鐵路工地試驗室終端軟件的設計與實現

王榮波，史天運，王 彤，徐成偉，王輝麟

（中國鐵道科學研究院， 北京 100081）

鐵路工地試驗室終端軟件的設計與實現

王榮波，史天運，王 彤，徐成偉，王輝麟

（中國鐵道科學研究院， 北京 100081）

本文對鐵路工地試驗室試驗終端系統框架、軟件功能和關鍵技術進行闡述。該系統按照鐵路工地試驗室標準化管理的要求，試驗室試驗員實名登陸試驗終端進行基本信息錄入和各種試驗類型的數據采集，實現自動計算試驗數據，判定試驗結果，按現行標準和表格自動生成試驗報告，與鐵路工程管理平臺進行信息交互等功能。

工地試驗室；標準化管理；信息系統

鐵路工地試驗室是工程建設中的重要組成部分，它既要為施工過程提供質量控制依據，又要為工程竣工驗收、移交提供質量保證數據，還應采用先進的、成熟的科學檢測手段進行檢驗，檢測數據必須具有科學性、準確性、真實性、合法性。因此，鐵路工地試驗室是保證施工質量的關鍵，鐵路建設需要試驗室發揮其作用。

推廣和應用試驗終端軟件是鐵路工地試驗室標準化管理的重要內容，是規范試驗操作、保證試驗數據準確的重要手段。通過該軟件的應用，能有效解決試驗操作的規范、數據的準確采集、試驗結果的正確判定、試驗進度的監控，提高試驗效率、實時反映試驗任務的完成情況。利用試驗終端軟件配合試驗室人員作業，自動采集試驗數據，繪制曲線圖，對試驗結果進行評判并生成試驗報告，試驗完成后不可對試驗結果進行修改，并及時將數據上傳到工程管理平臺，便于各級管理部門進行質量檢測。

1 軟件架構

鐵路工地試驗室終端軟件總體架構如圖1所示，通過層級結構的劃分可以全面、整體的展現應用軟件的設計思路。終端軟件通過不同的通信方式（串口通信、UDP通信及DDE通信）和不同的伺服控制方式發送控制命令到試驗機控制器，控制器把試驗過程數據發送給終端軟件；終端軟件在登陸時通過Webservice獲取用戶信息和更新已加載的委托信息；試驗完成后，終端軟件通過Webservice上傳委托信息、試驗信息及相關的文檔信息。

2 軟件功能設計

鐵路工地試驗室終端軟件應能實現壓力試驗機和萬能試驗機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，將壓力試驗機和萬能試驗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。

鐵路工地試驗室終端軟件主要功能如圖2所示，充分保證試驗數據準確采集、試驗結果的正確判定、試驗報告的自動生成、試驗數據及文檔的及時上傳。

圖1 軟件總體架構

圖2 功能結構圖

2.1 委托信息基本操作

包含新建委托、查詢委托（以委托編號、試驗類型、試驗狀態、開始日期和創建日期為查詢條件）、編輯委托、刪除委托等。

2.2 到期混凝土試驗提醒

對達到規定齡期的混凝土試驗給予可進行試驗的提醒；未到齡期和已超齡期的混凝土試驗不可進行試驗。

2.3 試驗信息管理

包含查詢試驗（以試驗類型、委托編號及上傳狀態為查詢條件）、加載試驗、編輯試驗、刪除試驗等。

2.4 試驗文檔管理

針對不同的試驗類型，按現行標準和表格自動生成相應的試驗報告，自動填充試驗數據。

2.5 試驗數據采集

針對不同的控制器類型利用不同的通信方式，試驗軟件自動實時采集試驗過程數據，并自動繪制出曲線圖。

2.6 試驗參數分析

根據試驗過程數據，自動計算材料性能參數值（抗拉強度、屈服點、實測抗拉強度與實測屈服強度之比、實測屈服強度與規定的屈服強度特征值之比、伸長率、最大力下的總伸長率、抗壓強度單塊值和抗壓強度組值等）。

2.7 試驗合格性判定

依據相關試驗標準，自動判定試驗結果是否合格。如果不合格，確定造成不合格的參數。

2.8試驗數據修約

按照各個試驗類型的標準規范（YB/T 081-2013冶金技術標準的數值修約與檢測數值的判定、GB/T 50081-2002普通混凝土力學性能試驗方法標準）進行相應的修約。

2.9 試驗數據傳輸

完成試驗后通過無線網絡或有線網絡以加密方式由Webservice實時發送試驗數據、試驗信息、報告數據和過程數據至平臺功能，如果發生網絡故障，網絡故障恢復后數據可斷點續傳。

3 軟件實現

鐵路工地試驗室終端軟件以Visual Studio 2010作為開發工具，以.Net（c#）作為開發語言，以MySql數據庫作為終端軟件的數據庫進行設計，跟前端控制器廠家通過串口通信、UDP通信和DDE通信的方式進行通信或者直接控制控制器的方式，獲取試驗數據，通過Webservice的方式加密上傳到平臺。

3.1 設計策略

3.1.1面向接口編程方法

針對不同的控制器廠家，統一數據接收模塊與上層數據處理的接口。

3.1.2安全策略

登陸軟件時用戶實名認證，跟鐵路工程管理平臺上的信息不一致時無法登陸終端軟件；數據加密，上傳或獲取用戶信息時采用MD5加密方式；軟件登陸前需要進行軟件注冊，軟件注冊碼必須跟獲取到的注冊碼一致才可使用軟件。

3.1.3可復用性策略

數據庫處理模塊，跟數據庫相關的增加、刪除、更新操作；數據上傳判斷模塊，試驗是否完成的檢測及自動上傳的處理；數據上傳模塊，數據上傳內容的順序和上傳失敗的狀態顯示；文檔處理模塊，對文檔的打開、關閉、保存和數據填充的處理單獨封裝。

3.1.4錯誤檢測策略

對用戶手動輸入的一些信息進行錯誤檢測，包括不可輸入漢字、鋼筋斷后標距一定大于原始標距等。

3.2 數據流程

委托信息錄入系統和試驗信息管理的信息保存到各自的數據庫中進行數據采集，采集到試驗的過程數據和其他信息組成試驗數據后，自動進行試驗參數的分析、試驗合格性的判定、數據修約，按照現行標準自動生成試驗報告和記錄，完成試驗后,通過平臺Webservice進行試驗數據的傳輸。數據流程如圖3所示。

圖3 數據流程圖

4 關鍵技術

4.1 鋼筋規定非比例延伸強度算法

鋼筋在拉伸試驗時，當拉力值超過彈性極限，即使拉力值不再增加，而鋼筋繼續發生明顯的塑性變形，此時的最小拉力值對應的強度即為屈服點。但實際上很多鋼筋原材并沒有明顯的屈服現象，通常以發生微小的塑性變形時的應力作為該鋼材的屈服強度，稱為條件屈服強度，即鋼筋規定非比例延伸強度。造成鋼筋沒有明顯屈服的原因除了跟鋼筋的材料有關外，還跟試驗員的操作習慣（鋼筋拉伸試驗時夾具未夾緊鋼筋及做試驗的速度等）、萬能試驗機的質量（鋼筋過了打滑點后又出現多次打滑，造成鋸齒點過多，鋸齒點在正常屈服附近，導致鋸齒點不好過濾）等有關。

在試驗參數分析中，鋼筋規定非比例延伸強度是鋼筋試驗參數中比較難計算的參數，但又是判斷鋼筋合格的重要參數。目前，鋼筋規定非比例延伸強度的計算方法主要包括4種：常規平行線方法、滯后環方法、逐步逼近方法、力一夾頭位移方法。從可操作性和方便性來說，常規平行線方法和力一夾頭位移方法用的比較多，但是都需要用到引伸計。而使用道格拉斯-普克抽稀算法，不需要引伸計就可以將力值-時間曲線進行平滑處理，濾去由于試驗機的夾具與鋼筋原材的摩擦產生的鋸齒點，從而正確地計算出鋼筋的屈服點。道格拉斯-普克抽稀算法的精度跟所取得閾值有關，而閾值則由鋼筋試驗中標準屈服點與標準抗拉強度的比值范圍及大量的數據分析綜合確定。

4.2 試驗文檔管理技術

NPOI是一個讀寫Excel、Word等微軟OLE2組件文檔的開源項目。NPOI可進行Excel的讀取值、寫入值、修改值等操作，并保存為Office 97-2003格式的Excel。NPOI中讀寫通過哪一個工作薄（WorkBook）、哪一個工作表（Sheet）、哪一行（Row）、哪一列（Column）來確定唯一的單元格（Cell），NPOI的行和列的索引都是從0開始。NPOI讀取Excel分為HSSF（適用2007以前的版本）和XSSF（適用2007版本及其以上的）。在終端軟件在中需要進行試驗文檔的管理，包括文檔展示和試驗數據填充，而用c#基于Office的控件只能對文檔進行展示而不能進行數據填充，所以采用了NPOI技術將試驗數據填充進相應的試驗文檔中。

通過NPOI技術的應用，試驗終端軟件解決了試驗文檔打開慢、文檔數據處理慢及可能由于保存與關閉的快慢問題導致的亂碼問題。由于NPOI數據不需要客戶安裝Office軟件，大大增強了試驗終端軟件文檔操作的適用性。試驗終端軟件為了保證試驗數據的準確性，需要在文檔打開前、后對文檔數據進行覆蓋處理，NPOI對文檔的處理非常快，改善了用戶體驗。

4.3 試驗數據采集和委托信息的數據融合技術

鐵路工地試驗室的萬能試驗機和壓力試驗機的廠家和通訊協議不同，如果分開進行處理會做很多重復性的工作，采用試驗數據采集數據融合技術進行處理后，形成統一的數據結構傳遞給試驗數據處理模塊，保證了軟件上層模塊對數據分析的一致性，使軟件上層模塊不用區分數據的具體來源。

鐵路工地試驗室的委托信息可以在鐵路工程管理平臺錄入，也可以在終端軟件錄入，采用委托信息數據融合技術進行處理后，將工程管理平臺和終端軟件的委托信息結合，重復的數據以工程管理平臺為主，如果網絡連接失敗，則以終端軟件為主，通過數據保存模塊進行保存，達到了數據展現模塊對數據的統一處理效果。

5 結束語

截止到2015年2月底，鐵路工地試驗室終端軟件已在三大片區的35條線路上部署，壓力機采集系統安裝476臺，萬能機采集系統安裝509臺，上傳報告數562 493份，信息統計見表1。工地試驗室如果發現該批次有不合格的鋼筋試驗、混凝土試驗及其他試驗，則需要進行雙倍根數（塊數）的復檢，如果復檢再不合格，則需要進行退場處理，如果復檢合格，則可以繼續使用。

表1 三大片區的信息統計

鐵路工地試驗室終端軟件能夠及時發現不合格的試驗，規范現場試驗室人員的行為，避免個別試驗人員弄虛作假現象，促使他們及時進行不合格試驗的處理；能夠提高試驗室管理水平，使管理者能夠更加方便地管理試驗室工作；能夠為工程質量分析提供基礎性數據，使工程質量問題的追溯變得有據可查；減少試驗員在填寫報告中的重復性工作。

[1] 朱紅梅.淺談鐵路工程監理工地試驗室的管理[J].中小企業管理與科技，2012（11）：41-42.

[2] 賀智超.淺談高速鐵路工地試驗室的管理分析[J].民營科技，2012（10）：224-225.

[3]鐵道部工程管理中心.工管辦函[2013]381號 鐵路工地試驗及試驗室數據接口暫行規定[S].北京：鐵道部工程管理中心，2013.

[4] 王 江.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[J].鐵路計算機應用，2014，23（4）.

[5] 鐵道部工程管理中心.工管辦函[2013]284號 鐵路工地試驗室標準化管理實施意見[S].北京：鐵道部工程管理中心，2013.

[6] 顧麗英.力一夾頭位移法測定規定非比例延伸強度剖析[J].機車車輛工藝，2011（2）.

責任編輯 陳 蓉

Test Terminal Management System of railway construction site laboratory

WANG Rongbo, SHI Tianyun, WANG Tong, XU Chengwei, WANG Huilin
( China Academy of Railway Sciences, Beijing 100081, China )

The article described the framework, software functionality and key technologies for Test Terminal Management System of railway construction site laboratory. The System was in strict accordance with the standardization management requirements of the laboratory. The laboratory assistant of real name logged in the test terminal to import the basic information and made data acquisition for all kinds of tests, implemented automatic calculation of test data, determined the test results automatically, generated test report according to current standards and tables, interacted information by the railway project management platform.

railway construction site laboratory; standardized management; Information System

U21∶TP39

A

1005-8451（2015）12-0043-04

2015-04-01

王榮波，研究實習員；史天運，研究員。