李珊紅，程龍巧，孟芳芳

合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系，合肥，230601

柔性人體運動學(xué)建模數(shù)據(jù)管理平臺設(shè)計與實現(xiàn)

李珊紅，程龍巧，孟芳芳

合肥學(xué)院電子信息與電氣工程系，合肥，230601

針對柔性人體動力學(xué)模型建模的海量數(shù)據(jù)難以管理的問題，基于java和SQL Server設(shè)計并開發(fā)了適用于柔性人體運動學(xué)建模的數(shù)據(jù)管理平臺。該平臺采用C/S結(jié)構(gòu)，能夠?qū)θ梭w進(jìn)行三維力學(xué)刺激的有效特征，如力的大小、方向、頻率、作用時間等力學(xué)量參數(shù)，以及受力者相關(guān)的一系列生理參數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳、修改刪除、查詢統(tǒng)計等操作，且后臺數(shù)據(jù)庫能夠?qū)嶒灁?shù)據(jù)進(jìn)行分類和保存。前端的操作界面基于Java開發(fā)，后臺數(shù)據(jù)庫采用SQL Server，具有跨平臺、易操作等優(yōu)點，有利于后期的數(shù)據(jù)處理。

管理平臺；實驗數(shù)據(jù)管理；Java；SQL Server

1 相關(guān)研究

傳統(tǒng)實驗數(shù)據(jù)依靠紙質(zhì)文本、電子文本等方式進(jìn)行記錄和保留。而現(xiàn)代實驗往往需要采集大量的數(shù)據(jù)，龐大的數(shù)據(jù)僅靠上述方式進(jìn)行記錄則有可能造成堆積成山、數(shù)據(jù)難以找到等現(xiàn)象。數(shù)據(jù)庫技術(shù)的出現(xiàn)極大地減少了紙質(zhì)文本的存在，可將海量的實驗數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)的分類存儲在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行管理。通過對數(shù)據(jù)的分析，建立相應(yīng)的關(guān)系，同時構(gòu)造一定的模型，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行有概念的分類。這些具有整體結(jié)構(gòu)特征的數(shù)據(jù)不再針對某個單獨的應(yīng)用程序，而是面向整個組織[1]?，F(xiàn)代數(shù)據(jù)庫的管理性能高，且能支持更多的用戶共享同一數(shù)據(jù)庫的信息，這是傳統(tǒng)紙質(zhì)記錄無法達(dá)到的。用戶之間若需進(jìn)行數(shù)據(jù)之間的信息交流，則可以很便捷地通過網(wǎng)絡(luò)甚至是本地進(jìn)行互通，這極大地提高了信息的共享性[2]。這種數(shù)據(jù)管理方式不僅能保證不會出現(xiàn)紙質(zhì)文本的損耗現(xiàn)象，還提高了數(shù)據(jù)的安全性。

本文針對柔性人體動力學(xué)模型建模所需大量實驗數(shù)據(jù)的實際情況，基于java和SQL Server進(jìn)行包括體表力學(xué)量與相關(guān)生理學(xué)參數(shù)的綜合數(shù)據(jù)庫的建設(shè)和應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)。該系統(tǒng)可進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)管理、查詢及統(tǒng)計，能夠及時更新實驗數(shù)據(jù)；所建立的綜合數(shù)據(jù)庫可方便快捷地實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的檢索。

2 整體設(shè)計

柔性人體動力學(xué)模型建模需要大量實驗數(shù)據(jù)，包括對人體進(jìn)行三維力學(xué)刺激的有效特征，如力的大小、方向、頻率、作用時間等力學(xué)量參數(shù)，以及受力者相關(guān)的一系列生理參數(shù)。根據(jù)柔性人體運動學(xué)數(shù)據(jù)的特點及數(shù)據(jù)管理要求，將該平臺設(shè)計為三大模塊，每個模塊有相應(yīng)的子模塊。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

在確定數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)時，由于實驗室采用的計算機(jī)均為高處理性能的硬件，且考慮到系統(tǒng)的運行環(huán)境，本系統(tǒng)采用C/S結(jié)構(gòu)(Client/Server結(jié)構(gòu))，可以充分利用硬件優(yōu)勢[3]。在本次開發(fā)的系統(tǒng)平臺中，客戶端作為操作端可以被安裝在任何一臺計算機(jī)上[4]，而服務(wù)器端由于采用的是Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫，故其支持多個客戶端同時向數(shù)據(jù)庫(服務(wù)器端)進(jìn)行訪問、獲取信息資源[5]。C/S框架結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 C/S架構(gòu)圖

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)表

在設(shè)計系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫時需要四張數(shù)據(jù)表，分別對實驗對象信息、實驗時受力屬性的信息、受力所產(chǎn)生的人體相應(yīng)生理信息參數(shù)進(jìn)行記錄、存儲。下面以生理信息表為例進(jìn)行介紹。

生理信息表主要用來記錄實驗對象在不同屬性力的作用下產(chǎn)生不同的生理反應(yīng)，而這一生理反應(yīng)則對應(yīng)一些生理信息參數(shù)的變化，如呼吸、脈搏、血氧飽和度、肌電變化、肌張力變化、阻力指數(shù)、血流量變化等。該數(shù)據(jù)表部分結(jié)構(gòu)如表1所示。

表1 生理信息表

4 系統(tǒng)功能調(diào)試與結(jié)果

4.1 實驗信息管理模塊

柔性人體運動數(shù)據(jù)管理平臺的實驗信息管理模塊主要包括生理信息模塊、受力信息模塊、對象信息模塊三大部分，本文以生理信息模塊為例進(jìn)行介紹。受力信息模塊及對象信息模塊與生理信息模塊的調(diào)試類似。

生理信息添加功能主要負(fù)責(zé)為系統(tǒng)添加實驗對象不同受力下的生理信息，如圖3所示。生理信息修改與刪除功能主要用于維護(hù)系統(tǒng)中的生理信息，如圖4所示。

圖3 生理信息添加

圖4 生理信息修改與刪除

4.2 查詢統(tǒng)計模塊

柔性人體運動數(shù)據(jù)管理平臺的查詢統(tǒng)計模塊主要包括生理信息查詢、受力信息查詢、對象信息查詢?nèi)蟛糠?。其中生理信息查詢主要用于系統(tǒng)中生理信息的查詢，其查詢方式可以按照實驗日期、人體部位進(jìn)行匹配查詢或者模糊查詢。程序界面如圖5所示。

圖5 生理信息查詢

4.3 系統(tǒng)管理模塊

柔性人體運動數(shù)據(jù)管理平臺的系統(tǒng)管理模塊主要包括操作員管理、更改密碼、權(quán)限管理這三大部分。更改密碼的操作界面如圖6所示。

5 結(jié) 論

本平臺通過Java語言進(jìn)行編寫，具有較好的實用性和便捷性。數(shù)據(jù)庫采用SQL Server 2008進(jìn)行搭建，可保證數(shù)據(jù)庫的穩(wěn)定性及數(shù)據(jù)的可操控性。調(diào)試結(jié)果表明，柔性人體運動數(shù)據(jù)管理平臺不但可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)管理所需要的功能，還可更合理、快捷地幫助實驗操作員對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，極大地減少了工作量，同時也避免了記錄的數(shù)據(jù)丟失、損壞。

圖6 更改密碼

對用戶界面進(jìn)行整體美化，包括背景、文字排版等方面。界面整體美觀度較好，程序操作界面沒有過多無用的功能選項，總體系統(tǒng)平臺的功能實現(xiàn)符合項目要求，該系統(tǒng)平臺將會對實驗數(shù)據(jù)的后續(xù)處理提供重要幫助。

[1]王珊，薩師煊. 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論[M].5版.北京:高等教育出版社,2014:9-10

[2]周屹，李艷娟. 數(shù)據(jù)庫原理及開發(fā)應(yīng)用 [M].2版.北京:清華大學(xué)出版社,2013:56-57

[3]宋崴.淺談對C/S結(jié)構(gòu)與B/S結(jié)構(gòu)的特點解析[J].硅谷,2009(3):61-61

[4]丁龍.計算機(jī)數(shù)據(jù)庫的管理技術(shù)及應(yīng)用[J].智能城市,2016(4):82-83

[5]張薇.計算機(jī)數(shù)據(jù)庫技術(shù)在信息管理中的運用[J].工程技術(shù),2016(3): 308-308

10.3969/j.issn.1673-2006.2017.12.022

TP311

A

1673-2006(2017)12-0083-03

2017-06-29

國家自然科學(xué)基金面上項目“柔性人體動力學(xué)建模分析與仿真研究”(61673369)；安徽省高校自然科學(xué)研究重點項目“基于導(dǎo)電橡膠的柔性三維力傳感器性能優(yōu)化研究”(KJ2016A598)。

李珊紅(1985-)，女，山東威海人，博士，講師，主要研究方向：智能傳感技術(shù)。

劉小陽)