基于OGC SOS的水质实时监测及数据共享系统设计

摘要

随着如今科学技术的飞速发展，人们的生活水平也得到了显著的提升。但是生态环境恶化和自然资源短缺等问题正不断给人类的生活与健康带来威胁。因此，在对于生态环境进行保护的同时，对生态环境进行实时的监测显得十分必要。其中，水资源作为自然资源的一个重要部分，如何对其进行保护已日益成为人类关注的焦点，对水质参数进行实时的监测也显得尤为必要。 现如今，伴随着传感器技术的飞速发展，对水质资源的实时监测也从起初的人工检测发展到现如今的自动化实时监测。但是，由于水质参数种类较多，需要多种类型的传感器元件对水质进行相关检测，导致这些传感器的设备、通信协议、数据处理方式与存储方式均存在一定的差异性，各个元件之间无法很好的耦合，这也为水质实时监测的开发增大了难度，降低了其可维护性。不仅如此，传感器网络之间还存在着异构性与数据资源共享困难的问题。因此，如何增强不同种类的传感器之间的耦合性，解决传感器与传感器网络之间的异构性与资源的不共享性问题，已成为下一个方向研究的重点。 为了解决上述存在的问题，开放地理联盟提出了一个SWE框架，该框架为传感器与传感器网络提供了一个统一的标准。通过SWE框架下的所规定的相关服务标准与数据格式模型，用户只需要通过网络对相应类型的传感器资源进行发现、访问和应用，进而了构建一个“即插即用”的基于Web的传感器网络（Sensor Web）提供一个标准平台。 本文对水质监测状况与无线传感器网络的国内外研究现状做出论述，基于SWE的基本框架，以水质状况为研究对象，以水质相关参数如浊度、TDS值为观测参数，基于SWE框架下定义的O&M、TML和SensorML三个数据编码格式作为信息描述的方式，采用水质监测相关传感器并集成无线传输模块实现数据的采集，设计与实现了水质监测传感器观测服务系统。在遵循SWE标准框架下SOS服务标准的基础上，开发满足SOS服务标准的Web应用，实时监测水质相关参数，并通过相关请求获取水质相关的实时与历史的观测数据，实现数据共享。最终以图形化的界面的形式实时显示传感器相关的观测信息。

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第一章 引言

1.1选题背景

1.2国内外研究现状

1.2.1 国外研究现状

1.2.2 国内研究现状

1.3研究目的与意义

1.4 主要研究目标与内容

1.4.1 研究目标

1.4.2 研究内容

1.5 论文组织结构

第二章 SWE框架与系统相关技术介绍

2.1 SWE相关标准

2.2 SOS服务模型

2.2.1 SOS核心操作

2.3 无线通信技术

2.3.1 4G无线通信

2.3.2 SpringBoot框架

2.4 Ajax技术

第三章 系统的需求分析与设计

3.1 采集的水质相关参数介绍

3.1.1 水浊度

3.1.2 TDS

3.2 总体设计

3.2.1 设计目标

3.2.2 系统结构

3.3 详细设计

3.3.1 表现层

3.3.2 业务逻辑层

3.3.3 数据访问层设计

3.3.4存储结构设计

3.4 水质监测系统与数据共享服务端的交互

3.4.1 水质监测客户端的设计

3.4.2 数据共享服务端的设计

3.5 总结

第四章 水质监测与数据共享原型系统实现

4.1 开发相关介绍

4.2 底层相关设计

4.2.1 传感器相关元件介绍

4.2.2 传感器元件与通信模块的集成

4.2.3 Socket监听

4.3 系统的部署

4.4 水质实时监测系统的实现

4.5 数据共享服务器的实现

4.5.1 GetObservation请求

4.5.2 GetObservation响应

4.6 实验结果分析

第五章总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间撰写的论文

致谢