工程机械远程监控综合服务系统关键技术研究

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随着工程机械智能化水平的不断提高,GPS定位技术以及GPRS通信技术的日益成熟,原来孤立自治的工程机械单机可以拥有与外部对象交换数据的能力,并作为一个信息节点,与其他单机设备构成工程机械信息网络。工程机械远程监控系统是建立在该工程机械信息网上的一个应用系统,通过实时采集工程机械设备的地理位置和施工工况,达到远程监控和故障诊断的目的。近几年,工程机械远程监控系统在工程机械制造行业得到推广应用,由于系统在工程机械的工况监测和远程控制方面表现突出,能够为工程机械的产品研发、售后服务等提供技术支持,因此,该系统逐渐融入工程机械制造企业信息化管理体系,并成为其中一个重要组成部分。新的应用需求对系统现有架构、功能及其性能提出了更高的要求,主要体现为以下两个方面:  一、系统的监控规模进一步扩大,由工程机械产品的单一监控向包括工程机械产品、服务车和客服人员在内的集成监控转变。为此,系统的数据库、通信服务模块面临重构和性能优化等问题。  二、系统要与企业内其它信息系统实现一定程度的数据共享或融合,达到多系统协同作业、强化企业信息一体化管理的目的。为此,系统架构及其功能设计要考虑面向企业应用集成的因素。本文面向工程机械远程监控系统大规模化、集成化发展需求,研究了系统架构、数据库重构与优化、通信服务和地理信息服务等方面的关键技术,实现了工程机械远程监控综合服务系统的构建与开发。  首先,通过分析系统用户的特点,面向三类客户群确立基于B/S、C/S和WebService的客户端构成。为了满足C/S和B/S两种结构嵌套应用的需求,基于三层架构实现了服务器软件模块化设计,提出了多服务器协作的分布式部署方案。  其次,围绕大型数据库的设计和优化问题,分别从模型结构、物理实现和数据访问三个方面展开具体研究工作:1)针对三类对象的集成监控特点,统一其在数据库中的存储模型;2)针对具有二维生长特征的大容量表,提出一种融合拆分和分区技术的优化方法,实现了海量数据的分布式存储与管理,有效解决了数据访问时的I/O负载平衡问题;3)利用索引机制,通过在一些访问频率较高的表上创建聚集索引或非聚集索引,改善数据库的查询性能;4)面向应用制定了使用数据库连接池、存储过程和批处理等多种手段的混合访问策略,建立了一套面向服务的分布式访问机制,以达到最大程度提升数据库运行性能的目的。  再次,探讨了三种网络通信方式的通信机制及其通信模型的设计与实现。基于GPRS的无线通信是工程机械设备和服务车普遍采用的通信方式,本文设计了基于TCP长连接的异步Socket通信模型,为解决TCP单端口监听的连接瓶颈问题,提出了多端口监听的分布式通信服务方案。客服人员的定位服务依赖于第三方LBS平台的网络通信,本文基于XML的Port接口规范创建了面向TCP短连接的异步通信模型,设计了单人点名和群体点名两种人员定位服务接口,以从第三方平台获得高效的LBS定位服务。M2M是一种物联网通信技术,利用M2M平台作为监控对象和通信服务器之间的网络通信枢纽,为双方提供数据透传服务。本文探讨了基于Web Service的M2M通信模型的设计,并验证基于M2M平台的新通信模式是切实可行的。  地理信息服务是综合服务系统的重要组成部分,由于组件式GIS和地图API技术用于后台服务开发时存在一些弊端,本文提出了基于关系型空间数据库的实现方案,主要解决两个问题:一是自定义空间数据库模型的设计与实现;二是基于空间数据库的地理信息识别算法的研究。本文通过解析MapInfo矢量地图中空间数据存储结构,建立了关系型空间数据库模型,实现了矢量地图数据文件到关系型数据库的转换。然后,研究了基于T-SQL语言实现的关于目标位置周边道路和所属行政区域信息的识别算法,为地理位置的反向地址解析服务提供方法。关系型空间数据库的构建,将面向矢量模型的空间数据查询问题转化为了面向实体-关系模型的条件查询问题,为空间数据处理提供了一种全新的解决思路。  最后,完成了综合服务系统应用软件的开发,实现了工程机械、服务车和客服人员的一体化远程监控管理,以及面向企业应用集成的远程信息服务。并重点探讨了基于Dijkstra算法的人车一体化智能派工调度服务、工程机械营销数据统计服务,以及工况数据图表服务的开发与实现。实践证明,综合服务系统适用于工程机械产品的大规模监控与管理,其远程信息服务在一定程度上实现了与企业其他信息系统的数据共享与融合。
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