CN102790786A - 基于移动互联网的环境监控平台及监控方法 - Google Patents

Abstract

基于移动互联网的环境监控平台及监控方法本发明公开一种基于移动互联网的环境监控平台及监控方法。它充分移动互联网技术的优势提高了环境监控的准确性、可靠性和实时性。本发明的优点：1)利用最新的移动互联网技术，在下位机与服务器之间、服务器与监控终端之间通过移动互联网连接，简化了部署拓扑，节省了成本，同时用户监控更加方便，支持安装了浏览器的任何智能手机，解决了下位机IP地址不固定无法下发指令问题；2)将实时查询、服务器巡检、下位机巡检、定时上报四种监控模式互补结合，确保了监控的实时性和稳定性，避免某一种方式不工作导致监控失败的情况发生；3)归纳了一组监控对象的属性，通过这些属性定义，可以快速接入新的监控对象，以该监控对象建立数据结构，可以实时获取不稳定数据与历史数据的对比结果，对比过程中无需重新计算历史数据，确保了响应的实时性；4)服务器与用户终端之间采用服务器推送技术，在服务器与客户端之间保持长连接，一旦有监控数据上传，客户端将立即显示最新的监控数据，相比常规监控系统通过定时轮询数据库的方式，本方法更具有实时性；5)本平台可采用Saas模式，具有通用性，支持对不同行业的环境监控。

Description

基于移动互联网的环境监控平台及监控方法

技术领域

本发明涉及计算机网络领域，尤其涉及一种环境监控技术，特别是一种基于移动互联网的环境监控平台。

背景技术

人类从未像今天这样重视自身的环境，日本核泄漏事故、美国海洋石油污染事故让各个国家大量扩大监测范围和传感器安装的密度，面对海量的检测数据，其比对、验证、告警计算复杂度和数据基数都是以前从未遇到过的，如何保证这些监测数据发布的有效性、实时性、正确性成为今后监控系统要解决的首要问题。

近年来，“节能减排”成为社会、企业和家庭都日益关注的问题，控制的前提是监控，因此环境监控也成为有效控制能耗、净化环境最重要的一环。

同时，企业也需要对环境进行监控，制造企业要确保排放的有害气体控制在有限的范围内，仓库中的温度和湿度要进行监控，以免货物变质损坏，由于监控范围广，监控点数多，常规监控通过在每一个监控点设置工控机上传的方式成本高而且难于维护。

随着生活水平的提高，人们也开始重视家庭中的环境监控，特别是近年来房地产行业的高度开发后，大量新房装修后甲醛、苯酚等有害物致病的情况时有发生，而通常个人或家庭无法独立承担一整套监控系统，本发明就是在移动互联网飞速发展的背景下，建立公共的环境监控平台，家庭只需租用或购买传感器，通过智能手机即可检测家庭环境。

现有的监控技术，在传输层还主要通过串口连接传感器、通过局域网连接服务器，当大量组网时布线困难，难于维护，成本过高；在用户监控层，现有监控技术采用短信通知或电脑客户端的方式，短信方式无法提供丰富和复杂的监控内容，而电脑客户端方式无法满足携带方便，随需监控的需要；在监控方法方面，现有监控技术主要采用定时上报方式，监控方式单一，一旦接收不到数据，难以排查故障原因；在数据分析方面，现有监控方法要么不提供数据分析，要么是事后分析，无法在第一时间提供给用户更立体的监控景象。

发明内容

环境监控有很多方法，针对现有监控方法实时性差，部署复杂，成本高等因素，提出了基于移动互联网的环境监控方法，从下位机到监控服务器，监控服务器到用户监控智能终端都采用移动互联网进行联接。

针对现有监控方法方法单一，不具备冗余方案，本发明提供了一种将实时查询、上位机巡检、下位机巡检、定时上报四种机制融合的方法，提高了环境监控的准确性，实现了监控的冗余和备份机制，规避了因为其中某一种方式出现异常而导致无法监控环境的情况。

不同行业的物理监控对象差异较大，例如家庭中可以监控温度、湿度、甲醛含量、苯酚含量，工厂监控功耗、电压、液位，政府环境部门监控大气尘埃、油污等，本发明将给出这些监控物理对象的常规监控属性。当出现当出现严重偏离监控指标基数的监测数据时，基于历史数据分析其可能性，向用户推送监控数据的同时，提供分析结果，该分析以上述指标属性作为基础，例如，当最新实时检测数据超出年峰值时，报告给用户的除了该采集数据外，还包括“指标超出年峰值”提示。采用这种指标属性的好处是，每个监测点的一种的实时数据只需要在服务器中存储一条，其余数据全部在历史表中，当获得最新数据时，只需要与该条数据比较，不需要重新在数据库中查找历史数据并计算平均值，以免导致计算时间过长影响数据的实时性。

客户端采用智能移动终端通过WEB方式监控环境，采用常规页面刷新方法数据不实时，提出了服务器和监控客户端之间采用服务器推送技术，监控客户端采用Web2.0 AJAX技术，服务器推送技术相比Web定时刷新技术，其好处是没有任何时间延迟，其原理是在监控客户端和服务器端维持一个HTTP的长连接请求，当服务器收到数据后，对该连接请求进行应答，当客户端收到应答后用AJAX技术显示监控数据，同时立即请求另一个长连接，服务器收到数据后再次应答客户端请求，如此轮询，从而保证了数据第一时间上传到监控客户端，前提是Web客户端与服务器端的连接一直保持活动状态。

本发明的优点：1)利用最新的移动互联网技术，在下位机与服务器之间、服务器与监控终端之间通过移动互联网连接，简化了部署拓扑，节省了成本，同时用户监控更加方便，支持安装了浏览器的任何智能手机，解决了下位机IP地址不固定无法下发指令问题；2)将实时查询、服务器巡检、下位机巡检、定时上报四种监控模式互补结合，确保了监控的实时性和稳定性，避免某一种方式不工作导致监控失败的情况发生；3)归纳了一组监控对象的属性，通过这些属性定义，可以快速接入新的监控对象，以该监控对象建立数据结构，可以实时获取不稳定数据与历史数据的对比结果，对比过程中无需重新计算历史数据，确保了响应的实时性；4)服务器与用户终端之间采用服务器推送技术，在服务器与客户端之间保持长连接，一旦有监控数据上传，客户端将立即显示最新的监控数据，相比常规监控系统通过定时轮询数据库的方式，本方法更具有实时性；5)本平台可采用Saas模式，具有通用性，支持对不同行业的环境监控。

附图说明

图1：是传感器、数据传输模块、服务器、监控客户端架构图

图2：是实时查询、巡检上报、定时上报的监控机制流程图

图3：是服务器推送信息到监控客户端流程图

图4：是基于AJAX的储油罐液位波动图

图5：是“短信初始会话，GPRS/CDMA数据传输”方法流程图

具体实施方式

环境监控有很多方法，针对现有监控方法实时性差，部署复杂，成本高等因素，提出了基于移动互联网的环境监控方法，从下位机到监控服务器，监控服务器到用户监控智能终端都采用移动互联网进行联接。如图1所示，这种方式部署方便，拓扑清晰，监控点之间无需布线，为海量监控提供了可能的部署模式。监控终端支持所有安装了浏览器的智能手机或其他移动终端，支持的操作系统包括但不限于WinCE，Windows Mobile，Android，Symbians，MAC OS。服务器采用主从热备模式，硬件采用两台X3650M3系统，软件采用IBMWebSphere Application Server Network Deployer 6.1集群工作模式，数据库采用Oracle10G。传输模块为集成网络功能的一个嵌入式设备，采用联通CDMA通信模块或电信GPRS模块。传感器因监控的环境指标不同而有所区别，通过串口，PLC，RFID网络，Zigbee，MESH等方式接入到传输模块。

针对现有监控方法只采用定时上报单一途径，本发明提供了一种将实时查询、上位机巡检、下位机巡检、定时上报四种机制融合的方法，提高了环境监控的准确性，实现了监控的冗余和备份机制，规避了因为其中一种方式出现异常而导致无法监控环境的情况。如图2所示，用户首先通过智能终端访问服务器站点，在Web界面中设置要监控的指标，定时上报的频率，以及一个短信号码，该号码用于巡检无法上报时通过短信通知管理员，完成设置后，下位机按照预设的规则上报数据。

用户查询是一个同步处理过程，在智能终端上输入要查询监控对象，服务器收到指令后让用户等待，然后将指令通过Socket UDP方式下发到下位机传输模块，下位机读取传感器获得的环境数据后通过HTTP Post方式把数据回传给服务器，服务器收到结果后通过HttpServletResponse对象Write()方法把JSON对象传递给用户查询终端。

在此过程中，可能出现两种异常，一种是服务器下发指令到下位机后在规定时间内没有收到响应，另一种是下位机向上位机回复过程中在规定时间内没有完成HTTP Post操作。前一种情况，服务器端将该会重新发起指令，如果3次后仍然没有响应，服务器把该监控对象加入到巡检队列中；后面一种情况，下位机将会重新向服务器发起HTTP Post请求，如果3次后仍然没有响应，下位机把该监控对象加入到下位机巡检队列中。

在系统设定的定时巡检周期开始后，上位机对巡检列表内的监控对象重新发送命令到下位机传输模块，下位机收到指令后采集实时数据，然后上传，如果上传不成功，再次加入到下位机巡检列表中，如果服务器下发指令没有收到响应，重新把该监控量加入到服务器巡检列表中；同样，下位机也对下位机巡检列表的监控对象重新采集数据，然后通过HTTP Post上传到服务器，如果服务器没有响应，再次将该监控对象加入到下位机巡检列表。

当定时上报周期开始后，下位机将用户要求上报的所有监控量进行采集，然后上传到服务器，上传过程中如果服务器没有响应，将该监控对象加入到下位机巡检列表。

用户通过智能终端查看服务器巡检列表的监控对象，查询要巡检的监控对象是否过多，如果过多会导致执行效率问题，用户通过指令清除服务器巡检列表。用户通过特殊指令下发服务器查看下位机巡检列表，可以对下位机巡检列表进行清除操作，当查询下位机巡检列表不成功时，直接执行清除操作。

不同行业的物理监控对象差异较大，例如家庭中可以监控温度、湿度、甲醛含量、苯酚含量，工厂监控功耗、电压、液位，政府环境部门监控大气尘埃、油污等，本发明给出这些监控物理对象的常规监控属性定义：

1.监控对象名称：监控对象的名称，如温度、电压等

2.监控对象计量单位：监控对象计量单位，如℃，伏特等

3.上限：用于校验传感器上传数据是否正确，例如二氧化碳含量不可能超过100％，如果超过100％判定为传感器异常

4.下限：用于校验传感器上传数据是否正确，例如功率下限为0，如果出现负数可以判定为传感器异常

5.最近采集值：指该监控对象最近一次采样的结果

6.最近采集时间：该监控对象最近一次采样的时间

7.告警表达式：由于告警分等级，不同的监控对象告警级别划分不同，因此采用表达式，该表达式写法为：【条件1：级别1】【条件2：级别2】【条件3：级别3】，例例如：某仓库的温度告警表达式为：

【((x＞30)&&(x＜40))||((x＞0)&&(x＜10))：轻微】【((x＞＝40)&&(x＜50))||((x＞-5)&&(x＜＝0))：重要】【(x＞＝50)||(x＜＝-5)：严重】

其中“&&”表示逻辑关系“并且”，其中“||”表示逻辑关系“或者”，因此上述表达式含义为：

1)当温度在30°～40°或者0°～10°，轻微告警

2)当温度在40°～50°或者-5°～0°，重要告警

3)当温度大于50°或者小于-5°，严重告警

8.年均值：该监控对象过去1年中的平均值

9.月均值：该监控对象过去1月的平均值

10.日均值：该监控对象过去24小时的平均值

11.年峰值：该监控对象过去1年中的最大值

12.年谷值：该监控对象过去1年中的最小值

13.月峰值：该监控对象过去1月中的最大值

14.月谷值：该监控对象过去1月中的最小值

15.日峰值：该监控对象过去24小时中的最大值

16.日谷值：该监控对象过去24小时中的最小值

当出现当出现严重偏离监控指标基数的监测数据时，基于历史数据分析其可能性，向用户推送监控数据的同时，提供分析结果，该分析以上述指标属性作为基础，例如，当最新实时检测数据超出年峰值时，报告给用户的除了该采集数据外，还包括“指标超出年峰值”提示。采用这种指标属性的好处是，每个监测点的一种的实时数据只需要在服务器中存储一条，其余数据全部在历史表中，当获得最新数据时，只需要与该条数据比较，不需要重新在数据库中查找历史数据并计算平均值，以免导致计算时间过长影响数据的实时性。

客户端采用智能移动终端通过WEB方式监控环境，由于采用常规页面刷新方法数据不能实时显示现场数据，提出了服务器和监控客户端之间采用服务器推送技术，监控客户端采用Web2.0 AJAX技术。服务器推送技术相比Web定时刷新技术，其好处是没有任何时间延迟，其原理是在监控客户端和服务器端维持一个HTTP的长连接请求，当服务器收到数据后，对该连接请求进行应答，当客户端收到应答后用AJAX技术显示监控数据，同时立即请求另一个长连接，服务器收到数据后再次应答客户端请求，如此轮询，从而保证了数据第一时间上传到监控客户端，前提是Web客户端与服务器端的连接一直保持活动状态。

如图3所示，用户通过智能移动终端打开站点页面，页面中嵌入Javascript代码调用AJAX Engine，向服务器发送HTTP请求，数据包为JSON对象，服务器收到请求后，先把数据库中已有的监控数据取出，打包为JSON对象后反馈给客户端，客户端收到响应后先后执行两步操作：

1)将数据通过JavaScript更新到页面上，用户将会看到登陆时刻最新的监控数据

2)立即向服务器自动发起一个连接请求，请求获取监控数据

该请求服务器收到后将暂时不做回应，直到有新的监控数据到达，服务器将新的监控数据打包后回传到客户端，客户端收到数据后继续执行上述两步操作，如此循环，在用户关闭浏览器前都能够保证用户看到的数据时最新的，而且不需要用户主动刷新。图4所示为设置为每小时上报一次的油罐液位监控，其中柱状图为该时刻当月峰值，曲线图为实时液位。

采用“短信初始会话，GPRS/CDMA数据传输”方法，避免了下位机IP地址不固定导致无法通过上位机找到下位机的困难，该方法的流程为：

1)上位机准备下发指令，将要下发的指令存入数据库临时表中，同时通过短信Modem下发连接指令到下位机

2)下位机Modem通过SIM卡接收连接指令，连接指令中包含上位机IP地址和端口

3)下位机收到连接指令后向上位机IP地址通过GPRS/CDMA网络发送Socket连接请求

4)上位机Socket Server监听线程收到请求后，查询数据库临时表找到相应业务指令

5)上位机通过GPRS/CDMA网络向下位机发送业务指令

6)下位机作为Socket Client通过GPRS/CDMA网络接收Socket数据，解析后即可执行上位机发起的业务指令

上位机下发指令分为连接指令和业务指令两种，其指令格式构造如下：

下发连接指令格式：

总计字节数：56字节，小于短信70字节限制，因此可以作为一条短信发送下发业务指令格式：

Claims (6)

1.基于移动互联网的环境监控方法，其特征在于通过短信初始会话，通过GPRS/CDMA数据传输，实现数据上行和数据下发，上位机下发指令时首先向下位机发送一条短信，告知服务器公网IP地址，下位机收到短信后向上位机发送Socket请求，服务器收到Socket请求后向下位机发送详细指令数据，下位机收到指令数据后执行指令。

2.基于移动互联网的环境监控方法，其特征在于将实时查询、上位机巡检、下位机巡检、定时上报四种机制互补融合，当实时查询失败时等待定时上报，如果定时上报失败启动上位机巡检，下位机上报数据出错时启动下位机巡检。

3.基于移动互联网的环境监控方法，其特征在于当出现严重偏离监控指标基数的监测数据时，基于历史数据分析其可能性，向用户推送监控数据的同时，提供分析结果，提前计算历史数据，分析过程迅速，保证实时性。当上位机收到监控数据后，进一步比较历史数据，如果超过最大值、小于最小值，发出告警，进一步把该数据加入历史数据，进一步更新该指标的历史数据最大值、最小值、平均值。

4.基于移动互联网的环境监控平台，其特征在于采用通用监控指标集表达标准环境监控对象，触发告警规则采用通用监控告警表达式。其特征在于采用SAAS(Software as aService“软件即服务”)模式，用户登陆环境监控Web平台，自定义监控对象、告警规则、告警方法、告警途径。用户根据年、月、日、全部来查询监控数据，平台提供数据表格下载。

5.基于移动互联网的环境监控平台，其特征在于服务器和监控客户端之间采用服务器推送技术，监控客户端采用Web2.0AJAX技术，服务器推送技术相比Web定时刷新技术，没有任何时间延迟，其原理是在监控客户端和服务器端维持一个HTTP的长连接请求，当服务器收到数据后，进一步该连接请求进行应答，进一步的，当客户端收到应答后用AJAX技术显示监控数据，进一步的客户端向服务器端请求一个新的长连接，当服务器收到数据后再次应答客户端请求，进一步循环，直到客户端关闭。

6.基于移动互联网的环境监控平台，其特征在于监控客户端采用Web2.0技术，通过浏览器实现监控，既能够在传统电脑上使用，也能在智能手机、PDA上使用，提供实时监控曲线图，收到重要告警时播放告警音乐，不同告警播放不同声音，并触发屏幕震动。

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