外場(chǎng)光電測(cè)控是一種野外環(huán)境下進(jìn)行的遠(yuǎn)距離非接觸式的測(cè)量，系統(tǒng)由于本身所含分系統(tǒng)數(shù)量多，通信復(fù)雜，無(wú)法實(shí)現(xiàn)光電測(cè)控系統(tǒng)的統(tǒng)一控制，完全發(fā)揮其自身功能。針對(duì)通信方式多樣化以及對(duì)于某些外場(chǎng)中具有危險(xiǎn)性的測(cè)量試驗(yàn)、氣候條件不適合人員操作的惡劣環(huán)境，設(shè)計(jì)了基于以太網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)完成測(cè)量試驗(yàn)。

通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行測(cè)量和數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)處理中心可以遠(yuǎn)程監(jiān)視試驗(yàn)過程、獲取試驗(yàn)數(shù)據(jù)，是測(cè)控系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展趨勢(shì)。這種方式使測(cè)控跨越了空間和時(shí)間的界限，與傳統(tǒng)儀器和測(cè)控方式相比，是一個(gè)質(zhì)的飛躍，而且還能實(shí)現(xiàn)測(cè)控設(shè)備和測(cè)控信息等測(cè)控資源的共享。

1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)

由于C／S（客戶端／服務(wù)器）模式交互性強(qiáng)，實(shí)時(shí)性和靈活性好，具有強(qiáng)壯的數(shù)據(jù)操縱和事務(wù)處理能力，采用的協(xié)議其專用性和封閉性使得整個(gè)C／S模式系統(tǒng)相對(duì)安全，所以本系統(tǒng)采用TCP／IP協(xié)議，基于C／S的操作模式。這種方式隱含了客戶端／服務(wù)器間硬件資源的不平等以及通信時(shí)的非對(duì)稱性。在實(shí)際測(cè)控中，多臺(tái)光電測(cè)控設(shè)備在不同站點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行測(cè)量，數(shù)據(jù)處理中心對(duì)多個(gè)測(cè)量站進(jìn)行協(xié)調(diào)和監(jiān)控，即為一客戶端對(duì)多服務(wù)器的結(jié)構(gòu)（客戶端為數(shù)據(jù)處理中心）。

由于系統(tǒng)要求保留原有的本地控制功能，而且基于以太網(wǎng)的遠(yuǎn)程測(cè)控因網(wǎng)絡(luò)傳輸不能達(dá)到十分嚴(yán)格的實(shí)時(shí)控制要求，因此，本方案采用保持型與完成型結(jié)合的遠(yuǎn)程監(jiān)控方式，將客戶端置于反饋回路之外。遠(yuǎn)程測(cè)控原理如圖1所示，客戶端監(jiān)控程序發(fā)送控制命令和試驗(yàn)參數(shù)給服務(wù)器端設(shè)備控制程序，設(shè)備控制程序通過本地總線完成設(shè)備的運(yùn)動(dòng)控制和測(cè)量操作，并將執(zhí)行結(jié)果返回給客戶端用戶?？蛻舳丝刂聘鳒y(cè)最現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)過程的進(jìn)行并全程監(jiān)控，一方面，利用UDP協(xié)議和雙緩沖技術(shù)，對(duì)測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)計(jì)算機(jī)的工作狀況進(jìn)行監(jiān)控，另一方面，每臺(tái)光電測(cè)控設(shè)備配有彩色監(jiān)視攝像機(jī)，客戶端用戶可以通過傳回的圖像了解測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)概況。必要時(shí)可以修改試驗(yàn)參數(shù)，對(duì)試驗(yàn)過程進(jìn)行干涉，客戶端還可以通過網(wǎng)絡(luò)采集設(shè)備狀態(tài)信息，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。
圖2 客戶端與服務(wù)器端程序交互流程圖

2.1.1 多線程并發(fā)技術(shù)
在遠(yuǎn)程測(cè)控過程中，會(huì)有大量的圖像及數(shù)據(jù)文件需要傳輸，網(wǎng)絡(luò)通信必然會(huì)對(duì)需要同時(shí)進(jìn)行的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)處理及人機(jī)交互產(chǎn)生影響。多線程技術(shù)可以提高客戶機(jī)與服務(wù)器的并發(fā)處理能力，更有效地解決了網(wǎng)絡(luò)傳輸阻塞問題，避免部分阻塞操作對(duì)人機(jī)界面的影響并提高程序的運(yùn)行效率。本系統(tǒng)中客戶端和服務(wù)器均使用一個(gè)用戶界面線程和多個(gè)輔助工作線程相結(jié)合的設(shè)計(jì)。服務(wù)器端多線程主要完成監(jiān)聽連接、命令處理、采集、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)傳輸，客戶端主線程負(fù)責(zé)窗口信息和界面的維護(hù)，工作線程負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)的顯示及處理等功能。
2.1.2 系統(tǒng)通信協(xié)議
從客戶端連接服務(wù)器然后開始遠(yuǎn)程實(shí)驗(yàn)，直到試驗(yàn)結(jié)束，整個(gè)過程中，客戶端和服務(wù)器的數(shù)據(jù)交換是程序的重點(diǎn)問題?？蛻舳艘蚍?wù)器傳遞試驗(yàn)信息、控制參數(shù)、各種服務(wù)請(qǐng)求，服務(wù)器要向客戶端傳遞試驗(yàn)結(jié)果、系統(tǒng)狀態(tài)、查詢?cè)囼?yàn)結(jié)果等。程序必須保證所有的數(shù)據(jù)有條不紊地傳遞而且可以被對(duì)方正確地接收和存取。然而，在Winsock基礎(chǔ)上開發(fā)的服務(wù)器與客戶端之間傳送的只是字節(jié)流，要進(jìn)行控制就必須將這些字節(jié)流轉(zhuǎn)換為有意義的控制指令信息，因此必須約定雙方數(shù)據(jù)通信的協(xié)議。
通信協(xié)議的復(fù)雜程度取決于控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度，分為客戶端協(xié)議和服務(wù)器協(xié)議，主要交互命令控制、命令響應(yīng)及圖像數(shù)據(jù)等，表1列舉了簡(jiǎn)單的命令控制協(xié)議和圖像數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議。

表1 控制協(xié)議與圖象數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議

2.2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

控制命令的數(shù)據(jù)量比較小，且要求傳輸可靠性高，實(shí)時(shí)性好，在對(duì)單臺(tái)和多臺(tái)服務(wù)器控制過程中使用靈活，數(shù)據(jù)文件也要求傳輸?shù)母呖煽啃?，因此本系統(tǒng)在傳輸層選擇TCP協(xié)議?；赥CP協(xié)議的Winsock技術(shù)是C／S模型中的核心技術(shù)，有阻塞和非阻塞兩種方式。阻塞方式使用簡(jiǎn)單，當(dāng)收發(fā)函數(shù)在被調(diào)用后一直要等到傳輸完畢或出錯(cuò)才能返回，阻塞期間，除了等待網(wǎng)絡(luò)操作的完成不能進(jìn)行任何操作；非阻塞方式又稱異步方式，數(shù)據(jù)收發(fā)函數(shù)調(diào)用后立即返回，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)傳輸完成后，Winsock給應(yīng)用程序發(fā)送一個(gè)消息，通知操作完成，可以根據(jù)發(fā)送的消息傳出的參數(shù)判斷操作是否正常，這種方式下，關(guān)鍵的問題是如何確定網(wǎng)絡(luò)事件何時(shí)發(fā)生。Winsock提供了一種WSAEventSelect異步L／O模型，它是經(jīng)由事件對(duì)象句柄通知的，允許應(yīng)用程序在一個(gè)或者多個(gè)套接字上接收基于事件的網(wǎng)絡(luò)通知，接收FD_XXX類型的網(wǎng)絡(luò)事件。

另外，利用多線程進(jìn)行程序設(shè)計(jì)時(shí)，要充分考慮到并發(fā)性、安全性等問題，才能提高程序及系統(tǒng)的效率。在bbbbbbs環(huán)境提供的一系列同步措施中，事件對(duì)象是比較靈活的，有受信和非受信兩種狀態(tài)，只有事件對(duì)象受信才能激活線程工作。

下面代碼示例了服務(wù)器端利用Winsock技術(shù)以異步方式接收到控制命令，按定義的協(xié)議對(duì)命令進(jìn)行解釋，觸發(fā)線程執(zhí)行相應(yīng)的采集操作。



3 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)根據(jù)Winsock編程原理，結(jié)合多線程編程技術(shù)，針對(duì)外場(chǎng)光電測(cè)控設(shè)備實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，通過在專用工具軟件中添加相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制命令，實(shí)現(xiàn)了不能或不適合直接由人工完成的操作，既可以提高效率又可以減少不必要的人員傷亡，在實(shí)際應(yīng)用中效果良好。這也為外場(chǎng)測(cè)控系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化奠定基礎(chǔ)。