基于WebService的壓力機遠程監測系統開發

曾偉軍,李躍軍

(1.湖南省炎汝高速公路建設開發有限公司,湖南株洲 412000; 2.湖南省交通科學研究院,湖南長沙 410015)

近十幾年來,隨著我國國民經濟的高速發展,全國各地的公路建設規模宏大,尤其高等級公路發展迅猛。在公路建設中,質量是工程建設的關鍵,任何一個環節、任何一個部位出現問題,都會給工程的整體質量帶來嚴重的后果,直接影響到公路的使用效益,甚至造成巨大的經濟損失。因此,工程質量是工程建設的生命。保障工程順利完工,避免工程質量事故已成為管理人員的重點工作。

水泥混凝土是工程建設中使用最廣泛的材料之一,控制水泥混凝土的質量也是質量管理一項重要任務。由于公路建設點多、線長、面廣,加上交通不便,現代化的商品混凝土不能進入工程建設,各地公路建設規模宏大,公路建設專業人員比較短缺,建設人員素質不一,這些因素給水泥混凝土的質量控制增加了難度。壓力機是混凝土強度檢測的重要試驗儀器,及時準確地獲取施工單位和監理單位的混凝土強度檢測數據,分析處理數據發現工程建設中存在的問題,并采取相應的措施,對于加強混凝土質量控制及工程質量控制具有重要意義。本系統開發過程中廣泛調查水泥混凝土質量檢測管理現狀,采用當前先進的軟件開發技術如WebService技術,OOP技術,工程數據庫技術,組件技術,有效解決了混凝土質量遠程監測系統開發的問題,取得了良好的效果。

1 系統設計

1.1 系統設計目標

1)實現試件強度試驗檢測數據從試件強度檢測壓力機系統到監測系統數據采集模塊真實安全高效采集存儲。

2)保障試件強度試驗檢測數據從監測系統數據采集模塊到建設單位服務器傳輸中的完整性和真實性。

3)提供試件強度試驗檢測數據質量分析功能,為管理人員更好地使用這些數據獲取工程質量信息來控制工程質量。

1.2 系統功能需求分析

1)數據采集:監控中心能及時掌握到各單位上傳的壓力機上各種試驗的所有試驗數據以及一些相關信息,主要包括試驗單位信息、壓力機廠家型號、試驗組號、試驗類型、試件尺寸、受壓面積、設計強度等級、一組試件個數、齡期、試驗結果(強度值和破壞荷載)、試驗日期,為保證強度數據的真實性,系統還采集試驗時間與試件強度關系曲線數據。

2)抗干擾功能:系統具有抗干擾功能,如果網絡中斷,試驗數據將在本機保存;網絡一旦連通,數據將自動繼續傳輸,保證上傳數據的完整性。還可防止人為切斷網絡傳輸線路,保證數據傳輸安全。

3)數據傳輸功能:將各試驗單位的壓力機試驗數據通過聯網監控系統中的數據采集子系統采集過來,并通過數據傳輸子系統上傳到聯網監控中心,以便對試驗數據進行統計分析,及時掌握試驗數據的真實性,了解混凝土的質量情況。

4)基礎數據的管理:對使用監控系統的用戶、單位信息進行管理,另外對用戶的權限進行控制。

5)數據查詢功能:上傳到監控中心的壓力機試驗數據,需要不同的用戶按權限,根據條件進行查詢。

6)信息補充功能:由于壓力機上采集上傳到監控中心的數據信息有限,還不便于業主對信息的充分掌握,為此需要數據上傳的單位在監控系統里面補充相關的信息。

7)數據異常控制功能:將各試驗單位上傳的試驗數據進行異常控制,用戶在設計強度的基礎上,通過設置齡期為3 d、7 d、28 d的強度達到設計強度的百分比,自動篩選出達不到控制要求的不合格數據,并對不合格的結果用紅色標記出來。這樣便于通過試驗數據來掌握混凝土的質量情況。

1.3 系統模塊劃分

系統根據功能的劃分和功能之間的相關性,為降低系統各部分的耦合,提高系統開發效率和質量,堅持模塊化原則將系統劃分為客戶端基礎數據管理、客戶端數據采集、客戶端數據存儲發送、服務器端數據接收、服務器端試驗數據維護、服務器端數據分析、服務器端基礎數據管理等模塊。見圖1。

圖1 系統模塊劃分圖

1.4 系統數據庫設計

為簡化客戶端組件實現,系統客戶端數據庫與Web數據庫采用不同的數據結構,數據在Web服務器端接收時轉化數據結構,以下列出客戶端和Web服務器端主要數據表結構,其中臺賬信息總表與詳表是一對多的關系,以TestID字段相關聯。見表1～表3。

表1 客戶端臺賬信息表

表2 W eb數據庫臺賬表

表3 W eb數據庫臺賬主表

2 系統實現

2.1 系統網絡拓撲結構

試件強度檢測壓力機系統軟件多用VC++,VB開發,為方便軟件接口、安裝和數據采集,監測系統客戶端模塊采用VC++6.0開發,為提高開發效率,服務器端采用ASP.NET開發數據接收和查詢分析模塊。系統采用C/S(客戶端/服務器)與B/S(瀏覽器/服務器)相結合的混合網絡體系結構,系統網絡拓撲結構圖如圖2。

2.2 系統通信技術

圖2 系統網絡拓撲結構圖

因特網網絡傳輸協議分為不同層次,例如TCP/IP模型將網絡協議分為4層分別是:網絡接口層、網絡層、傳輸層、應用層,不同層次完成不同的任務,各層之間耦合性小,在應用層開發了很多基本的通信協議如:HTTP(超文本傳輸協議)、FTP(文件傳輸協議)、SMTP(郵件傳輸協議)等。為了滿足結構化數據傳輸要求,又在這些基本通信協議上構造了Socket、WebService等通信技術。其中WebService是一項使用Soap(Simple Object Access Protocal)協議封裝XML數據通過HTTP協議進行數據傳輸的技術,隨著網絡發展和普及,WebService技術使用日益廣泛,本系統采用WebService技術通信,WebService技術具有以下特點:

1)Web Services可以跨平臺:Web Services平臺是XML+HTTP,與各種軟件開發平臺無關,因此不同的軟件平臺可以根據Services技術要求實現它,因此可以實現不同開發平臺開發的軟件之間的通信。

2)Web Services是獨立的(self—contained)并可自我描述:Web Services通過WSDL(Web Services Description Language)服務描述語言來描述Web Services提供的服務及其調用方法,包括WebService提供的方法、各方法的輸入輸出格式,這樣其他程序通過解析Web Services產生的服務描述文件確定服務提供的方法和調用方法。

3)越來越多的軟件開發平臺提供對WebService技術的支持,如微軟公司的.NET技術,這為WebService技術的使用和推廣起到了極大的方便,甚至一個初級程序員就可以實現WebService服務。

2.3 系統通信接口

1)由于各單位使用的試件強度壓力機品牌不同,壓力機軟件也不同,試件種類較多,因此制定統一穩定的接口就比較重要。定義通信接口就是針對要處理的問題對象進行抽象,獲取問題對象的屬性和方法,構建便于處理問題和相對穩定的通信標準。

2)通過對問題的調查理解,我們把試件強度壓力機與數據采集模塊的每次通信抽象為一個事件,每個事件包括事件名稱、用戶名、密碼、機器標識號等屬性,包括一個Data元素,Data元素屬性根據事件名稱改變。系統共定義了GroupStart,Sample-Done,GroupDone三種名稱的事件,當壓力機開始一組試驗時,壓力機向客戶端采集模塊發送GroupStart事件,包括試驗的基本信息如:試驗類型、試件尺寸、試件個數等,當一個試件試驗結束時,壓力機向客戶端采集模塊發送SampleDone事件,包括試件的破壞荷載和試件試驗過程產生的時間-荷載曲線數據,當一組試驗結束時,壓力機向客戶端采集模塊發送GroupDone事件,包括試件平均值、是否合格等信息。每個事件由兩個XML節點數據構成,為減小通信量,數據以屬性的形式存放在兩個節點的屬性里,第一個節點記錄事件的類型,發送客戶端的基本信息,第二個節點記錄事件數據信息。以下給出以GroupStart為例的壓力機試驗軟件發送給客戶端代理模塊的一個事件內容。見圖3。

圖3 壓力機試驗軟件發送給客戶端代理模塊的事件內容

2.4 數據采集組件實現

開發的dll組件充當通訊代理角色,各壓力機系統通過該代理組件完成事件的發布及數據通訊,該組件實現4個C風格的函數,包括:

方法一:Init,壓力機系統在程序啟動時調用該方法,組件通過該方法完成組件初始化工作,如讀取組件配置信息。

函數原型:Void Init(const char*szMessage),暫時定義szMessage為空。

調用:在應用程序啟動時調用。

方法二:Release,壓力機系統在程序退出時調用該方法,組件通過該方法釋放組件申請的應用資源,如網絡連接。

函數原型:Void Release(const char*szMessage),暫時定義szMessage為空。

調用:在應用程序結束時調用。

方法三:Config,壓力機程序在選項菜單下提供“通訊配置”菜單項,用戶點擊改菜單項時調用本函數。

函數原型:Void Config(HWND hWndOner)。hWndOwner為壓力機系統窗口句柄,缺省為0。

調用:用戶點擊“通訊配置”時調用。

方法四:PostEvent,壓力機系統進行試驗時調用該方法發布相應的事件,完成系統間的數據傳輸。

具體形式:Void PostEvent(const char*Xm lData);其中XmlData遵循系統通信接口制定的通信標準。

聯系壓力機生產廠商的軟件開發商,要求他們按照要求實現我們提供的接口,即可實現壓力機試驗數據采集。

2.5 系統查詢分析實現

混凝土強度試驗完成后,系統自動將數據上傳至監控中心服務器上,選擇試驗單位設置查詢條件,點擊查詢即可以查詢到混凝土強度試驗結果,點擊查看可以查看單個試件的試驗結果,設置異常數據控制選項后系統會將不符合數據異常控制標準的試驗項以紅色標示出來,便于管理人員查看。

3 系統應用

根據系統設計思想,開發了壓力機遠程監測系統,在湖南省懷化至通道高速公路項目中投入使用,從使用的情況看,系統實現了試件強度數據安全、高效、穩定傳輸,由于將檢測圖像數據上傳到服務器,保證了數據的真實性。系統達到了預期的目標,提高了公路建設人員的質量意識,改善了高速公路建設質量管理手段,取得了良好的效果。圖4是系統運行圖,根據設定的數據控制標準,紅色顯示的數據項為不合格項。

圖4 數據異常控制結果顯示界面

4 結語

系統在開發過程中充分地調查了壓力機遠程監測系統的使用環境和功能需求,提出了建立壓力機遠程監測系統的目標,設計壓力機遠程監測了系統通信接口,采用WebService技術,OOP技術,工程數據庫技術,組件技術等當前先進的軟件開發技術實現了壓力機遠程監測系統,改善了高速公路質量管理手段,取得了良好的實際效果。

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