基于Redis與SSM的大型設(shè)備數(shù)據(jù)運(yùn)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

熊肖磊，王春偉，趙 炯，周奇才

(同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院，上海201804)

0 引言

對(duì)于大型設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)采集并加以處理運(yùn)用，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)備生命周期管理是目前設(shè)備管理的研究重點(diǎn)，而本文以盾構(gòu)設(shè)備為例，探討其數(shù)據(jù)處理運(yùn)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案與實(shí)現(xiàn)。隨著地鐵隧道掘進(jìn)技術(shù)的逐漸發(fā)展完善，一條隧道的掘進(jìn)過程往往伴隨著多臺(tái)盾構(gòu)機(jī)施工，如此會(huì)出現(xiàn)多臺(tái)盾構(gòu)分散施工而管理維護(hù)困難的問題，于是在管理成本的制約下，需要建立某種系統(tǒng)對(duì)盾構(gòu)設(shè)備及施工進(jìn)程數(shù)據(jù)進(jìn)行有效運(yùn)用，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)盾構(gòu)有效的監(jiān)控管理。對(duì)此，國內(nèi)外的盾構(gòu)生產(chǎn)商，諸如鐵建、海瑞克和小松等，都對(duì)自家盾構(gòu)配置了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，但大多數(shù)無法滿足多盾構(gòu)數(shù)據(jù)處理運(yùn)用，多用戶訪問的情況。文獻(xiàn)[1]利用方便開發(fā)的組態(tài)軟件實(shí)現(xiàn)監(jiān)控管理，但不利于后期擴(kuò)展，其系統(tǒng)需要特定運(yùn)行環(huán)境。文獻(xiàn)[5]以C/S結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了多臺(tái)盾構(gòu)的集中監(jiān)控與數(shù)據(jù)運(yùn)用，并成功應(yīng)用在大連地鐵103和201標(biāo)項(xiàng)目，但隨數(shù)據(jù)量增大，會(huì)使數(shù)據(jù)庫訪問壓力增大。文獻(xiàn)[8]實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)化盾構(gòu)自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)，并未滿足集中監(jiān)控目的。文中給出了一種嵌入式網(wǎng)絡(luò)化盾構(gòu)自動(dòng)監(jiān)控及報(bào)表系統(tǒng)，著重闡述了硬件結(jié)構(gòu)與網(wǎng)絡(luò)協(xié)議移植，并未滿足多盾構(gòu)監(jiān)控目的。

基于B/S架構(gòu)來構(gòu)建盾構(gòu)監(jiān)控與數(shù)據(jù)運(yùn)用系統(tǒng)既可實(shí)現(xiàn)多臺(tái)盾構(gòu)集中監(jiān)控，數(shù)據(jù)處理，分析等工作，且無需安裝專用客戶端，只需通過瀏覽器即可訪問，實(shí)現(xiàn)了多盾構(gòu)多用戶的互聯(lián)網(wǎng)監(jiān)控管理目的[2]。因此本文則采用B/S模式構(gòu)建盾構(gòu)機(jī)的數(shù)據(jù)處理運(yùn)用系統(tǒng)，以SSM(Spring MVC、Spring、Mybatis)框架作為B/S實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)與開發(fā)輔助。同時(shí)考慮到數(shù)據(jù)量快速增長，采用數(shù)據(jù)緩存技術(shù)實(shí)現(xiàn)較快速的數(shù)據(jù)處理能力，同時(shí)提供快速的并發(fā)訪問。本文利用Redis作為內(nèi)存數(shù)據(jù)庫進(jìn)行盾構(gòu)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)緩存，并以MySQL進(jìn)行數(shù)據(jù)同步，將盾構(gòu)歷史數(shù)據(jù)與固有信息持久化，并且圍繞SSM框架技術(shù)，以分層方式設(shè)計(jì)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)多盾構(gòu)快速高效的數(shù)據(jù)處理運(yùn)用。

1 相關(guān)技術(shù)介紹

Redis作為一種NoSQL類型的數(shù)據(jù)庫，具備了NoSQL靈活的數(shù)據(jù)模型；可存儲(chǔ)處理非結(jié)構(gòu)化及半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)；良好的可擴(kuò)展性；快速的讀寫能力和低廉的成本等特點(diǎn)[3]。NoSQL(Not Only SQL)泛指非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，常用于超大規(guī)模和高并發(fā)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)處理場景中，其根據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)類型分為鍵值(Key-Value)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫、列式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫、文檔性數(shù)據(jù)庫和圖形數(shù)據(jù)庫[3]。而Redis作為一種開源的Key-Value數(shù)據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)，支持存儲(chǔ)的Value類型包括了字符串、鏈表、集合及哈希等類型，并且均支持push/pop、add/remove及取交集并集和差集等操作，同時(shí)Redis會(huì)周期性地把更新的數(shù)據(jù)寫入磁盤或者把修改操作寫入追加的記錄文件，并且在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)Master-Slave同步[4，10]。

SSM(Spring+SpringMVC+Mybatis)框架集由Spring、SpringMVC、Mybatis三個(gè)開源框架整合而成，常作為數(shù)據(jù)源較為簡單的web項(xiàng)目的開發(fā)框架[6，9]。其中SpringMVC分離了控制器、模型對(duì)象、分派器以及處理器程序?qū)ο蟮慕巧?，使其更容易進(jìn)行定制；Spring是一個(gè)輕量級(jí)的控制反轉(zhuǎn)(IoC)和面向切面(AOP)的容器框架，供表現(xiàn)層調(diào)用，充當(dāng)了表現(xiàn)層與持久層間的接口；而Mybatis則進(jìn)行數(shù)據(jù)的持久化操作，支持普通SQL查詢、存儲(chǔ)過程和高級(jí)映射，通過對(duì)象關(guān)系映射將Java對(duì)象與數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)記錄相互轉(zhuǎn)換。通過在開源框架配置文件中的引用與項(xiàng)目中依賴包的導(dǎo)入，即可將三個(gè)框架整合起來，實(shí)現(xiàn)完整的前后端通信流程[6]。

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文旨在利用數(shù)據(jù)緩存Redis和SSM集成框架搭建一種適用于盾構(gòu)機(jī)數(shù)據(jù)處理運(yùn)用的系統(tǒng)，對(duì)此在盾構(gòu)機(jī)數(shù)據(jù)采集的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)構(gòu)的分層設(shè)計(jì)。整個(gè)系統(tǒng)基于B/S模式進(jìn)行開發(fā)，而盾構(gòu)數(shù)據(jù)通過機(jī)載的數(shù)據(jù)采集器用PLC采集得來，需要解包、轉(zhuǎn)換、緩存和持久化。因此整個(gè)系統(tǒng)的工作流程是先將機(jī)載系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)解析后進(jìn)入Redis，然后按照前端請(qǐng)求進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)請(qǐng)求響應(yīng)，同時(shí)將盾構(gòu)固有數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)同步存儲(chǔ)到MySQL中，為后續(xù)的故障預(yù)測、數(shù)據(jù)分析等大量數(shù)據(jù)運(yùn)用處理過程事務(wù)提供數(shù)據(jù)源。所以根據(jù)數(shù)據(jù)流動(dòng)和功能劃分，本文將整個(gè)系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和表示層[9]，如圖1。

圖1 系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

如圖1所示，數(shù)據(jù)層將底層盾構(gòu)機(jī)載系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)在傳輸?shù)綌?shù)據(jù)中心的服務(wù)器后進(jìn)行解析和存儲(chǔ)，提供更加結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)源；應(yīng)用層則是利用數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)進(jìn)行模塊化的功能處理，諸如狀態(tài)監(jiān)測顯示、設(shè)備關(guān)系、故障分析預(yù)測等，并使用SSM框架進(jìn)行設(shè)計(jì)解耦，獨(dú)立封裝各模塊功能，對(duì)客戶端的數(shù)據(jù)請(qǐng)求給予正確響應(yīng)；而表示層通過瀏覽器頁面對(duì)盾構(gòu)數(shù)據(jù)的諸多處理運(yùn)用結(jié)果進(jìn)行可視化的顯示。

3 數(shù)據(jù)層

在前面提到數(shù)據(jù)層主要對(duì)后續(xù)應(yīng)用層功能表現(xiàn)提供數(shù)據(jù)支持，即數(shù)據(jù)層是系統(tǒng)的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)，該層通過對(duì)底層機(jī)載系統(tǒng)采集傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行解析和存儲(chǔ)，并在存儲(chǔ)之前做一定程度的預(yù)處理，使存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)更具有結(jié)構(gòu)性。本文將數(shù)據(jù)層實(shí)現(xiàn)分為兩個(gè)部分：Redis實(shí)時(shí)緩存與MySQL持久化，以分別應(yīng)對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測與大數(shù)據(jù)量分析運(yùn)用的功能實(shí)現(xiàn)。

3.1 Redis實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)解析緩存

盾構(gòu)機(jī)在掘進(jìn)隧道的過程中，需要將采集監(jiān)測的量按類型分為數(shù)字量和模擬量。其中數(shù)字量對(duì)應(yīng)某個(gè)限位開關(guān)的開閉或者千斤頂?shù)纳炜s，而模擬量則對(duì)應(yīng)千斤頂壓力、電機(jī)電壓、旋轉(zhuǎn)速度以及注漿壓力等具有數(shù)值意義的量。同時(shí)數(shù)據(jù)遵循一定的協(xié)議格式傳輸，因此接收到數(shù)據(jù)之后，同樣按照此種協(xié)議格式進(jìn)行解析，通過數(shù)據(jù)包的起始地址加上偏移量的方法，得出各個(gè)測點(diǎn)或者數(shù)據(jù)量的真實(shí)數(shù)據(jù)，解析過程如圖2。

圖2 源數(shù)據(jù)解析流程

源數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后按照是否超過上下限進(jìn)行緩存，對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)則按照測點(diǎn)配置表中的信息進(jìn)行對(duì)號(hào)入座，根據(jù)底層數(shù)據(jù)采集的約定協(xié)議生成各個(gè)測點(diǎn)的配置表，如表1與圖3。

表1 各測點(diǎn)的偏移量對(duì)應(yīng)關(guān)系

圖3 測點(diǎn)信息配置表

如表1所列測點(diǎn)偏移量對(duì)應(yīng)關(guān)系，解析程序即按此進(jìn)行數(shù)據(jù)包解析，同時(shí)生成一項(xiàng)測點(diǎn)信息的配置表存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫中，便于之后作為某臺(tái)盾構(gòu)的特征信息查看。在生成測點(diǎn)信息配置表過程中，以各測點(diǎn)所屬盾構(gòu)機(jī)子系統(tǒng)分組，如此在后續(xù)對(duì)盾構(gòu)機(jī)子系統(tǒng)部件進(jìn)行分析時(shí)提供便利，如圖3。

如此實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)經(jīng)解析之后便可以進(jìn)行Redis緩存了，在Redis緩存中以Key-Value的數(shù)據(jù)形式存儲(chǔ)[10]，對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)而言，每一個(gè)時(shí)刻的數(shù)據(jù)均是有區(qū)別的，這種區(qū)別存在于每一個(gè)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包上帶有的時(shí)間戳(TIMESTAMP)，于是對(duì)于兩個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)包即可通過TIMESTAMP進(jìn)行區(qū)分，并可作為Key來標(biāo)識(shí)緩存中的Value。結(jié)合Key-Value存儲(chǔ)無表概念的特點(diǎn)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)時(shí)，以盾構(gòu)ID為Key，以hash作為Value存儲(chǔ)此臺(tái)盾構(gòu)的數(shù)據(jù)，如此便可以Key區(qū)分不同盾構(gòu)的數(shù)據(jù)。對(duì)于Value部分的hash，以TIMESTAMP作為Key，以數(shù)據(jù)list作為Value，如此便可區(qū)分同一盾構(gòu)不同時(shí)刻的數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)list中，以Key-Value的形式存儲(chǔ)各個(gè)測點(diǎn)的名稱及對(duì)應(yīng)的數(shù)值[4]。因此存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如表2所示。從表2中可以看出，根據(jù)盾構(gòu)的標(biāo)識(shí)ID及某個(gè)時(shí)刻的TIMESTAMP即可以唯一的確定某臺(tái)盾構(gòu)某一時(shí)刻的各個(gè)測點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，根據(jù)底層數(shù)據(jù)發(fā)送的時(shí)間間隔進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的解析緩存，并將一段時(shí)間內(nèi)的舊數(shù)據(jù)同步至MySQL中，而后刪除，保證內(nèi)存不被占滿。

表2 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)緩存結(jié)構(gòu)

3.2 MySQL數(shù)據(jù)持久化

通過前面內(nèi)容所述，盾構(gòu)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)在經(jīng)過Redis緩存之后，同步持久化至MySQL中，用于后續(xù)的數(shù)據(jù)分析工作，而且盾構(gòu)機(jī)的某些固有特征數(shù)據(jù)也要存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫中，由于這些數(shù)據(jù)一般是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，所以可直接利用MySQL存儲(chǔ)。對(duì)于盾構(gòu)機(jī)特征數(shù)據(jù)和故障記錄等并不會(huì)由底層數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳輸，而是訪問特定的接口得到，而此種訪問是以JSON字符串作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)母袷?，因此在訪問特定接口獲得盾構(gòu)機(jī)特征數(shù)據(jù)和故障記錄信息的處理流程如圖4。

圖4 接口數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)流程

對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的持久化存儲(chǔ)時(shí)需要考慮盾構(gòu)機(jī)組成特點(diǎn)和系統(tǒng)的功能需求，然后設(shè)計(jì)存儲(chǔ)的表結(jié)構(gòu)。盾構(gòu)機(jī)是一種集機(jī)械、電氣和液壓系統(tǒng)與一體的大型設(shè)備，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，系統(tǒng)眾多，每個(gè)大的部件或者子系統(tǒng)中包含諸多零部件，并且零部件之間存在某種父子關(guān)系。所以在設(shè)計(jì)表結(jié)構(gòu)時(shí)考慮零部件的父子關(guān)系將其按照樹形結(jié)構(gòu)存儲(chǔ)，即一臺(tái)設(shè)備包含多個(gè)子系統(tǒng)，一個(gè)子系統(tǒng)包含多個(gè)部件，一個(gè)部件包含多個(gè)零件或測點(diǎn)，即它們之間是1∶n的關(guān)系；同時(shí)考慮到多臺(tái)盾構(gòu)的集中監(jiān)控與數(shù)據(jù)運(yùn)用，所有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一張數(shù)據(jù)表中會(huì)因?yàn)橛涗浱鄬?dǎo)致查詢某臺(tái)盾構(gòu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)時(shí)緩慢，因此采用單盾構(gòu)單表的形式，即單張數(shù)據(jù)表中只存儲(chǔ)一臺(tái)盾構(gòu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，并使用配置表維護(hù)，使各臺(tái)盾構(gòu)名稱與數(shù)據(jù)表名關(guān)聯(lián)起來，從而將多臺(tái)盾構(gòu)的運(yùn)行數(shù)據(jù)分散到多張表中存儲(chǔ)，減輕了單張表存儲(chǔ)記錄過多的壓力。于是綜合信息后得出其中的關(guān)聯(lián)如圖5。

圖5 盾構(gòu)運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表關(guān)聯(lián)示意

如圖5(a)，通過配置表中表名字段與盾構(gòu)數(shù)據(jù)表名關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)分散至多表存儲(chǔ)，而圖5(b)則是對(duì)某臺(tái)盾構(gòu)而言的設(shè)備、部件、測點(diǎn)和數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)示意，如此則實(shí)現(xiàn)了樹形存儲(chǔ)。

4 應(yīng)用層

應(yīng)用層主要是以數(shù)據(jù)層為基礎(chǔ)，通過調(diào)用數(shù)據(jù)層向上提供的接口，對(duì)該層提供的盾構(gòu)運(yùn)行數(shù)據(jù)和特征數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)應(yīng)的加工處理，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，并向表示層提供接口，將實(shí)現(xiàn)的業(yè)務(wù)邏輯通過表示層可視化表現(xiàn)。如此處于系統(tǒng)中間層的應(yīng)用層是系統(tǒng)核心，起著承上啟下的作用，系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)則主要在這層實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于盾構(gòu)機(jī)而言，其在運(yùn)行過程中積累大量的工程數(shù)據(jù)，包括關(guān)鍵部件測點(diǎn)的監(jiān)測參數(shù)、掘進(jìn)隧道的地質(zhì)數(shù)據(jù)、設(shè)備故障信息和維護(hù)信息等，這些數(shù)據(jù)是監(jiān)測管理盾構(gòu)的重要依據(jù)。因此對(duì)于盾構(gòu)管理而言，應(yīng)該是全周期的，即對(duì)盾構(gòu)施工前期、施工中期和施工后期的信息都需要進(jìn)行管理。而盾構(gòu)機(jī)工作環(huán)境較為惡劣，如果出現(xiàn)零件損壞，則勢必會(huì)影響整個(gè)盾構(gòu)的運(yùn)行，因此對(duì)于盾構(gòu)數(shù)據(jù)的處理運(yùn)用包含了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測、測點(diǎn)歷史統(tǒng)計(jì)、故障信息記錄以及基于歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)的故障預(yù)測與診斷等，便可以時(shí)刻關(guān)注盾構(gòu)的健康狀態(tài)，使得在零部件出現(xiàn)損壞前給出預(yù)警，及時(shí)更換，從而不會(huì)影響整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在這些功能的實(shí)現(xiàn)上，利用SSM框架進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)解耦，以模塊獨(dú)立化的方式開發(fā)，簡化了開發(fā)流程，達(dá)到在模塊內(nèi)部可以更加專注于邏輯實(shí)現(xiàn)，高度內(nèi)聚，而在模塊之間專注于接口調(diào)用，低度耦合的目的。應(yīng)用層結(jié)構(gòu)如圖6。

圖6 應(yīng)用層結(jié)構(gòu)示意圖

如圖6，應(yīng)用層中包含多個(gè)功能模塊，并且各模塊之間相互獨(dú)立，通過Spring MVC向表示層提供統(tǒng)一的訪問接口，在接收到表示層請(qǐng)求之后，根據(jù)Spring MVC的控制器分發(fā)請(qǐng)求，直接調(diào)用對(duì)應(yīng)的模塊進(jìn)行其中的業(yè)務(wù)邏輯處理，同時(shí)這一過程有著Spring的管理與Mybatis對(duì)象關(guān)系映射，從而能夠完成接收請(qǐng)求，分發(fā)請(qǐng)求，業(yè)務(wù)處理，訪問數(shù)據(jù)源，模型生成，視圖填充以及給予響應(yīng)的完整過程[9]。

在過程實(shí)現(xiàn)中，Spring整合Mybatis，進(jìn)行數(shù)據(jù)通道、映射與事務(wù)的管理，通過在Spring容器中注冊(cè)DataSource、SqlSessionFactory和MapperScannerConfigurer的實(shí)例bean，將數(shù)據(jù)源屬性文件載入，從而加載數(shù)據(jù)通道和關(guān)系映射原則，并制定Mapper接口的掃描路徑，使得在訪問數(shù)據(jù)庫時(shí)自動(dòng)掃描Mapper接口進(jìn)行數(shù)據(jù)的持久化操作，把Java對(duì)象與數(shù)據(jù)表記錄映射起來，從而完成在應(yīng)用層中的對(duì)象傳遞。而Spring MVC則主要加載了請(qǐng)求映射器和適配器的驅(qū)動(dòng)，配置了基于注解@Controller的控制器掃描路徑，使得Spring MVC在攔截請(qǐng)求之后，根據(jù)攔截路徑，自動(dòng)掃描@Controller類，匹配攔截路徑，從而可以執(zhí)行對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯，調(diào)用對(duì)應(yīng)的接口方法，訪問對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫表[6]。

之后則是在項(xiàng)目啟動(dòng)文件中設(shè)置Spring及Spring MVC的入口文件，從而在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，框架功能也隨之準(zhǔn)備就緒，即在web.xml中設(shè)置Spring配置文件applicationContext.xml路徑以及Spring MVC的請(qǐng)求控制分發(fā)器DispatcherServlet和Spring-mvc.xml的路徑，并在web.xml中配置好請(qǐng)求攔截HTTP請(qǐng)求的基礎(chǔ)路徑[9]。

5 表示層

表示層作為系統(tǒng)頂層，主要是將盾構(gòu)數(shù)據(jù)處理應(yīng)用后的結(jié)果以某種方式呈現(xiàn)出來，即通過文字、圖片、表格和視頻等元素構(gòu)成的網(wǎng)頁顯示在用戶的瀏覽器上，從而使用戶更加直觀的感受各種數(shù)據(jù)處理后的結(jié)果。對(duì)于表示層而言，其通過應(yīng)用層取得業(yè)務(wù)邏輯處理后的結(jié)果數(shù)據(jù)，填充到經(jīng)過HTML、CSS和JavaScript美化過的頁面中，形成最終的網(wǎng)頁。但是這樣在結(jié)果數(shù)據(jù)變化時(shí)，為了體現(xiàn)這種變化，前端表示頁面也需要不斷刷新載入，這對(duì)于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控顯示或者根據(jù)條件查詢的應(yīng)用來說很不友好，每次整體頁面刷新不僅體驗(yàn)不好，同時(shí)也對(duì)系統(tǒng)資源造成了浪費(fèi)，所以就使用AJAX進(jìn)行頁面的局部刷新。通過AJAX[7]向服務(wù)端請(qǐng)求數(shù)據(jù)時(shí)，一般有長輪詢和短輪詢兩種方式，其中長輪詢就是建立瀏覽器與服務(wù)器之間的鏈接持續(xù)保持下去，多次請(qǐng)求使用同一個(gè)連接，而短輪詢則是每次請(qǐng)求都會(huì)建立新的鏈接，請(qǐng)求結(jié)束后鏈接也隨之中斷；但由于長輪詢需要服務(wù)器維持鏈接，導(dǎo)致系統(tǒng)資源多余耗費(fèi)，同時(shí)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)控顯示間隔在秒級(jí)單位，因此本文采用短輪詢的方式請(qǐng)求數(shù)據(jù)。

對(duì)于實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，每次AJAX請(qǐng)求為盾構(gòu)機(jī)標(biāo)識(shí)ID和當(dāng)前時(shí)間戳TIMESTAMP，服務(wù)器端接收參數(shù)之后，從Redis數(shù)緩存中查詢出數(shù)據(jù)，并以AJAX請(qǐng)求中常用的JSON數(shù)據(jù)傳輸格式返回?cái)?shù)據(jù)，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測頁面進(jìn)行局部的數(shù)據(jù)更新，從而達(dá)到盾構(gòu)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)變化的目的。AJAX數(shù)據(jù)請(qǐng)求流程如圖7。

圖7 實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測顯示頁面AJAX請(qǐng)求流程

如圖7所示，前端瀏覽器獲取盾構(gòu)標(biāo)識(shí)ID和當(dāng)前時(shí)間戳TIMESTAMP之后作為參數(shù)發(fā)起AJAX請(qǐng)求，服務(wù)器接收AJAX請(qǐng)求后解析出盾構(gòu)標(biāo)識(shí)和時(shí)間戳參數(shù)，并按此查詢Redis數(shù)據(jù)緩存，并將查詢結(jié)果以JSON格式返回至瀏覽器，瀏覽器解析JSON數(shù)據(jù)，填充頁面實(shí)現(xiàn)局部刷新。而實(shí)現(xiàn)代碼如下[7]：

$.ajax({ type ： "POST"，url ： "xxx"，dataType ： "json"，

data ： {"shieldID" ： ID，"Timestamp" ： Timestamp}，

success ： function (data) { …//更新頁面部分}，

error ： function () { …//異常處理部分代碼}});

實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測頁面示意如圖8，圖中通過純數(shù)據(jù)顯示方式將盾構(gòu)各子系統(tǒng)關(guān)鍵參量的數(shù)據(jù)變化直接表示，包括了千斤頂系統(tǒng)、刀盤系統(tǒng)、螺旋機(jī)系統(tǒng)和注漿與泡沫系統(tǒng)，并結(jié)合折線圖和儀表板插件強(qiáng)調(diào)某些參量的變化趨勢與變動(dòng)情況。

而對(duì)于盾構(gòu)固有特征信息查詢或者統(tǒng)計(jì)分析、故障統(tǒng)計(jì)、地表沉降預(yù)測等結(jié)果顯示同樣是基于AJAX短輪詢實(shí)現(xiàn)，即通過不同業(yè)務(wù)邏輯處理或根據(jù)模塊配置即可同樣原理實(shí)現(xiàn)。諸如圖9所示的故障統(tǒng)計(jì)，通過柱狀圖顯示數(shù)量，表格顯示詳細(xì)記錄。

圖8 盾構(gòu)運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測顯示示意圖

圖9 盾構(gòu)故障信息統(tǒng)計(jì)

6 結(jié)論

本文使用Redis數(shù)據(jù)緩存和MySQL持久化，對(duì)盾構(gòu)運(yùn)行數(shù)據(jù)和結(jié)構(gòu)化特征數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，并通過SSM框架搭建了基于B/S模式的盾構(gòu)數(shù)據(jù)處理運(yùn)用系統(tǒng)。系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)分為三層，分別是數(shù)據(jù)層、應(yīng)用層和結(jié)構(gòu)層，在數(shù)據(jù)層中使用Redis對(duì)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行緩存，以滿足實(shí)時(shí)監(jiān)控的要求，并且將歷史數(shù)據(jù)及時(shí)同步至MySQL中，對(duì)后續(xù)一系列的數(shù)據(jù)處理應(yīng)用提供數(shù)據(jù)源。雖然目前可以實(shí)現(xiàn)多臺(tái)盾構(gòu)的集中監(jiān)控，但為了提供數(shù)據(jù)處理能力和系統(tǒng)交互能力，后續(xù)可進(jìn)一步搭建Redis集群，以應(yīng)對(duì)高并發(fā)系統(tǒng)訪問；同時(shí)在數(shù)據(jù)處理方面應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)、數(shù)據(jù)挖掘等方法進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)盾構(gòu)數(shù)據(jù)的處理效果，從而能夠完整的實(shí)現(xiàn)盾構(gòu)的全生命周期管理。