可再生示范工程能源监测系统数据处理与分析平台数据处理模块的设计毕业论文.docx
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可再生示范工程能源监测系统数据处理与分析平台数据处理模块的设计毕业论文
可再生示范工程能源监测系统数据处理与分析平台数据处理模块的设计毕业论文
第一章概述
1.1可再生示范工程能源监测系统的研究目的与意义
随着生活水平的提高,人们对室内环境居住的舒适性要求日益迫切。
我国社会终端总能耗中,建筑能耗(以采暖和空调为主)所占的比例已接近30%,其中采暖空调能耗就占到65%,而且建筑能耗在社会终端总能耗中的比例仍将持续上升。
预计到2020年,全国房屋建筑面积将接近2000年数量的2倍。
而我国目前既有建筑中,95%以上是高耗能建筑,新建房屋中,仍有80%以上为高耗能建筑。
一方面,建筑能耗大;另一方面,建筑能源供应尚存在严重缺口。
对于冬季气候条件,以采暖为例,目前全国经济基础较好的城镇住区,仅有严寒和寒冷建筑气候分区的城市和少量建制镇,拥有冬季集中采暖热源和供热设施。
但由于建筑节能标准低,存在巨大的能源浪费。
而其他地区(如夏热冬冷地区)的城镇,则普遍没有供热设施,存在用能的不足和缺口。
冬季采暖时,由于建筑本身不能达到节能标准,并普遍采用高品位的电能转化为低品位的热能取暖,也存在大量的能源浪费,更有部分居民因经济上无力支付电力取暖的费用,只能忍受冬季恶劣的室内热环境。
另外,与城市相比,我国2万多个建制镇的基础设施建设更为薄弱,同时商品能源供应不足,用能构成复杂,家用能源的消耗以常规能源、一次能源为特征,可获取的能源多为煤、罐装液化气和电,薪炭也占有一定比例。
寒冷和严寒地区居民使用柴、煤采暖的情况仍较为普遍。
许多地区的能源使用仅限于照明、家用电器和烹饪,不足以支持洗浴热水和采暖。
在夏季,北方地区建筑能耗中空调用电日益增加;南方地区建筑能耗主要以空调除湿为主,空调用电为夏季峰值电负荷的40%以上,其中除湿负荷占40%(其中70%为新风除湿)。
据建设部政策研究中心预测,到2020年城镇住宅品质应提高到严寒和寒冷地区全面冬季供暖覆盖率达到99%以上,夏热冬冷地区的大部分家庭将拥有冬季取暖设施。
如果将这一因素考虑进去,那么如何获得充足、经济的采暖热源,为城镇住区提供采暖设施,则显得十分重要。
由此可见,建筑耗能已经成为制约我国经济发展的瓶颈,研究开发利用可再生能源,为建筑供能,是解决建筑能源问题的一条有效的新路。
1.2课题背景及主要内容
1.2.1课题背景
2007年,由建设部组织的“十一五”国家科技支撑计划“可再生能源与建筑集成(BuildingIntegratedRenewableEnergy,简称BIRE)技术研究与示范”重点项目正式启动,课题牵头承担单位为建设部科技发展促进中心。
该项目的总体目标是:
开发成功适应不同建筑气候区、不同资源分区、不同建筑类型的可再生能源与建筑集成的单元关键技术和成套设备,并与建筑高度集成;建成不同建筑气候区的可再生能源与建筑集成示范建筑,可再生能源在建筑使用能耗中的贡献率达到60%以上,可再生能源技术新增投资不超过建筑总投资的40%。
1.2.2课题研究主要内容和章节安排
1.课题研究的主要内容
本毕业论文主要内容是可再生能源监测系统数据处理与分析平台—数据处理模块的设计。
主要是利用5个建筑气候区的可再生能源建筑远程数据自动监测系统,完成对可再生能源示范建筑监测数据的自动采集、远程传输、数据存储、实时和历史数据的图形显示、数据分析和报表处理,至少完成示范建筑一年以上的运行监测。
软件主要功能是接受各个站点的监测数据,通过解析提取数据,将数据存储在数据库中。
本课题设计的可再生能源监测系统数据分析平台包括概况,管理中心,监测,历史数据查看,报表五个模块,其中监测和历史数据查看再细分为按查询方式、项目名称和监测点查询等方式查询,最终达到查询、搜索功能强大,保证查询的灵活性。
最大限度地实现易操作和易维护。
界面设计友好、美观,数据存储安全、可靠。
对基本信息设置保证可再生能源信息分类、可再生能源项目等分类管理明确的目标。
2.课题研究章节安排
本文的章节安排如下:
第一章作为整体的概述。
主要包括研究课题的目的、意义;课题的背景和主要内容以及关键技术和难点的归纳。
第二章是系统的需求分析。
主要包括系统的基本用例、功能模块,并对系统开发平台做详细描述。
第三章是系统的整体设计。
主要包括系统的部署图,系统数据库的设计以及界面设计。
第四章是系统功能模块的设计和实现。
主要包括系统模块的功能描述、UML设计以及关键代码的实现。
第五章是总结。
即对设计做详细的总结。
1.2.3关键技术与难点
1.关键技术
在实现的过程中,在实现的过程中,主要采用三层B/S结构,利用UML建模语言设计系统,利用ASP.net平台,C#语言开发系统。
(1).NET平台:
.NET框架是一种新的计算平台,它简化了在高度分布式Internet环境中的应用程序开发。
(2)ASP.NET:
ActiveServerPages(ASP)是微软公司开发的服务器端脚本编写环境,可以将HTML标记、脚本命令和ActiveX组件等多种元素组合一起,创建交互的网页和基于Web的应用程序。
(3)GDI+技术:
GDI+是与.NETFramework中的图形设备接口进行交互的入口,它位于应用程序和图形设备之间,将数据转换为与图形设备兼容的形式,从而提供了可读形式的数据。
本文主要采用该技术实现从数据库中读取数据,然后根据具体的数据画出统计图来。
2.难点
(1)对需求的分析。
由于对于此行业的不熟悉,加之功能需求之多,准确的将需求分析出来,是一大难点。
(2)UML建模。
在设计和编程之前,用UML建模很重要。
对于此系统,难点之一就是正确的进行UML建模,这样才能更好的向下进行工作。
(3)对GDI+技术的使用。
对于GDI+技术,是新接触的技术,同时用图形去显示对数据的统计也是一个难点。
第二章系统需求分析
2.1系统需求分析
2.1.1系统基本用例
本系统主要采用统一建模语言(UnifiedModelingLanguage,UML),它是一种可视化的建模语言,它为面向对象系统开发提供了标准的表示方法。
UML用例图是UML模型中最常用的模型之一,它是用来定义系统的功能需求,描述若干参与者与系统提供的用例之间的连接关系。
用例图不仅能够很好的帮助系统开发人员从用户的观察角度收集系统需求,而且能够帮助系统开发人员理解系统的预期行为。
本系统主要实现需求中的用例,如图2.1所示:
图2.1可再生示范工程能源监测系统用例图
2.1.2系统功能模块
我通过对系统的需求分析,本系统可分为六个功能模块:
概况模块,管理中心模块,监测模块,历史数据查询模块和报表模块。
系统功能模块图如图2.2:
图2.2系统功能模块图
2.2系统开发的平台选择与语言
2.2.1系统开发平台
1..NET平台
目前B/S模式下的开发平台主要有两种:
Sun公司的J2EE和微软公司的.NET平台。
两种技术平台各有其优势,需要认真分析二者的不同来决定适合管网监测系统的方案。
库存装备管理系统需要一个稳定、高效能的开发和应用平台,需要集成的开发环境和相对较低的成本投入。
J2EE和.NET两种平台都是经过市场上众多企业的实践检验的成熟、高效的平台,二者对于XML,WebService等的支持也相差不多,但是还是有很多区别。
(1)开发环境:
.NET有强大的程序开发工具VisualStudio.NET,Java也有Borland,Sun,Bea,IBM等厂商的各种整合式开发工具可以选择使用。
相比较而言,VisualStudio.NET的集成开发环境更易于实现快速高效的开发。
(2)系统设计及开发过程:
均采用面向对象开发技术,在系统架构设计上,都采用OOAD,UML,DesignPattern等方式。
但是学习J2EE的时间要长一些。
(3)开发语言:
J2EE只支持Java语言,而.NET最主要支持的语言是C#,但是也支持C++,VB,Pear,COBOL等多种语言,开发人员的选择面比较广;C#支持JIT(Just-in-time)编译方式,而Java则基于解释方式。
另一方面,C#正在成为一种工业标准,己经被ECMA(欧洲计算机制造商协会)所接纳。
(4)支持标准:
J2EE支持Java,EJB,而.NET支持XML/SOAP。
从标准的开放性上,XML/SOAP要好于前者。
XML正在成为Internet上内容表示的标准,代表了下一代网络上互操作的光明前景,SOAP协议本身也能够保证其他平台上的组件能够与.NET平台上的组件进行信息的交换;而Java/EJB模式仍然没有实质上的技术进步,并不能完全实现标榜的统一计算平台。
(5)代码通用性:
在.NET上开发可以实现真正的代码重用,因为设计.NET平台的一个重要思想是:
运行时环境和具体的语言分开。
所有的资源管理、内存分配、变量类型等均由运行时环境处理。
这样的话,用C#写的类就可以直接用在C/C++程序中。
可以利用过去程序资源。
而在J2EE平台上,Java将运行时环境和具体语言混在一起。
目前.NET平台的稳定性、服务器的稳定性也表现很好,并且.NET技术还在不断改进之中。
鉴于Microsoft具备雄厚的技术实力和借鉴、吸收其他优秀技术养分的能力,相信.NET平台会很好地满足我们的需求。
因此,选择.NET作为开发管网监测系统的基础平台。
2.ASP.NET
ASP.NET是ASP的新一代版本,是.NETFramework的一部分。
ASP.NET是一个创建企业级Web应用程序的开发平台,并与Microsoft公司的新一代开发系统VisualStudio.NET集成在一起。
与早期的ASP相比,ASP.NET把Web页面上的所有控件作为对象来访问,能够将代码与HTML页面分离,提供了一种新的编程模型和结构,可生成更安全、可伸缩和稳定的应用程序。
与更高级的编程语言相比,ASP.NET提供了完整的服务器端对象模型,可以在运行期间使用,它还可以根据需要访问服务器端的其它.NET类,与许多有用的服务集成起来。
ASP.NET使用InternetInformationServer(IIS)来传送内容,以响应HTTP请求。
在通过HTTP请求建立文档时,它可以在Web服务器上动态创建文档。
ASP.NET页面以.aspx文件的格式存储。
在ASP.NET处理过程中,可以访问所有的.NET类、C#或其他语言创建的定制件、数据库等。
ASP.NET文件可以包含以下内容:
(1)服务器的处理指令;
(2)C#、VB.NET、Jscript.NET代码或.NETFramework目前或将来支持的其它语言的代码;
(3)窗体中对应于资源的内容,例如HTML;
(4)内嵌的ASP.NET服务器控件。
2.2.2系统开发语言
1.C#.NET
C#是.NET最主要支持的语言,它是在.NET中推出的全新的语言,这种全新的面向对象的语言使得开发者可以快速地构建从底层系统到高层商业组件的不同应用。
它提供了一个管理性强、透明性好、类型安全的开发环境。
它具有以下优点:
(1)简单:
C#比C++语法简单,主要体现在:
没有指针,用户工作在托管代码中,不允许进行直接存取内存等不安全操作;简化操作符。
C++中的命名空间、成员、引用分别采用不同操作符“:
:
”、“.”、“—>”,而C#统一为单个操作符“.”;C#使用统一类型系统,允许程序员把各种类型作为一个对象查看,屏弃了C++多变的类型系统。
(2)面向对象:
C#支持所有的面向对象的概念,比如封装、继承、多态性。
所有的东西都封装在类中,使得C#代码更易读,减少潜在的命名冲突。
为了避免麻烦,C#只允许一个基类,基类不能被派生类改写。
(3)类型安全:
C#实施了最严格的类型安全检查机制,以便保护自己和垃圾回收器(GarbageCollector)。
C#中一些关于变量的规则有:
.变量必须初始化。
对象的成员变量(Method,Property,Field)由编译器负责清零,而局部变量由程序员负责清零。
C#取消了不安全的类型转换,如不能把一个整型强制转换成一个引用类型。
C#包含边界检查,允许在语句级或者应用程序级检测算术运算的溢出。
在C#中,被传递的引用参数类型是安全的。
(4)与Web开发相结合:
由于C#是新的开发模式,所以可以更好地利用现有的各种Web标准,如HTML.XML,SOAP等。
比如:
C#可以将任何组件转变成为Web服务,并且可以被运行于Internet上的任何平台的任何应用调用;Web服务框架可以让任何Web服务看起来类似于C#的内置对象,允许开发人员继续使用自己熟练的开发方法;C#允许直接将XML数据映射为结构。
(5)功能强,易于表现,灵活:
C#允许在任何对象上使用预定义述或经过扩展的元数据;在系统结构中可以使用区域属性,并将其添加到类、接口或其他元素上。
开发者可以独立测试各种元素上的属性。
这使得一些如收集区域中对象属性,或编写自动工具来保证区域中的类、接口是否被正确定义的工作变得简单。
(6)可扩展的协作能力:
为了方便C/C++开发人员,C#采用了如下方法:
内置支持COM模型和Windows平台API;允许有限制地使用指针。
这些为开发人员提供了足够的开发控制能力。
(7)兼容性:
C#允许使用通用语言规范(CommonLanguageSpecification,CLS)访问不同的API,并进行检测;C#中的平台调用服务(PlatformInvocationService)可以访问使用C原型的原始API。
所以,采用C#来开发管网监测系统。
2.UML语言
UML(UnifiedModelingLanguage,统一建模语言)是一套用来设计软件蓝图的标准建模语言,也是一种可视化的而向对象模型分析语言,从系统工程的角度来看,UML可说是一种软件结构的分析工具。
第三章系统总体的设计
对于系统的总体设计,包括系统的软、硬件的物理结构、系统的用例迭代设计,对于后台主要是数据库的设计,前台重要的是界面的设计,最后是考虑到系统的安全性,主要体现在系统用户权限的管理。
3.1系统的部署图
图3.1系统部署图
图3.1是有关系统的部署图,它显示了本系统硬件与软件的物理结构。
在WindowsXP操作系统的下,前台通过.NET平台使用代码与后台的数据库进行交互,即可以对数据库的数据进行查询、更新和删除,从而实现各种功能需求。
开发好的系统最终将通过IIS进行发布,那么用户最终就可以通过浏览器使用此系统了。
3.2系统数据库的设计
SQLServer2005是Microsoft公司推出的高性能关系数据库管理系统,本系统采用SQLServer2005作为后台数据库,其特点如下:
1.SQLServer2005是大型数据库管理系统,它支持数据库、表、视图、存储过程等数据库组件,支持关系数据库的结构化查询语言;
2.提供了丰富的图形化管理土具,简化系统管理与操作;
3.支持大型WPB站点和企业数据处理系统的数据存储要求,具有web出版土具,支持XML,HTTP、具有数据挖掘和分析的功能;
4.可伸缩性和可应用性强。
SQLServer2005既可以运行于小同层次的硬州平台,也可以运行于小同层次的软件平台;
5.具有丰富的编程接口,便于开发,支持ODBC,ADO,ADO.NET;
6.支持企业级数据库,支持大量用户同时访问,支持用户同时处理多处数据源,支持分布式查询。
3.2.1数据库内容描述
根据需求分析,本系统的数据库主要包括:
1.项目种类:
按建设部大类分四类:
太阳能利用(太阳能热水系统、太阳能光伏系统);地源热泵(污水源地源热泵系统、土壤源地源热泵系统);综合利用系统;试验性技术系统。
2.项目名称:
如:
广州逸泉山庄居住小区、清水湾住宅区一期工程、河北建设服务中心、湖北出入境检疫局综合实验楼。
3.监控节点(测试点):
一个项目中包括一个或多个监控节点(如广州逸泉山庄包含有三个监控节点,即现在的太阳能热水监测系统1号,太阳能热水监测系统2号,太阳能热水监测系统3号)。
4.参数种类:
将每个监控节点的监测参数按照相同的单位分类,如:
温度,流量,功率,电能量。
5.参数及节点(测点或设备):
每个监控节点最基本监测参数和节点(测点或设备)的存储点。
具体实体设计如下:
1.ProjectList(项目列表)
(1)属性
项目编号(P_ID)
项目种类编号(PR_ID)
项目名称(P_Name)
(2)实体图
图3.2是记录项目列表(ProjectList)的实体图,包括其各个属性:
图3.2记录(ProjectList)的实体图
2.ProjectTypesList(项目种类列表)
(1)属性
项目种类编号(PR_ID)
项目种类名称(PR_Name)
(2)实体图
图3.3是记录项目种类列表(ProjectTypesList)的实体图,包括其各个属性:
图3.3记录(ProjectTypesList)的实体图
3.MonitorList(监控节点列表)
(1)属性
监控节点编号(M_ID)
项目编号(P_ID)
监控节点名称(M_Name)
(2)实体图
图3.4是记录监控节点列表(MonitorList)的实体图,包括其各个属性:
图3.4记录监控节点列表(MonitorList)的实体图
4.ParameterType(参数种类列表)
(1)属性
参数种类编号(PT_ID)
参数种类名称(PT_Name)
种类参数的单位(Unit)
(2)实体图
图3.5是记录参数种类列表(ParameterType)的实体图,包括其各个属性:
图3.5记录参数种类列表(ParameterType)的实体图
3.2.2E-R图设计
图3.6是系统的E-R图的整体设计。
它表明了各个实体之间的联系以及各实体的属性。
图3.6系统的E-R图
3.2.3数据结构定义
1.ProjectList(项目列表)
表3.1Projectlist项目列表
列名
数据类型
主键
外键
默认值
允许空
字段说明
P_ID
int
是
否
项目编号
PR_ID
int
是
否
项目种类编号
P_Name
varchar(255)
否
项目名称
2.ProjectTypesList(项目种类列表)
表3.2ProjectTypesList项目种类列表
列名
数据类型
主键
外键
默认值
允许空
字段说明
PR_ID
int
是
否
项目种类编号
PR_Name
nvarchar(255)
否
项目种类名称
3.MonitorList(监控节点列表)
表3.3MonitorList监控节点列表
列名
数据类型
主键
外键
默认值
允许空
字段说明
M_ID
int
是
否
监控节点编号
P_ID
int
是
否
项目编号
M_Name
nvarchar(255)
否
监控节点名称
4.ParameterType(参数种类列表)
表3.4ParameterType(参数种类列表)
列名
数据类型
主键
外键
默认值
允许空
字段说明
PT_ID
int
是
否
参数种类编号
PT_Name
varchar(255)
否
参数种类名称
Unit
varchar(255)
否
种类参数的单位
3.2.4关系图
关系图能显示出在数据库中的实体之间的联系。
实体之间主要有如下几种关系:
一对一关系(是指一个实体只跟唯一的一个实体有关系),一对多关系(是指一个实体和多个实体之间都存在着关系),多对多关系(是指多个实体和多个实体之间都有关系)。
在做的这个可再生能源监测系统数据处理与分析平台中,每个项目可以根据它的项目种类,项目名称,监测节点,参数种类进行分类,分别完成对它的数据进行查询,处理,分析等功能。
其中项目种类包括项目编号、项目种类编号和项目名称这三个属性,项目列表和项目种类列表之间是一对一关系,项目列表和监控节点列表之间是一对多关系,项目列表和参数种类列表之间也是一对多关系。
其中监控节点列表包括监控节点编号、项目编号、监控节点名称,参数种类列表包括参数种类编号、参数种类名称、种类参数的单位,监控节点列表和参数种类列表之间是多对多关系,即每次监测点可能测到多个参数,而每个参数也是有多个监测点共同监测的等等。
这些一对一、一对多、多对多的关系将所有的可再生示范工程能源监测系统的数据编织成一张大网,网上的点就是每次监测的数据,可以通过网上的线,也就是项目能源种类、监测节点,参数种类,可以看到整个系统的全部数据。
图3.6是本系统的实体关系图。
图3.6本系统的实体关系图
3.3系统界面设计
系统菜单设计
根据系统的功能模块的定义,将功能细化后,对于不同的用户,通过菜单看到的页面是不相同的,普通的用户对于这些页面只有浏览的权限,但是系统管理员在某些页面却具有修改数据的权限,比如说监测系统的修改,公式配置的修改等。
其中本软件主要包括:
概况模块、管理中心模块、监测模块、历史数据显示模块、统计分析模块以及报表模块。
其中监测模块又可以按照参数,项目名称,监测节点再进行细分。
总结出菜单的内容如图3.7所示:
图3.7系统主界面的理论设计方案
系统主界面的web设计方案如图3.8所示
图3.8系统主界面的web设计方案
第四章系统功能模块的设计与实现
4.1监测
4.1.1功能描述
1.可以通过对时间方式的选择,显示同一能源方式、同一种参数类型下的不同项目。
2.根据项目查看,选择不同的项目,查看该项目应用的可再生能源的类型(一种或多种),从而可得出该项目(该种环境参数下)适用的可再生能源情况。
3.根据监测能源方式查看,选择可再生能源方式,显示该能源方式下项目以及该中能源类型下不同环境参数。
从而可以通过比较分析不同环境参数下不同可再生能源的适用情况。
4.1.2流程图
图4.1监测系统按日(周)具体时间查询流程图
4.1.3关键代码
1.下述的代码主要实现的是对监测点记录进行查询,查询的条件是时间、监测项目和监测点编号。
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