基于B/S模式的核電站變形監測信息系統的設計與實現

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測、沉降規律、預測預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范的建立等都有積極作用［1］。中廣核集團內大亞灣、臺山、紅沿河、防城港、陽江等電廠均已制定或開展相應的建筑物監測工作［2］。為了更好地對各電廠的監測數據進行統一管理、分析、評估，為核電的安全運營提供科學的數據支撐，本文設計并實現了一套采用瀏覽器/服務器（browser/server，B/S）模式的變形監測信息系統。該系統采用分布式系統架構，將中廣核集團內各個電站的監測數據進行統一管理，同時還具有監測數據分析、預報展示、報告生成等功能。

1 系統結構及功能實現

1.1 系統總體設計

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

圖1 系統總體架構Fig.1 Overall Architecture of the System

1.2 系統功能設計

核電站變形監測信息系統由系統信息管理、核電站信息管理以及數據分析管理3個模塊組成。系統信息管理模塊包括用戶管理、角色管理、部門管理、業務日志、登錄日志以及專家庫管理；核電站信息管理模塊對系統內所有核電站信息進行管理，包括其基本信息、聯系人信息（負責接收監測預警、分析報告等信息的對接人員）以及監測對象（構建物、圖層和監測點）信息；數據分析管理模塊可實現變形監測數據查詢，構建物變形狀態分析及變形趨勢預報，不同核電站變形監測數據的對比分析［4］，以及分析報告的自動生成等。系統功能結構見圖2。

圖2 系統功能結構Fig.2 Functional Structure of the System

2 系統關鍵問題處理方法

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平臺，以門戶網站、開發接口兩種方式向政府、企業和公眾提供權威、可信的地理信息服務［5］。利用天地圖應用程序接口（application programming interface，API）將天地圖平臺中的地理信息資源嵌入系統首頁，并通過平臺提供的各項服務向地圖添加內容，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測信息的入口。

在系統首頁創建地圖對象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、經緯度等信息，mapDiv地圖對象會自動調用標注創建方法，在地圖上添加該電站的圖標，點擊圖標可訪問其監測數據信息。

2.2 變形監測數據統一管理

系統的數據庫平臺為PostgreSQL，數據庫分為中心數據庫及電站數據庫，中心數據庫主要處理系統管理信息（包括用戶信息表、部門信息表、預警經驗值信息表等）和核電站管理信息（包括核電站表、核電站聯系人表）；電站數據庫則單獨管理各電站相關的監測對象信息（包括構建物表、圖層表和監測點表）以及變形監測數據（監測時間、監測結果、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，就要創建該核電站的數據庫，存放其監測信息數據，以實現一對多分布式數據庫管理。同時，為每個數據庫分別設置主從兩個數據庫，采用讀寫分離數據邏輯［8］，即主數據庫（MasterDB）處理事務性増（INSERT）、刪（DELETE）、改（UPDATE）操作，而從數據庫（Slave DB）處理查詢操作（SELECT）。系統通過判斷用戶權限控制用戶對數據庫的操作，普通用戶對數據庫僅有查詢權限，只有管理員和數據分析員能對數據庫進行事務性操作，從而優化數據庫性能，提升服務器安全。數據庫結構圖見圖3。

圖3 系統數據庫結構Fig.3 Database Structure of the System

2.3 分析預報結果展示

數據分析模塊中，系統采用多種變形監測評估模型，有效地從帶有誤差的測量數據中提取出監測體變形信息，并對監測體后期的變形量進行預測，以確保變形量在可控范圍內［9］。傳統變形監測數據主要以表格形式呈現，難以為用戶提供直觀的數據變化過程，該系統選用Highcharts圖表庫動態繪制變形監測數據分析預報曲線圖。

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

圖4 變形監測信息分析預報曲線Fig.4 Curves of Analysis and Prediction of Deformation Monitoring Information

2.4 監測報告規范化生成

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+數據模型=輸出”，有效實現了業務邏輯和頁面設計的分離［11］。系統將報告分割成三大模塊：監測成果、成果統計、變形分析。首先，將各模塊的內容和樣式編輯成變形監測報告模板，模板中的要素分為兩部分：靜態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；動態部分為表格的具體內容，當用戶對顯示在報告中的監測數據的需求發生變化時，表格的內容也隨之變化。靜態部分無須標記，不會被FreeMarker解析，報告生成時會原樣輸出；動態部分則要在各模塊待填充數據處用$｛…｝標簽標記，例如對象數據替換標簽$｛user.name｝。各模塊表格中的監測成果數據量不固定，通過在模板中嵌入集合數據替換標簽指令<#list…as…>可自動改變表格行數［12］，循環填充表格內容。

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，同時提取數據庫獲取的監測數據并構建特定的樹狀數據模型，將數據元素填充至模板相應的標簽中［13］，即可導出樣式固定、數據量動態變化的報告。

3 結束語

核電站變形監測缺乏統一的規范和要求，即使定期進行變形監測，也未能對監測體的形變狀態進行分析和趨勢預測，難以為核電的安全運營提供科學的數據支撐。本文針對該問題研制了一套變形監測信息系統，對中廣核集團內各電站的監測數據實現了統一管理，同時針對性地對監測數據的規律分析、模型建立以及變形趨勢的預測預警功能進行開發，通過重新優化系統數據庫內部結構，使系統更具專業性。