环境监测数据采集平台中应用Web服务进行相关实践的分析
时间：2020-09-15 07:52:46 来源：达达文档网 本文已影响 人 
在这个飞速发展的信息化时代，各行各业各大领域基本上都会涉及到数据采集这一问题。目前，数据采集终端已经延伸到了世界各地各个角落，形成了全方位的覆盖性传感网络。为了构建出一个远程控制的环境监测数据采集平台，实现网络数据采集，专家学者们利用发展较成熟的Web服务技术，创建了具有实际意义的远程网络数据采集传输平台，真正实现了数据获取分工和功能服务器的独立工作。经过实验验证后，Web服务技术很好的完成了数据采集任务，进而此环境监测数据采集平台可以应用到实践中。
【关键词】数据采集 Web服务 传感网络
随着社会进步和工农业发展，人们越来越意识到环境质量对社会生存和发展的重要性。因此也正在积极地进行大气环境的监测工作，比如实行整体性的有害气体、粉尘、空气质量实时监测等。在经济高速发展和科学技术日异月新的背景下，大气环境数据的类型也正在迅速的变更。然而，传统的人工数据采集模式已经无法适如今大气环境监测中大数据采集和质量管理的要求。由此，针对这种动态环境的变化趋势做出预测，远程的环境监测数据采集平台应运而生。这种平台在终端采集到数据之后传送到上位机或网络上。然而，采集到的数据数量庞大，难免会出现一些重复性高、可用性差、耦合紧密的数据网络结构等问题。所以，我们将Web服务引入进来，达成更好的数据网络服务。
1 传统数据采集架构
如图1所示，传统数据采集方式是通过图中的框架实现的。底层部分的传感设备通过PC通用接口与上位机连接起来，PC通用接口可以采用COM接口或是LPT接口，若是不用PC接口也可以采用专用的板卡接口，例如NI公司开发设计的PXI板卡。如果数据采集的环境发生了动态变化，底层部分必须重新配置相应的硬件并重新编写程序，只能应用在当前数据中，其他的数据服务还要重新给予相应的数据服务，配置硬件并编写程序。这种类型的信息结构数量众多，但是基本上彼此独立，为实现数据网络跨平台应用带来了难题。传统的数据采集获取方式会得到网络结构并不利于实现泛在传感网络的构建，但是事实上，以节点为中心并具备网络通讯功能的有线或无线自组网是存在着的，想要将这种类型的传感网络组合成组网，必须设置路由设备，制约了自由灵活的接入布置。因此，专家学者们针对该难题从数据采集阶段开始了应用研究。
2 Web服务技术概述
Web服务是一种网络应用和服务的组件，主要用于为其他应用程序提供数据和服务，逻辑性较强。本地或是远程的应用程序都可以通过网络协议规定将标准数据格式，例如：Http、XML、Soap等格式送到Web服务中进行访问，经其内部执行后得到想要的结果。Web服务能够执行的任务范围较广，简单的请求或是复杂的商务处理都可以在部署完毕后直接完成，部署完毕的服务还可以反复使用。Web服务的包含性、自描述性非常好，能够实现跨网络、平台、系统的综合性服务，耦合松散，可编程性和集成性都很高。
想要实现远程环境实时监控，数据采集是必不可少的首要阶段。数据采集的过程中包括接入配置传感采集设备、数据传输、数据储存和数据处理几个环节。这些环节的功能各不相同，采用Web服务技术后能够将这些环节彻底明确的区分开来，其他应用部分想要调用数据采集链上的部分功能会更加方便，同时也为数据的跨平台、集成使用提供了方便，有效解决了信息独立问题。
将Web服务技术应用到数据采集之后，上位机的数据采集、数据网络传输和储存、数据上层显示、数据统计分析都能通过Web服务实现，形成了一个基于Web服务的数据采集平台。
3 应用Web服务技术的环境监测数据采集平台
如图2所示，将Web服务技术应用到数据采集中后，可以采用分布式传感器将数据通过传感节点汇聚起来，形成灵活的组网，传感器可以根据实际需要任意加入或退出网络。数据通过传感节点能够汇聚到一起，采集起来并进行储存。而数据采集、存储、网络传输、集成和处理等功能都可以采用Web服务技术实现，并根据不同功能分别提供对外接口，最终形成一个数据采集平台。
现有的数据网络传输服务主要是通过TCP/UDP网络实现的，先将数据采集到，然后转发出去。通常情况下，数据的采集存储服务和网络传输服务是在一台服务器上实现的。而数据的集成服务和处理服务则是高等级的应用服务，能够定向将数据进行融合处理，并为决策提供支持。
数据采集服务这项业务可以根据不同厂商提供的不同传感器动态链接库实现多通道的集成，并在同一个网络中传输转发，例如：TCP/UDP网络传输协议，给予不同的应用平台网络连接。多通道的数据采集还可以根据实际需要的数据集成处理服务提供相应的服务，各项服务之间数据共享，采用同一个数据库。
4 室内环境实验测试
有了环境监测数据采集平台搭建的理论基础以后，研究人员要先进行小范围的模拟实验，验证该理论是可以应用到实践中来的。专家学者们以室内环境监测为例，将Web服务技术应用到了环境监测系统中，构建出了室内环境监测数据采集平台。该系统的数据采集项包括：温度、湿度、气压、气体成分以及光照，通过布置在数据采集点的传感器获取数据，采集到的数据要实时存储在本地的软件系统中或是传送到网络上实现远程监控，最后根据实际需求进行集成处理或是融入到其他数据中。基本框架可以参照图3.Web服务技术能够将该系统中数据的不同功用区分开来，分别做成服务接口，方便随时调用服务。
该平台的设计将Web技术应用到了Visual Studio 2006平台上，数据采集采用OperateSite Service操作站，数据传输和网络转发采用的是TcpUdp Service，数据远程集成服务采用的是RemoteSiteView Service。
OperateSite Service操作站的服务可以布置在室内环境监测系统中的本地主机上，可以根据厂商提供的数据采集程序库动态调整采集程序，更方便传感器网络的适应和接入。TcpUdp Service数据传输和网络转发服务可以布置在本地或其它地点的主机上，远程主机也可以布置，其作用就是将采集到的数据传输到远程主机上，并接收来自远程主机的命令。RemoteSiteView Service则需要布置在远程主机上，其作用是接收网络转发传送过来的数据进行集成处理。以上几项服务是彼此分开的，独立性很强，可以根据实际需要具体布置。
实地安装好传感器后，通过Zigbee无线通讯协议组成网络，通过无线传感器节点汇集接收采集到的数据，输送到本地操作站中，再通過网络传送到远程主机上，采用Ajax异步网页传输技术将数据显示出来。
实验过后，得到了室内环境的光照监控以及温度监控的画面截图，如图4所示。
室内环境监测平台能够实时显示室内环境的各项物理参数，远程用户可以直接使用Web浏览器实时监测室内环境的状态，完全不需要任何插件。同时，用户还可以根据自身需要在平台上查询历史数据或是进一步开发集成服务，例如：实时气候分析、未来几天的天气预报等等。采用的Ajax动态网页数据异步更新技术能够有效降低服务器的负担，Web的应用交互性有所加强，即便不刷新页面，也可以与服务器实时交换数据。
平台中的Web Service集成服务还可以应用在农业大棚的植物种植中，提供实时环境监测数据，方便工作人员随时调整更为合适的农作物生长环境，进而提升作物的产量；应用到工业设施监控中，还能实现更加精细化的工业生产过程控制和自我诊断故障。
当今时代对环境保护和绿色可持续发展的理念越来越清晰，要求也是与日俱增。而气候监测数据监测对其发展与防治大有裨益，下面以气候监测为例，简要介绍Web服务技术应用到环境监测数据采集平台中的相关实践。
5 大气环境监测数据Web应用平台
大气环境的监测内容包括多个方面，二氧化硫、二氧化氮、大气质量、可吸入颗粒物等等，再与计算机网络技术结合起来，便能建立起为大气监测部门、相关企业、广大居民群众提供全面服务的大气环境动态监测平台。该平台引进了WebService技术，解决了从前信息更新效果差、共享效率低、成果普及难的实际问题。
5.1 系统数据库设计
根据该数据库的实际应用特质，我们可以将气候环境监测的实际数据按照类型特点分成基础数据、专题数据和辅助数据。
5.1.1 基础数据库
基础数据库的主要功能是为整个系统提供地图服务，包括空间数据和基础信息。具体的子数据库包括：基础地理信息数据库、大气基本等级数据库、监测大气质量基础设施数据库。
5.1.2 专题数据库
专题数据库的作用是整个系统的核心数据库，根据数据特点可以分为基础专题数据库和实时专题数据库两种类型。基础专题数据库中的数据比较稳定，大气环境的评价模型也包含在内。而实时专题数据库的数据时空性非常明显，是通过设定好的定期数据采集程序进行实地环境监测的，其中包括了大气环境质量、有害气体含量和粉尘排放量数据库。获取大气环境数据的途径比较丰富，首先，从基础数据库中提取出转化完空间坐标的监测区域大气环境采集信息，获得该地区大气基本状况的相关信息；其次，从相关部门的信息平台上提取有害气体含量与大气环境监测采集点数据，进行空间化插值格网分析；最后，将地区的高分辨率航空遥感影像图以及基础地理数据层叠加起来。
5.1.3 辅助数据库
辅助数据库中包括元数据库以及管理数据库，主要用于维护管理以及数据备份。
5.2 Web平台
5.2.1 技术方法
AJAX技术就是异步JavaScript和XML技术。该技术可以实现与服务器端的异步通信，用户在请求和相应的循环过程中获得不一样的体验。该技术能够扩展超文本指标语言，实现文档和模型之间的动态交互，转换语言，异步接收数据。
传统的网页应用程序需要客户将整个页面交到服务器端，等待相应，刷新网页后才能继续操作。这种处理模式对于程序的使用效率和数据交互能力有很大的影响，还会耗费过多的流量。AJAX技术解决了这一问题，它在客户端与服务器端间添加了一个中间层，利用客户端的闲置处理来进行服务器端的返回请求，减轻了服务器端的通信压力。使用过程中，Web页面完全不需要重新加载，可以在页面内实现与服务器的通信，用户操作不会轻易出现中断，相应快速，有效优化了Web技术的可行性。
5.2.2 功能介绍
空间展示功能。该功能可以为用户展示有害气体含量、粉尘含量、大气环境质量监测点的地图，根据不同的指标将其划分成不同的区间，通过分级专题图样展示大气环境等级分布。并通过形象的动态符号形式，直观表现出监测点的环境数据比例和分布。
环境评价功能。环境评价是这个环境监测平台的核心功能，可以进行综合评价和单个环境因素评价。用户可以自定评价标准，选择评价范围，结果会由专题地图展示出来。
统计分析功能。该功能能够将丰富的数据以直观的图形展示出来，为用户提供更加具体的决策依据，主要包括直方图、统计报表和统计地图这三种统计方式。用户可以根据不同的需求任意调取监测数据，划定任意范围或组合方式进行相关统计分析。
此外，Web服务技术还可以应用与农业生态环境监测方面。农业生态环境监测内容包括多个方面：土壤、灌溉水、大气质量、当地地质水文条件等等，再与计算机网络技术结合起来，便能建立起为农业部门、相关企业、广大消费者、农民提供全面服务的农业环境动态监测平台。该平台引进WebService技术，可以解决从前信息更新效果差、共享效率低、成果普及难的实际问题。
6 结语
Web服务技术为实现可以互相操作的应用程序提供了新型平台，也是未来网络服务的主要技术。在环境监测数据采集平台中应用Web服务技术后，可以用在日后的农业种植、工业生产、海洋开发中，实现远程实验平台的构建，通过Web服务形式提供各种不同的应用功能，并在动态数据库、数据集成处理、智能服务等方面进一步发挥作用。
参考文献
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[2]李远芳，白毅平.南海区域海洋环境监测数据库及web开发应用[J].中国新技术新产品，2010（01）：50.
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[4]卜志国.海洋生态环境监测系统数据集成与应用研究[D].中国海洋大学，2010.
作者简介
易连结，（1971-），男，大学本科学历。现为娄底职业技术学院计算机讲师。研究方向为软件开发、嵌入式电子产品开发、智能控制。
作者单位
娄底职业技术学院 湖南省娄底市 417000
