環(huán)境信息化中的實時數(shù)據(jù)庫應用

[摘要]實時數(shù)據(jù)庫是計算機控制系統(tǒng)和環(huán)境信息化管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲和展示的核心，本文結(jié)合遼寧省環(huán)境信息化中的實時數(shù)據(jù)庫的應用，介紹了實時數(shù)據(jù)庫的應用特點。通過基于實時數(shù)據(jù)開發(fā)的實際應用軟件，表明實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)極大地提高了環(huán)境信息化水平，收到了良好的間接經(jīng)濟效益。

[關鍵詞]實時數(shù)據(jù)庫；軟件開發(fā)工具；環(huán)境信息化

環(huán)境信息化的實時數(shù)據(jù)庫，進行信息化與自動化系統(tǒng)建設時，所面臨的管理信息系統(tǒng)與SCADA系統(tǒng)怎樣進行實時信息交換的問題，以及在網(wǎng)絡環(huán)境下怎樣實現(xiàn)不同平臺的應用系統(tǒng)的信息共享問題，怎樣提供標準和開放的訪問實時信息的方法問題，以及如何提供方便的在線維護實時數(shù)據(jù)信息點的手段問題。建立在基于TCP/IP協(xié)議的客戶機/服務器模式和“查詢”、“Push”和點對點主動數(shù)據(jù)傳遞方式的數(shù)據(jù)通信技術的層次化網(wǎng)絡SCADA模型上的實時數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)組件（Real Time Database，簡稱RTDB），完全滿足環(huán)境信息高速數(shù)據(jù)通信、高可用性、系統(tǒng)穩(wěn)定性、可維護性等高性能指標的需要，可以充分解決上述問題。實踐證明，應用高性能實時數(shù)據(jù)庫組件提升產(chǎn)業(yè)性企業(yè)的信息化與自動化系統(tǒng)的性能是十分有效的方法。

1、環(huán)境信息化中的實時數(shù)據(jù)庫作用

大多數(shù)環(huán)境信息化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)量都較為龐大，以環(huán)境監(jiān)測和污染源監(jiān)控管理系統(tǒng)為例，系統(tǒng)需要接入大量實時的污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)和環(huán)境質(zhì)量自動監(jiān)測數(shù)據(jù)，而常規(guī)數(shù)據(jù)處理方式會帶來數(shù)據(jù)存儲時間不長、精度不高、存取效率低下等諸多問題，而與此同時，數(shù)據(jù)量的增長與系統(tǒng)運行效率成反比，大幅增長的數(shù)據(jù)會逐步影響平臺的正常運行。為解決上述矛盾，人們在技術層面上一般采取構建分布式關系數(shù)據(jù)庫集群的方案，這無疑會增加硬件構架的復雜性，并增加維護管理和設備投資成本。針對以上問題，系統(tǒng)構架者可選擇采用成熟的實時數(shù)據(jù)庫產(chǎn)品及相關技術解決方案。實時數(shù)據(jù)庫構建樹狀數(shù)據(jù)模型，能夠提供大量、不問斷的存儲，支持多種壓縮，存儲容量大，提供大量數(shù)據(jù)挖掘分析功能，在高速、大量的存儲時能夠提供多并發(fā)的高速查詢，彌補關系數(shù)據(jù)庫在實時數(shù)據(jù)存儲、分析、查詢方面的不足，改善關系數(shù)據(jù)庫應用過程中系統(tǒng)響應速度下降、系統(tǒng)崩潰等問題，大幅提高系統(tǒng)安全性和運行效能。

2、實時數(shù)據(jù)庫結(jié)構特征分析

當前，很多項目的數(shù)據(jù)層設計都采用關系數(shù)據(jù)庫與實時數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，工況在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)中，前端工況過程數(shù)據(jù)庫和中心工況過程數(shù)據(jù)（原始庫與分析庫）采用的是實時數(shù)據(jù)庫，中心工況應用數(shù)據(jù)庫層由通用關系型數(shù)據(jù)庫來承擔。對于實時采集的數(shù)據(jù)需要能夠進行數(shù)據(jù)分析，并與關系數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換，能夠根據(jù)業(yè)務需求配置相關數(shù)據(jù)統(tǒng)計規(guī)則，定期統(tǒng)計、抽取實時數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)至關系數(shù)據(jù)庫中，實時數(shù)據(jù)庫的測點能夠與關系數(shù)據(jù)庫進行映射，構建實時數(shù)據(jù)庫的橫向業(yè)務關系模型，能夠根據(jù)業(yè)務需求，實時地組織實時數(shù)據(jù)，構建關系模型，并提供給業(yè)務系統(tǒng)。實時數(shù)據(jù)庫是采用實時數(shù)據(jù)模型建立起來的數(shù)據(jù)庫，用于處理不斷更新、快速變化的數(shù)據(jù)，以及具有時間限制的事務處理。實時數(shù)據(jù)庫技術是實時系統(tǒng)和數(shù)據(jù)庫技術相結(jié)合的產(chǎn)物，利用數(shù)據(jù)庫技術來解決實時系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)管理問題，同時利用實時技術為實時數(shù)據(jù)庫提供時間驅(qū)動調(diào)度和資源分配算法，其主要應用于自動連續(xù)數(shù)據(jù)的監(jiān)控，如電力、環(huán)保、石化、化工、鋼鐵、冶金、造紙、交通控制和證券金融等領域。

3、實時數(shù)據(jù)庫設計及應用

3.1實時數(shù)據(jù)庫的設計

系統(tǒng)結(jié)構分為四層：采集層、網(wǎng)絡層、數(shù)據(jù)層和應用層，數(shù)據(jù)直接來源于生產(chǎn)控制系統(tǒng)、治污設施控制系統(tǒng)和自動監(jiān)控系統(tǒng)。工況在線監(jiān)測及分析系統(tǒng)主要滿足了環(huán)境監(jiān)管部門日常監(jiān)管工作需要，可以實現(xiàn)重點污染企業(yè)污水、廢氣過程參數(shù)的實時查看、分析、報警和輔助決策，過程參數(shù)與污染源自動監(jiān)控數(shù)據(jù)可進行一致性校驗分析，支持環(huán)境執(zhí)法、總量核定和排污統(tǒng)計等環(huán)保業(yè)務。污染物治理設施過程（工況）在線監(jiān)測及分析系統(tǒng)以實時數(shù)據(jù)庫為基礎，在工況驗證分析、工況數(shù)據(jù)統(tǒng)計兩個基礎平臺的支撐下，實現(xiàn)對工況數(shù)據(jù)的分析和應用，主要包括系統(tǒng)管理、實時監(jiān)視、趨勢分析、報警、工況統(tǒng)計、工況核定、總量核定、企業(yè)交互及報表分析等功能。工況在線監(jiān)測及分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫按照分布式多級數(shù)據(jù)庫方式進行設計，主要分為三個層次：前端工況過程數(shù)據(jù)庫層、中心工況過程數(shù)據(jù)庫層、中心工況應用數(shù)據(jù)庫層。前端工況過程數(shù)據(jù)庫和中心工況過程數(shù)據(jù)（原始庫與分析庫）采用實時數(shù)據(jù)庫，由于工況系統(tǒng)需要存儲大量的數(shù)據(jù)，因此需在存儲前進行數(shù)據(jù)壓縮。實時數(shù)據(jù)庫具有數(shù)據(jù)壓縮功能，可以用非常小的空間來存儲大量的數(shù)據(jù)，而且還能保持相當不錯的數(shù)據(jù)精度。前端工況數(shù)據(jù)庫層由布置企業(yè)前端的工況現(xiàn)場前端工況數(shù)據(jù)庫組成，它是分布式過程數(shù)據(jù)庫的基礎層。前端工況數(shù)據(jù)庫的作用是在企業(yè)前端將全廠的工況數(shù)據(jù)做匯總，由于其布置在前端現(xiàn)場，存儲數(shù)據(jù)只受現(xiàn)場采集設備、采集網(wǎng)絡及現(xiàn)場供電情況的影響，故其完整性在整個系統(tǒng)中是最高的。前端工況過程數(shù)據(jù)庫還有一個重要的功能是通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)模塊向中心工況過程數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)實時工況數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)發(fā)模塊在網(wǎng)絡出現(xiàn)異常時會記錄最后發(fā)送的記錄情況，在網(wǎng)絡恢復時會將網(wǎng)絡中斷時間內(nèi)的歷史工況數(shù)據(jù)回補到中心工況過程數(shù)據(jù)庫中，從而保證中心工況過程數(shù)據(jù)庫中工況數(shù)據(jù)的完整性。

3.2實時數(shù)據(jù)庫的應用

實時數(shù)據(jù)庫在數(shù)據(jù)采集、存儲、顯示、分析方面擁有顯著優(yōu)勢，所以在工況在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)中得到了廣泛應用。數(shù)據(jù)處理能力：工況在線監(jiān)測與分析系統(tǒng)數(shù)據(jù)龐大，要求數(shù)據(jù)庫讀取數(shù)據(jù)和存儲數(shù)據(jù)的能力能跟上節(jié)奏，實時數(shù)據(jù)庫具有海量數(shù)據(jù)處理能力，讀取實時數(shù)據(jù)庫的時問是毫秒級，同時支持百萬級單數(shù)據(jù)庫的容量。實時工況監(jiān)控：工況監(jiān)測的一個重要功能就是實時監(jiān)測，即將工況的實時數(shù)據(jù)真實準確地反映在工況實時圖形界面上。工況實時圖形界面不但要具備實時顯示模擬量的數(shù)值變化，還要能顯示開關最的變化情況，系統(tǒng)通過紅、綠、黃顏色分別代表運行、停運、故障。趨勢分析：實時數(shù)據(jù)庫能準確記錄數(shù)據(jù)的變化趨勢，方便監(jiān)測人員查詢調(diào)閱歷史數(shù)據(jù)變化趨勢。實時數(shù)據(jù)庫提供實時數(shù)據(jù)對比分析、歷史數(shù)據(jù)對比分析、自定義趨勢組、表格顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)導出、前進、后退、放大、縮小和打印等功能。數(shù)據(jù)查詢：主要針對采集的排污數(shù)據(jù)、狀態(tài)數(shù)據(jù)、過程數(shù)據(jù)進行綜合查詢。報表系統(tǒng)：報表工具基于12EE的B/s報表平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)計參數(shù)的在線配置、數(shù)據(jù)自動統(tǒng)計、報表模板定制及發(fā)布等功能。實時及歷史報警可視化工具可以顯示當前或過去某段時間內(nèi)的報警詳細信息，提供報警過濾、報警數(shù)據(jù)導出、報警鳴笛等功能。

4、結(jié)束語

綜上所述，實時數(shù)據(jù)庫技術作為實時技術與數(shù)據(jù)庫技術相結(jié)合的產(chǎn)物，能夠在環(huán)境信息化系統(tǒng)應用中提供高速、及時的實時數(shù)據(jù)服務，其完善的人機界面軟件以及管理配置軟件能完成對數(shù)據(jù)的采集、存儲、查詢、顯示和分析功能，在環(huán)境信息化中具有廣闊的應用前景。

參考文獻

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