基于工业云的环保远程在线监测系统研究与实现

许美榕

摘要：基于供给侧改革的研究前提下，我国的综合国力和经济实力取得显著提高，同时促进了科学技术领域的发展。由于现代科学技术的不断完善，使各类学科技术相互交融，进而促进了远程监控技术的发展。在工业云的控制研究体系下，对远程环保在线监控系统的技术需求越来越高。为此，依据污水处理作为研究主体，开展一系列的在线监控系统研究，并对其数据处理能力和可拓展能力展开分析。基于阿里云服务器构建工业远程在线监控系统，为远程数据服务器故障研究提供了理论依据。本文依据工业云的远程环保在线监控系统作为入手点，论述了远程环保在线监控系统的研究重要性，分析了远程监控系统框架设计原理，并在阿里云服务器中初步实现了数据库对现场数据实时看守的作用，借助数据系统终端完成工业动态监控，从而体现工业云的远程环保在线系统的研究与设计。

关键词：工业云；环保远程在线监测系统；研究；实现

随着全球化时代的到来，使全球资源处于匮乏的局面。比如，我国作为一个水资源短缺的国家。在水资源的合理利用上，需要采取现代化措施，实现科学化节约水资源。与此同时，我国在水资源所占比重上较大，但是人均水资源却处于一个较低的水平。特别是随着现代工业领域的不断完善，对于水资源的需求也越来越大，导致水资源环境污染问题日益严重。再加上现代化城市发展的进程加快，导致城市出现越来越多的生活污水。为了实现国家可持续性发展战略，建立节约环保型、环境友好型社会必须深入落实新的污水处理技术，进而改善我国的污水处理效率。在对污水处理过程中可以利用现代化技术，如卫星遥感技术、无人机航拍技术、以及智能机器人的技术，以改善现有的城市污水局面。

一、针对于远程环保监控系统的重要性研究分析

在信息化水平的发展前提下，大数据技术应运而生。在数据库中存在较多的数据类型。从海量的信息数据中挖掘价值密度低的数据，将会对整个系统的研究具有重要的研究价值，同时也是划时代研究的趋势。数据挖掘作为多个学科相互渗透的一门基础性学科，通过数据采集、数据预处理等方式，得到全新的数据。现阶段，数据挖掘的研究方向主要包括数据预测分析、关联规划以及数据异常检测分析。这也就说明数据挖掘技术成为在线监控系统的研究前提。另外，在其他工业领域的研究分析上来看，应用数据预测技术是目前最为广泛的一门技术，比如原盒和真核信号的探测、天气情况的预测等等。随着现代网络运算技术的不断完善，使数据运算系统的组成越来越复杂。这些复杂的数据系统将会在实际应用过程中面临较多的问题，比如云服务器瘫痪等^[1]。

目前，在线监控系统的发展已经经历了多个阶段。在最初的人工线上监控到后期的利用现代化计算机技术实现实时监控，提高了整个监控系统的工作效率。云服务控制系统，该系统也可以对工业现场监控系统进行了优化和升级，发展到今天也就形成了一种自主的远程在线监控体系。特别是在这个环境资源日益恶化的今天，国家对环保程度越发重视。为此，国家在对环保监控系统的资金比重上有了较大的改观。对比西方发达国家来看，西方国家早在上个世纪便已经形成了一套完整的在线监控系统。虽然该套系统可能存在一定的缺陷，但也在不断的完善和改进，并充分融入多门新型学科技术，进而丰富了现代在线远程监控系统。伴随着互联网和工业相互融合的时代，以及智能制造时代的来临，使我国工业领域由传统的手工制造业逐渐的过渡到数字化、智能化方向上来^[2]。

二、针对于远程监控系统结构和数据设计的分析

（一）论述环保监控系统的需求策略

目前，利用环保监控系统能够有效地保护生态环境。该系统和传统的远程监控系统之间具有显著的差距。环保远程监控系统，具有四个方面的应用需求：一是，对于环境检测的传感器种类较多，而且分布的监控点范围广泛，这便会导致产生庞大的数据流。另外，在现场环境监控过程中会面临工作环境的变化，这要求监控系统在数据存储方面具备较强的存储性。对环境检测系统的基本功能提出了显著的要求；二是，环保远程监控系统的所有设备，将会在工作现场进行直接使用，这说明环保设备可以从事与野外探索活动。环境传感器可以在工作场地中实施台区检测数据，进而借助内部自身的无线通讯技术实现数据的实时传输，在数据传输方面需要遵循数据的可靠性与安全性为研究前提。为此，需要密切关注数据传输的可靠性；三是，利用在线检测传感器在精度方面有所降低，很容易会产生数据流失等相关难题，这时可以采取现场数据报警和相应的处理方案，利用软硬件技术尽可能的降低数据的失误率，从而提高数据的传输效率；四是，远程监控系统的监控用户包括系统维护人员、环境监管部门、政府部门、居民等，在开展工作时需要考虑到多方面的影响，合理的开展在线监控工作^[3]。

（二）论述环保远程监控系统的架构研究设计

监控系统，一般而言是采用客户端和服务器的模式成立网络架构。在整体架构方面分为两层，数据可以通过客户端直接发送给服务器。另外，数据计算和存储等相关功能均是在服务器内所完成。用户可以在客户端上实现服务器的访问，同时也可以在客户端上进行现场数据的实时监控。另外，利用浏览器与服务器的架构模式，该架构模式和客户端服务器架构模式相比，该模式在设计层次上较为复杂。这说明该架构可以给予用户更加流畅的体验感。浏览器和服务器模式主要分为三层：浏览器、网络服务器层、数据服务器层。三种结构层次分别实现不同的功能。利用工业云系统构建的网络架构，利用该种架构模式进行优化和设计。该模式搭建工业云数据平台，可以充分将数据库和服务器相互整合，进而以工业云作为数据分布式处理平台，能够实现数据的在线处理和远程访问^[4]。

（三）论述工业云平台的应用特点和优势

随着网络结构的不断完善，云计算是迄今为止最为先进的一种技术。该技术的收发地址结构简单，仅仅通过一个地址即可实现数据的传输。这说明该系统在维护过程中更加快捷、方便、安全。基于云计算下的硬件资源，可以提高整体的运算速度，同时扩展云服务功能。另外，云计算应用核心是采用并行运算的特点，进而实现强大的数据库计算功能。除此之外，不需要使用者特意对硬件进行安全维护操作。下面将简要论述基于工业云平台下阿里云计算的应用特点。一是，弹性存储特点，该特点可以利用云平台技术实现数据的弹性存储。这解决了本地硬盘存储限制的问题。一旦存储数据量超过云服务器总量时，还可以自动对服务器完成自动硬盘扩容，增加存储空间，这样可以保证现场监控数据的完整性，继而体现了数据存储的安全性；二是，资源优化整合，按照过去的资源存储方式来看，各个服务器都需要使用者进行维护，但是云计算功能可以实现计算机统一化管理，降低了使用成本，进一步扩大了运营效率^[5]。

论述现场数据通讯方式的设计研究

基于工业云的环保在线接控系统的设计中，对于传感器的需求量较大。由于传感器可以将数据完成一系列的收集工作，这项工作将需要根据现场的具体要求进行合理设计。在信息数据采集完毕后，可以根据现场的网络传输通道将数据实时传送到服务器中，完成存储工作。在数据传输过程中，可以使用Ｍodbus通信协议，进行数据采集。在通讯阶段则采用PLC通讯方式，将数据实时传入到通讯器接口。在线监控系统的设计采用Ｍodbus通讯协议。Ｍodbus通讯协议是基于PLC通讯协议的一种延伸，分为主从架构协议模式。主站的负责查询数据，并将所查询到的数据传输输到服务器端口，进而对现场采集的数据完成监测。现场设备与云服务器之间实现物理连接。既符合TCP/IP协议,在整个网络层中的使用IP协议来辨识主机，用数据包实现数据的传输功能。整个过程的数据得通过数据包的形式实现实施传输。在服务器端数据接收测试方面，需要按照预先设定的顺序进行现场数据采集和传输。整个传输过程的难度较高，但是运用云服务器的计算能力，可以走完云数据的传输流程^[6]。

三、针对于工业云服务器软件的设计与分析

（一）论述云数据库的设计研究

应用云数据存储系统需要构建与之匹配的云服务器平台，并完成三个方面的数据库设计，实现数据平台的实时对接。对于云数据库的管理方面，该部分内容是云服务器所开展的首要任务。数据库结构体系的完整性，将直接关系着现场工业控制和数据传输能力。同时也对服务器的设计复杂性提出了一定的要求。在远程工业现场上来说，数据传输到云数据库，可以实现对现场数据等相关信息的存储。在工业控制信息数据管理方面一般分为两个层次：一是实时数据库；二是关系数据库。数据库的数据模式，可以借助现场的传感器设备，获取实时数据。运用阿里云服务器的数据库存储服务，实现对数据的弹性存储。因为语言设计较为简单，可以使用SQL语言对数据库完成实时操作。在数据库设计阶段需要遵循几种模式：一是，面对数据类型和数据量不断增加的状态下，不改变数据表架构结构的前提下，需要完成对现场数据的分类，借助数据的实时回传方式，尽可能的避免数据传输的复杂程度。在整个阶段，如果一旦不注意，将会导致数据库处于一种不安全的状态；二是，在数据表传输过程中尽量不要交叉信息。由于现场的一个信息数据可能不仅仅局限于一个数据库中。为此，需要尽可能的减少数据交叉性之间带来的弊端，进而提高数据库的稳定性；三是，利用客户端进行操作时，需要遵循数据比较的结构性，不要随意更改数据表。因为更改可以容易导致数据库发生崩溃。为此，数据库系统设计时，需要根据以上三种原则进行设计。除此之外，对于现场设备采集数据来说，数据类型较大，在数据库的应用中，需要按照数据表进行分类建模。

（二）论述阿里云网络服务器的设计研究

基于阿里云系统作为研究主体，运用客户端与服务器可以直接访问阿里云服务器的网络端口，完成一系列的数据传输和查询。在设置方面需要合理的选择数据的传输方式和操作平台，阿里云系统都使用的是windows2008系统，在该服务器中使用的是NET平台的ASP技术,可以有效地控制服务器的升级。另外,还可以应用IIS服务器，该服务器可以在微软操作系统下载。该服务器能够在网络中应用，具有优良的特点和良好的兼容性。运用ASP.NET技术，可以完成脚本语言编程，拓展数据传输服务器，进一步提高数据的传输速度和查询速度。运用远程调试服务器，一般是基于VPN远程访问技术在该服务器中应用C语言程序编写。并将数据存入到相匹配的数据库，对数据库采用按照历史报表的查询方式进行查询。在数据表中，为了用户可以更加快捷地获取相应的数据，可以按时间的顺序输出excel表格，完成数据的存储，同时也可以保证数据库内的程序维持在一个数据量较低的状态，可以方便后续的程序存储和查询操作。

在历史数据的设计层次上，用户一般是通过客户端进行历史数据的查询。这时需要对设备号和站点号进行有选择的查询。依据服务器后台自动生成的SQL语言，实现数据库的数据查询功能。除此之外，在数据查询阶段数据封装的直接显示历史数据的查询接口，进而方便了用户对数据库的查询。在查询阶段可以按照时间、关键词等不同的方式查询，提高了数据的查询速度。

总结：本文利用工业云的远程环保在线监控系统，初步实现了对水资源处理系统的数据采集和传输，并在原有的数据基础下开发了以云计算为核心的服务器端口。与此同时，还开发了多平台的显示界面，从而对环境保护工作提供了数据基础，该套在线监控系统的可靠性和安全性，将直接应对后期的服务器故障的相关问题，维护了系统运行的稳定性，特别是根据在线监测系统的数据传输，可以应用神经网络，对传感器的数据采集进行预测，从而构建相应的预测数据模型，掌握实际现场发生的状况。

应用工业云的远程在线监控系统可以实现数据的整体传输。由于数据存储料较大，对于数据的深度挖掘也会对环保在线监控系统的研究和设计具有一定的指导建议。例如，对水资源的监控和分析，能够保证污水处理更加节能化，这对于未来城市污水处理发展具有借鉴价值。另外，该系统的设计数据集成方案可以实现从云端和客户端相互结合的模式，保证数据传输存储设计。让使用者接近通过移动客户端的app即可完成在线监测，实现数据分析和资源整合，进而降低企业的运营成本，提高企业的经济效益。

参考文献:

[1]董哲,陈梦娇,韩杰.基于云平台的远程环保在线监测系统研究及实现[J].工业控制计算机,2018,v.31(08):137-139.

[2]吴岳忠,汪涛,周训志,et al.基于物联网的家居室内环境在线监控系统研究[J].微型机与应用,2014(14):60-63.

[3]李之杰.基于Web的环保远程监控系统的设计与实现[D].郑州大学.

[4]路昊.基于云平台的消防设备远程在线监测系统的研究与实现[D].

[5]刘阎.基于云环境多终端文件同步系统的研究与实现[D].

[6]齐丹.基于云计算的环保物联网污染源在线监控系统设计与实现[D].天津大学.