鐵路工地試驗室壓力機萬能機數據采集系統的設計與實現

王 江

（中國中鐵二院工程集團有限責任公司 信息中心， 成都 610031）

隨著鐵路建設工程不斷發展壯大，很多建設方對于工程建設過程中的各項要求也不斷提高，為了滿足當前工程建設所需，實時控制工程段范圍內質量，包括各工序、分項、分部的質量驗收，進場材料的質量檢查等，設計用于鐵路工地試驗室的壓力機萬能機數據采集系統，使得各級管理部門能及時監控、獲取到各工地試驗室的即時數據，減少漏檢等錯誤，并能有效地對檢測結果追蹤溯源，滿足鐵路總公司對工地試驗室標準化、自動化的基本要求。利用壓力機與萬能機數據采集系統配合試驗室人員作業，自動采集樣本數據，自動繪制曲線圖，自動生成數字報告，將數據傳輸到中心數據庫平臺，便于各級管理部門進行質量檢測。

1 數據采集系統架構設計

工地試驗室萬能機壓力機數據采集系統應能實現兩種設備試驗數據的自動采集和實時傳輸，具有提醒、分析、統計和監控等功能，在數據的采集及傳輸工程中應確保數據真實可靠、試驗過程規范、結果能夠追溯，對試驗的結果能自動進行計算及判定，按現行標準和表格自動生成試驗報告。利用網絡技術，將壓力機萬能機的試驗數據及時上傳到鐵路總公司信息化平臺，一旦發現問題及時進行處理。系統架構圖如圖1所示。

圖1 數據采集系統架構圖

圖1中，壓力機和萬能機數據采集系統調用數據庫中的樣品編號后自動采集檢測數據，自動繪制曲線圖，自動按試驗規程生成格式統一的數字報告，并通過相應數據接口將數據傳輸到數據庫服務器中。在試驗室中建立相應標準對比數據庫，將自動采集的數據與之對比分析，生成分析統計試驗報告，并傳輸到服務器平臺中。同時，監管部門和用戶可以通過服務器平臺直觀地檢索、查看各個工程部位的試驗曲線、原始數據和試驗報告，自動檢索不合格的試驗報告并安排質量安全檢查，有針對性地提出改進意見。

數據采集系統主要特點：集數據采集、實時檢測功能于一體，所測即所得，無紙化；保留全部測量原始數據，可瀏覽、編輯原始數據，方便用戶及監管部門查詢；整個系統設計思路專業、界面操作友好人性化，易學易用。

系統的采集流程如圖2所示。

2 數據接口設計與實現

各現場設備具有相應的數據采集接口，采集系統通過相應網關將現場的設備狀態通過接口采集至服務器數據庫中，再由核心程序自動完成數據存儲和分析工作，在此基礎上，提供完善的管理功能。這樣，通過對現場多設備的集成實現以系統集成、功能集成、網絡集成和軟件界面集成等多種集成技術為基礎，通過公共的高速通信網絡，構筑起一個結構合理、性能良好、安全可靠的平臺，運行和操作在統一的人機界面環境下，實現信息、資源和任務共享，完成集中與分布相結合的監視、控制和綜合管理功能。

圖2 數據采集系統流程圖

2.1 數據接口設計

為規范全路混凝土拌和站及工地試驗室標準化建設，鐵路總公司工程管理中心制訂了《鐵路工程拌和站及試驗室數據接口暫行規定》，該規定明確了鐵路工程建設混凝土拌和機、萬能試驗機、壓力試驗機與鐵路工程建設信息化平臺數據中心之間進行數據交換的數據內容、代碼定義等。數據接口標準技術要求：終端軟件要支持基于安全加密的GPRS無線傳輸技術和有線傳輸的兩種數據傳輸方式；數據基于TCP/IP協議（包括但不限于）方式傳輸；支持斷點續傳，網絡中斷后，恢復連接可以繼續完成數據上傳工作；數據完整性。通過對接口標準的統一，可以保證數據傳輸的實時性、可靠性、完整性和安全性。同時對接口編碼的規范可以讓更多更好的軟件開發廠商能為鐵路工地試驗室開發更好的管理系統軟件。

如表1的壓力試驗機接口數據表所示，除了規定接口的采樣數據外，還要明確接口設備、委托編號和試件的具體編號。

2.2 傳輸協議設計

數據傳輸協議對應于ISO/OSI定義的七層協議的應用層，在基于不同傳輸網絡（該傳輸網絡被稱為基礎傳輸層）的采集系統和數據接收系統之間提供交互通信。應用層依賴于所選用的傳輸網絡，在選定的傳輸網絡上進行應用層的數據通信，在基礎傳輸層已經建立的基礎上，整個應用層的協議和具體的傳輸網絡無關，即介質無關性。本系統數據接口協議是建立在通過基礎傳輸層建立連接的基礎上的。協議結構如圖3所示。

表1 壓力試驗機接口數據表

圖3 傳輸協議結構圖

2.3 傳輸過程實現

通過調用壓力機和萬能機實時數據接口實現數據上傳，上傳與現場操作同步：

（1）根據業務功能表（數據傳輸內容表）組織需傳輸正文json字符串，并進行校驗（json串是否能正確解析）。

（2）通過數據傳輸接收地址，直接訪問確認是否可聯通。

（3）對各傳輸參數進行FORM賦值，并采用http方式進行傳輸，將是否簽名（SFQM）設定為0，驗證傳輸內容是否組織正確。

（4）正文數據、簽名數據傳輸前使用url編碼，防止傳輸過程中base64編碼中的“+”、“=”等丟失。

（5）根據返回值進行程序調整，為“8888”，則組織傳輸內容程序正常，否則根據返回值進行程序調整。

（6）對傳輸正文部分進行數字證書簽名，并使用驗簽工具判定是否簽名正確。

（7）調用SignRadom.d ll確定是否每條數據簽名，返回0則簽名；否則不簽名。

（8）簽名可以正常解簽后，將是否簽名（SFQM）設定為1，并進行數據傳輸，正常（返回8888）則整個傳輸過程完成。

2.4 數據處理與統計

工地試驗室萬能機壓力機自動采集系統對獲得的樣品進行檢測試驗，設置計算機控制參數，選擇測量通道，設定控制速度值（試驗力、位移、變形），選擇試驗方案、采樣速率等參數，利用計算機軟件對采集的數據進行處理和計算，通過取值比較算法求出試驗所要求的最大載荷和最大位移等，停止采集后自動顯示載荷和變形的最大值，并對試驗結果進行分析，自動計算應力、伸長（壓縮）率、上下屈服點等試驗指標。同時，生成試驗報告反映試驗測試和數據處理的結果，包括試驗的說明部分（材料參數、環境參數、試驗標準、試驗編號、試驗時間等）、試驗測試結果的技術數據、試驗曲線，統計樣本的合格率及單位時間處理樣本的數量等信息，自動與系統中的標準庫比對，檢索不合格的試驗數據，第一時間安排質量安全檢查，杜絕質量隱患的出現。

3 結束語

工地試驗室是工程質量控制和評判工作的重要基礎數據來源，是工程建設質量保證體系的重要組成部分。工地實驗室壓力機萬能機數據采集的實現使得不同地域的不同工程建設項目在工地試驗室管理上保持一致，實時進行質量檢查，有效提高實驗檢測數據的準確性和真實性，從而有力保證了建設項目的工程質量。

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