基于PDA的小水电站安全核查数据采集系统

王红旗

（广东省飞来峡水利枢纽管理处，广东 清远 511825）

0 引言

随着老电站数量的逐年增多，安全生产隐患日益突出，为进一步摸清小水电工程的安全状况及存在的问题，需要对小水电工程的基础属性、运行管理现状、安全隐患等情况，进行调查、收集，并对核查资料进行整编、校核、录入、汇总及上报，建立小水电站数据库。从 2009 年 7 月开始，广东省水利厅在全省组织开展小水电站的核查工作，由1000 多名专家和学生深入全省 9000 多个电站现场采集数据。这些电站分布于全省 21 个地市，具有点多，面广，位置偏等特点，核查工作任务重，难度大，时间紧，按照常规方法难以完成此项工作，需要利用先进信息采集技术为核查提供必需的技术支撑。

PDA 设备具有轻巧，便于携带，操作方便，液晶屏幕显示效果较好，内置 GPS，在户外作业时能够精确对站点进行定位；基于Windows mobile 系统，具有易用性和强大的扩展能力，软件升级方便，可维护强，可以无线通信等诸多优点。最新 PDA 手机集移动电话、PDA 和网络等功能于一体。同时，其超大高画质显示屏，具有体积小、重量轻等特点，令使用者使用更轻松，非常适合作为GIS 的外业数据采集设备[1]。为此，选择 PDA 作为安全核查的运行设备，设计了小水电站移动安全核查数据采集系统（以下简称移动安全核查系统）。

移动安全核查系统，利用 PDA 可以直接采集电站属性和空间数据，使核查工作既能够省时省工，又能降低劳动强度和提高工作效率，实现内外一体化的作业模式。

1 实现原理

在 WindowsCE 操作系统的环境下利用 PDA 实现网络通信时，有 2 个不同的 WindowsCE 库可以为应用程序提供网络服务，一个是网络库，利用 TCP和 UDP 协议.采用套接字 Socket 原语的 API 函数提供基本网络服务；另一个是互联网库，建立在网络库之上，为高层 Interact 协议（例如 HTTP）提供类 Socket 的 API 函数。由于网络库允许 WindowsCE的应用程序较容易和互联网上的其他机器建立连接，并且利用标准 TCP/IP 协议接收、发送其他机器的数据，所以选用网络库来实现 PDA 和局域网数据库服务器的通信。

首先建立网络库，网络库包含网络库接口和网络协议栈 2 个部分，网络接口提供一系列建立、打开、关闭等 Sockets API 函数；网络协议栈在操作系统中作为独立的任务运行，在该任务中，TCP/IP 协议运行，并且从网络设备驱动程序中接收数据包。利用网络协议栈，网络库接口可以通过操作系统的邮件箱队列进行通信。

网络协议栈作为独立任务运行有以下优点：

1）即使应用程序当前比较忙，操作系统还能够从网络协议栈中处理从网络中接收的数据包；

2）当某个应用程序由于等待网络数据到达而阻塞时，网络协议栈能继续处理其它应用程序的申请。

2 系统设计

本系统的目标是借助本系统，现场核查人员能在核查现场进行核查信息的实时录入，并将核查和小水电站位置的信息实时存入远程服务器，供局域网工作人员方便快捷地进行小水电站信息的管理维护。与此同时，内网信息或监控中心发出的指令则通过内外网回路，传递到核查现场，对现场核查进行监督和调控，形成完整的自动化数据流。为实现无阻隔，反应迅速的数据链路，现场核查终端采用PDA 结合 GPS 定位模块，现场核查结果和位置信息，利用 GPRS 服务将远程的核查结果和位置信息传输到服务端。采用 B/S 模式的信息控制端，共享这些信息。系统网络结构如图1 所示。

图1 系统网络结构

在移动安全核查系统进行正常运转前，先从数据库中下载配置信息，进行 PDA 系统中的核查任务、人员、目标等资料的下载。如果 PDA 能在当地无线网络下正常运转，在现场就能将 GPS 定位信息和现场核查等信息实时上传到远程数据库；如果当地网络不能正常运行，PDA 系统会将核查和定位信息以文件形式保存到本地存储卡中，事后当移动网络正常时上传到服务器数据库中。

PDA 数据信息采集终端界面如图2 所示。

图2 PDA数据信息采集终端界面

水电站移动安全核查系统面向电站核查、技术保障人员。具体技术方案流程如图3 所示。

图3 技术方案流程

2.1 PDA 终端软件结构设计

在进行系统设计时，应满足以下性能要求：1）系统安装简单，资源占用少，安全、稳定，上传信息快捷；2）用户界面友好，操作简单、易于使用；3）系统易于维护；4）目前手机 GPRS 网络通信费用一般以流量计费，因此，在满足应用的前提下尽量提供较少数据流量。

安全核查移动服务系统，功能模块主要包括用户登录、数据采集、系统参数设置、数据同步和自动升级等模块，各模块功能如下：

1）用户登录模块实现对登录用户和密码的验证，限制非法访问，保证整个系统的安全。特别具有设备审核功能，只有经过设备序列号（每台 PDA 都具有唯一的编号）认证的 PDA 才能连接到 socket 服务端，非法的客户端由连接检测线程进行断开处理；

2）数据采集模块实现对水电站核查信息的采集，包括运行状态，开机台数，总装机容量等；

3）参数设置模块实现对系统运行参数的设置和修改，设置内容包括服务端地址和端口；

4）数据同步模块实现将后台基础数据从数据库服务器同步到 PDA ，及将本机采集的核查数据上传到服务器的功能，为减少数据流量，设置有基础数据版本控制功能；

5）当服务器有最新版本的软件时，自动升级模块实现升级程序，使客户端软件的版本为最新。

2.2 后台支撑系统结构设计

后台支撑系统包括 socket 应用服务器和后台数据库。数据库可采用常见的关系型数据库 (如Oracle，SQL Server)。socket 服务用于接收 PDA 终端发送的命令，根据命令类型接收或者发送各种数据。Socket 服务是当前流行的一种网络解决方案，具有使用灵活，传输效率高，安全稳定的特点。socket 应用服务器可以根据业务的需要设置最大并发数目。

2.3 系统硬件设备选型

硬件设备选型时应达到以下几点要求：

1）具有程序运行能力，移动安全核查系统能够运行在该设备的硬件平台上；

2）能与计算机进行数据通信，能将核查信息通过 GPRS 传输至服务器，真正实现内外作业一体化；

3）存储设备要有足够的容量，以保证核查数据的存储；

4）电池容量要足够大，至少保证一天工作的耗电量；

5）设备体积要小，便于携带、耐用、不易死机、操作简便。

3 结语

水电站安全核查数据采集系统将 PDA 移动设备和 GPS 有机结合，在广东省小水电核查工作中成功应用，该移动信息采集终端及时将核查工作成果传回控制中心，保证核查信息的实时性、有效性、准确性，而且这些信息能通过集成进入 BS 平台，方便进行管理，使核查工作处于中心监控状态，同时，核查中心的指令能通过内外网回路能传递到核查现场，指导现场工作。这样，借助于网络、信息技术，工作人员能方便快捷地管理和查询安全核查情况，大大提高了安全核查的工作效率和力度。

[1]汪诗锋，杨崇俊，刘冬林，等. 基于 PDA 的公共交通系统设计与实现[J]. 计算机应用研究，2007, 24 (1): 280-282.