李洪普，李興冀，楊劍群，王 成，李曉峰，李 鋒

(1.中船重工奧藍(lán)托無(wú)錫軟件技術(shù)有限公司，江蘇 無(wú)錫 214000；2.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，哈爾濱 150001；3.中國(guó)船舶科學(xué)研究中心，江蘇 無(wú)錫 214000)

0 引言

隨著我國(guó)航天事業(yè)的蓬勃快速發(fā)展，對(duì)航天器長(zhǎng)壽命、高可靠的要求隨之不斷增長(zhǎng)，對(duì)于航天器材料和電器元件的空間應(yīng)用可靠性及其保障技術(shù)日益受到重視。同時(shí)，由于現(xiàn)代衛(wèi)星大量使用新型材料和新技術(shù)，環(huán)境因素對(duì)航天器材料應(yīng)用的影響不容忽視，在地面嚴(yán)格控制材料和電器元件空間應(yīng)用的性能并掌握基于地面模擬測(cè)試的試驗(yàn)數(shù)據(jù)是研制高品質(zhì)、長(zhǎng)壽命、高可靠航天器的重要手段。

現(xiàn)階段航天器材料和電器元件特征參數(shù)主要來(lái)源于地面模擬試驗(yàn)仿真模型數(shù)據(jù)參數(shù)測(cè)試、地面模擬試驗(yàn)以及整理收錄的部分國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)數(shù)據(jù)。通過(guò)匯聚已有航天器材料與電器元件基本性能參數(shù)數(shù)據(jù)和地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)外提供數(shù)據(jù)裝載、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)應(yīng)用、更新維護(hù)等功能，挖掘航天器材料與電器元件相關(guān)數(shù)據(jù)的潛在價(jià)值，對(duì)于縮短航天器材料與電器元件測(cè)試周期、降低航天器材料與電器元件研發(fā)成本，進(jìn)而提升航天器設(shè)計(jì)與研制水平具有重要的意義。

現(xiàn)如今大部分航天器材料或電器元件數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)參數(shù)種類單一、操作功能簡(jiǎn)單、數(shù)據(jù)相對(duì)孤立等缺點(diǎn)。針對(duì)上述缺點(diǎn)，提出航天器材料與器件地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱“地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)”，下同)設(shè)計(jì)，在滿足數(shù)據(jù)裝載、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)應(yīng)用以及更新維護(hù)等功能基礎(chǔ)上新增數(shù)據(jù)分析功能，通過(guò)集成專用分析算法并提供自定義分析算法接口，方便用戶快速分析測(cè)試數(shù)據(jù)并展示分析結(jié)果；提供多種數(shù)據(jù)調(diào)用接口，方便其它仿真分析軟件調(diào)用獲取數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的分發(fā)與共享；同時(shí)，基于光學(xué)字符識(shí)別(OCR, optical character recognition)技術(shù)，自動(dòng)提取國(guó)內(nèi)外公開(kāi)試驗(yàn)報(bào)告中的數(shù)據(jù)并納入本數(shù)據(jù)庫(kù)，顯著提升人工錄入數(shù)據(jù)的效率與質(zhì)量。另外，本數(shù)據(jù)庫(kù)收錄的數(shù)據(jù)也可為相關(guān)行業(yè)仿真分析領(lǐng)域的數(shù)據(jù)模型建立、仿真結(jié)果分析比對(duì)提供參考數(shù)據(jù)。

1 系統(tǒng)架構(gòu)和原理

1.1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

本系統(tǒng)涉及的航天器材料和電器元件特征參數(shù)主要來(lái)源于仿真模型數(shù)據(jù)參數(shù)測(cè)試、地面模擬試驗(yàn)以及整理收錄的部分國(guó)內(nèi)外試驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來(lái)源途徑不同，數(shù)據(jù)類型及格式多樣，通過(guò)對(duì)地面模擬試驗(yàn)各類試驗(yàn)數(shù)據(jù)信息和數(shù)據(jù)關(guān)系進(jìn)行充分梳理，提煉其中共性特征，梳理各自的差異特征，從而制定出多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫(kù)模型及導(dǎo)入規(guī)范，通過(guò)數(shù)據(jù)集成接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化入庫(kù)。

根據(jù)地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)特性，將整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)劃分為多個(gè)子庫(kù)，各子庫(kù)下分別存儲(chǔ)不同的基礎(chǔ)信息、地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及第三方文檔資料，并針對(duì)各類型數(shù)據(jù)提供數(shù)據(jù)裝載、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)應(yīng)用、系統(tǒng)管理和接口管理等功能。同時(shí)集成與仿真分析軟件數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)與仿真分析軟件的數(shù)據(jù)交互，整個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)業(yè)務(wù)架構(gòu)

1.2 系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)

地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)基于典型的瀏覽器/服務(wù)器 (B/S, browser/server)架構(gòu)進(jìn)行開(kāi)發(fā)，B/S是典型的瀏覽器/服務(wù)器體系，即在瀏覽器一端采用交互式Web頁(yè)面，服務(wù)器端連接數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)，構(gòu)成瀏覽器/服務(wù)器模型，其模式相較于傳統(tǒng)的客戶端/服務(wù)器模式具有降低硬件配置、減少軟件安裝、縮減部署代價(jià)、提高可維護(hù)性和可擴(kuò)展性等優(yōu)勢(shì)。整體的技術(shù)架構(gòu)包含客戶端、服務(wù)器端(包含模型層、控制層、業(yè)務(wù)邏輯層、持久層、基礎(chǔ)層和數(shù)據(jù)庫(kù))兩個(gè)角色，各角色的功能定位如下。

1.2.1 客戶端

提供用戶訪問(wèn)web服務(wù)的一個(gè)平臺(tái)，用戶通過(guò)瀏覽器實(shí)現(xiàn)發(fā)送數(shù)據(jù)請(qǐng)求、接收服務(wù)器返回的數(shù)據(jù)、解析服務(wù)器所傳送回來(lái)的數(shù)據(jù)。使用到的技術(shù)框架包括VUE.js、EXT.js等。

1.2.2 服務(wù)器端

服務(wù)器端負(fù)責(zé)運(yùn)行及發(fā)布web應(yīng)用服務(wù)，承擔(dān)著響應(yīng)客戶端請(qǐng)求、執(zhí)行業(yè)務(wù)邏輯、訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)以及反饋請(qǐng)求數(shù)據(jù)等功能，使用到的技術(shù)框架或路線包括Struct2、Hibernate、Spring等。

1.3 數(shù)據(jù)庫(kù)選型

出于可靠性、穩(wěn)定性以及彈性可擴(kuò)展等因素的考慮，本系統(tǒng)采用傳統(tǒng)的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)作為底層的數(shù)據(jù)庫(kù)軟件，

Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)是以高級(jí)結(jié)構(gòu)化查詢語(yǔ)言(SQL, structured query language)為基礎(chǔ)的大型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，方便邏輯管理并操縱大量有規(guī)律數(shù)據(jù)的集合，具有可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)大等諸多優(yōu)點(diǎn)，能在所有主流平臺(tái)上運(yùn)行(包括Windows、Linux等)，對(duì)開(kāi)發(fā)商全力支持。

2 地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)的整體組成主要包括4個(gè)層級(jí)：門戶層、功能層、服務(wù)支撐層、硬件層，各層級(jí)內(nèi)容如下。

1)展示層：本系統(tǒng)通過(guò)系統(tǒng)門戶，展示地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)相關(guān)，并提供各項(xiàng)業(yè)務(wù)功能的快速入口。

2)功能層：本系統(tǒng)通過(guò)功能層，提供各項(xiàng)具體功能，滿足各類數(shù)據(jù)使用人員對(duì)地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)的入庫(kù)、管理、查詢、應(yīng)用的需求，并通過(guò)集成接口，實(shí)現(xiàn)與仿真分析系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸。

3)服務(wù)支撐層：本系統(tǒng)的服務(wù)支撐層主要提供基礎(chǔ)性的功能組件，分為服務(wù)器端組件。服務(wù)器端組件提供平臺(tái)事務(wù)處理、數(shù)據(jù)接口、數(shù)據(jù)緩存、工作流引擎、報(bào)告生成和檢索引擎等，能夠?yàn)橄到y(tǒng)讀取和提交服務(wù)器端的數(shù)據(jù)提供連接和訪問(wèn)服務(wù)。

4)資源層：資源層提供支撐本系統(tǒng)運(yùn)行的軟硬件平臺(tái)。

圖2 系統(tǒng)應(yīng)用分層設(shè)計(jì)

2.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

根據(jù)業(yè)務(wù)需求，地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)提供數(shù)據(jù)裝載、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用、數(shù)據(jù)展示、系統(tǒng)管理和接口管理等功能模塊，各功能模塊又包含不同的子功能點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)的功能模塊劃分如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能模塊劃分

2.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)目前采用世界上流行的Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)，適用于各類大、中、小微機(jī)環(huán)境。它是一種高效率的、可靠性好的、適應(yīng)高吞吐量的數(shù)據(jù)庫(kù)方案。

根據(jù)業(yè)務(wù)需求，地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)共包含物質(zhì)庫(kù)、試驗(yàn)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)和報(bào)告庫(kù)共四大類庫(kù)，四大類庫(kù)存儲(chǔ)表單按照存儲(chǔ)對(duì)象不同共分為物質(zhì)基礎(chǔ)信息表、地面模擬試驗(yàn)記錄表、地面模擬試驗(yàn)工況表、地面模擬試驗(yàn)結(jié)果表、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)記錄表、試驗(yàn)報(bào)告記錄表以及系統(tǒng)表6大類。

2.4 數(shù)據(jù)處理流程

在系統(tǒng)中，基本性能參數(shù)數(shù)據(jù)、地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)、試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)與報(bào)告會(huì)通過(guò)人工整理或軟件自動(dòng)提取成符合入庫(kù)數(shù)據(jù)規(guī)則的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)導(dǎo)入階段進(jìn)行數(shù)據(jù)校準(zhǔn)與錄入，系統(tǒng)根據(jù)數(shù)據(jù)性質(zhì)進(jìn)行分類存儲(chǔ)和管理，系統(tǒng)所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)將通過(guò)WEB界面、分析工具、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)等形式展示，涵蓋了二維、三維展示以及文檔在線瀏覽。

2.5 關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)

在地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中，基于系統(tǒng)特性設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)分析、系統(tǒng)管理等功能。

2.5.1 數(shù)據(jù)錄入

數(shù)據(jù)錄入功能用于實(shí)現(xiàn)包括物質(zhì)基本信息、仿真數(shù)據(jù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)等的錄入，根據(jù)數(shù)據(jù)特性創(chuàng)建數(shù)據(jù)錄入界面。地面模擬試驗(yàn)物質(zhì)基本信息應(yīng)包括名稱、型號(hào)、生產(chǎn)廠家、批次等信息；地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括地面模擬試驗(yàn)和仿真計(jì)算數(shù)據(jù)，文件包括第三方機(jī)構(gòu)公開(kāi)的pdf格式的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)文件和試驗(yàn)報(bào)告文件，錄入數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)根據(jù)業(yè)務(wù)規(guī)則對(duì)錄入的數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)，只有符合業(yè)務(wù)規(guī)則的數(shù)據(jù)才能夠正確存儲(chǔ)到指定的數(shù)據(jù)庫(kù)中，否則將提示錄入失敗。

圖4 數(shù)據(jù)錄入校核流程

2.5.2 數(shù)據(jù)展示

數(shù)據(jù)展示功能分為組態(tài)控件展示、二維平面展示、三維模型展示以及文檔在線瀏覽等，通過(guò)不同形式的控件工具實(shí)現(xiàn)對(duì)地面模擬試驗(yàn)物質(zhì)基本信息、仿真試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及標(biāo)準(zhǔn)報(bào)告文檔的展示。

1)組態(tài)控件展示。

組態(tài)控件展示分為兩個(gè)部分：服務(wù)器端和瀏覽器端。為配合系統(tǒng)使用，服務(wù)器端采用Java進(jìn)行開(kāi)發(fā)，封裝成獨(dú)立jar包，配合visualization.properties文件進(jìn)行參數(shù)配置以適應(yīng)特定運(yùn)行環(huán)境。瀏覽器端封裝js庫(kù)visualization.js，根據(jù)不同請(qǐng)求動(dòng)態(tài)產(chǎn)生不同元素(圖片放大器、視頻播放器和ActiveX)進(jìn)行展示。

2)二維平面展示。

二維平面展示主要采用基于JavaScript的開(kāi)源可視化庫(kù)ECharts實(shí)現(xiàn)將地面模擬試驗(yàn)物質(zhì)特征參數(shù)以及試驗(yàn)和計(jì)算分析結(jié)果進(jìn)行展現(xiàn)，方便專業(yè)技術(shù)人員能夠準(zhǔn)確了解物質(zhì)自身情況以及試驗(yàn)過(guò)程數(shù)據(jù)，進(jìn)而更加直觀地分析試驗(yàn)效果。

ECharts是由百度推出的一款基于JavaScript實(shí)現(xiàn)的可視化圖表庫(kù)，可向用戶提供直觀、形象、交互性強(qiáng)、可個(gè)性定制的數(shù)據(jù)可視化圖表。該圖表庫(kù)支持運(yùn)行在通用計(jì)算機(jī)或移動(dòng)終端上，兼容市面上大多數(shù)瀏覽器(如谷歌、火狐、Safari、IE等)，底層基于輕量級(jí)矢量圖形庫(kù) ZRender來(lái)實(shí)現(xiàn)，提供常規(guī)的柱狀圖、條形圖、餅圖、折線圖、玫瑰圖、地圖、熱力圖等多種展現(xiàn)樣式，同時(shí)支持多圖表混合以及多維度堆積展現(xiàn)。

3)三維模型展示。

三維模型展示采用Jmol控件實(shí)現(xiàn)航天器組成材料內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)的模型展示，以直觀的方式動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)出物質(zhì)內(nèi)部組成元素的三維結(jié)構(gòu)。

Jmol是一個(gè)基于Java語(yǔ)言編寫的分子三維模型顯示工具庫(kù)，用于分子模型的編輯及瀏覽。該工具庫(kù)具有以下特點(diǎn)：①開(kāi)源，支持跨平臺(tái)，兼容多種瀏覽器，支持多種語(yǔ)言；②支持常見(jiàn)的圖片格式，支持讀取來(lái)源于量子化學(xué)程序?qū)С龅奈募袷剑约傲孔映绦驅(qū)С龅陌鄮瑒?dòng)畫的文件以及普通數(shù)學(xué)模型；③兼容多種分子格式，如CIF、mmCIF、GAMESS、CML、Ghemical、Gaussian 94/98/03等40多種格式，支持用程序自動(dòng)解壓縮gzip壓縮的文件。

4)文檔在線瀏覽。

本系統(tǒng)提供文檔在線瀏覽功能，提升數(shù)據(jù)展示豐富性。通過(guò)JS庫(kù)封裝的pdf.js插件實(shí)現(xiàn)，該插件是由Mozilla 主導(dǎo)推出的，主要用于HTML5 平臺(tái)上在線閱讀PDF文檔。它通過(guò)查找項(xiàng)目中相對(duì)路徑下存放的文檔，加載顯示在頁(yè)面中供用戶查閱。Pdf.js框架的主要特性是不依賴于本地插件，不轉(zhuǎn)換為flash，純粹基于前端語(yǔ)言?；谠摬寮?，可以實(shí)現(xiàn)在pdf瀏覽頁(yè)面文檔縮放、標(biāo)記、打印、下載等功能。

2.5.3 數(shù)據(jù)提取

數(shù)據(jù)提取用于實(shí)現(xiàn)pdf格式的試驗(yàn)報(bào)告文檔中表格數(shù)據(jù)的提取功能 ，即主要對(duì)文件中的數(shù)據(jù)進(jìn)行識(shí)別提取，擴(kuò)充地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)來(lái)源，豐富系統(tǒng)數(shù)據(jù)種類。該功能主要對(duì)國(guó)內(nèi)外的資料文獻(xiàn)進(jìn)行識(shí)別，通過(guò)掃描整篇文檔獲取表格數(shù)據(jù)和關(guān)鍵詞，通過(guò)人為篩選判斷從而提取有用數(shù)據(jù)進(jìn)行展示和存儲(chǔ)。

圖5 數(shù)據(jù)自動(dòng)識(shí)別與提取

針對(duì)航天器材料與器件地面模擬試驗(yàn)報(bào)告(大多數(shù)為pdf格式)中的數(shù)據(jù)識(shí)別與提取功能，需要通過(guò)光學(xué)字符識(shí)別(OCR，optical character recognition)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，具體過(guò)程包含3個(gè)步驟：圖像預(yù)處理、圖像分割、字符識(shí)別。傳統(tǒng)OCR文本檢測(cè)技術(shù)所依賴的淺層次的圖像處理方法或圖像分割方法往往局限于成像清晰、背景干凈、字體簡(jiǎn)單而又排列規(guī)整的文檔圖像。相較于傳統(tǒng)OCR文本檢測(cè)技術(shù)，深度學(xué)習(xí)OCR在精準(zhǔn)度和檢測(cè)速度上具有極大的優(yōu)勢(shì)。因而采用基于深度學(xué)習(xí)OCR算法的pdfplumber庫(kù)工具進(jìn)行pdf表格數(shù)據(jù)的識(shí)別和提取。

2.5.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析用于實(shí)現(xiàn)對(duì)仿真數(shù)據(jù)和試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)的分析處理。數(shù)據(jù)分析功能主要包括定制分析和自定義分析，針對(duì)多源異構(gòu)地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)，集成專用標(biāo)準(zhǔn)分析處理算法，快速進(jìn)行分析處理相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

1)定制分析功能主要通過(guò)對(duì)仿真數(shù)據(jù)或試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行特定公式的計(jì)算得到分析結(jié)果，最后繪制出分析曲線。部分分析結(jié)果在繪制曲線時(shí)縱坐標(biāo)需要用到取對(duì)數(shù)運(yùn)算，結(jié)合系統(tǒng)前端開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用ECharts工具庫(kù)實(shí)現(xiàn)。

2)自定義分析功能主要提供對(duì)仿真數(shù)據(jù)或試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)進(jìn)行自定義公式的計(jì)算以此得到分析結(jié)果，自定義公式主要包含四則運(yùn)算以及絕對(duì)值計(jì)算。該功能利用JavaScript提供的eval函數(shù)來(lái)進(jìn)行運(yùn)算，eval函數(shù)會(huì)對(duì)一個(gè)給定的包含JavaScript代碼的字符串進(jìn)行評(píng)估，并嘗試執(zhí)行隱含在字符串里的表達(dá)式或正確合法的JavaScript語(yǔ)句。然后eval函數(shù)會(huì)把最后一條語(yǔ)句或表達(dá)式所包含的引用或參數(shù)值作為返回值反饋給調(diào)用方。由于系統(tǒng)服務(wù)器端所采用的JAVA語(yǔ)言具有跨平臺(tái)性，從而通過(guò)調(diào)用基于JVM語(yǔ)言的javax.script包內(nèi)的ScriptEngineManager類去執(zhí)行腳本語(yǔ)言eval函數(shù)以實(shí)現(xiàn)公式計(jì)算。

2.5.5 系統(tǒng)管理

1)用戶管理。

用戶管理功能支持對(duì)使用人員的賬號(hào)基本信息及所屬部門信息進(jìn)行管理，其中所屬部門信息支持提前預(yù)設(shè)，也支持自定義修改。系統(tǒng)管理員可以對(duì)用戶信息進(jìn)行必要的新增、修改、刪除等操作。

圖6 用戶管理用例分解圖

2)三員管理。

本系統(tǒng)提供“三權(quán)分立”的權(quán)限管理機(jī)制(參見(jiàn)下圖)，包括以下主要的管理角色。

系統(tǒng)管理員：負(fù)責(zé)系統(tǒng)維護(hù)和數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)等工作；

安全管理員：負(fù)責(zé)用戶角色管理和權(quán)限分配等工作；

審計(jì)管理員：負(fù)責(zé)審計(jì)系統(tǒng)日志，檢查異常操作行為。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)根據(jù)上述系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行搭建。本章圍繞系統(tǒng)的關(guān)鍵功能，重點(diǎn)描述一下系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的效果。

3.1 數(shù)據(jù)錄入

在數(shù)據(jù)錄入時(shí)，在導(dǎo)入數(shù)據(jù)窗口填寫地面模擬試驗(yàn)基本信息如測(cè)試對(duì)象分類、細(xì)分類型、試驗(yàn)單位、試驗(yàn)人員、試驗(yàn)時(shí)間、來(lái)源、國(guó)別、類別以及數(shù)據(jù)文件，其中物質(zhì)分類分為材料和器件兩類，細(xì)分類型中材料包括金屬材料、無(wú)機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料四大類，器件類型包括晶體管、光電器件、只讀存儲(chǔ)器和閃存、RAM/ROM、AD/DA轉(zhuǎn)換器、FPGA、線性器件、邏輯器件、MOSFET等類型，其他信息依據(jù)實(shí)際情況填寫，導(dǎo)入數(shù)據(jù)窗口界面如7圖所示。

圖7 地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)入

數(shù)據(jù)文件的格式為zip壓縮包，通過(guò)客戶端瀏覽器上傳至后臺(tái)服務(wù)器端進(jìn)行解壓縮和文件解析。數(shù)據(jù)文件內(nèi)容在保存前會(huì)依據(jù)入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行校驗(yàn)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)的入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)為以樹(shù)結(jié)構(gòu)組織數(shù)據(jù)、描述材料、電器元件及其仿真與試驗(yàn)的層次關(guān)系，不符合入庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)則以彈窗等形式告知用戶錯(cuò)誤原因并提醒用戶重新檢查整理數(shù)據(jù)包。

3.2 數(shù)據(jù)展示

數(shù)據(jù)展示方便用戶查看地面模擬試驗(yàn)物質(zhì)的基本信息，包括物質(zhì)的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)、基本信息、力學(xué)、熱學(xué)、電學(xué)、磁學(xué)、光學(xué)等維度的相關(guān)屬性。在信息界面中包括二維平面圖、三維動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖、基本屬性的展示，其中二維平面圖主要呈現(xiàn)物質(zhì)相關(guān)圖片信息，三維動(dòng)態(tài)結(jié)構(gòu)圖基于Jmol呈現(xiàn)物質(zhì)組成分子內(nèi)部結(jié)構(gòu)模，實(shí)際界面效果如圖8所示。

圖8 三維展示

圖9 二維平面展示

在地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)界面中，試驗(yàn)工況信息和試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)以表格形式進(jìn)行展示，用戶通過(guò)勾選不同工況即可在界面上加載出對(duì)應(yīng)工況下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)主要基于ECharts部分控件，根據(jù)航天器材料與器件的生產(chǎn)廠商、相關(guān)的試驗(yàn)數(shù)量、試驗(yàn)來(lái)源、試驗(yàn)國(guó)別、試驗(yàn)時(shí)間以及試驗(yàn)單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)展示，展示形式以ECharts圖表控件為主，通過(guò)柱狀圖、環(huán)形圖和餅圖等空間較為直觀形象的展示統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，統(tǒng)計(jì)效果如9圖所示。

3.4 數(shù)據(jù)提取

首先通過(guò)導(dǎo)入界面上傳pdf格式的文件，瀏覽器上傳文件至后臺(tái)服務(wù)器端進(jìn)行掃描解析，將識(shí)別出來(lái)的表格信息存儲(chǔ)在一個(gè)Excel文件中，最終以Tab頁(yè)的形式展示文件中所有的表格信息，試驗(yàn)數(shù)據(jù)導(dǎo)出前后的對(duì)比效果如圖10所示。

圖10 pdf識(shí)別前后對(duì)比

3.5 數(shù)據(jù)分析

在地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)展示頁(yè)面中，通過(guò)勾選不同試驗(yàn)工況加載器對(duì)應(yīng)條件下試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，同時(shí)，勾選航天器組成器件具體的結(jié)號(hào)進(jìn)行常用5種定制分析算法的處理，定制分析結(jié)果支持縮放、下載等操作，具體效果如圖11所示。

在圖11中通過(guò)點(diǎn)擊添加圖標(biāo)打開(kāi)自定義分析處理窗口。在該窗口中，用戶可選擇其中任意一種工況的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。界面提供X軸參數(shù)和Y軸參數(shù)，以下拉框的形式方便用戶選擇，選擇后自動(dòng)關(guān)聯(lián)當(dāng)前工況下指定的參數(shù)數(shù)據(jù)，當(dāng)參數(shù)選擇完成后，分別在X軸表達(dá)式和Y軸表達(dá)式輸入框中進(jìn)行自定義公式填寫，目前支持的計(jì)算符號(hào)涵蓋加、減、乘、除以及絕對(duì)值，填寫完成后點(diǎn)擊窗口上的“確定”按鈕即可在后臺(tái)啟動(dòng)自定義數(shù)據(jù)分析任務(wù)，任務(wù)結(jié)束后分析效果在前端頁(yè)面自動(dòng)展示。

圖11 定制分析

自定義分析處理后的數(shù)據(jù)展示形式與定制分析保持一致，采用ECharts的折線圖控件進(jìn)行展示，并且支持縮放和下載。

3.6 系統(tǒng)管理

系統(tǒng)設(shè)置三員管理，系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)系統(tǒng)維護(hù)和數(shù)據(jù)庫(kù)維護(hù)等工作；安全管理員負(fù)責(zé)用戶角色管理和權(quán)限分配等工作；審計(jì)管理員負(fù)責(zé)審計(jì)系統(tǒng)日志，檢查異常操作行為，各管理員功能分工明確，各司其職。

圖12 自定義分析

4 結(jié)束語(yǔ)

本文主要介紹了地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)以及系統(tǒng)中包含的物質(zhì)庫(kù)、試驗(yàn)庫(kù)、標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)、報(bào)告庫(kù)這4個(gè)子庫(kù)，基于上述模塊設(shè)計(jì)了一套面向航天器材料與器件的地面模試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，同時(shí)基于VUE、EXT、JAVA、Python等編程語(yǔ)言或技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了該地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，具體內(nèi)容總結(jié)如下：

1)簡(jiǎn)要介紹地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)架構(gòu)和數(shù)據(jù)流程。

2)重點(diǎn)闡述地面模擬試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的關(guān)鍵功能設(shè)計(jì)。

3)詳細(xì)展示整體系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和功能演示效果。

在系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，所設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)展示、數(shù)據(jù)提取、數(shù)據(jù)分析和系統(tǒng)管理等功能正常，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。其中，數(shù)據(jù)分析功能集成專用標(biāo)準(zhǔn)分析處理算法，快速分析相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過(guò)圖表形式更為直觀的展示分析處理結(jié)果，并且提供輸入自定義算法，靈活處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)提取功能針對(duì)pdf格式文檔借助文字識(shí)別、圖像處理等技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)提取表格數(shù)據(jù)，解決傳統(tǒng)人工提取數(shù)據(jù)存在的耗時(shí)長(zhǎng)、出錯(cuò)率高等弊端。對(duì)于相關(guān)領(lǐng)域的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值和借鑒意義。

該系統(tǒng)仍有改進(jìn)優(yōu)化的方面：

1)隨著深度學(xué)習(xí)與OCR領(lǐng)域的結(jié)合，針對(duì)pdf文檔的識(shí)別提取能夠更為全面和智能，不但是表格數(shù)據(jù)更能進(jìn)行關(guān)鍵詞搜索、曲線識(shí)別等。

2)提高自定分析算法所涵蓋的運(yùn)算難度，添加更多的運(yùn)算符號(hào)與運(yùn)算規(guī)則。

3)當(dāng)系統(tǒng)隨著使用年限的增加，數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量也將隨年增長(zhǎng)，因而結(jié)合大數(shù)據(jù)技術(shù)優(yōu)化數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)和查詢效率。