抗震結(jié)構(gòu)在線檢測(cè)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

摘要：經(jīng)過長期發(fā)展，我國建筑物結(jié)構(gòu)的抗震性能得到大大提升，在經(jīng)歷地震后絕大多數(shù)建筑物結(jié)構(gòu)依舊穩(wěn)固。但由于地震所造成的次生災(zāi)害不斷發(fā)生，如何避免次生災(zāi)害所造成的燃?xì)庑孤⒂|電、中毒等現(xiàn)象已成為相關(guān)研究者亟待解決的問題。抗震結(jié)構(gòu)在線檢測(cè)軟件系統(tǒng)能夠預(yù)防地震次生災(zāi)害的發(fā)生，盡可能地減少人員傷亡，降低財(cái)產(chǎn)損失。基于網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與云計(jì)算技術(shù)，對(duì)抗震結(jié)構(gòu)在線檢測(cè)軟件系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，可用于抗震結(jié)構(gòu)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，當(dāng)出現(xiàn)異常狀況時(shí)可及時(shí)報(bào)警，引起相關(guān)人員注意。

關(guān)鍵詞：抗震結(jié)構(gòu)；在線檢測(cè)；軟件系統(tǒng)；系統(tǒng)設(shè)計(jì)；工程建設(shè)

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.02.006

中圖分類號(hào)：TP 31" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）02-00-03

Design and Research of Online Detection Software System for Seismic Structures

Cao Yize

（Fuzhou Yeren Network Technology Co.， Ltd.， Fuzhou 350001， China）

Abstract： After long-term development， the seismic performance of building structures in China has been greatly improved， and most of them are still stable after earthquakes. However， due to the continuous occurrence of secondary disasters caused by earthquakes， how to avoid gas leakage， electric shock， poisoning and other phenomena caused by secondary disasters has become an urgent problem for relevant researchers. The online detection software system of anti-seismic structures can prevent the occurrence of secondary disasters， reduce casualties and property losses as much as possible. Based on network communication technology， Internet of Things technology and cloud computing technology， the online detection software system for seismic structures is designed， which can be used for real-time monitoring of seismic structures. When abnormal conditions occur， the system can give an alarm in time to attract the attention of relevant personnel.

Key words： seismic structure; online detection; software system; system design; engineering construction

軟件平臺(tái)由監(jiān)測(cè)平臺(tái)、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器和數(shù)據(jù)集中器構(gòu)成，能夠滿足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、管理、儲(chǔ)存、報(bào)警與信息顯示等功能要求，同時(shí)具備實(shí)時(shí)性、長期性、穩(wěn)定性、并發(fā)性與便捷性的特點(diǎn)，通過移動(dòng)App和B/S網(wǎng)頁監(jiān)測(cè)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)多角度、全方位的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)[1]。

1" 總體設(shè)計(jì)方案

在綜合通信技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)抗震結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)可對(duì)抗震結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)可及時(shí)報(bào)警，保障抗震結(jié)構(gòu)時(shí)刻處于安全、穩(wěn)定的狀態(tài)[2]。具體而言，該軟件系統(tǒng)包括系統(tǒng)硬件、數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器以及監(jiān)測(cè)平臺(tái)，如圖1所示。

本軟件系統(tǒng)利用傳感器對(duì)抗震結(jié)構(gòu)的狀態(tài)進(jìn)行信息采集，通過數(shù)據(jù)集中器將各個(gè)終端的監(jiān)測(cè)信息匯總，然后將匯總數(shù)據(jù)傳輸至服務(wù)器，再經(jīng)過解析、分類后儲(chǔ)存至數(shù)據(jù)庫。通過移動(dòng)App和B/S網(wǎng)頁監(jiān)測(cè)平臺(tái)能夠?qū)崿F(xiàn)多角度、全方位的系統(tǒng)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常狀況，確保抗震結(jié)構(gòu)時(shí)刻處于穩(wěn)定狀態(tài)之中[3]。

2" 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方案

2.1 需求分析

通過使用云計(jì)算、數(shù)據(jù)庫、物聯(lián)網(wǎng)等通信技術(shù)，在線監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸、管理、存儲(chǔ)、報(bào)警以及信息顯示等功能。為確保實(shí)現(xiàn)以上功能，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件應(yīng)滿足以下五項(xiàng)基本要求[4]。

（1）實(shí)時(shí)性。監(jiān)測(cè)軟件應(yīng)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)抗震結(jié)構(gòu)的狀態(tài)，包括受力狀態(tài)和搖擺狀態(tài)。

（2）長期性。軟件系統(tǒng)在采集相關(guān)數(shù)據(jù)信息后，必須能對(duì)該數(shù)據(jù)信息進(jìn)行持久化處理，通過建設(shè)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)大量的監(jiān)測(cè)信息，以便后期分析與處理數(shù)據(jù)工作的開展。

（3）穩(wěn)定性。在傳輸抗震結(jié)構(gòu)物理信息數(shù)據(jù)時(shí)，應(yīng)保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定、高效傳輸，需建設(shè)可靠的數(shù)據(jù)傳輸通道，確保監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠穩(wěn)定運(yùn)行。

（4）并發(fā)性。當(dāng)多用戶同時(shí)在線時(shí)，軟件系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生較多并發(fā)數(shù)據(jù)。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)確保系統(tǒng)在面對(duì)大量并發(fā)數(shù)據(jù)時(shí)，依然處于穩(wěn)定狀態(tài)之中，保證監(jiān)測(cè)工作順暢進(jìn)行。

（5）便捷性。軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)管理工作應(yīng)具有較高的便捷性，能夠滿足工作人員隨時(shí)隨地實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上操作要求。

2.2 功能設(shè)計(jì)

2.2.1 數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器的功能

該服務(wù)器不僅用于處理基層網(wǎng)絡(luò)反饋的數(shù)據(jù)，也為監(jiān)測(cè)平臺(tái)提供相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過以太網(wǎng)與集中器通信，同時(shí)接受相關(guān)信息并對(duì)其進(jìn)行解析、分類與存儲(chǔ)[5]。因此，該服務(wù)器需具有以下功能：能夠獲取數(shù)據(jù)庫設(shè)備參數(shù)配置；能夠與集中器建立TCP連接；能夠依據(jù)指定通信協(xié)議自動(dòng)下發(fā)命令；能夠接收集中器匯總數(shù)據(jù)并對(duì)解析后的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)、分類存儲(chǔ)；能夠及時(shí)判斷網(wǎng)絡(luò)異常，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中斷時(shí)可以快速重新連接。

2.2.2 監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件功能

監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)具備以下5項(xiàng)功能：能夠支持?jǐn)?shù)據(jù)的持久化存儲(chǔ)；能夠設(shè)置不同賬號(hào)的使用權(quán)限，為數(shù)據(jù)提供安全可靠的存儲(chǔ)環(huán)境；具備可視化顯示功能；能夠提供設(shè)備信息管理功能，支持設(shè)備查找與信息修改；能夠提供閾值警報(bào)功能，當(dāng)數(shù)據(jù)異常時(shí)及時(shí)發(fā)出警報(bào)。

3" 數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器的架構(gòu)設(shè)計(jì)

該服務(wù)器由多個(gè)模塊組成，共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸功能，如圖2所示。由Socket網(wǎng)絡(luò)通信庫與基層操作系統(tǒng)開展通信工作，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)I/O操作。SqlHelper模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫的具體操作，TCP長連接模塊完成集中器與服務(wù)器的連接工作，消息收發(fā)模塊可將信息指令發(fā)送至集中器，同時(shí)接收集中器監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。消息處理模塊可將數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、分類與匯總，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊將處理后的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫[6]。

通過7大模塊的相互協(xié)調(diào)與配合，能夠?qū)崿F(xiàn)以下4項(xiàng)功能：①通過訪問指定集中器IP坡地和Port，建立多個(gè)TCP長鏈接，從而確保網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性能，使軟件系統(tǒng)處于平穩(wěn)狀態(tài)。②服務(wù)器通過及時(shí)響應(yīng)集中器指令，確保數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新。③保證信息監(jiān)測(cè)工作處于順暢狀態(tài)，并對(duì)接收到的信息進(jìn)行判斷、處理與解析。④將處理后的數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)庫。

4" 監(jiān)測(cè)平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)抗震結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)工作要求，軟件系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)平臺(tái)應(yīng)具備數(shù)據(jù)管理、系統(tǒng)管理、登錄功能、區(qū)域管理、設(shè)備管理以及閾值管理6項(xiàng)功能，如圖3所示，。其中，數(shù)據(jù)管理模塊下設(shè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)兩個(gè)子模塊，系統(tǒng)管理模塊下設(shè)角色管理、用戶管理與行為日志三個(gè)子模塊，設(shè)備管理模塊下設(shè)集中器管理、終端管理2個(gè)子模塊。

4.2 平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)

抗震結(jié)構(gòu)在線監(jiān)測(cè)平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)基于兩個(gè)方面：云平臺(tái)和微服務(wù)思想，前者整合了硬件、軟件資源的云計(jì)算服務(wù)，能夠?yàn)檐浖到y(tǒng)提供存儲(chǔ)計(jì)算服務(wù)；后者根據(jù)業(yè)務(wù)功能將程序劃分為多種服務(wù)，每個(gè)服務(wù)項(xiàng)目之間相互獨(dú)立又能合作協(xié)調(diào)，從而簡化了軟件平臺(tái)生命周期的維護(hù)工作。

軟件系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)平臺(tái)分為服務(wù)調(diào)用層、數(shù)據(jù)服務(wù)層以及持久層，如圖4所示。其中，數(shù)據(jù)服務(wù)層、持久層數(shù)據(jù)庫以及服務(wù)調(diào)用層的B/S服務(wù)端部署在云平臺(tái)上，為后期業(yè)務(wù)拓展提供良好的保障。

服務(wù)調(diào)用層采取混合架構(gòu)形式，包括移動(dòng)端和B/S端兩種不同設(shè)置，能夠滿足不同場(chǎng)景的使用要求。數(shù)據(jù)服務(wù)層被分為5個(gè)相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)服務(wù)接口，能夠避免數(shù)據(jù)被其他端口調(diào)用，減輕了系統(tǒng)維護(hù)的壓力。持久層為服務(wù)層提供系統(tǒng)數(shù)據(jù)和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)支持。

4.3 監(jiān)測(cè)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫的選擇

目前，主流數(shù)據(jù)庫分為兩種，第一種是以SQL Server和MySQL為代表的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，第二種是以MongoDB為代表的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫。兩種數(shù)據(jù)庫的特點(diǎn)存在差異，如表1所示。與非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫相比，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫以行、列的形式進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，屬于結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫。同時(shí)，關(guān)系型數(shù)據(jù)庫具有更高的可靠性且維護(hù)與優(yōu)化難度低。其中，MySQL運(yùn)行速率快，成本較低。因此，抗震結(jié)構(gòu)在線檢測(cè)軟件系統(tǒng)采用MySQL進(jìn)行數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。

5" 結(jié)束語

綜上所述，系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)應(yīng)滿足抗震檢測(cè)實(shí)際工作對(duì)數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器和監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件的功能需求，利用消息收發(fā)模塊、消息處理模塊、TCP長鏈接模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、Socket網(wǎng)絡(luò)通信庫、SqlHelper模塊和底層操作系統(tǒng)構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)器的基本架構(gòu)。同時(shí)，運(yùn)用閾值管理、設(shè)備管理、區(qū)域管理、登錄功能、系統(tǒng)管理、數(shù)據(jù)管理6大模塊構(gòu)建軟件的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而設(shè)計(jì)出科學(xué)、合理的抗震結(jié)構(gòu)在線檢測(cè)軟件系統(tǒng)。■

參考文獻(xiàn)

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