基于IETM的地震臺網(wǎng)設(shè)備維修保障系統(tǒng)研究

江 賽，郭唐永，邵中明

（中國地震局 地震研究所，湖北 武漢 430071）

交互式電子技術(shù)手冊IETM（Interactive electronic Technical Manual）是由美國軍方提出的一種適應(yīng)現(xiàn)代武器裝備發(fā)展而出現(xiàn)的信息化綜合保障技術(shù)，在軍用和民用領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，實(shí)踐表明，IETM為設(shè)備使用和保障帶來顯著效益[1-4]。地震臺網(wǎng)設(shè)備種類繁多，地震臺網(wǎng)站點(diǎn)分布也較為分散。由于各地臺網(wǎng)人員水平和維修能力各有差異，當(dāng)本地技術(shù)人員無法解決設(shè)備的維修問題時(shí)，一般需要外請異地專家。這種維修保障現(xiàn)狀存在以下2個(gè)問題：1）各臺網(wǎng)維修保障力量設(shè)置重疊，維修資源分散，不能形成有效合力；2）在臺網(wǎng)設(shè)備維修過程中，移動的是“專家”而不是“數(shù)據(jù)”，維修效率低，維修費(fèi)用高。

本文將IETM技術(shù)引入地震臺網(wǎng)設(shè)備的維修保障中，提出一種基于IETM技術(shù)的地震臺網(wǎng)設(shè)備維修保障系統(tǒng)，各地臺網(wǎng)通過IETM系統(tǒng)共享維護(hù)相關(guān)技術(shù)資源，獲取遠(yuǎn)程支持，以提高維修效率，降低維修費(fèi)用。

1 IETM技術(shù)簡介

按照美軍標(biāo)MIL-PRF-87269A和MIL-STD-3008ATM中的定義，IETM是一種由專業(yè)工具創(chuàng)作，在電子屏幕上顯示，以數(shù)字化形式存在的技術(shù)手冊。其主要內(nèi)涵是技術(shù)資料的電子化存儲和交互式呈現(xiàn)。IETM通過將設(shè)備信息數(shù)字化，將其作為基本信息單元存儲在數(shù)據(jù)庫中[5]。用戶使用時(shí)，信息數(shù)據(jù)可以以文字、表格、圖紙、聲音、視頻、動畫等多種形式表現(xiàn)，用戶可以有選擇地查詢或?yàn)g覽相關(guān)信息，與計(jì)算機(jī)發(fā)生交互作用。由此可見，IETM是一個(gè)具有輔助維修、資料查詢、信息瀏覽等多種功能的綜合應(yīng)用信息系統(tǒng)。

按照IETM內(nèi)容存儲的體系結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)格式、顯示方式和功能，目前國際上對 IETM 通常分為 5個(gè)級別[2，5，6]，如表 1所示。5類交互式電子技術(shù)手冊中，最基本的一種是Class1，最先進(jìn)的是Class5。目前應(yīng)用的系統(tǒng)大部分屬于Class 3和Class 4，并與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)結(jié)合，形成聯(lián)合IETM體系結(jié)構(gòu)（Joint IETM Architecture）。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

參考美國第4、5代IETM技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以及美國聯(lián)合IETM體系結(jié)構(gòu)（Joint IETM Architecture）思想[6]，基于 IETM 技術(shù)的地震臺網(wǎng)設(shè)備維修保障系統(tǒng)采用基于瀏覽器/服務(wù)器模式（Browse/Server Mode，簡稱 B/S模式）的網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)方案，如圖1所示。

表1 IETM分類表Tab.1 Categories of IETM

圖1 B/S模式的三層結(jié)構(gòu)模型Fig.1 Three-level syntactic model of B/S model

系統(tǒng)采用3層結(jié)構(gòu)模型：第1層為用戶層，由多個(gè)臺網(wǎng)瀏覽器組成。用戶端不需安裝除瀏覽器以外任何軟件，所有計(jì)算都交付Web服務(wù)器處理。臺網(wǎng)瀏覽器通過網(wǎng)絡(luò)完成與Web服務(wù)器的數(shù)據(jù)交互，網(wǎng)絡(luò)通信采用通用的超文本傳輸協(xié)議（HTTP）協(xié)議；第2層為應(yīng)用層，由提供各種用戶驗(yàn)證、信息查詢、技術(shù)狀態(tài)上報(bào)、維修指南、專家支援、信息管理等功能的應(yīng)用程序服務(wù)器組成。網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用服務(wù)建立在.NET Framework平臺框架之上，性能穩(wěn)定；第3層為數(shù)據(jù)層，由存儲各種臺網(wǎng)設(shè)備資料、維修信息、用戶信息等數(shù)據(jù)庫組成。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器采用Microsoft公司ACCESS數(shù)據(jù)庫，Web服務(wù)器通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng) （DataBase Management System，簡稱DBMS）連接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。

應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)由技術(shù)力量相對雄厚的設(shè)備技術(shù)保障中心提供。

系統(tǒng)功能模型如圖2所示，系統(tǒng)運(yùn)行界面如圖3和圖4所示。

系統(tǒng)主要功能包括：

1）用戶登錄驗(yàn)證 提供嚴(yán)格的用戶登錄與驗(yàn)證機(jī)制，不僅實(shí)現(xiàn)對用戶登錄的管理，還包括用戶注冊信息的提交，完成登錄用戶權(quán)限的記錄。

圖2 系統(tǒng)功能模型Fig.2 System main function model

圖3 系統(tǒng)登錄界面Fig.3 System login GUI

圖4 系統(tǒng)主界面Fig.4 System main function GUI

2）信息查詢?yōu)g覽 通過全文檢索或高級檢索，實(shí)現(xiàn)設(shè)備維修信息、設(shè)備技術(shù)狀態(tài)在線查詢，并對有關(guān)的信息以目錄方式呈現(xiàn)給用戶。所有圖片和多媒體信息在頁面中的顯示格式統(tǒng)一。

3）技術(shù)狀態(tài)上報(bào) 各臺網(wǎng)站點(diǎn)可以將所屬臺網(wǎng)設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)（良好、堪用、故障、報(bào)廢）通過特定格式的表單，上報(bào)至技術(shù)保障中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器，以便技術(shù)保障中心統(tǒng)一掌握和管理相關(guān)信息。

4）故障維修指南 采用故障字典的方法，將常見的故障現(xiàn)象和成功的維修案例經(jīng)過規(guī)范處理，建立維修案例庫模塊，方便用戶獲取相應(yīng)的維修信息。

5）系統(tǒng)后臺管理 該功能模塊主要用于系統(tǒng)管理員的后臺管理，主要包括用戶注冊信息、權(quán)限分配、儀器設(shè)備信息、專家維修建議信息的管理，實(shí)現(xiàn)新注冊用戶的核準(zhǔn)、權(quán)限批準(zhǔn)、儀器設(shè)備信息的錄入、修改和刪除、專家維修建議的整理等操作。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 基于ASP.NET的運(yùn)行機(jī)制

本文構(gòu)建的臺網(wǎng)設(shè)備維修保障系統(tǒng)搭建在Windows Server（服務(wù)器版操作系統(tǒng)）+IIS（Web服務(wù)器）環(huán)境中。通過在IIS中注冊 ASP.NET所需的 ISAPI擴(kuò)展 （aspnet_isapi.dll），使得作為ASP.NET宿主的IIS在接收到客戶端維修技術(shù)人員的HTTP請求后，將響應(yīng)請求的控制權(quán)交給ASP.NET運(yùn)行。當(dāng)一個(gè)請求從瀏覽器發(fā)出，到達(dá)服務(wù)器端，IIS收到該請求。IIS根據(jù)所請求資源的擴(kuò)展名，將該請求轉(zhuǎn)交給相應(yīng)的ISAPI擴(kuò)展程序來處理。所有處理應(yīng)用程序集中于設(shè)備維修保障中心。

3.2 基于Web的數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)

Web技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合已成為當(dāng)前研究的熱點(diǎn)，其中關(guān)鍵就是Web數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)。從性能優(yōu)化以及數(shù)據(jù)安全性考慮，本文采用ADO.NET的體系結(jié)構(gòu)與對象模型，實(shí)現(xiàn)Web數(shù)據(jù)庫的訪問。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器構(gòu)建在設(shè)備維修保障中心，各臺站客戶端可通過Web數(shù)據(jù)訪問技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫連接的建立、數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)連接釋放等操作。

Web數(shù)據(jù)庫連接建立代碼：

數(shù)據(jù)訪問代碼如下:

關(guān)閉連接代碼如下:

3.3 基于專家知識的智能故障樹分析法

一般地，專家知識和有益經(jīng)驗(yàn)的需要某種特定的組織形式，以方便廣大用戶理解、接受和加以利用。故障樹通過一個(gè)逐漸展開的樹狀分支圖來表示系統(tǒng)故障的內(nèi)在邏輯關(guān)系，形象直觀，方便用戶進(jìn)行故障邏輯分析和推理。

本文將故障樹與Web數(shù)據(jù)庫相結(jié)合，將包含專家知識、經(jīng)驗(yàn)的故障樹節(jié)點(diǎn)信息保存在Web數(shù)據(jù)庫之中，設(shè)計(jì)了基于Web數(shù)據(jù)庫的故障樹自動分析程序，以方便處于Web網(wǎng)絡(luò)之中的用戶利用專家知識和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行故障推理與分析。

以圖5所示的故障樹為例，說明基于Web數(shù)據(jù)庫的故障樹推理分析方法的原理與實(shí)現(xiàn)方法。

圖5 某設(shè)備故障樹示意圖Fig.5 Sketch map of a certain device

當(dāng)?shù)资录﨑、E、G、H中任意一個(gè)發(fā)生時(shí)，都會導(dǎo)致故障頂事件A發(fā)生。

依據(jù)此故障樹，就可以分析設(shè)備的故障原因，進(jìn)行故障推理。在故障樹分析程序中，給每個(gè)節(jié)點(diǎn)標(biāo)記以下屬性并保存于Web數(shù)據(jù)庫：

1）節(jié)點(diǎn)編號 整個(gè)故障樹中除故障樹頂事件外，按二進(jìn)制代碼“0”和“1”進(jìn)行編碼，每個(gè)節(jié)點(diǎn)都有自身唯一編號。

2）節(jié)點(diǎn)狀態(tài) “0”表示否定判決條件；“1”表示肯定判決條件。

節(jié)點(diǎn)編碼長度從故障頂事件至底事件依次增加。故障樹編碼如圖6所示。

圖6 故障樹編碼圖Fig.6 Coding of fault tree

圖6中，故障樹頂事件節(jié)點(diǎn)A不編碼，故障樹底事件節(jié)點(diǎn) D、E、G、H 編碼分別為“111”、“110”、“101”、“100”。

以上過程可以通過程序?qū)崿F(xiàn)，以下是基于Visual Basic.net的程序代碼，此代碼可以放入ASP.net網(wǎng)頁中進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷：

4 系統(tǒng)應(yīng)用與初步結(jié)論

在經(jīng)歷2個(gè)月調(diào)試與改進(jìn)之后，系統(tǒng)在某單位及下屬多個(gè)臺站進(jìn)行了基于intranet的測試運(yùn)行，對系統(tǒng)的 “信息查詢”、“技術(shù)狀態(tài)上報(bào)”、“故障維修”、“系統(tǒng)管理”等功能模塊進(jìn)行了專門測試。系統(tǒng)試運(yùn)行結(jié)果表明，系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)故障維修、系統(tǒng)管理等功能服務(wù)以及設(shè)備信息、技術(shù)狀態(tài)信息等數(shù)據(jù)服務(wù)的共享，可有效提高臺網(wǎng)設(shè)備維修效率，為地震臺網(wǎng)設(shè)備維護(hù)維修提供了一種新的技術(shù)手段。其主要特點(diǎn)是：

1）界面友好，形象直觀，方便使用 采用以用戶為中心的設(shè)計(jì)思想，從使用者的角度，考慮設(shè)計(jì)與開發(fā)各種可能存在的問題。充分調(diào)研、收集用戶的需求，系統(tǒng)界面應(yīng)該方便用戶使用，使程序設(shè)計(jì)與用戶意圖相統(tǒng)一，把用戶產(chǎn)生各種誤操作的可能性降到最低。

2）模塊化的設(shè)計(jì)思想 系統(tǒng)某一分系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，其他部分仍然能正常工作，提高系統(tǒng)的可靠性和魯棒性，有利于系統(tǒng)的維護(hù)和升級。

3）應(yīng)用程序設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)分離 通過數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)（DBMS）通用接口訪問保存在數(shù)據(jù)庫中各類數(shù)據(jù)，應(yīng)用程序的升級和數(shù)據(jù)的修改更新互不影響。有利于增強(qiáng)程序代碼的可讀性和數(shù)據(jù)庫的可維護(hù)性，提高應(yīng)用程序的通用性和數(shù)據(jù)的及時(shí)更新能力。

4）系統(tǒng)可伸縮性設(shè)計(jì) 根據(jù)目前維修保障和信息化建設(shè)的實(shí)際情況，在目前網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的條件下，系統(tǒng)擬采用基于Web和單機(jī)相結(jié)合的交互系統(tǒng)。在網(wǎng)絡(luò)條件允許時(shí)，系統(tǒng)可作網(wǎng)絡(luò)形式運(yùn)行。在不具備網(wǎng)絡(luò)條件下，系統(tǒng)可作單機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，系統(tǒng)應(yīng)用靈活，具有良好的伸縮性。

5）系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì) 系統(tǒng)采用嚴(yán)格的用戶注冊、身份驗(yàn)證、授權(quán)、分級管理等技術(shù)途徑。任何用戶登陸系統(tǒng)，必須首先通過身份驗(yàn)證，由管理員授予相應(yīng)權(quán)限，（如初級用戶權(quán)限、中級用戶權(quán)限、高級用戶權(quán)限等）分配相應(yīng)電子鑰匙，從而獲取不同級別的資料信息入口。

5 結(jié)束語

IETM信息化綜合保障技術(shù)目前已逐步推廣應(yīng)用于軍、民用眾多領(lǐng)域。由于地震臺網(wǎng)儀器種類多，臺網(wǎng)分布散，各臺網(wǎng)維修資源分散，不能形成有效合力，本文將IETM技術(shù)引入臺網(wǎng)設(shè)備的維修保障，研究了一種基于IETM的地震臺網(wǎng)設(shè)備維修保障系統(tǒng)，系統(tǒng)采用B/S模式3層結(jié)構(gòu)模型，設(shè)計(jì)了用戶登錄驗(yàn)證、信息查詢?yōu)g覽、故障維修指南、遠(yuǎn)程專家支援等主要功能模塊。維修應(yīng)用程序和維修數(shù)據(jù)等維修資源分別集中于維修保障中心的Web應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)服務(wù)器，各臺網(wǎng)通過網(wǎng)絡(luò)與維修保障中心連接，通過應(yīng)用服務(wù)和數(shù)據(jù)服務(wù)的共享，以提高維修效率，降低維修費(fèi)用。

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