基于nio的水质监测系统研究与实现

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1、基于nio的水质监测系统研究与实现摘要：本文从数据采集处理、系统设计、系统实现等方面论述了水质监测系统的设计与实现细节。探讨了搭建基于NI0的异步非阻塞模型的方法。关键字：nio；socket；水质监测中图分类号：A715文献标识码：A引言随着社会发展，水污染日趋严重，水质监控设施与管理水平比较落后，需要通过信息化建设为突破口，推动水质监测信息数字化、信息采集自动化、信息传输网络化、信息技术应用普及化。基于上述目标，笔者参与了水质监测信息化项目，主持设计并实现了自动化的水质监测系统。NI0是javanonblocking（非阻

2、塞）10的简称。该水质监测系统采用了NI0技术，搭建了一个异步非阻塞模型，通过该模型可以处理不同测站实时发送的水质指标数据。1、数据采集与处理远程测控终端RTU对接水位传感器、水质传感器等设备，通过GPRS通信模块接入GPRS网络，通过专线接入监测系统内网。基于NI0的水质监测系统部署在内网的应用服务器中，污染物信息通过DAO程序持久化至数据库中。实现了水质数据的采集。通过数据库的查询分析可以形成水质历史情况分析，通过数据挖掘技术研判污染趋势。水质监测数据遵循中华人民共和国环境保护行业标准HJ/T212-2005《污染源在线自

3、动监控（监测）系统数据传输标准》，上位机与现场下位机之间，基于TCP/IP协议进行传输通信。通信类型采用GPRS。数据信息中附带校验码，通过CRC校验保证数据完整性和正确性。通讯协议数据结构：所有的通讯包都是由ASCII码字符组成。其中数据段包含了请求编号、包号、命令编号、设备标识、指令参数等，命令编号又分成初始化命令、参数命令、交互命令、数据命令、控制命令等。指令参数部分根据命令编号的类别可以附带查询信息和结果信息。下位机根据上位机请求，返回查询水质指标的结果，根据污染物指标值分类。[1]污染物指标在本系统中可以灵活配置，按

4、照行业标准规定，B01代表污水瞬时流量，101代表总磷。数据返回值样例为：##0142ST=20；CN=2011；PW=123456；MN=88888880000001；CP=&&DataTime=20040516020111;B01-Rtd=100,B01-Flag=N；101-Rtd=l.l,101-Flag=N；102_Rtd=2.2,102_Flag=N&&8BBC。其中污染物B01的实时采样数据表示为BOl-Rtd=lOO；通过异步非阻塞模型实时解析收到的字符串，即可抽取所需的污染物指标数值。根据上位机的请求命令，下

5、位机可以按时发送数据信息。所示:2、系统设计系统整体设计如下NI0系统位于业务层，分为server端和client端。一个客户端对应一个与水质测站进行socket通信的进程。NI0采用轮询的工作方式，处理多线程水质通信数据。2.1需求分析接收管理站水质监测污染因子数据，包括常规PH值、温度、溶解氧、电导率、浊度、高锰酸盐指数，可以设置预警值，对达到预警值的监测点进行报警，每5分钟采集一次，每小时上报服务器，支持召测2.2系统功能结构设计系统分为client端和server端，通过server端的控制台可以管理client端进程

6、，通过命令控制台可以实现召测命令的拼装，加密和选择性发送，通过优先级管理制定不同测站的发送顺序。通过数据解析器解析分解污染物指标值，持久到数据库。通过配置管理可以进行权限，日志，审计监控等辅助功能。Client端监听水质终端连接情况，可以进行心跳包发送，保证物理链路联通，通过心跳监测诊断设备连接情况。2.3数据库设计数据库分为实时库和历史库，每天的数据量将近2000条数据，必须进行分库存储。数据备份系统采用LAN方式将数据库服务器、应用服务器的关键数据备份至备份服务器的磁盘上。数据库表分为日志表、命令配置表、污染物指标表、策略

7、表、注册信息表、发送优先级表、测站属性表、污染物字典表、污染物预警阀值表等。2.4程序设计系统采用单线程多客户端思想，在N10异步非阻塞基础上进行扩展和开发，系统在server端只占用一个进程，通过轮询的工作方式。所谓非阻塞就是线程执行方法时，不必一直等待操作就绪，所谓异步输入输出，就是不必等待输入输出处理完毕才返回。[2]模型包括如下代码类：ServerSocketChannel：可以配置阻塞或者非阻塞模式。socketChannel：支持提供read和write缓冲方法。Selector:为ServerSocketChan

8、nel监控接收连接就绪事件，为socketChannel监控连接就绪、读就绪和写就绪事件。系统运行过程将socketChannel状态为0P_READ的client进程读取信息流放入缓存队列中，为socketChannel状态为0P_WRITE的client进程写入缓存队列中