基于 WebService的混凝土强度实时反馈系统的设计和实现

陈军琪 1 陈志远 1 谭战强 1 许娜 1 孙美栋 2

1.葛洲坝集团试验检测有限公司 湖北宜昌  443002； 2.中国能源建设集团科技发展有限公司 天津市 300011

摘要：本文使用基于 Restful风格的 WebService 架构的程序作为云端服务器,设计了一个以前端web作为主要客户监控端的现场混凝土强度的远程实时监控系统。经实际应用表明,本文设计的系统不仅能够成功地收集到现场设备所传递的振动波形数据、温度信息等,同时也能很好的完成web界面和CS客户端的远程访问，非常适合于多设备、多用户、多终端场景下的应用。并且系统能与大多数第三方系统通过WebService方式实现单点登陆，嵌入iframe方式进行界面深度集成。实践证明，本文研究并搭建的系统完全满足了混凝土强度实时反馈系统的需求，实现了其要求的所有功能，并具有很好的扩展性和兼容性。

关键词：WebService；混凝土强度实时反馈

1 系统背景

在混凝土构件施工现场,混凝土结构和构件浇筑完毕后,其硬化程度需要重点关注,因为后续模板的拆除需要混凝土具有一定强度后实施，其实施的时间关乎施工进度和施工安全这两个重要议题。特别是在浇筑和养护环境偏离经验范围后,混凝土的强度发展变得难以预计,甚至会造成误判而发生严重的安全事故。江西丰城发电厂“11. 24”冷却塔施工平台坍塌特大事故,就是由于施工人员缺乏对混凝土硬化程度的清晰认识,过早拆除支护所致[1]。

为了获取混凝土强度发展情况,传统的做法是: 在施工时成型很多组不同龄期的混凝土抗压强度试件,放置在结构或构件旁边,进行同条件养护,至不同的龄期,然后进行抗压强度试验,以此获取混凝土强度发展曲线。这种方法存在以下缺点,1 劳动强度大,不仅每种混凝土种类需要制作和试验多组抗压强度试验,每种环境条件也需要进行多龄期的强度试验。2 实时性不好,因为毕竟制作的试件龄期有限,不能真实获取两个龄期间的强度情况,不能实时指导施工。3 强度曲线上的试验点数有限,有可能存在试验误差而造成曲线变形严重。

为了解决上述现状存在问题,本文提出了一种基于web service的混凝土强度实时反馈系统。该系统利用混凝土强度与试件自振频率存在的关系，利用传感器技术、物联网技术和基于web service的web开发技术,实现了混凝土强度的实时监控,达到减轻劳动强度、提高效率、提升准确性的目的。

2 系统设计

混凝土强度实时反馈系统的结构如下:

分为现场设备和强度反馈云服务两部分。现场部分由无线振动传感器和激振器组与采集主机组成。一对传感器与激振器组被安装于一个试件中,这个试件是与现场构件同条件养护的150*150*300mm的棱柱体。一台采集主机可以连接多组传感器与激振器组,所以一台采集主机可支持多个试件同时进行实时混凝土强度采集,并且采集主机与传感器与激振器之间采用无线连接。 采集主机与云服务器之间采用web service进行通信。

各种客户端访问强度反馈云服务的架构如下:

由于采用web service接口,系统可以方便的开发web界面和CS界面,本系统中web界面的开发采用了流行的前端开发技术,可以很好的适合pc端和手机端,本系统中的CS端界面主要用于测试,可以对后台数据分析和debug提供很好的帮助。

3 WebService接口设计

3.1WebService 概述

WebService 技术可以看作为一套开发 Web程序的的技术规范,利用可扩展标记语言（Extensible Markup Language,简写成XML)技术可以对它的接口进行描述、定义和判断[2]。WebService是基于网络的,分布式的模块化组件,它执行特定的任务,遵守具体的技术规范,这些规范使得 WebService 能与其他兼容的组件进行交互操作。基于本技术开发的应用程序,可以处理与外软件平台的数据交互问题。本文采用 WebService 平台,通过调用接口的方式,良好的解决了强度反馈云平台与设备之间的数据传输以及各种界面与云平台的数据交互需求。

3.2系统接口设计要点

本系统设计的WebService接口主要考虑如下特性:

( 1 )控制与服务分离:接口程序在软件架构上分为两大设计模块,分别为用户控制界面和登陆后台服务[3]。 用户控制界面为使用者可以直观操作的用户表现层程序， 用户通过该界面可以使用整个程序的试验配置、试验启动、试验停止、强度过程查阅等操作；登陆后台服务模块为运行与计算机后台服务的应用程序,用户无法直观看到其工作界面,但它却是整个接口数据交互的核心, 其通过定时管理机制完成用户的验证和登陆操作。

( 2 )定时间隔可控:为实现强度反馈测试的可控性,接口程序在架构设计中设置为数据上传间隔可配置,配置单位可以为秒，最小交互间隔为 30s ,默认为 120s 。

( 3 )多数据库支持:由于系统的弹性较大，可能存在非常小的系统或者很多台设备和很多用户同时使用，因此系统支持多种数据库。比如常见的sqlite 和 MSSQL 数据库,接口服务程序支持 2 种数据库的数据存储管理, 通过修改系统配置文件,可以同时支持两种数据库的数据管理,为后期软件的部署和中间数据库的迁移提供更多的数据支撑。

( 4 )日志管理完整:由于涉及到用设备数据传输，存在诸多不确定因素，影响数据是否成功传输，因此对每一次数据传输，对建立连接、是否采集成功、网络是否连接等都有详细的日志管理,为系统调试、开发提供数据支撑。

( 5 )设备上电自启动:作为需要7*24小时不间断运行的强度反馈采集设备，需要不停机运行，非常有必要在停电后重新来电是自动运行，避免短暂停电造成系统服务停止。

3.3 web service接口的具体设计

基于 Restful WebService 的远程服务系统远程服务系统采用基于 Restful WebService的软件架构方式，我们使用了开源框架 Service Stack。在程序中严格使用 Restful 分层结构,按数据访问的层次,依次分为 DB 层、DAO 层、Services层、Control.Rest层。本文在 DB层中设计了一个 DBUtils类,该类包含数据库的连接、关闭等动作.DAO 层是数据访问对象层,在本设计中 DAO 层是 Restful WebService架构程序的核心，该层提供Controler实体对象的增加、删除、修改、查询等接口。Services层是业务逻辑层,实现对 DAO 层的增加、删除、修改、查询等功能的调用。Control.Rest层是表现层状态转换器。web客户端借助该层所提供的接口访问相应的功能,本文在 Control.Rest 层中引用了开源软件包 ServiceSack，可以有效地缩短开发周期。分别引用了其中的 ServiceStack.OrmLite，ServiceStack.Text，ServiceStack.Logging，ServiceStack.Logging.Log4Net等命名空间。 而web端则借助jquery来实现用户展示层的功能,实现对用户视图的各种操作。

4系统应用

通过完善的WebService接口设计，我们实现了非常方便访问的用户界面，

通过jquery和echart，实现了强度反馈曲线的展示。

如下是系统设置界面，展示如何配置强度反馈拟合公式。

5 结语

本文使用基于 Restful风格的 WebService 架构的程序作为云端服务器,设计了一个以前端web作为主要客户监控端的现场混凝土强度的远程实时监控系统.经实际应用表明,本文设计的系统不仅能够成功地收集到现场设备所传递的振动波形数据、温度信息等,同时也能很好的完成web界面和CS客户端的远程访问，非常适合于多设备、多用户、多终端场景下的应用。并且系统能与大多数第三方系统通过web service方式实现单点登陆，嵌入iframe方式进行界面深度集成。实践证明，本文研究并搭建的系统完全满足了混凝土强度实时反馈系统的需求，实现了其要求的所有功能，并具有很好的扩展性和兼容性。

参考文献:

[1]《关于施工现场混凝土硬化程度实时反馈系统的研究》[J]

[2]《基于 WebService 的公路设备保养管理系统的设计与实现》[J]

[3]《基于 WebService 与 REST 混合架构模式的油田地面信息系统建设》[J]