徐亞明 李佳妮 馮 欣 劉冠蘭

1 武漢大學測繪學院，湖北 武漢，430079

核電站重要建筑物的變形監(jiān)測、沉降規(guī)律、預(yù)測預(yù)警研究對于核電站的安全運營、電廠延壽、核電工程建筑物沉降測量規(guī)范的建立等都有積極作用［1］。中廣核集團內(nèi)大亞灣、臺山、紅沿河、防城港、陽江等電廠均已制定或開展相應(yīng)的建筑物監(jiān)測工作［2］。為了更好地對各電廠的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理、分析、評估，為核電的安全運營提供科學的數(shù)據(jù)支撐，本文設(shè)計并實現(xiàn)了一套采用瀏覽器/服務(wù)器（browser/server，B/S）模式的變形監(jiān)測信息系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用分布式系統(tǒng)架構(gòu)，將中廣核集團內(nèi)各個電站的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一管理，同時還具有監(jiān)測數(shù)據(jù)分析、預(yù)報展示、報告生成等功能。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及功能實現(xiàn)

1.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

核電站變形監(jiān)測信息系統(tǒng)是基于B/S模式的分布式信息管理系統(tǒng)，實現(xiàn)對中廣核集團內(nèi)各電站變形監(jiān)測信息的數(shù)據(jù)分析、預(yù)報預(yù)警以及報告生成等功能。系統(tǒng)基于Spring Boot+Spring MVC+Apache Shiro+Mybatis?plus+Beetl框架開發(fā)［3］，利用Java數(shù)據(jù)庫互連（Java database connectivity，JDBC）鏈接PostgreSQL數(shù)據(jù)庫管理數(shù)據(jù)，使用Highcharts圖表庫直觀展示變形分析及預(yù)報圖表，利用FreeMarker模板引擎自動生成變形監(jiān)測報告。系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)Fig.1 Overall Architecture of the System

1.2 系統(tǒng)功能設(shè)計

核電站變形監(jiān)測信息系統(tǒng)由系統(tǒng)信息管理、核電站信息管理以及數(shù)據(jù)分析管理3個模塊組成。系統(tǒng)信息管理模塊包括用戶管理、角色管理、部門管理、業(yè)務(wù)日志、登錄日志以及專家?guī)旃芾?；核電站信息管理模塊對系統(tǒng)內(nèi)所有核電站信息進行管理，包括其基本信息、聯(lián)系人信息（負責接收監(jiān)測預(yù)警、分析報告等信息的對接人員）以及監(jiān)測對象（構(gòu)建物、圖層和監(jiān)測點）信息；數(shù)據(jù)分析管理模塊可實現(xiàn)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)查詢，構(gòu)建物變形狀態(tài)分析及變形趨勢預(yù)報，不同核電站變形監(jiān)測數(shù)據(jù)的對比分析［4］，以及分析報告的自動生成等。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)Fig.2 Functional Structure of the System

2 系統(tǒng)關(guān)鍵問題處理方法

2.1 核電站分布圖實時繪制

天地圖是國家地理信息公共服務(wù)平臺，以門戶網(wǎng)站、開發(fā)接口兩種方式向政府、企業(yè)和公眾提供權(quán)威、可信的地理信息服務(wù)［5］。利用天地圖應(yīng)用程序接口（application programming interface，API）將天地圖平臺中的地理信息資源嵌入系統(tǒng)首頁，并通過平臺提供的各項服務(wù)向地圖添加內(nèi)容，將各核電站的地理位置實時繪制在首頁地圖上，從而直觀展示各核電站的分布情況及地理信息［6］，同時作為訪問各核電站變形監(jiān)測信息的入口。

在系統(tǒng)首頁創(chuàng)建地圖對象mapDiv，引入在天地圖官方平臺上申請的密鑰，將中國地圖資源嵌入首頁。同時，利用API提供的地圖控件添加方法（如add Control），為地圖瀏覽模塊提供放大、縮小、平移、鷹眼等功能。在核電站管理模塊中，新增一個核電站時，輸入該電站的地址、經(jīng)緯度等信息，mapDiv地圖對象會自動調(diào)用標注創(chuàng)建方法，在地圖上添加該電站的圖標，點擊圖標可訪問其監(jiān)測數(shù)據(jù)信息。

2.2 變形監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理

系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫平臺為PostgreSQL，數(shù)據(jù)庫分為中心數(shù)據(jù)庫及電站數(shù)據(jù)庫，中心數(shù)據(jù)庫主要處理系統(tǒng)管理信息（包括用戶信息表、部門信息表、預(yù)警經(jīng)驗值信息表等）和核電站管理信息（包括核電站表、核電站聯(lián)系人表）；電站數(shù)據(jù)庫則單獨管理各電站相關(guān)的監(jiān)測對象信息（包括構(gòu)建物表、圖層表和監(jiān)測點表）以及變形監(jiān)測數(shù)據(jù)（監(jiān)測時間、監(jiān)測結(jié)果、累計變形量以及累計變化速率等信息）［7］。每新增一個核電站，就要創(chuàng)建該核電站的數(shù)據(jù)庫，存放其監(jiān)測信息數(shù)據(jù)，以實現(xiàn)一對多分布式數(shù)據(jù)庫管理。同時，為每個數(shù)據(jù)庫分別設(shè)置主從兩個數(shù)據(jù)庫，采用讀寫分離數(shù)據(jù)邏輯［8］，即主數(shù)據(jù)庫（MasterDB）處理事務(wù)性増（INSERT）、刪（DELETE）、改（UPDATE）操作，而從數(shù)據(jù)庫（Slave DB）處理查詢操作（SELECT）。系統(tǒng)通過判斷用戶權(quán)限控制用戶對數(shù)據(jù)庫的操作，普通用戶對數(shù)據(jù)庫僅有查詢權(quán)限，只有管理員和數(shù)據(jù)分析員能對數(shù)據(jù)庫進行事務(wù)性操作，從而優(yōu)化數(shù)據(jù)庫性能，提升服務(wù)器安全。數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)圖見圖3。

圖3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)Fig.3 Database Structure of the System

2.3 分析預(yù)報結(jié)果展示

數(shù)據(jù)分析模塊中，系統(tǒng)采用多種變形監(jiān)測評估模型，有效地從帶有誤差的測量數(shù)據(jù)中提取出監(jiān)測體變形信息，并對監(jiān)測體后期的變形量進行預(yù)測，以確保變形量在可控范圍內(nèi)［9］。傳統(tǒng)變形監(jiān)測數(shù)據(jù)主要以表格形式呈現(xiàn)，難以為用戶提供直觀的數(shù)據(jù)變化過程，該系統(tǒng)選用Highcharts圖表庫動態(tài)繪制變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析預(yù)報曲線圖。

為了動態(tài)獲取變形監(jiān)測分析預(yù)報結(jié)果，Web客戶端將用戶選擇的監(jiān)測體加以單個或多個沉降評估模型及其參數(shù)，組裝成JSON（JavaScript object nota?tion）格式的數(shù)據(jù)作為請求參數(shù)，使用Ajax技術(shù)通過異步回調(diào)函數(shù)獲取服務(wù)端數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，對JSON文本進行數(shù)據(jù)解析，獲取監(jiān)測時間段內(nèi)各監(jiān)測點的變形值及預(yù)報值，客戶端再利用series列數(shù)據(jù)的動態(tài)添加方法［10］實時繪制變形監(jiān)測數(shù)據(jù)分析預(yù)報曲線圖。圖4展示了某監(jiān)測點的變形分析預(yù)報曲線。

圖4 變形監(jiān)測信息分析預(yù)報曲線Fig.4 Curves of Analysis and Prediction of Deformation Monitoring Information

2.4 監(jiān)測報告規(guī)范化生成

Free Marker是使用Java語言編寫的一種基于模板，用于生成輸出文本的通用工具，其核心原理是“模板+數(shù)據(jù)模型=輸出”，有效實現(xiàn)了業(yè)務(wù)邏輯和頁面設(shè)計的分離［11］。系統(tǒng)將報告分割成三大模塊：監(jiān)測成果、成果統(tǒng)計、變形分析。首先，將各模塊的內(nèi)容和樣式編輯成變形監(jiān)測報告模板，模板中的要素分為兩部分：靜態(tài)部分為報告中固定保留的各部分標題、表格行列屬性以及文檔樣式等；動態(tài)部分為表格的具體內(nèi)容，當用戶對顯示在報告中的監(jiān)測數(shù)據(jù)的需求發(fā)生變化時，表格的內(nèi)容也隨之變化。靜態(tài)部分無須標記，不會被FreeMarker解析，報告生成時會原樣輸出；動態(tài)部分則要在各模塊待填充數(shù)據(jù)處用$｛…｝標簽標記，例如對象數(shù)據(jù)替換標簽$｛user.name｝。各模塊表格中的監(jiān)測成果數(shù)據(jù)量不固定，通過在模板中嵌入集合數(shù)據(jù)替換標簽指令<#list…as…>可自動改變表格行數(shù)［12］，循環(huán)填充表格內(nèi)容。

Java程序從模板庫中讀取上文已嵌入Free?Marker標簽及指令的報告模板，同時提取數(shù)據(jù)庫獲取的監(jiān)測數(shù)據(jù)并構(gòu)建特定的樹狀數(shù)據(jù)模型，將數(shù)據(jù)元素填充至模板相應(yīng)的標簽中［13］，即可導出樣式固定、數(shù)據(jù)量動態(tài)變化的報告。

3 結(jié)束語

核電站變形監(jiān)測缺乏統(tǒng)一的規(guī)范和要求，即使定期進行變形監(jiān)測，也未能對監(jiān)測體的形變狀態(tài)進行分析和趨勢預(yù)測，難以為核電的安全運營提供科學的數(shù)據(jù)支撐。本文針對該問題研制了一套變形監(jiān)測信息系統(tǒng)，對中廣核集團內(nèi)各電站的監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)了統(tǒng)一管理，同時針對性地對監(jiān)測數(shù)據(jù)的規(guī)律分析、模型建立以及變形趨勢的預(yù)測預(yù)警功能進行開發(fā)，通過重新優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫內(nèi)部結(jié)構(gòu)，使系統(tǒng)更具專業(yè)性。