李翔宇，張宇峰

（1.廣州珠江黃埔大橋建設(shè)有限公司，廣東 廣州 511434；2.蘇交科集團(tuán)股份有限公司，江蘇 南京 210012；3.在役長(zhǎng)大橋梁安全與健康國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇 南京 210012；4.江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心，江蘇 南京 210012）

0 引 言

伴隨著我國(guó)橋梁建設(shè)的突飛猛進(jìn)，國(guó)內(nèi)重點(diǎn)區(qū)域大跨徑橋梁的安全與健康保障問(wèn)題日益凸顯。運(yùn)用結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)（Structural Health Monitoring, SHM）技術(shù)，利用現(xiàn)場(chǎng)的傳感設(shè)備獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，再通過(guò)對(duì)包括結(jié)構(gòu)響應(yīng)在內(nèi)的橋梁結(jié)構(gòu)系統(tǒng)特性進(jìn)行分析，可達(dá)到監(jiān)測(cè)結(jié)構(gòu)損傷或退化的目的[1]。

目前，健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已在江蘇省內(nèi)的眾多長(zhǎng)大橋梁中得到成功應(yīng)用，最早的江陰長(zhǎng)江公路大橋結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)1999年即已建立，是國(guó)內(nèi)最早的橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之一。2010年，江蘇省又在全國(guó)率先組建了第一家區(qū)域橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心—江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心，目前該數(shù)據(jù)中心管理著江蘇交通控股有限公司旗下的5座江蘇省內(nèi)長(zhǎng)江公路大橋和2座高速公路大跨徑索承橋梁。在數(shù)據(jù)中心的管理下，7座大橋的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)總體運(yùn)行正常，目前已積累了高達(dá)2萬(wàn)億條，20 TB的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)這些數(shù)據(jù)的分析，不僅產(chǎn)生了大量學(xué)術(shù)成果[2-11]，而且為大橋的科學(xué)管養(yǎng)發(fā)揮了重要支撐作用。但由于各大橋健康監(jiān)測(cè)軟件系統(tǒng)的總體技術(shù)方案和核心部分采用的是2003年建立江蘇省內(nèi)第一座自主研發(fā)橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)時(shí)的技術(shù)，各大橋與數(shù)據(jù)中心間的數(shù)據(jù)傳輸與數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案采用的是2010年時(shí)的技術(shù)方案，上述方案在建立之初確實(shí)代表著當(dāng)時(shí)健康監(jiān)測(cè)技術(shù)的先進(jìn)水平，并在后續(xù)進(jìn)行了一些小范圍優(yōu)化，但其所采用的基于“服務(wù)器+客戶(hù)端”的傳統(tǒng)系統(tǒng)架構(gòu)[12]，已表現(xiàn)出越來(lái)越多的問(wèn)題，如：客戶(hù)端兼容性差、擴(kuò)展能力不足、數(shù)據(jù)展現(xiàn)方式單一、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)零散、時(shí)序數(shù)據(jù)處理效率低、大數(shù)據(jù)分析能力弱及系統(tǒng)版本管理分散等，已無(wú)法滿(mǎn)足當(dāng)前技術(shù)條件下對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在數(shù)據(jù)傳輸、存儲(chǔ)、展示和分析等方面的需求。

近年來(lái)，Web、云、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)高速發(fā)展迭代，云技術(shù)提供了軟硬件一體化的存儲(chǔ)、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，具有高效、穩(wěn)定、可靠及高可拓展性等優(yōu)勢(shì)；Web技術(shù)提供了更豐富的數(shù)據(jù)展現(xiàn)形式，更便捷的訪(fǎng)問(wèn)渠道，更人性化的交互設(shè)計(jì)；機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)則提供了更靈活、更廣泛的數(shù)據(jù)處理分析平臺(tái)，因此已逐漸成為橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)重要的軟件平臺(tái)構(gòu)建核心技術(shù)。借助這些技術(shù)以及江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心在監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)管理、適配、計(jì)算、存儲(chǔ)和傳輸?shù)确矫娣e累的經(jīng)驗(yàn)，筆者設(shè)計(jì)并研發(fā)了江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)云平臺(tái)，目前已完成了對(duì)原有7座特大型橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的升級(jí)改造。

1 云平臺(tái)架構(gòu)

江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)云平臺(tái)架構(gòu)采用縱向五層，橫向兩中心的總體框架設(shè)計(jì)方案，如圖1所示。

圖1 江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)云平臺(tái)系統(tǒng)設(shè)計(jì)架構(gòu)

有別于傳統(tǒng)的“服務(wù)器+客戶(hù)端”模式，本方案通過(guò)完整的云服務(wù)架構(gòu)分離了監(jiān)測(cè)中心及數(shù)據(jù)中心兩個(gè)系統(tǒng)層級(jí)。

監(jiān)測(cè)中心通常部署在橋址附近，是傳輸及存儲(chǔ)的中間匯總環(huán)節(jié)，可作為備機(jī)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)系統(tǒng)的部分離線(xiàn)功能，是一座大橋的重要監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)節(jié)點(diǎn)。

數(shù)據(jù)中心提供云服務(wù)的存儲(chǔ)及計(jì)算中心，根據(jù)不同情況可采用租用公有云服務(wù)、自建私有云數(shù)據(jù)中心或混合云平臺(tái)。由于云平臺(tái)架構(gòu)一致，因此可較容易地實(shí)現(xiàn)在各種云服務(wù)（私有云、混合云及公有云）之間的業(yè)務(wù)遷移和拓展。

不同于傳統(tǒng)Web系統(tǒng)的三層架構(gòu)（表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)層），本監(jiān)測(cè)云平臺(tái)采用五層架構(gòu)：展現(xiàn)層、應(yīng)用層、數(shù)據(jù)層、傳輸層和感知層。

感知層主要用于保證對(duì)傳感器驅(qū)動(dòng)的兼容性，與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)版本相匹配。本云平臺(tái)在感知層設(shè)計(jì)了統(tǒng)一的文件編碼格式、傳輸協(xié)議，以保障傳輸效率及可靠性；設(shè)計(jì)了健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自檢模塊，以提供一定范圍內(nèi)的問(wèn)題自動(dòng)處理能力；結(jié)合傳輸協(xié)議，優(yōu)化數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方式，自主開(kāi)發(fā)了兼顧存儲(chǔ)效率與安全性的數(shù)據(jù)壓縮算法。

傳輸層在監(jiān)測(cè)中心內(nèi)部使用基于光纖網(wǎng)絡(luò)的LAN傳輸數(shù)據(jù)，并預(yù)留了基于4G/5G的傳輸接口；在監(jiān)測(cè)中心到數(shù)據(jù)中心之間采用增加冗余線(xiàn)路及帶寬、增設(shè)硬件防火墻及點(diǎn)對(duì)點(diǎn)物理VPN設(shè)備、部署數(shù)據(jù)中心接入服務(wù)和配置負(fù)載均衡策略等技術(shù)。

數(shù)據(jù)層用以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)相關(guān)功能。在數(shù)據(jù)庫(kù)架構(gòu)上針對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)優(yōu)化，本云平臺(tái)數(shù)據(jù)層應(yīng)用了類(lèi)似HANA技術(shù)[13]，根據(jù)數(shù)據(jù)的使用頻度進(jìn)行分類(lèi)，將其區(qū)分為熱數(shù)據(jù)、溫?cái)?shù)據(jù)和冷數(shù)據(jù)，對(duì)三類(lèi)數(shù)據(jù)采取分硬件分區(qū)存儲(chǔ)方案，提供不同級(jí)別的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限，從而可在較優(yōu)的成本控制下保障訪(fǎng)問(wèn)效率。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用彈性存儲(chǔ)架構(gòu)，可按需進(jìn)行硬件擴(kuò)容；數(shù)據(jù)管理采用關(guān)系型與非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)混合存儲(chǔ)機(jī)制，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)采用云方式部署，可在多類(lèi)云平臺(tái)間平滑遷移。

應(yīng)用層分別面向數(shù)據(jù)分析單位及橋梁管養(yǎng)單位實(shí)現(xiàn)了平臺(tái)的業(yè)務(wù)邏輯。面向數(shù)據(jù)分析單位的應(yīng)用層采用軟件即服務(wù)（SaaS）架構(gòu)[14]，提供了虛擬化訪(fǎng)問(wèn)、數(shù)據(jù)分析共享等服務(wù)，并接入了開(kāi)放的科學(xué)計(jì)算平臺(tái)，可提供復(fù)雜分析功能。面向橋梁管養(yǎng)單位的應(yīng)用層則對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行了全新規(guī)劃，可支撐多橋、多數(shù)據(jù)類(lèi)型、多維度業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)需求。

展示層采用B/S架構(gòu)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶(hù)界面的深度定制化設(shè)計(jì)?？蛻?hù)端可兼容目前常見(jiàn)主流瀏覽器及操作系統(tǒng)，可通過(guò)個(gè)人電腦、顯示大屏、手機(jī)及平板等方式訪(fǎng)問(wèn)系統(tǒng)，并設(shè)計(jì)了基于微信平臺(tái)的移動(dòng)端應(yīng)用，提供了重要信息的多種訪(fǎng)問(wèn)形式。此外，系統(tǒng)還提供了多渠道推送報(bào)警信息功能，包括網(wǎng)頁(yè)彈窗、微信消息推送及郵件等。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用

本云平臺(tái)采用了先進(jìn)的微服務(wù)框架模式，強(qiáng)調(diào)橋群、云架構(gòu)、智能、拓展和實(shí)用原則。從開(kāi)發(fā)技術(shù)來(lái)看：本云平臺(tái)基于Java EE，以Spring boot2為主框架，采用Spring Cloud實(shí)現(xiàn)分布式管理，采用Spring Data管理持久層，使用Oracle、Redis、TSDB等存儲(chǔ)系統(tǒng)構(gòu)建了混合型存儲(chǔ)，以L(fǎng)ayui為模板引擎，并自行研發(fā)了二進(jìn)制數(shù)據(jù)服務(wù)集。

云平臺(tái)各層均有關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新和特色設(shè)計(jì)，包括以下幾方面：

（1）感知層的自檢與邊緣計(jì)算；

（2）傳輸層復(fù)雜環(huán)境下的大流量數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)；

（3）數(shù)據(jù)層針對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)的模塊化設(shè)計(jì)；

（4）應(yīng)用層開(kāi)放式數(shù)據(jù)分析及智能服務(wù)平臺(tái)；

（5）展現(xiàn)層交互設(shè)計(jì)。

2.1 感知層的自檢與邊緣計(jì)算

感知層設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)自檢模塊，自動(dòng)檢查傳感器工作狀態(tài)、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)及數(shù)據(jù)采集情況等。自檢信息可通過(guò)郵件和短信形式提醒管理員，并自動(dòng)生成日志文件，從而在傳感采集端實(shí)現(xiàn)輸出接口的協(xié)議統(tǒng)一?；贚abVIEW研發(fā)了初步的數(shù)據(jù)壓縮合并、數(shù)據(jù)清洗、數(shù)據(jù)閾值報(bào)警、實(shí)時(shí)Socket通信接口及采集日志跟蹤等功能。并實(shí)現(xiàn)了部分初步數(shù)據(jù)處理任務(wù)的邊緣化，為系統(tǒng)穩(wěn)定提供了保障。

2.2 傳輸層復(fù)雜環(huán)境下大流量數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

有別于傳統(tǒng)軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸需求，橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸往往具有傳輸距離長(zhǎng)、采集環(huán)境復(fù)雜、網(wǎng)絡(luò)條件差、干擾信息多、傳輸節(jié)點(diǎn)數(shù)龐大等特點(diǎn)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)又需同時(shí)保證實(shí)時(shí)性和整體可靠性。因此，本云平臺(tái)設(shè)計(jì)中采用了多種傳輸機(jī)制和傳輸形式的混合傳輸方案。在數(shù)據(jù)及應(yīng)用層統(tǒng)一設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)接口。數(shù)據(jù)傳輸方式包括：數(shù)據(jù)文件的多點(diǎn)單向同步、監(jiān)測(cè)中心與數(shù)據(jù)中心間的數(shù)據(jù)庫(kù)雙向同步、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)多通道Socket流通信等。

同時(shí)，考慮到大橋監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸雖然總量相對(duì)穩(wěn)定，但并發(fā)連接數(shù)較高，因此可能出現(xiàn)短時(shí)數(shù)據(jù)積壓的情況。本云平臺(tái)采用了定制的荷載均衡策略，及多運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)融合方案。傳輸程序優(yōu)先傳輸最新數(shù)據(jù)，限制數(shù)據(jù)積壓時(shí)單傳輸線(xiàn)程的帶寬，以保證傳輸系統(tǒng)的整體穩(wěn)定。

考慮到大橋監(jiān)測(cè)業(yè)務(wù)特點(diǎn)，從保障的優(yōu)先度來(lái)看，數(shù)據(jù)的完整性應(yīng)高于實(shí)時(shí)性，整體準(zhǔn)確性應(yīng)高于局部準(zhǔn)確性。本云平臺(tái)采用了飽和式存儲(chǔ)方案，設(shè)計(jì)了多級(jí)臨時(shí)緩存，數(shù)據(jù)庫(kù)及數(shù)據(jù)文件在任何層級(jí)的網(wǎng)絡(luò)故障情況下，感知層、傳輸層和數(shù)據(jù)層中至少有一處以上的冗余存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)則采用了分布式存儲(chǔ)方案，數(shù)據(jù)可從各個(gè)節(jié)點(diǎn)相互恢復(fù)。另外，根據(jù)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集后即無(wú)更新的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中減少和弱化了數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)版本校驗(yàn)相關(guān)功能，以提高處理效率。

2.3 數(shù)據(jù)層針對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)的模塊化設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)層采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)格式規(guī)范，感知層采集時(shí)即將數(shù)據(jù)格式、單位及精度等信息統(tǒng)一，不符合數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)范的數(shù)據(jù)將不參與數(shù)據(jù)傳輸。監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以一段時(shí)間k的數(shù)據(jù)數(shù)組形式進(jìn)行封裝，包括：傳感器編碼Sensor、采集時(shí)間t、采集頻率f、t+n·f時(shí)間采集數(shù)據(jù)（n=1、2、3、…、k/n）等信息。入庫(kù)存儲(chǔ)時(shí)只需存儲(chǔ)必要的信息，即傳感器、測(cè)量時(shí)間點(diǎn)和值，從而保證系統(tǒng)整體運(yùn)行效率。

相對(duì)傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，使用非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，特別是時(shí)序數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)能較大地提升數(shù)據(jù)存取效率，提升整體數(shù)據(jù)存儲(chǔ)規(guī)模?；跁r(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及示例如圖2所示。

圖2 基于時(shí)間序列數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)及示例

本云平臺(tái)設(shè)計(jì)中對(duì)于不同訪(fǎng)問(wèn)熱度的數(shù)據(jù)采用了分級(jí)存儲(chǔ)方案。熱數(shù)據(jù)重點(diǎn)關(guān)注可訪(fǎng)問(wèn)性及處理效率，如近期數(shù)據(jù)、特殊事件數(shù)據(jù)及統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)等；冷數(shù)據(jù)重點(diǎn)關(guān)注完整性和容災(zāi)性，如歷史原始數(shù)據(jù)、檔案數(shù)據(jù)等。橋梁健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)的“冷熱度”分級(jí)采取了不同的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)方案，熱數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在配備高速SSD硬盤(pán)的內(nèi)存數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，冷數(shù)據(jù)則采用多備份策略，實(shí)施具備物理隔離的斷電容災(zāi)備份。

根據(jù)微服務(wù)的軟件設(shè)計(jì)思想，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的各層解耦，在數(shù)據(jù)層抽象出接口，各類(lèi)數(shù)據(jù)在必要時(shí)使用中間件、消息隊(duì)列等。類(lèi)似的，將常見(jiàn)的業(yè)務(wù)算法及具體計(jì)算模塊封裝，在數(shù)據(jù)層直接提供數(shù)據(jù)服務(wù)，如數(shù)據(jù)采樣、統(tǒng)計(jì)分析、快速傅里葉變換及擬合計(jì)算等，從而降低耦合，提高內(nèi)聚。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)了豐富的統(tǒng)一管理機(jī)制：

（1）精確到頁(yè)面的用戶(hù)權(quán)限管理；

（2）完整的數(shù)據(jù)接口權(quán)限管理；

（3）模塊化功能更新及定制化管理；

（4）狀態(tài)自檢及日志系統(tǒng)（用戶(hù)管理、其他數(shù)據(jù)接入、監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)開(kāi)放、統(tǒng)一更新和功能模塊化）。

2.4 應(yīng)用層的開(kāi)放式數(shù)據(jù)分析及智能服務(wù)平臺(tái)

應(yīng)用層主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)云資源的統(tǒng)一分配管理，按照需求進(jìn)行資源分配。在本云平臺(tái)中，應(yīng)用層主要負(fù)責(zé)具體監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的評(píng)估分析模塊、數(shù)據(jù)清洗模塊、傳輸模塊、存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)庫(kù)模塊等。在評(píng)估了具體功能的資源用量后，按需分配資源給各功能模塊，實(shí)現(xiàn)了多計(jì)算系統(tǒng)虛擬化及用戶(hù)使用環(huán)境的虛擬化[15]。

數(shù)據(jù)分析單位的人員可申請(qǐng)分配專(zhuān)屬的虛擬化云資源，通過(guò)虛擬客戶(hù)端直接進(jìn)行數(shù)據(jù)分析工作。所有的存儲(chǔ)及計(jì)算資源均由云平臺(tái)統(tǒng)一進(jìn)行管理并彈性分配，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、系統(tǒng)和分析人員獨(dú)立的可配置性。與此同時(shí)，得益于平臺(tái)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲(chǔ)管理，應(yīng)用層服務(wù)包括虛擬桌面可對(duì)數(shù)據(jù)統(tǒng)一進(jìn)行接口訪(fǎng)問(wèn)，從而使所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)訪(fǎng)問(wèn)均能被管理及監(jiān)控。

橋梁管養(yǎng)單位的人員使用B/S模式實(shí)現(xiàn)平臺(tái)業(yè)務(wù)功能操作，包括：新加入大橋的配置、數(shù)據(jù)查看及系統(tǒng)硬件維護(hù)等，從而解決C/S模式下軟件部署成本高昂的問(wèn)題，提升系統(tǒng)的可訪(fǎng)問(wèn)性，實(shí)現(xiàn)集中管理及遠(yuǎn)程升級(jí)。

應(yīng)用層采用主流的開(kāi)源框架，以提供較高的平臺(tái)兼容性和拓展性。系統(tǒng)融合了開(kāi)源的Octave，設(shè)計(jì)了基于Java的Octave函數(shù)調(diào)用及矩陣格式轉(zhuǎn)換接口[16]，可實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算語(yǔ)言MATLAB的調(diào)用，并以多維數(shù)組的形式返回給系統(tǒng)。這種方式減少了結(jié)構(gòu)分析人員在設(shè)計(jì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)算法時(shí)產(chǎn)生的新語(yǔ)言學(xué)習(xí)成本，也減少了已有算法的重構(gòu)成本，并增強(qiáng)了云平臺(tái)的整體開(kāi)放性及數(shù)據(jù)處理能力，為高精度實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用[17]及機(jī)器學(xué)習(xí)應(yīng)用提供了平臺(tái)。應(yīng)用層服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 應(yīng)用層服務(wù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

2.5 展現(xiàn)層的交互設(shè)計(jì)

本云平臺(tái)展現(xiàn)層采用Layui模板引擎進(jìn)行前端設(shè)計(jì)，控件遵循一致的接口標(biāo)準(zhǔn)。此前端引擎的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)性強(qiáng)、響應(yīng)迅速及輕量實(shí)用，并使用新版Echarts控件來(lái)展示數(shù)據(jù)圖表，較傳統(tǒng)C/S模式下Windows圖形化控件提供了更強(qiáng)的整體邏輯性、更豐富的圖形化數(shù)據(jù)展示方式，同時(shí)大幅降低了新功能模塊的開(kāi)發(fā)成本及用戶(hù)的學(xué)習(xí)成本。

3 平臺(tái)實(shí)施與應(yīng)用

目前，江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)云平臺(tái)已完成開(kāi)發(fā)，并被應(yīng)用于江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)中心及潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋、江陰長(zhǎng)江公路大橋、蘇通長(zhǎng)江公路大橋、崇啟長(zhǎng)江公路大橋、泰州長(zhǎng)江公路大橋、宿淮鹽高速公路淮安大橋和沿海高速公路灌河大橋等7座特大型橋梁。

云平臺(tái)在數(shù)據(jù)中心部署了綜合信息展示大屏系統(tǒng)，為各大橋部署了健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

綜合信息展示大屏（如圖4所示）用于展示各個(gè)大橋的監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)信息，包括：傳感器類(lèi)型及部署數(shù)量、采集數(shù)據(jù)累計(jì)量、橋梁綜合評(píng)分情況、監(jiān)測(cè)報(bào)警情況、各橋的GIS位置及介紹、數(shù)據(jù)完好率統(tǒng)計(jì)和橋址實(shí)時(shí)天氣情況等。

圖4 綜合信息展示大屏頁(yè)面

各大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了全新的界面及功能，以下是首頁(yè)及圖表頁(yè)的特色功能介紹。

首頁(yè)（如圖5所示）以具體橋梁為背景，在橋梁效果圖上直接標(biāo)識(shí)各傳感器的布點(diǎn)位置，以不同的形狀及顏色加以區(qū)分，并可通過(guò)下方的傳感器選擇模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)部分或全部傳感器的隱藏控制。通過(guò)對(duì)傳感器圖標(biāo)的點(diǎn)擊，可快速使用該傳感器的基本信息、報(bào)警信息、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和歷史數(shù)據(jù)功能。另外，當(dāng)報(bào)警發(fā)生時(shí)，報(bào)警信息會(huì)直接以動(dòng)畫(huà)的方式展示在具體的傳感器點(diǎn)上，以提醒相關(guān)人員進(jìn)行處理。這種橋圖+傳感器點(diǎn)的設(shè)計(jì)方式同時(shí)也廣泛應(yīng)用于系統(tǒng)的其他功能頁(yè)面，從而提供了一種直觀清晰的展現(xiàn)形式。

圖5 大橋健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)首頁(yè)

數(shù)據(jù)圖表展示頁(yè)面（如圖6所示）使用相對(duì)統(tǒng)一的樣式及展示邏輯，如大部分監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)都使用藍(lán)色折線(xiàn)圖展示時(shí)程曲線(xiàn)，報(bào)警部分折線(xiàn)顯示為對(duì)應(yīng)報(bào)警級(jí)別的顏色（紅色、橙色、黃色），其他顏色的線(xiàn)條展示參考線(xiàn)并配以圖例說(shuō)明。

圖6 數(shù)據(jù)圖表展示頁(yè)面

本平臺(tái)同時(shí)還開(kāi)發(fā)了移動(dòng)端版本（如圖7所示），借助微信公眾號(hào)平臺(tái)，并基于HTML5與CSS3，可共享Web端的應(yīng)用層功能，提供系統(tǒng)跨平臺(tái)訪(fǎng)問(wèn)與處理能力。

圖7 移動(dòng)端版本部分功能頁(yè)面

4 結(jié) 語(yǔ)

本文回顧了江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)的業(yè)務(wù)背景與現(xiàn)狀，從縱向及橫向兩個(gè)維度介紹了江蘇省長(zhǎng)大橋梁健康監(jiān)測(cè)云平臺(tái)的架構(gòu)設(shè)計(jì)。

云平臺(tái)設(shè)計(jì)并應(yīng)用了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)與特色功能，如下所示：

（1）感知層的自檢與邊緣計(jì)算，提高了系統(tǒng)基礎(chǔ)兼容性及總體性能；

（2）傳輸層復(fù)雜環(huán)境下的大流量數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，提高了數(shù)據(jù)傳輸效率、增加了數(shù)據(jù)安全性及可用性；

（3）數(shù)據(jù)層針對(duì)時(shí)序數(shù)據(jù)的模塊化設(shè)計(jì)，提升了數(shù)據(jù)管理能力，為數(shù)據(jù)分析處理提供基礎(chǔ)；

（4）應(yīng)用層開(kāi)放式數(shù)據(jù)分析及智能服務(wù)平臺(tái)，提高了數(shù)據(jù)分析效率、極大地豐富了系統(tǒng)功能；

（5）展現(xiàn)層交互設(shè)計(jì)，優(yōu)化了界面交互體驗(yàn)、拓展了更多數(shù)據(jù)展示形式。

各大橋的健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件已完成了研發(fā)，所有子系統(tǒng)均已正式上線(xiàn)運(yùn)行。軟件功能方面，新版云平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)比原版系統(tǒng)增加了29項(xiàng)新功能，改進(jìn)了15項(xiàng)已有功能。綜合性能方面，根據(jù)2020年初的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，新版云平臺(tái)系統(tǒng)對(duì)比原版系統(tǒng)在系統(tǒng)穩(wěn)定性上提升了約60%，數(shù)據(jù)傳輸效率提升了20%，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)種類(lèi)拓展了4倍，數(shù)據(jù)分析效率提升了2倍，網(wǎng)絡(luò)延遲降低了20%以上，數(shù)據(jù)安全性大幅度提升。

實(shí)際應(yīng)用情況表明，本平臺(tái)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)及特色技術(shù)在區(qū)域長(zhǎng)大橋梁群結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)領(lǐng)域具有參考及推廣意義。