（机械制造及其自动化专业论文）多功能航标信息管理与可视化研究.pdf

哆 l l t独创性声明 本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特 1 1 1 1 1 以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证二抟而使用过的材 料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作 了明确的说明并表示了谢意。 签名：玄函日期：垫坦：! 至 学位论文使用授权书 本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定， 即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权武汉理工大学可以将本学位 论文的全部内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 其他复制手段保存或汇编本学位论文。同时授权经武汉理工大学认 可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会 公众提供信息服务。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 研究生( 签名) ：幺撬 导师( 签名) ：丕毒和期) , 0 0 、i 乙 矸 承 嘻 i 武汉理t 大学硕士学位论文 摘要 目前，我国航标管理( 航标信息管理) 仍然停留在人工手动操作阶段，大多数 信息采集管理依旧采用工作人员值守、轮船循检等手工方式来执行，从而导致 航标信息传递的周期长，且操作管理很不方便，维护成本也很高。 本论文结合三峡航道多功能航标项目的实际出发，设计开发了一套多功能航 标信息管理与可视化系统，既适合内河航道信息监测管理又经济可靠。本系统 集电子江图，各种传感器检测，信息采集于一体，能探测航标周围温度、湿度、 气压、降雨量、风向、风速等气象水文信息，可帮助航道管理部门快速掌握航 标的工作状态，及时发现航标故障，提高航标的可靠性和航道运输的安全性； 同时通过软件端发送指令，可查询、控制航标等状态，遇到紧急情况时，自动 报警。本文在全面分析航标信息管理功能的需求分析上，给出了系统的总体设 计方案和流程图，划分了系统的功能模块，完成了各种模块之问的信息传递设 计。在设计过程中，本人对软件整体设计，信息采集，电子江图，可视化研究 等方面做了深入的研究。 以电子江图和数据可视化技术作为航标信息管理是本系统最大的优点，通过 信息采集实时监测航标状态是本系统另一特色。结合v c + + 6 0 串口通信编程技 术，很好的实现了在线监测功能。文中提出了可视化研究技术，通过编程实现 信息的采集并且以图像形式显示出来，更直观的显示各种信息。此外，本文还 对航标信息管理的数据库设计和程序设计进行了详细的讨论，并最终以软件展 示的形式对系统的功能做了详细介绍。 关键词：航标；航标管理；电子江图；可视化；监控 本论文得到r 西部交通建设科技项目的支持( 2 0 0 9 3 2 8 8 11 0 6 4 ) 矿 皇 j - 武汉理t 大学硕士学位论文 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，c h i n a sa i d st o n a v i g a t i o nm a n a g e m e n t ( a i d st on a v i g a t i o n i n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ) s t i l lr e m a i n si nt h el a b o r - i n t e n s i v es t a g e m o s to ft h e i n f o r m a t i o nc o l l e c t i o nm a n a g e m e n ti m p l e m e n t e db ym a n u a lw a y a d o p t sh u m a ng u a r d a n dr e g u l a ri n s p e c t i o no ft h es h i p ，w h i c hr e s u l t si nl o n gc y c l eo fa i d st on a v i g a t i o n i n f o r m a t i o nt r a n s m i s s i o n ，a n di n c o n v e n i e n c e sb r o u g h tb yo p e r a t i o n sm a n a g e m e n ta n d h i g hm a i n t e n a n c ec o s t sa sw e l l t h i st h e s i sc o m b i n e dw i t ht h er e a ls t a t e so ft h em u l t i c h a n n e lb u o yo ft h et h r e e g o r g e sp r o j e c t ，d e s i g n e da n dd e v e l o p e dam u l t i f u n c t i o n a li n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t s y s t e m o fa i d st o n a v i g a t i o n f o ri n l a n d w a t e r w a yi n f o r m a t i o nm o n i t o r i n g m a n a g e m e n te c o n o m i c a l l ya n dr e l i a b l y t h es y s t e mi n t e g r a t e se l e c t r o n i cc h a r t ， v a r i o u ss e n s o r sa n dd a t aa c q u i s i t i o nm o d u l ei n t oo n e i ti sa b l et od e t e c ta i d st o n a v i g a t i o na r o u n dt h et e m p e r a t u r e ，h u m i d i t y ，a i rp r e s s u r e ，r a i n f a l l ，w i n dd i r e c t i o n ， w i n ds p e e da n do t h e rm e t e o r o l o g i c a la n dh y d r o l o g i c a li n f o r m a t i o nt h a tc a nh e l p c h a n n e lm a n a g e m e n tt og r a s pt h ew o r ks t a t eo fa i d st on a v i g a t i o n ，a n dd e t e c ta i d st o n a v i g a t i o nf a i l u r et i m e l yi no r d e rt oi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fa i d st on a v i g a t i o na n d t h es a f e t yo f w a t e r w a yt r a n s p o r t ；b ys e n d i n gt h es o f t w a r ec o m m a n d s ，i tw i l lq u e r y a n dc o n t r o lt h es t a t ea i d st on a v i g a t i o n ，e t c ，i na ne m e r g e n c ys i t u a t i o n ，i tw i l la l a r m a u t o m a t i c a l l y t h i st h e s i sb a s e do nac o m p r e h e n s i v ea n a l y s i so ft h ed e m a n df o ra i d s t on a v i g a t i o ni n f o r m a t i o na n a l y s i sm a n a g e m e n ts y s t e mt h a tg i v e st h eo v e r a l ld e s i g n p r o g r a ma n df l o wd i a g r a m ， w h i c hd i v i d e st h ef u n c t i o n a lm o d u l e so fs y s t e ma n d c o m p l e t e st h et r a n s f e ro fi n f o r m a t i o nb e t w e e nv a r i o u sm o d u l e sd e s i g n i nt h ed e s i g n p r o c e s s ，t h eo v e r a l ld e s i g no ft h es o f t w a r e ， i n f o r m a t i o na c q u i s i t i o n ，e l e c t r o n i c c h a r t ，v i s u a l i z a t i o nh a sd o n ei n d e p t hr e s e a r c h t a k i n ge l e c t r o n i cc h a r ta n dd a t av i s u a l i z a t i o nt e c h n o l o g ya sa i d st on a v i g a t i o n o fi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ti st h eb i g g e s ta d v a n t a g eo ft h i ss y s t e m a n dr e a l - t i m e m o n i t o r i n go fa i d st on a v i g a t i o nt h r o u g ht h ei n f o r m a t i o nc o l l e c t i o ns t a t u si sam a j o r n n i ， 一 哇 武汉理工大学硕士学位论文 f e a t u r eo ft h i ss y s t e m c o m b i n e dw i t hv c + + 6 0s e r i a lc o m m u n i c a t i o np r o g r a m m i n g a n dal i n em o n i t o r i n gf u n c t i o ni sr e a l i z e dw e l l t h i st h e s i sp r e s e n t sv i s u a l i z a t i o n t e c h n i q u e s t h ec o l l e c t i o no fi n f o r m a t i o nt h r o u g ht h ep r o g r a m m i n gh a sb e e nr e a l i z e d a n di ss h o w nb yd i s p l a yo ft h ei m a g e ，m o r ei n t u i t i v ed i s p l a yv a r i o u si n f o r m a t i o n i n a d d i t i o n ，t h ee f f e c to fa i d st on a v i g a t i o ni n f o r m a t i o nm a n a g e m e n t ，d a t a b a s ed e s i g n a n dp r o g r a m m i n gw e r ed i s c u s s e di nd e t a i l ，a n df i n a l l ys h o wt h ef o r mo fas o f h v a r e s y s t e mw i t hi t sf u n c t i o ni nd e t a i l k e y w o r d s ：a i d st on a v i g a t i o n ，a i d st on a v i g a t i o nm a n a g e m e n t ，e l e c t r o n i cc h a r t ， v i s u a l i z a t i o n ，m o n i t o r i n g i l i 蠢 武汉理工大学硕士学位论文 目录 第1 章绪论1 1 1 选题背景1 1 2 当前国内外航标研究现状1 1 2 1 国内现状1 1 2 1 三峡航道局航标管理现状2 1 2 2 国外研究现状3 1 3 本论文研究的目的和意义3 第2 章信息管理系统需求分析4 2 1 多功能航标信息管理系统需求分析4 2 2 电子航道图管理子系统需求分析5 2 3 通信子系统需求分析5 2 4 航标遥测监控子系统需求分析7 2 5 数据库管理子系统需求分析9 2 5 1 常用数据库9 2 5 2 常用数据库比较1 1 2 5 3 拟建立数据库功能结构1 1 2 6 软件开发环境一一一一1 2 2 6 1 通过v c 实现信息管理1 2 2 6 2 调用外部$ 5 7 实现江图显示1 3 第3 章信息管理系统总体设计1 5 3 1 数据库总体设计1 5 3 1 1 数据库模型图1 5 3 1 2 数据表和数据字段的整体设计1 6 3 1 3 编码规范1 9 3 2 气象水文采集模块设计1 9 3 2 1 温度采集模块2 0 3 2 2 湿度采集模块2 0 3 2 3 大气压采集模块2 l 3 2 4 降雨量采集模块2 1 武汉理t 大学硕士学位论文 3 2 5 风向采集模块2 2 3 2 6 风速采集模块2 2 3 2 7 水流采集模块2 2 3 2 8 水深采集模块2 3 3 2 9 溢油采集模块2 3 3 2 1 0 能见度采集模块2 3 3 3g p s 定位模块2 4 3 4 数据后期处理与管理2 5 第4 章可视化信息管理系统设计2 6 4 1 可视化的定义2 6 4 2 信息管理子系统模块设计2 7 4 3 可视化信息管理模块功能设计2 8 4 3 1 通信服务器收发模块设计2 8 4 3 2 通信服务器中心处理模块2 9 4 3 3 溢油监测模块2 9 4 3 4 监控工作站中心处理模块3 0 4 3 5 数据库中心处理模块3 l 4 3 6 历史数据查询模块3 1 4 3 7 管理员管理模块3 1 4 3 ：8 文件管理模块：j ：j ：3 2 4 3 9 航标监控模块3 3 4 3 1 0 数据报表模块3 4 4 3 1 l 视图管理模块3 7 4 3 1 2 航道图显示模块3 8 4 3 1 3 系统设置模块3 9 4 4 系统模块接口与功能的整合4 0 第5 章软件平台开发4 2 5 1 数据的采集及相关协议4 2 5 2 软件界面设计4 4 5 3 软件程序设计及功能实现4 4 5 3 1 用户登陆操作4 5 5 3 2 用户管理操作4 5 v 武汉理工人学硕十学位论文 5 3 3 数据查询操作4 6 5 3 4 航标遥测遥控功能操作4 7 5 3 5 可视化设计部分代码5 1 第6 章总结与展望5 6 6 1 研究内容总结5 6 6 2 研究展望5 7 致谢5 8 参考文献5 9 攻读硕士学位期间发表的论文及参加的科研项目6 1 v i 武汉理丁大学硕士学位论文 1 1 选题背景 第1 章绪论 目前，海上的无线电技术、全球定位系统技术( g p s ) 、船舶交通管理系统 ( v t s ) 、自动识别系统( a i s ) 和电子海网技术等已逐渐成为导航和助航重要技术手 段，但传统的视觉目测导航工具航标，仍在各个港口和航道中广泛使用， 其对引导船舶准确定位。安全行驶等起着至关重要的作用，是水上运输、海洋 开发等水上作业必不可少的安全保障。当由于自然或人为的突发因素，造成航 标损坏、漂离，电池老化或航标灯器损坏等问题时，如果不能及时发现，将给 来往的船只造成危险，极大地影响船舶航运安全【2 】。目前，我国航标管理( 航标 数据收集) 仍然停留在劳动密集型阶段，大多数仍采用人工昼夜值守、目视、轮 船循检等手工采集方式、航标信息传递的周期长，实时性不高，且投入资金大， 针对此类问题，本文结合西部交通项目，完成相关课题研究，拟开发一套多功 能航标信息管理与可视化系统，通过软件端控制和采集实时数据，通过可视化 对航标进行远程实时控制，达到安全适用的目的。 多功能航标是在目前航标遥测遥控基础上集成各种传感器，除了航标传统 的助航功能外还可以采集气象与水文等信息。国外发达国家的港口已经使用， 困内上海航标处已经试点使用。实时获取航道中风速、能见度、水流速度、航 道水深、水面污染状况时空数据将有助于海事监管效率，为此本文拟开发多功 能航标监控系统，同时选取三峡坝区典型航道实施示范应用【3 1 。 1 2 当前国内外航标研究现状 1 2 1 国内现状 当前，国内航标研制也逐渐趋向智能化，由单一的功能逐步增加气象水文 信息采集、溢油检测、定位等功能。目前，航标智能化主要体现在航标使用材 质、航标用电池及和航标遥测遥控功能【钔。当前的航标通过人工控制管理，且信 号受环境影响极大，定位精度不高，对于同益要求的高精度定位和高效率的信 武汉理一f 大学硕士学位论文 息传输以及便捷的数据库分析管理，已经不能满足要求。多功能航标系统的开 发应用，拓展了航标本身功能，利用集成的温湿度、气压、雨量、风向、风速、 溢油检测等传感器，能实时检测航标附近的水文、天气、污染和航道信息以及 航标是否需要维护等相关信息。利用航标与无线传感网络构建多功能信息无线 网络通讯系统，规避了公网的弊端，节省了通信费用。再加上g p s 系统的应用， 可精确定位每辆过往船只的具体地理信息，使远程控制与监测达到可能【5 1 。故本 文开发一套多功能航标信息管理与可视化系统很有必要。 历史上曾经使用视觉航标作为目测导航工具，其主要依靠巡检船定时巡检 和过往船只的报告等形式进行维护，航标维护周期长，特别是由于自然或人为 的突发因素，造成航标损坏、漂离、电池老化或航标灯器损坏等情，同时，不 能及时发现并修复，给来往的船只造成危险，极大地影响航道安全和航道的使 用率，这种维护方式已经明显滞后于航运发展的需要，迫切需要提高航道管理 和航标维护的水平，实现航标维护和管理的自动化、智能化。 多功能航标的开发采用先进的传感技术【6 1 、通信技术集成检测水流速度、水 深、大气温度、湿度、大气压强、降雨量、风向、风速等信息于航标上，利用 信息融合技术计算出整个航道的水流速分布及沿线各点的气象信息，为船舶安 全、监视船舶排污提供技术支持1 7 】。项目的实施不仅可以拓展航标的功能，还可 以收集更丰富的航道信息，对于提升内河航运能力、减少安全事故和环境污染 都有重要的价值，而且对减少水上交通事故、增进水上交通安全是必需的，对 提高水上交通效率、减少水土交通拥塞也是必不可少的。因此本项研究市场需 求大，可在内河海事监管以及航标维护领域广泛推广与应用。 1 2 1 三峡航道局航标管理现状 三峡坝区河段是长江黄金水道上的关键水域，其上起庙河，下至中水门， 全长5 9 公里。在这条河段上横亘着三峡、葛洲坝两座大型水利枢纽、长江三峡 坝区河段的通航、安全和环境污染等方面也成为影响长江干线航运发展和三峡 工程效益发挥的关键因素，同时也成为国内外各界广泛关注的焦点【8 1 。 随着三峡坝区河段航运事业的快速发展，对航标的要求越来越高。航标是 船舶安全航行的重要助航设施，航标设置的目的在于促进船舶交通安全、有效 的航行，要求功能齐全、信息化程度高、布设合理、维护及时，尤其要求航标 在船舶安全通航和航道环境保护发挥应有的作用【9 】。 2 武汉理工大学硕士学位论文 三峡坝区水域和港口的船舶流量和通航密度逐渐增加，而船舶通航水域的尺 度提高不大，水道变得越来越窄，港口越来越繁忙，水运事故频频发生，船舶 搁浅事故时有发生，且事故的危害程度也越来越大；三峡坝区污染越来越严重， 而现在没有有效的手段监督船舶的污染，影响三峡坝区水道的正常运行【i 。随 着信息技术在航运中的广泛应用，已经成为解决上述问题的有效途径。把油污 染、水流等信息采集并集成在航标上，有利于收集大量的航道信息，对提升三 峡坝区航运信息化技术水平具有重要意义，本系统通过软件监测航标状态，实 时发送控制命令，可对航标进行有效管型】。 1 2 2 国外研究现状 目前，国内对航标管理软件方面的开发技术也不是很成熟，一部分通过自 主研发技术，利用g p r s 模块信息采集技术；另一部分通过购买国外软件汉化 实现，但是造成高额的成本费用，并且都不是很理想；国外软件主要体现在对 远程监控和控制功能的单一方面，对后期数据管理以及如何进行远程控制的方 法也没有统一的标准，而且后期的数据处理不是很完善。且和原始数据结合不 是很紧密【l2 1 。本系统拟完善后期数据以及开展可视化研究。 国内外在电子江图开发方面，从原始的将纸质地图扫描分层、标点等过程 转换电子江图的基础上，直接利用专用地图软件开发，确保精度高，但是开发 过程较为复杂。本问拟结合三峡航道数字化建设为基础，结合数据融合技术， 开发一套多功能航标信息管理软件j 通过软件界面遥测遥控航标信息，可视化 方面直接利用g p s 数据生成图标在电子江图上显示，简化开发流程。 1 3 本论文研究的目的和意义 随着时代的进步，我国航标管理( 航标数据收集) 已取得了长足的进步， 但仍然存在种种问题，亟需开发一套现代化的多功能航标信息管理系统，以解 决航标功能单一、信息化水平不高及管理落后等问题。本研究旨在通过开发一 套多功能航标信息管理系统软件，完成对航标的远程控制和信息管理以及维护， 从而节约管理成本、提高管理效率f l3 1 。通过对航标的远程监控以及水文，气象 信息的采集，实现对航标遥测遥控功能。完善的数据后期维护可实时调用数据 信息，可视化界面可动态观测航标远程信息。本文通过软件编程实现对航标的 可视化控制，通过有效的控制，完成工作人工作业，最大限度降低劳动量。 3 武汉理工大学硕十学位论文 第2 章信息管理系统需求分析 2 1 多功能航标信息管理系统需求分析 随着航运事业的发展，现代船舶性能得到了很大的提高，这也给相应设置 在复杂航道上的航标提出了更高的要求。通过对传感器、通信网络和数据融合 等技术研究应用，航标已由最初的自然航标、人工航标，发展到如今自动化程 度较高的多功能航标【1 4 】，这将在很大程度上提高航标的可靠性和船舶运行的安 全性，为航标信息管理系统构建和完善提供了较高的平台，“多功能航标信息管 理与可视化系统”软件主要体现在对数据的采集、管理、遥测遥控功能和可视 化信息管理方面。从应用功能上划分包括电子航道图管理子系统、通信子系统、 航标遥测监控子系统、数据库管理子系统四大模块。图2 1 为整个航标遥测遥控 系统框架图。 表 一，一。一一。一“ 不 i 江图显示 、? 一7 用户操作_ j 分析、统计 一 管理、仿真。； 层一一一一。7 、一一“7 一一“。 一。 数 l 数据分析l 数 争龇数据婿乖鬏奎嘲t - j 层l 尸矿一一，- 7 。 黎网 层 。 应用系统 分析系统_ 7发布系统 、 模拟仿真、 、_ - 一，、一一一一，、i 、一一一。一 、。一一一i 一一一一、+ 一一一一一。一 图2 1 航标遥测遥控系统框架图 航标遥测遥控系统的运行机制可概述为：航标状态信息、报警信息采集一 航标状态信息、报警信息遥测一航标状态的遥控一航标遥测遥控维护记录【1 5 】。 遥测遥控终端i p v e w - = t h i s ； c m a i n f r a m e 幸p f r a m e = ( c m a i n f r a m e 幸) ( a f x g e t a p p o - m _ p m a i n w n d ) ； i f ( p f r a m e ! = n u l l ) p f r a m e - o n c h a n g e s t 0 ； m _ _ p y i m a e n c c t r l = & p f r a m e 一 m _ _ y i m a e n c c t r l ； r e c t c l i e n t r e c t ； g e t w i n d o w r e c t ( & c l i e n t r e c t ) ； r e f r e s h d r a w e r 在初始化屏幕或改变江图屏幕大小时应该被调用 m _ p y i m a e n c c t r l 一 r e f r e s h d r a w e r ( ( 1 0 n g l l m _ h w n d c l i e n t r e c t r i g h t - c l i e n t r e c t 1 e f t ，c l i e n t r e c t b o t t o m - c l i e n t r e c t t o p ，0 ，0 ) ； 1 3 武汉理工大学硕士学位论文 m _ _ p y i m a e n c c t r l - f o c u s l i b m a p ( 0 ) ；定位江图库中第一幅江图 ) m _ _ p y i m a e n c c t r l - s e t d r a w s h i p o p t i o n s ( f a l s e ，f a l s e ，t r u e ，t r u e ，2 0 ，t r u e ，2 0 ， 2 0 ，1 0 ) ； ) 放大缩小操作则是通过v c 函数来实现，每次操作后必须更新屏幕才能显示 效果，下面为操作的主要函数代码： 放大：m _ p y i m a e n c c t r l s e t c u r r e n t s c a l e ( m _ p y i m a e n c c t r l g e t c u r r e n t s c a l e ( ) s c a l e _ z o o m _ s t e p _ r a t i o ) ； r e f r e s h s c r e e n m a p 0 ； 缩小：m _ _ p y i m a e n c c t r l - s e t c u r r e n t s e a l e ( m _ p y t m a e n c c t r l - g e t c u r r e n t s c a l e 0 s c a l e _ _ z o o m _ s t e p _ r a t i o ) ； r e f r e s h s c r e e n m a p ( ) ； 上移：m _ p y i m a e n c c t r l - s e t m a p m o r e o f f s e t ( 0 ， m _ p y i m a e n c c t r l - g e t d r a w e r s c r e e n h e i g h t 0 ，m o 忸s t e p r a t i q 礁s c r n ) ； r e f r e s h s c r e e n m a p o ； 下移：m _ p y i m a e n c c t r l - s e t m a pm o r e o f f s e t ( 0 ， m _ p y i m a e n c c t r l 一 g e t d r a w e r s c r e e n h e i g h t 0 m o v e s t e p r a t i ot os c i 斟) ； r e f r e s h s c r e e n m a p 0 ； 左移：m l p y i m a e n c c t r l - s e t m a p m o r e o f f s e t ( 。 m _ p y i m a e n c c t r l - g e t d r a w e r s c r e e n w i d t h 0 m o v e s t e p r a t i q 艘s c r n ， 0 ) ； r e f r e s h s c r e e n m a p 0 ； 右移：m _ p y i m a e n c c t r l s e t m a p m o r e o f f s e t ( m _ p y i m a e n c c t r l - g e t d r a w e r s c r e e n w i d t h 0 幸m o v e s t e p r a t i ot os c r n ，o ) ； r e f r e s h s c r e e n m a p 0 ； 1 4 武汉理工大学硕士学位论文 第3 章信息管理系统总体设计 3 1 数据库总 3 1 1 数据库模 体设计 型图 本系统数据库总体设计为集中存储的结构方案，这种结构一方面符合系统的 运行机制，更符合数据安全的要求。系统数据库模型可以分为三层，信息发送 层、信息解析层和信息表现层见图3 1 。 图3 1 航标数据库模型图 1 5 武汉理工人学硕十学位论文 航标遥测遥控终端处于信息发送层，负责将航标动态信息，按照一定的规 则打包，并发送到指定的地址( 监控中心系统接收地址) 。 信息解析层处于三峡通航局服务器端，即中心系统平台，负责信息过滤、 信息解析以及信息存储等功能，包括系统管理及与其它系统的接口。 信息表现层的实现包含服务器端和客户端，服务器端包含航标监控服务、 g p s 服务、g i s 服务、业务数据接口等；客户端是用户使用端，采用电子航道图 操作界面，有c s 和b s 两种类型的客户端表现方式，局、处、段、站监控台 均安装客户端软件，通过分区管理和权限授予方式实现所属航标的遥测遥控。 通航局建立全区的三峡航道多功能航标信息管理系统数据库，负责存储全 区航标基本信息和遥测遥控原始数据、系统操作日志和管理信息。 航道处、航道段和航道站不建设数据库，采用电子航道图界面的客户端远 程琶录到监控中心数据库服务器，实现航标维护管理信息、航标基本信息、航 标遥测遥控数据的查询和遥控指令的发送。 航标遥测遥控终端负责采集信息，并通过无线通讯方式传送到通航局监控 中心服务器。 3 1 2 数据表和数据字段的整体设计 数据表名称：通信协议代码s n u md i cp h ap r o t o c o l ，见表3 1 。 表3 1 通信协议数据段设计 序号字段描述类型 备注 l处理航标协议编号v a r c h a r 主键 2 航标协议名称 v a r c h a r 3航标协议内容v a r c h a r 数据表名称：监控台操作人员登录同记录表$ n u mg p sy m d ，见表3 2 。 表3 - 2 监控台数据段设计 序号字段描述类型备注 l 时i 、日j v a r c h a r主键 2 用户i d v a r c h a r 3用户i dv a r c h a r 4受控对象i dv a r c h a r 5 操作描述 v a r c h a r 6操作结果描述v a r c h a r 数据表名称：终端缺省配置表$ t y p eg p sd e f a u l t ，见表3 3 。 1 6 武汉理工人学硕十学位论文 表3 3 终端缺省数据表设计 序号字段描述类型备注 1灯质报警使能v a r c h a r 2状态报警使能v a r c h a r 3默认的设备类型代码v a r c h a r 主键 4 默认的隶属单位代码 v a r c h a r 5 高压门限 v a r c h a r 6低压门限v a r c h a r 7 日光阈值 v a r c h a r 8默认的设置灯质v a r c h a r 9默认的串口设置灯质v a r c h a r 1 0 默认的工作电压校正公式 v a r c h a r 1 1默认的工作电流校正公式v a r c h a r 1 2 默认的静态电流校正公式 v a r c h a r 1 3 默认的充电电压校j 下公式 v a r c h a r 1 4 默认的充电电流校正公式 v a r c h a r 1 5默认的r 光值 校征公式 v a r c h a r 1 6 终端的设备类型 v a r c h a r 1 7 协议处理类型 v a r c h a r 相关说明：基点位置为度分，表示法。 数据表名称：终端数据表( 当前和历史数据) $ g p s z n r t u ( y y m m d d ) 年月日，见表3 4 。 表3 4 终端数据表设计 序号字段描述数据类型说明 1 温度 v a r c h a r 2 数据通讯是否正信 v a r c h a r内容为：正常或积压 3 湿度 v a r c h a r 4风向风速v a r c h a r 5控制字v a r c h a r 控制字 6终端状态字v a r c h a r状态字 7 终端经纬度 v a r c h a r 8大气压v a r c h a r 9 速度 v a r c h a r 1 0降雨量v a r c h a r l1 日光值 v a r c h a r 日光值 1 2终端当前电压v a r c h a r 当前电压( 蓄电池) 1 3 充电电压 v a r c h a r 充电电压 1 4充电电流v a r c h a r 充电电流 1 7 武汉理工大学硕十学位论文 续表3 4 终端数据表设计 序号字段描述数据类型说明 1 5 终端动态电流 v a r c h a r动态电流( 航标灯亮时航标电流) 1 6终端动态电压v a r c h a r 航标灯亮时的蓄电池电压 1 7 运行灯质 v a r c h a r 1 8灯泡数v a r c h a r 1 9标志2v a r c h a r 2 0 备用1 v a r c h a r 2 1备用2v a r c h a r 2 2数据来源方式v a r c h a r0 ：短信：1 ：g p r s 数据表名称：单位字典表$ g p s d i c _ u ni t _ a t t ，见表3 5 。 表3 5 单位数据表设计 序号字段描述数据类型说明 lu n i ta t ti dv a r c h a r 主键 2 单位名称 v a r c h a r 3 备注 v a r c h a r 数据表名称：报警时间字典表$ g p sd i cw a r nt i m e ，见表3 - 6 。 表3 - 6 报警时间段数据表设计 序号字段描述数据类型 说明 1c a l li dv a r c h a r 主键 2 报警时问 v a r c h a r 3备注 v a r c h a r 数据表名称：灯质字典表$ g p s _ d i c _ q u a l t i y ，见表3 7 。 表3 7 灯质字典表设计 序号字段描述数据类型说明 1 q u a _ in d e x v a r c h a r 2灯质代码v a r c h a r 3 灯质备注 v a r c h a r 数据表名称：终端配置表$ g p s n r t u p h a _ c o n f i g ，见表3 - 8 。 表3 - 8 终端配置表设计 序号字段描述数据类型说明 1 航标设备i d v a r c h a r 主键 2 安装位置( 基点位置) v a r c h a r 3 高压门限 v a r c h a r 4 日光阂值 v a r c h a r 5 撞击门限 v a r c h a r 6 拨码设置灯质 v a r c h a r 7 串口设置灯质 v a r c h a r 8 小距离漂移范围 v a r c h a r 1 8 武汉理t 大学硕士学位论文 数据表名称：操作人员信息表$ g p s _ o p e r a t o r _ i n f o ，见表3 9 。 表3 - 9 操作人员信息表设计 序号字段描述数据类型说明 1 o p e r a t o r i d v a r c h a r 主键 2用户权限v a r c h a r 3 用户名称 v a r c h a r 4 用户密码 v a r c h a r 5联系电话v a r c h a r 6隶属单位v a r c h a r 7 用户类型 v a r c h a r 数据表名称：控制信息表$ g p s _ c t r ls m s ，见表3 一1 0 。 表3 1 0 控制信息表设计 序号字段描述数据类型说明 ls m si dv a r c h a r 主键 2控制指令v a r c h a r 3 备注 v a r c h a r 3 1 3 编码规范 表3 1 1 编码规范 单位编码单位描述 1三峡通航局 2= 峡舫道局 3航道站 4 i t s 中心 3 2 气象水文采集模块设计 气象水文采集子系统的硬件设备主要包括各种气象传感器模块、g p s 模块、 船舶油污染检测传感器模块、及其它传感模块，集成为一个整体的系统，完成 信息采集终端的各项功能，并基于d _ s 证据理论和数据融合等方法对多功能航 标系统多源信息进行融合，并计算航道区域的综合信息，同时进行分类、存储。 本系统采用的大气温度传感器、大气压强传感器、大气湿度传感器都含r s 4 8 5 接r ，可与计算机或其它控制设备连接通讯，通讯协议均兼容m o d b u s 协议，可 大幅度减少布线成本，方便二次开发。这三类传感器通讯时采用的波特率为 1 2 0 0 p b s ，无奇偶检验，8 位数据位，2 个停止位，由于气象要素变化相对缓慢， 无须采样过于频繁，故采用较低的波特率进行通讯，以增加传输距离及可靠性。 1 9 武汉理t 大学硕士学位论文 按接口引线定义，连接电源线及4 8 5 总线，长距离通讯时，电源线及4 8 5 总线分别连接两根两芯双绞屏蔽线，多点通讯时杜绝星型连接和分叉连接，并 注意防雷及外壳接地。 3 2 1 温度采集模块 传感器的工作温度选定在在- 4 0 - - , 8 0 度，能适应各种恶劣的环境，本型号的 传感器由电源模块、温度传感模块、变送模块、漂零及温度补偿模块、数据处 理模块、通讯模块等组成。传感器内置信号采样及放大、漂零及温度补偿功能， 用户接口简洁、方便。大气温度传感器采集协议兼容m o d b u s 协议，高效、简洁， 可方便地与各类控制设备及计算机连接。 温度采集模块主要是利用温度传感器检测实时温度，通过串口将数据以十 六进制传输过来。通过协议解析的十六进制数据被传输到数据服务器中，软件 端程序判断该数据是否处于正常状态，如果处于正常状态并通过设定的协议校 验，则存储到数据库中，否则丢掉该数据，通过记录可以查询所有时间的温度 信息，便于比较。用户通过运行软件，切换到对话框，打开串口丌始执行，根 据传输的数据，进行解析，最后将解析的数据存储到数据库中。 3 2 2 湿度采集模块 大气湿度传感器采用的是工作温度在一4 0 7 0 度的