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申请上海交通大学硕士学位论文基于远程诊断的空气质量自动监测系统研究硕士姓名：秦炜锋专业：电子与通信工程学号：1030342112研究方向：智能控制指导导师：龙沪强上海交通大学电子信息和电气工程学院二OO七年十一月ADissertationSubmittedtoShanghaiJiaoTongUniversityfortheDegreeofMasterRESEARCHOFAIRQUALITYMONITORINGSYSTEMWITHREMOTEDIAGNOSISAdvisor:Prof.LongHuqiangAuthor:QinWeifengSchoolofElectronic，InformationandElectricalEngineeringShanghaiJiaoTongUniversityDecember,2007上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：2008年2月19日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密√，在1年解密后适用本授权书。本学位论文属于不保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：2008年2月19日日期：2008年2月19日上海交通大学硕士学位论文摘要-I-基于远程诊断的空气质量自动监测系统的研究摘要城市环保、大气污染防治、环境安全等是国家“十一五”期间要解决的突出环境问题和中长期的环保目标。实现该目标，一是要求充分认识环境保护的意义；二是强化环保科技基础平台建设，尤其是建立昀严密的环境监控体系。空气质量自动监测系统能实时的采集各个监测点的数据，并将环境空气质量监测系统的监测结果，及时地上报国家环境监测总站、省市环境监测中心站，目的是了解和掌握环境污染的情况，进行大气污染质量评价，并提出警戒限度。本文的主要工作就是利用当前的技术，提出了一个具有远程诊断的空气监测系统设计，并且解决了具体的两个问题：一是基于VPN的能使iPort诊断软件充分发挥功能的网络连接技术；二是开发了适用空气监测系统的专家系统用于远程诊断。iPort由于受制于带宽，无法发挥其效率，本文所建立的组网架构能充分发挥iPort的功能，使得在监测子站的iSeries仪器界面，操作菜单能实时同步的显示在中心站主机上，从而进行远程诊断。基于VPN的网络连接技术能使iPort充分发挥诊断功能。即使将来监测子站要添加新的仪器，或传输图像文件，新的构架已经充分满足了将来的扩展需求。并为之后的专家系统准备好了足够数据传输通道。上海交通大学硕士学位论文摘要-II-适用空气监测系统的满足远程诊断的专家系统集成了专家库，推理机，信号特征提取等功能模块，能够自动进行故障判别。其中对推理机和信号特征进行建模，将包括专家知识，故障特征和信号关联等信息构建了拓扑关系图，基于这些拓扑关系图来组建专家系统，这样的建模方法易于系统的扩展，在专家系统自学习的过程中只要保持专家系统拓扑图的更新，就可以得到扩充和更新。基于VPN宽带组网方案的空气监测系统已商用，并且新产品的推出将优先集成远程诊断的专家系统。关键词：远程诊断，空气监测系统，专家系统，VPN组网上海交通大学硕士学位论文ABSTRACT-III-RESEARCHOFAIRQUALITYMONITORINGSYSTEMWITHREMOTEDIAGNOSISABSTRACTItisemphasizedbythe11thfive-yearplanenvironmentalprotectionofcity,controlofatmospherepollutionandenvironmentalsecurityaretheissuesandgoaltobeaimed.Itnecessitatestheacknowledgementoftheimportanceforenvironmentalprotectionandtheconsolidationofconstructionforscientificbase,especiallythatofthemostpreciseenvironmentalmonitoringsystem.Airqualitymonitoringsystemisabletocollectdatareal-timefromdifferentmonitoringpoints,andfeedsbackthemonitoringresultstoGeneralNationalEnvironmentalMonitoringStationandMunicipalEnvironmentalMonitoringStationinordertofigureouttowhatextenttheenvironmentiscontaminatedandtoassesstheatmospherequality,andtogivethealarminglimit.ItisproposedinthisdissertationthedesignofAirQualityMonitoringSystemwithremotediagnosis,andthesolutioninconnectionwiththefollowingspecificissues:i)torealizetheVPNwidebandnetworkingtechniquetoenableiPortsoftwarerunefficiently;ii)todevelopanExpertSystemtodetectthefailuremodeautomatically.上海交通大学硕士学位论文ABSTRACT-IV-iPortsoftwarecouldnotruncorrectlyduetothefactthatthecurrentAirQualitymonitoringsystemislimitedbyband.ThenetworkframebasedonVPNissodevelopedtocompensatetheabovedefects.ItenablesiSeriesinstrumentinterfaceofthesub-stationandtheoperatingmenutobereal-timedisplayedonthemasterstation.Thenewdemand,incaseofnewinstrumentandpicturetransmission,mayoccurinthefuturehasbeentakenintoconsiderationwhentheframeisdesigned.Italsofurnishesdatatransmissionpassagesfortheexpertsystem.Theexpertsystemisdevelopedcharacterizedbyautomaticremotediagnosis.Thissystemconsistsseveralfunctionmodelsincludingexpertdatabase,inferenceengine,featureextractionetc.Beforethetopologyinconnectionwiththeexpertknowledge,failurecharacteristicsandthesignalrelationshipisestablished,amodelingfortheinferenceengineandthesignalcharacteristicsmustbedone.Anexpertdiagnosisbasedonthetopologymakesitpossibleforthewholesystemtoexpandinaneasyway.Theexpertsystemcouldbecontinuouslyexpandedandupgradedduringitsself-studyaslongasthetopologyiskeepingrenewed.TheatmospheremonitoringsystembasedonVPNwidebandnetworkingproposalhasbeenusedforcommercialpurpose,andthenewproductsshallbesodesignedtogivetheexpertsystemwithremotediagnosisthepriority.上海交通大学硕士学位论文ABSTRACT-V-ExpertSystem,VPNnetworkingKEYWORDS:AirQualityMonitoringSystem,RemoteDiagnosis,上海交通大学硕士学位论文缩略语-VI-缩略语3DES：TripleDES三重加密标准ADSL：AsymmetricalDigitalSubscriberLoop非对称数字用户环路AESAdvancedEncryptionStandard高级加密算法标准API：AirPollutionIndex空气污染指数CA：Certificationauthorit证书颂发机构Clink：CrossLink交叉链路CODChemicaloxygendemand化学需氧量CryptoAPI：CryptographicApplicationProgrammingInterface加密应用编程接口DDNS：DynamicDomainNameServer动态域名解析服务DES：DataEncryptionStandard一种在电脑科学业界被广泛应用、同时具备安全有效特性的资料加密技术DOAS：DifferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy差分吸收光谱法ES：ExpertSystem专家系统ESPEncapsulatingSecurityPayload压缩安全有效载荷FTP：FileTransferProtocol文件传输协议IDEA：InternationalDataEncryptionAlgorithm加密算法IP：InternetProtocol互联网协议IPSecIPSevurityInternet协议安全性IPv4InternetProtocolVersion4互联网协议第四版IPv6InternetProtocolVersion6互联网协议第六版IPXInternetworkPacketExchange互联网信息包交换协议ISP：InternetServiceProvider互联网服务供应商L2TPLayer2TunnelingProtocol第二层隧道协议MD5：Message-Digestalgorithm5信息摘要算法MPLSMultiprotocolLabelSwitch多协议标签交换技术NATNetworkAddressTranslation网络地址转化PKI：PublicKeyInfrastructure公钥基础设施PM10：Particulatematterwithparticlesizebelow10microns小于10微米的颗粒物PPTPPoint-to-PointTunnelingProtocol点对点隧道协议PSTN：PublicSwitchTelephoneNetwork公用电话交换网RSA：