪前，各种嵌入式数据库产品不断涌现，嵌入式数据库技术也已经跨越研 究领域，向应用领域广泛发展。纵观目前国际、国内嵌入式数据库的应用情况， 嵌入式数据库的应用处于一个“百花齐放、百家争鸣 的状态，尤其针对移动 数据处理和管理方面的需求，嵌入式数据库技术紧密结合各类智能设备的趋势 已经受到了来自学术界、工业界、军事领域、民用部门各方面的广泛重视，并 且渐渐趋于实用化【1 9 1 。 与g p s 技术相配合，常常将嵌入式数据库技术用于货物运输管理、消防现 场作业以及智能交通管理等，而在零售业、制造业、金融业、医疗卫生等领域， 嵌入式数据库技术同样具有广阔的应用前景。随着嵌入式数据库、无线数据通 信和移动计算相关技术的迅猛发展，嵌入式数据库势必成为信息社会的重要支 柱【6 】。 总之，嵌入式数据库的出现，使人们看到了能够随时随地访问所需信息的希 望。近年来，嵌入式数据库的研究也取得不少进展。 4 ( 1 ) 智能化和主动化以往的嵌入式数据库往往是以存储为目的的被动型 的数据库，只能被动地接受操作系统和应用程序的调用来执行相应的动作。能 够根据数据库中存储的情况和自身特点，适当地做出优化来满足不同条件的应 用需求的智能化、自动型嵌入式数据库是以后研究的热点【7 稍。 ( 2 ) 多媒体嵌入式数据库随着高档电子消费品日益受到人们的青睐，能 够对视频、音频、文字、图像进行存储和快速检索的嵌入式数据库会有更大的 市场，并成为人们研究的热点【l o 】。 ( 3 ) 时空数据库导航设备、水文、地质、地形地貌相关电子产品的快速发 展，迫切需要能够同时处理时间和空间的数据库问世【1 5 1 。 目前基于嵌入式数据库应用的市场需求己经进入加速发展的阶段。下面简 单介绍一些典型的嵌入式数据库产品。 3 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 ( 1 ) i b m 公司以其优良的技术和长期的积累推出它的嵌入式数据库系统d b 2 s a t e l l i t ee d i t i o n 和d b 2 e v e r y w h e r e 。d b 2s a t e l l i t ee d i t i o n 一般运用于膝上机，由于 它具备数据复制工具，因此可以保持嵌入式系统同集中公司数据库的数据同步； d b 2 e v e r y w h e r e 可以运行于w i n d o w sc e 或p a l m o s 的手持设备。两者始终是高端 数据库应用的不二选择【1 3 】。 ( 2 ) o r a c l e 推出了移动数据库o r a c l el i t e ，它同样能够让膝上机、手持p c 和 蜂窝电话用户与公司数据库方便地进行复制和同步。o r a c l e 公司的数据库产品是 市场占有率最高的，允许被应用于多种操作系统，它常用于对2 d 、3 d 数据开发 平台进行支持，比如地理信息系统的开发。 ( 3 ) m i c r o s o f t 的嵌入式数据库产品是s q ls e r v e rf o rw i n d o w sc e ，顾名思 义，它可以完美地运行在w i n d o w sc e 上，与桌面计算机上的s q ls e r v e r7 0 2 0 0 5 等版本保持良好兼容，是一款在高端和低端应用中都绰绰有余的产品 ( 4 ) s y b a s e 公司推出的一个优秀嵌入式数据库s y b a s ei a n y w h e r e ，目前已经 获得很广泛的应用，由于s y b a s e 是最早推出嵌入式数据库产品的厂商【2 0 1 ，因此它 的产品也具备完整的解决方案，。 ( 5 ) b e r k e l e y d b 是由伯克利大学开发的嵌入式数据库开发包，其源码是开 放的。它能为程序员提供广泛丰富的函数集，专门为应用程序开发者提供工业级 强度的数据库服务而设计。b e r k e l e yd b 一个很重要的特点就是存储的高速性， 在遇到高流量的情况下，比如成千上万的用户同时访问一个数据库时，b e r k e l e y d b 将是最佳选择。 ( 6 ) s q l i t e 是p h p5 中集成的一个轻巧的内嵌式数据库产品，它与b e r k e l e y d b 类似，但相比之下，其在操作语句方面更接近关系型数据库的产品【1 0 1 。 随着计算终端的小型化，应用领域的不断扩展，我们相信不久的将来嵌入 式数据库将无所不在。 4 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 1 3 论文的研究内容和结构安排 1 3 1 研究内容 传统的c e m s 采用工控机等控制系统，对数据库管理系统的支持能力不够， 系统成本较大、维护起来复杂。针对以上问题，对c e m s 数据库系统做了改进， 在以下几方面进行了深入细致的工作。 。 ( 1 ) c e m s 技术要求和检测方法的研究 从熟悉c e m s 的组成结构出发，进一步介绍了c e m s 的技术要求和技术指标， 如零点漂移、量程漂移、相对准确度等等，并且具体研究了c e m s 监测颗粒物排 放、气态污染物排放和烟气参数有关的技术指标的方法。 ( 2 ) 基于嵌入式操作系统w i n c e 的c e m s 数据库的u m l 建模 研究了对基于嵌入式操作系统w i n c e 的c e m s 数据库的u m l 建模，建立了一 种规范地设计开发访问c e m s 数据库程序的理论体系。实际利用r a t i o n a lr o s e 2 0 0 3 软件对c e m s 数据库进行了建模。主要包括系统静态建模和动态建模两大方 面的内容，根据实际需要，一共建立了7 种模型图。 ( 3 ) c e m s 数据库应用程序的开发和测试 在前面所讨论的c e m s 数据库u m l 建模的基础上，基于w i n c e 系统，建立了 一个以a t 9 1 s a m 9 2 6 3 处理器为核心的c e m s 数据采集与处理的实验平台。然后在 这台嵌入式平台上，开发一个访问c e m s 数据库的应用程序，并完成了功能测试， 对测试结果进行了分析。 1 3 2 论文安排 第一章在研究课题背景基础之上，结合国内外研究现状，提出了本课题的研 究意义、研究内容及论文结构安排。 第二章从c e m s 的基本描述出发，研究了c e m s 的组成部分、技术要求以及 相关术语。重点对颗粒物c e m s 、烟气c e m s 和烟气参数测定子系统的技术指标 和技术指标的检测方法进行了深入的学习和研究，为进行c e m s 数据库的建模和 开发打下了基础。 5 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 第三章在对c e m s 数据库的进行需求分析的基础上，对数据库进行总体设计， 将数据库分为5 大功能模块。重点研究了对基于嵌入式操作系统w i n c e 的c e m s 数据库的u m l 建模，建立了一种规范地设计开发访问c e m s 数据库程序的理论体 系。利用软件建模工具r m i o n a lr o s e2 0 0 3 对c e m s 数据库进行了建模，主要包括 静态建模和动态建模两大方面的内容。 第四章基于嵌入式w i n c e 的数据访问程序框架设计、模块设计及测试。在充 分理解c e m s 的基本理论及技术指标检测方法和系统的u m l 软件模型的基础上， 这一部分实现开发了一个对c e m s 嵌入式数据库进行访问的应用程序；并在以 a t 9 1 s a m 9 2 6 3 主板为核心搭建了数据采集与处理系统平台上，对系统进行了数 据库的功能测试。 第五章对论文的主要内容进行了归纳总结，对论文研究过程中存在的缺憾和 不足进行了分析，并提出了今后工作的展望。 6 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 2 c e m s 技术要求和检测方法 本章从c e m s 的基本描述出发，阐述了c e m s 的组成部分、技术要求及相 关术语。着重学习和研究了颗粒物c e m s 、烟气c e m s 和烟气参数( 流量、温 度) 测定子系统的技术指标和技术指标的检测方法，为c e m s 数据库的建模和 开发打下了坚实的基础。 2 1c e m s 的描述和组成 2 1 1c e m s 的标准描述 c e m s ( c o n t i n u o u se m i s s i o nm o n i t o r i n gs y s t e m s ，烟气排放连续监测) 是指 对污染源排放的烟气进行连续地、实时地跟踪测定；保证每个固定污染源的总测 定小时数不得小于锅炉、炉窑等总运行小时数的7 5 ；每小时的测定时间不得低 于4 5 分钟。由此，c e m s ( c o n t i n u o u se m i s s i o nm o n i t o r i n gs y s t e m s ，烟气排放连 续监测系统) 便是连续测定颗粒物或气态污染物浓度和排放率所需要的全部设备， 也是由采样、测量、数据采集和处理三部分组成的一个完整监测体系。常被用于 对污染源排放烟气中的颗粒污染物、气态污染物进行在线监测，同时为污染源的 环保管理以及除尘、脱硫设备的安全运行提供科学依据【2 s 1 。 2 1 2c e m s 的组成部分 国家标准中从结构上对c e m s 给出了的解释，烟气排放连续监测系统由颗粒 物c e m s 、气态污染物c e m s 、烟气参数测定子系统组成。通过采样方式和非采 样方式，测定烟气中颗粒物浓度、气态污染物浓度、同时测定烟气温度、烟气压 力、烟气流速、烟气含水量和含氧量( 或二氧化碳含量) 等参数；计算烟气污染 物浓度和排放率；显示和打印各种参数和报表，并通过数据、图文传输系统传输 至固定污染源监测系统。 从功能上来说，c e m s 分别由测量、数据采集和控制、数据处理和通信三个 子系统组成。其示意图如2 1 所示。 7 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 颗耖物溯 卜 始丫系统 数数翔 据据定 疑处污 气态污染 煞螺! 綮 物测量予 h b h 鼹 氏 源 一y， 系统羟邋 ， 铡-信 器 监 溯 系系系 潮气参数 h 统统统 灏精f 系统 。十 oi 矗 图2 1 烟气排放连续监测系统示意图 颗粒物、气态污染物和烟气参数三大测量子系统通过采样、变送、分析等获 得各自要求的实时原始数据，通过c a n 总线将数据传输给数据采集与处理系统 4 6 1 o 系统的采集与控制系统协调整个系统时序，记录原始测定数据到数据缓存， 按时间间隔存储到数据库，并完成对数据库文件的保存和备份【蛔。 数据处理与通信系统，周期地采集各个现场数据采集器发来的信息，进行处 理、存储、显示告警信息，提供数据查询和检索。包括设置条件查询、显示历史 数据，实时显示污染物排放数据和相关烟气参数，并且生成报表。此外，通过 t c p k i p 协议，可以在需要的时候与远程服务器进行数据库同步操作，以便进一步 的分析挖掘【4 6 】。 2 2c e m s 技术要求及指标 2 2 1c e m s 的技术要求 本文研究的c e m s 数据库应用于数据采集和处理子系统，即数据采集与控制 系统和数据处理与通讯系统两部分。它主要负责采集各种类型监控仪器仪表的数 据、完成数据存储及处理，必要时与上位机进行数据通讯。简单的说，数据采集 基十w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 与处理系统除了具有记录、存储、显示、数据处理、数据输出基本功能外，还应 具备故障告警、安全管理和图文数据传输功能。具体的技术要求如下： ( 1 ) 数据采集和控制 系统的采集和控制功能主要表现为协调整个系统的时序，记录检测的数据和 仪器运行状态的数据，根据状态数据诊断仪器运行状态并在测定数据后面给出状 态标记，当仪器运行不正常时发出告警信息。 ， ( 2 ) 数据存储 ： 数据采集控制器能保证存储原始数据，能够自动或根据指令将所采集的各种 信息发送回控制中心。 ( 3 ) 文档管理 系统应能对数据文档进行文档保存和备份，能自动生成运行参数报告，数据 报告，掉电记录报告和操作记录报告。 ( 4 ) 接口 仪器接口应具有扩展功能，模块化结构设计，可根据使用要求实现单路或多 路要求。 ( 5 ) 安全管理 系统应该针对安全方面的设计管理功能，操作人员必须正确登录用户名和密 码后，从而进入相应的操作界面，系统对所有的控制操作均自动记录并入库保存。 一般为系统设置二级操作管理权限： 第一级为系统管理员，允许进行系统所有的设定工作，比如设置操作人员密 码或级别，更改系统的设备配置。 第二级为一般操作人员，允许对系统进行日常的例行维护和操作，不允许设 定系统的配置。 ( 6 ) 数据通讯 系统应具有数据通讯功能，周期地采集各个现场数据采集器发来的各种信 息，进行处理、存储，显示告警信息和相应数据。提供网络接入功能，向有关部 门定时传输数据和图表，并随时接受数据查询【2 i 】。 ( 7 ) 数据查询和检索 9 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 可设置条件查询和显示历史数据，打印告警信息和各种图表，实时显示污染 物排放数据和相关烟气参数。能显示和打印测试数据，生成小时( 至少4 5 分钟的 有效数据) 、日( 至少1 8 d , 时的有效数据) 、月( 至少2 2 天的有效数据) 报表，报 表中给出最大值、最小值和平均值。 ( 8 ) 污染物浓度和排放速率计算 系统应具有计算污染物浓度和排放速率功能，计算方法标准已规定好。 2 2 2c e m s 的相关术语 首先介绍几个与c e m s 相关的技术术语【2 3 1 。 ( 1 ) 满量程量 根据实际应用需要设置c e m s 的最大测量值。通常设置为高于排放源最大排 放浓度的1 至2 倍。 ( 2 ) 零点漂移 在未进行计划外的维修、保养或调节的前提下，c e m s 按规定的时间运行后， 仪器的读数与零输入之间的偏差。 ( 3 ) 量程漂移 在未进行计划外的维修、保养或调节的前提下，c e m s 按规定的时间运行后， 仪器的读数与已知参考值之间的偏差。 ( 4 ) 响应时间 显示值达到稳定值的9 0 时所需要的时间。 ( 5 ) 矩心区 烟道或管道断面的几何中心区，区域面积不超过烟道或管道断面面积的l 。 ( 6 ) 调试期间 指在无任何计划外的维修或调节的条件下，在对c e m s 技术指标进行检测前 c e m s 的正常运行所需要的时间，一般情况下应芝1 6 8 d x 时。 ( 7 ) 检测期间 指在无任何计划外的维修或调节的条件下，为了检测c e m s 技术指标，c e m s 正常运行需要的时间，一般初检时间应1 6 8 d x 时。 ( 8 ) 复检期间 l o 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 当仪器连续正常运行9 0 天并且c e m s 技术指标被检测合格后，在无任何计划 外的维修或调节的条件下，对c e m s 技术指标进行复检需要的运行时间，一般情 况下2 4 d x 时。 ( 9 ) 相对准确度 首先用c e m s 法和参比方法分别检测烟气中的气态污染物浓度，接着取出相 同时间段内的测定结果并两两组成数据对，然后将若干数据对求差的平均值，结 果的绝对值再与置信系数相加，最后与参比方法测定的数据平均值相比得出相对 准确度。 ( 1 0 ) 参比方法 国家或行业发布的标准方法。 ( 1 1 ) 相关校准 建立颗粒物c e m s 显示物理量与参比方法测定颗粒物浓度的相关曲线。 ( 1 2 ) 速度场系数 通过烟道或管道断面烟气的参比方法平均流速与相同时间区间通过同一断 面或非同一断面中某一固定点或测定线的烟气平均流速的比值。 2 2 3c e m s 的技术指标 通过对2 2 1 技术要求的详细研究，下面从颗粒物、气态污染物和流速、温度 连续测量系统四个方面归纳总结出c e m s 的主要技术指标。 1 颗粒物c e m s 技术指标【2 3 】 ( 1 ) 测定范围：当仪器只设置一个测量档时，测量范围的上限应符合满量 程量要求；当仪器设置多个测量档时，最低档测定范围的上限应不超过 5 0 0 m g m 3 ( 2 ) 零点漂移：2 4 d 时零点漂移不超过满量程的2 o 。 ( 3 ) 量程漂移：2 4 d , 时量程漂移不超过满量程的2 0 。 ( 4 ) 准确度：在复检时，用参比方法测定颗粒物的排放浓度的条件下， 当a 5 0m g m 3 时，c e m s 法测定结果的平均值与参比方法测定结果的平均 值的绝对误差应不超过1 5 m g m 3 ： 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 当b 5 0 1 0 0 m g m 3 时，c e m s , i ! + a 上：j 参比方法测定结果平均值的相对误差 应不超过2 5 ； 当c 1 0 0 2 0 0 m g m 3 时，c e m s 法与参比方法测定结果平均值的相对误 差应不超过2 0 ； 当d 2 0 0 m g m 3 时，c e m s 法与参比方法测定结果平均值的相对误差应不超 过1 5 。 2 气态污染物c e m s ( 含d 2 或c d 2 ) 技术指标【2 3 】 ( 1 ) 响应时间：不大于2 0 0 s 。 ( 2 ) 零点漂移：2 4 d , 时零点漂移不超过满量程的2 5 。 ( 3 ) 量程漂移：2 4 d , 时量程漂移不超过满量程的2 5 。 ( 4 ) 线性误差：当分别用高浓度、中浓度、低浓度的标准气体进行检查时， c e m s 参考值与测定值的相对误差应达到5 。 ( 5 ) 相对准确度：当参比方法测定烟气中二氧化硫、氮氧化物浓度平均值： a 2 5 01 t m o l l m o l ( s o z 、d 和n 0 2 分别为7 1 5 孵垅3 、3 3 5m g m 3 和5 1 3 m g m 3 ) 时，相对准确度不超过1 5 ； b 2 5 0i t m o l m o l ( s 0 2 、d 和1 7 0 2 分别为7 1 5 ，孵m 3 、3 3 5m g m 3 和 5 1 3m g m 3 ) 时，参比方法和c e m s 测定结果平均值之差的绝对值应不大于 2 0 9 m o l m o l ( s 0 2 、d 和n 0 2 分别为5 7 孵m 3 、2 7m g m 3 和4 1m g m 3 ) ； c 1 0 m s 时，速度相对误差1 0 4 温度连续测量系统技术指标主要是指示值偏差应3 【2 3 1 。 2 3 c e m s 主要技术指标检测方法 本节对2 2 - 3 中要求的c e m s 的各技术指标的检测方法做了详细介绍。， 2 3 1 颗粒物c e m s 技术指标检测 ( 1 ) 零点漂移和量程漂移 在检测之前，应该对零点和量程值进行人工校准或者自动校准，并记录最开 始的零点和量程读数。以2 4 d 时为间隔，不断测定并记录一次零点和量程值读数， 接着校准仪器零点和量程值，并把相应读数记录下来，满足1 6 8 d x 时截止。零点 漂移、量程漂移的计算方法如式( 2 1 ) ( 2 4 ) 所示： 零点漂移： z = 互一z o( 2 - 1 ) 乙= r x l 0 0 7 4。( 2 - 2 ) 式中：z o ：零点的初始读数； 互：零点的第i 次读数； 乙：零点漂移； a z ；零点漂移的绝对误差； ：所求零点漂移绝对误差的最大值； 量程漂移： a s = 墨一s o( 2 3 ) 蜀= 。r x l 0 0 ( 2 - 4 ) 式中：品：量程的初始读数； s ：量程的第i 次读数； 基于w i n c e 的c e m s 嵌入武数据库的研究 咒：量程漂移； 丛：量程漂移的绝对误差； 丛一：所求量程漂移绝对误差的最大值。 ( 2 ) 相关校准 采用c e m s 法和参比方法同时进行测定，c e m s 以一分钟为间隔记录一次 累计平均值，然后与参比方法相同时间段内测量的数值的平均值组成一个数据 对，但有效的数据对不得少于1 5 个。满足该前提条件下，按如下步骤： 第一步：相关校准前的计算。将参比方法测量值y ( 合适的单位) 与颗粒 物c e m s 平均响应x ( 一段时间内平均值) 配对，配对的数据必须符合质量控 制或质量保证要求。 a ) 测定前调整颗粒物c e m s 的输出和参比方法测试数据到统一时钟时间( 考 虑颗粒物c e m s 的响应时间) 。 b ) 计算颗粒物c e m s 在参比方法测试期间的数据输出( 取算术平均值) ，评 价所有颗粒物c e m s 数据并确定在计算颗粒物c e m s 数据平均值时是否舍弃。 c ) 确保参比方法和颗粒物c e m s 的测量结果基于同样的烟气状态，将参比 方法颗粒物浓度测量( 干基标态) 向颗粒物c e m s 测量条件下单位转换。 第二步：线性相关校准计算。在进行相关校准计算时，参比方法的每个测 量值均被处理作离散的数据点。 a ) 计算线性相关校准方程，方程给出了作为颗粒物c e m s 响应x 的函数的 u s e r n a m e ：s t r i n g 国巾a s s w o r d ：s t r i n g f = 二爿 l 如c e s s d a t a 0i j e x l r a c t d a f a op 毒蘸氟搓 v ：s a v e 到u a t a u ? r ： 翩砖i e o w m p ：e d d r a t u b u r e l e 8 m 9 - - - - _ - u s e ： 鼽o w ：d d u b l e ： 一 l 默y p e n a m e ：s t r i n g l m o d e ：s t r i n g ， 勘t y p e r o l e ：s t r i n g 卜一 一a c c e s s h e e t 0 l d i s p l a y s h e e t 0 | a l t e r s h e e t 0 i s a v e s h e e t 0 | s e n d s h e e t 0 图3 - 4 颗粒物月报表类图 用户界面能够显示、验证、发送监测数据表，测量数据数据库则可以完成 对测量数据表的保存、调用和修改，以及生成污染排放统计报表等其它的数据 库操作；污染排放统计报表能够创建、添加、调用、修改、保存。测量数据表 的属性包括污染排放企业用户名、编号、日期、时间、排放物浓度等；颗粒物 月报表的属性包括排污企业名称、监测年份、温度、流量、排污量等。 污染排放企业访问c e m s 数据库的信息管理模块上传设备信息的类图模型 如图3 5 所示。 o 叫 融洲一味眺 ” 们们 基婺= 一嘞一一一一一一一 一 箧一一 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 u s e r c o n t r o 嘎舢s e r e a m e ：s t r i n g 铆a s s w o r d ：s t r i n g n f o r m a t io n c o n t o l 两c o m p a n y n a m e ：s t r i n g 勘m o n i t o r d a t e ：d a t e 鸟d e v i c e n a m e b a c c c e s s l n f 0 0 a l t e r l n f 0 0 s a v e l n f 0 0 u s e r i n t e r t a c e 融一：o m p a n y n a m e ：s t n g 渤p o l l u e d m o d e ：s t r i n g 岛, m o n i t o r d a t e ：d a t e a c c e s s d e v i c e 0 d i s p l a y d e v i c e 0 4 m c h e c k d e w i c e o c r e a t d e v i c e 0 a l t e r d e v i c e 0 1 3 a v e o e v i c e 0 4 k j e n d d e v i c e 0 id e c l a r e l n f o m a t i0 n f 勃c o m p a n y n a m e ：s t r i n g i 两d e c i a r e t i m e ：d a t e 一岛d e c i a r e p i a c e ：s t r i n g 4 1 c h e c k l n f 0 0 s a v e l n f 0 0 s h o w l n f o o d e v i c e l n f o r m a t i0r l l n f o o r e a t 0 l l n f o a d c l 0 l n f o a i t e r 0 4 1 l n f o s a v e 0 图3 5 上报设备信息类图 排污企业登录页面，通过用户管理验证登录权限，通过操作用户界面能够 完成对设备信息表中设备信息的调用、显示和验证，还能够修改、保存设备信 息表或创建新的设备信息表；信息管理模块能进行调用、修改监测设备信息表 以及其它数据库操作；监测设备信息表能够创建、添加、调用、修改、保存设 备信息。用户界面的属性包括污染排放企业用户名、排放物类别、监测日期； 监测设备信息表的属性包括污染设备名称、设备生产者、数量、设备型号、监 测原理等；信息管理库包括排放污染物企业名称、检测时间等。 需要注意的是，对象图描述的是参与交互的各个对象在交互过程中某一时 刻的状态。由于对象图是类图在某一时刻的实例，同样的对象之间的链便是类 之间关联的实例【3 l 】，因此便可以用类模型和对象模型来描述系统的结构。 ( 2 ) 组件图 组件图主要用于描述各种软件之间的依赖关系。组件图的组成元素有组件 和关系。一个组件往往相当于实际文件，比如二进制代码文件、源代码文件还 有可执行文件。关系用带箭头的虚线段表示，把多个组件连接在一起表示组件 之间的依赖关系。 饿 虻托 基于w i n c e 的c e m s 嵌入式数据库的研究 d a t a a p p l i c a t i o n 【ji j 画 车， 广 ： 图3 - 6组件图 组件图的建模最适合通过例子来描述。系统的组件模型如图3 - 6 所示，构成 数据库应用程序的组件包括：用户登陆界面、企业或设备信息界面、运行记录 界面、监测界面、报警界面、而这些的实现都要依赖于数据服务组件。 ( 3 ) 配置图 一个u m l 配置图描述了系统中计算机和其它的硬件设备的位置以及他们 之间如何进行相互连接