基于組件對象技術的基樁檢測圖形分析系統的研究與實現
2007-01-01 00:00:00周晟金甌賀建飚岑小艷
計算機應用研究 2007年1期
摘要：主要闡述以一種組件對象技術對數據進行處理及圖形輸出，從而提高開發效率，增強軟件分析能力，拓展了數據窗口的應用范圍，并能夠衍生將這種組件對象技術運用于其他行業的數據處理及綜合圖形分析。
關鍵詞：聲波透射法; 臨界值; PSD; 組件對象; 數據窗口; 圖形分析
中圖法分類號：TP274+．5文獻標識碼：A
文章編號：1001－3695(2007)01－0244－03
近年來，隨著高速公路工程基本建設的迅速發展，大直徑鉆孔灌注樁在高速公路工程大中型構筑物的基礎設計中被普遍采用，而樁身混凝土的澆注屬于隱蔽性施工，常因施工管理或外界環境條件影響等因素，形成不同形式不同程度的缺陷，進而使構筑物在使用中存在不同程度的隱患，又由于大直徑鉆孔灌注樁的修復難度較大，因此采用有效的無損檢測聲波透射法檢測出樁身混凝土缺陷是相當重要的，聲波透射法以其檢測準確性高而逐漸被應用于較大直徑鉆孔灌注樁。
聲波透射法已經被廣泛應用于無損檢測，某些科研單位也研制了一些用于非金屬無損檢測的下位機，但在上位機數據處理及圖形綜合展現方面還做得不夠。因為在數據檢測中圖形展現是比較直觀方便的方式，所以本系統努力以方便數據圖形輸出，并提供存儲（盡可能少地占用存儲空間）、方便查詢。本文在無損檢測聲波透射法和聲波透射法工程制圖展現的綜合運用方面進行闡述，并通過工程實例進行了研究和實現。
1聲波透射法數據處理
1．1什么是超聲無損檢測
無損檢測是在不破壞前提下，檢查工件宏觀缺陷或測量工件特征的各種技術方法的統稱。
超聲波在被檢測材料中傳播時，材料的聲學特性和內部組織的變化對超聲波的傳播產生一定的影響，通過對超聲波受影響程度和狀況的探測了解材料性能和結構變化的技術稱為超聲檢測。
1．2聲波透射法、檢測依據及計算方法
（1）聲波透射法。該
透射法是超聲檢測的一種，超聲波透射法檢測樁身結構完整性的基本原理是：由超聲脈沖發射源在混凝土內激發高頻彈性脈沖波，并用高精度的接收系統記錄該脈沖波在混凝土內傳播過程中表現的波動特征。當混凝土內存在不連續或破損界面時，缺陷面形成波阻抗界面，波到達該界面時，產生波的透射和反射，使接收到的透射能量明顯降低；當混凝土內存在松散、蜂窩、孔洞等嚴重缺陷時，將產生波的散射和繞射。根據波的初至到達時間和波的能量衰減特征、頻率變化及波形畸變程度等特性，可以獲得測區范圍內混凝土的密實度參數。測試記錄不同側面、不同高度上的超聲波動特征，經過處理分析就能判別測區內混凝土的參考強度和內部存在缺陷的性質、大小及空間位置。
（2）檢測依據。
在基樁施工前，根據樁直徑的大小預埋一定數量的聲測管，作為換能器的通道。測試時每兩根聲測管為一組，通過水的耦合，超聲脈沖信號從一根聲測管中的換能器發射出去，在另一根聲測管中的聲測管接收信號，超聲儀測定有關參數并采集記錄儲存。換能器由樁底同時往上依次檢測，遍及各個截面。
采用聲速平均值v與聲時兩倍標準差σv之差作為樁身有無缺陷的臨界值， 以聲速臨界值、PSD判據進行綜合判定。
（3）計算方法：
其中，vi為第i檢測點聲速；n為檢測的數量點數。
vi每個點的聲速數據通過下位機測量得到每個點的聲時si，再通過管距除以聲時得到聲速， 即vi=l/si。
1．3數據處理
從下位機采集過來的數據是以文本方式存儲，在軟件中以文本方式導入數據窗口中，并存入ASA數據庫，如果考慮數據量大的因素，數據也可不存儲，而采用臨時存儲的方式。
當數據灌入數據窗口后，軟件對其進行數據處理，計算平均值v、樣本差σv、臨界值Vc、PSD值、離差值。平均值、樣本差、臨界值說明見（3），這里對PSD值和離差值作出公式解釋。
根據這些計算的數據結果對基樁進行判斷，進行缺陷分析；如果檢測數據良好，聲速值應該在臨界值之上，PSD值變化不能太大。
2軟件實現
軟件采用Sybase公司的PowerBuilder作為開發工具，主要考慮PowerBuilder的強大開發組件DataWindow能夠幫助開發者最大可能地少代碼量開發，而且報表、圖形方式展現功能強大，并提供所見即所得打印功能。
2．1PowerBuilder及DataWindow對象
PowerBuilder是一個圖形化的IDE。使用PowerBuilder可以很容易地開發與數據庫打交道的應用軟件，而作圖形分析軟件也是這樣強大，可能很少人去研究。PowerBuilder提供的控件，使應用軟件的開發效率更高。數據窗口就是PowerBuilder提供的一個集成度很高的控件，使用該控件可以很方便地從數據庫中提取數據，并經過數據轉換后作圖形分析。
軟件開發要求有很好的移植性。PowerBuilder既可以跨平臺開發，也可以發行跨平臺軟件。
在軟件伊始要注意編程對象的分類，可作分類如表1所示。
表1編程對象的分類
DataWindow是對分布式計算作出最著名貢獻之一具有專利技術的智能對象，利用該對象可以操作關系數據庫的數據而無需編寫SQL語句。用戶可以多種文件格式打開和存儲數據。它還支持數據庫事務管理和并發控制等機制，極大地簡化了數據訪問和開發。
表2對象組織
通過數據窗口可以很方便地操作數據庫，還可以為數據指定輸入/輸出格式、顯示風格等。所以說數據窗口既是數據庫的工具又是界面的重要組成部分。
數據窗口用帶（Band）將其分隔成四部分，這四部分和標準報表的各部分相對應。一個標準的報表一般由題頭、數據、頁腳、總計四部分構成，分別對應數據窗口的Header，Detail，Summary，Footer四部分。在標準報表中，每部分放置不同的內容，對應的數據窗口各部分也需要放置相應的內容，在作數據窗口設計時要注意。各部分的作用總結如表3所示。
表3各個Band的描述
2．2數據裝載及計算
圖形展現相對數據展現比較難以實現，這種基樁檢測圖類似股票分析圖形，一幅圖有至少三條以上的折線，而且是雙Y軸展現，更不好實現，但如果恰當地利用DataWindow特性，便能容易地實現一頁顯示三幅圖（一幅圖多條曲線）甚至更多幅圖的展現。
首先考慮在ASA數據庫中建立一個本系統需要的數據庫，取名GCGL；考慮到檢測中的數據在ASA數據庫中建立相應的表結構與需要灌入的數據信息對應。原始關鍵數據一般有兩種，即聲時和聲速。兩者取其一，因為要根據下位機取來的數據是什么而定。其他基本數據還有序列號、幅度、頻率、深度距離等，如果不考慮數據存儲備份和查詢的問題，也可以不存儲數據庫，而利用文件方式處理。
數據加載后，計算公式按1.2的（3）和1.3中所述，數據計算有兩種方法計算，一種在程序Script中計算實現，還有一種利用DataWindow所提供小函數。有些數據庫如Oracle，Sybase，Informix，SQL Server提供了計算樣本方差或樣本差的函數，很可惜，ASA沒有，不過幸運的是PowerBuilder提供了，但只能在數據窗口中使用。采用哪種方式要看具體項目的需要。
計算標準差的兩個函數如下：
2．3對象處理數據及圖形顯示實現
DataWindow對象可以從不同的數據源檢索數據，當確定了數據從何而來后，就應該確定如何將數據顯示給用戶了。可以用圖形化統計圖、統計表、表格和標簽的方式顯示。DataWindow提供了豐富的數據顯示格式，有11種之多。使用這些顯示樣式可以方便直觀地構建漂亮實用并且功能強大的數據處理程序。
(1)DataWindow Graph顯示樣式。
DataWindow對象處理圖形樣式一般考慮采用Graph顯示樣式，Graph顯示樣式的數據窗口可以多種圖形樣式將數據顯示出來，如餅圖、柱狀圖、折線圖等。從開發者的角度來講，創建Graph顯示樣式的數據窗口是很簡單的事情，創建Graph顯示樣式的數據窗口時，最重要的參數是Category，Values及Series。Category可以理解成顯示在橫向坐標軸上的域，Values可以理解成顯示在縱向坐標軸上的域，而Series是橫向坐標軸上同組比較時的分組標準。當為Graph顯示樣式的數據窗口指明了三個重要參數后，就應該選擇Graph的樣式了。PowerBuilder為Graph提供了17種圖形樣式，可以從中任意選擇適合的顯示樣式，本系統需要的主要是多線段折線圖（Line）。但是由于本系統圖形樣式一頁上有三幅至多幅圖（每幅圖都有多條折線段）需要顯示，Graph顯示樣式不能達到這樣要求。
經過研究，還有兩種處理方式能做到上述要求，一種是采用DataWindow Composite顯示樣式；另一種是采用Freedom顯示樣式，但是需要進行靈活的變換。
（2）DataWindow多組合方式。
Composite這種顯示樣式的數據窗口可以將多種類型的、多個邏輯上毫不相關的數據窗口放置到一起，是一種靈活的數據表現形式。因為Composite顯示樣式的數據窗口不允許修改其中的數據，所以不能用于數據錄入和數據修改。使用數據窗口向導創建Composite類型的數據窗口時，不用指明數據源，只需指明使用哪些已經有的數據窗口。新建向導自動提取系統中所有可用的數據窗口對象，從中選取多個數據窗口來構成Composite類型的數據窗口。在Composite類型的數據窗口內不能編輯各個數據窗口。在本系統中，先用Graph顯示樣式制作三個DataWindow，再創建一個Composite風格數據窗口，然后再加載三個DataWindow。不過由于Composite風格DataWindow的加載有Blank，會影響打印的效果，如果要考慮打印的問題，可以采用另一種處理方式。
（3）最終實現——自由方式。
Freedom顯示樣式，可以進行靈活的數據排布，這種顯示樣式的數據窗口布局很靈活，可以隨意安排字段、標簽、內部對象如Graph的位置。選定了相應的數據源后，將大致的域、標簽欄調整好，然后進行圖形方式數據操作。
首先創建圖形方式所需要三個Graph對象，注意這個對象是DataWindow內部的，而不是Window的對象，因為差別在于DataWindow的Graph對象數據可以與數據源關聯起來顯示，無須太多程序來支撐，而Window的Graph對象被創建后，還需要大量的程序代碼完成相應的圖形顯示。
然后對三個Graph對象進行數據轉換成圖形的屬性描述或屬性設置。對象在運行時只是描述或者修改它們的屬性。引用它們的屬性有兩種方法，即通過使用函數Describe與使用數據窗口控件的相關屬性。例如，下面的兩個語句是兩種不同的屬性引用方法：
dw_1.Describe(\"salary.coltype\")
dw_1.Object.salary.coltype
同樣，修改控件的屬性也有兩種方法，即通過使用函數Modify與對數據窗口控件的相關屬性直接賦值。語法的大致模式為
屬性=屬性值。
其中屬性值可以是字符串、數字或者表達式。
在本系統中對Graph對象首先要設置三個屬性，即Category，Value，Series， Category可以理解成顯示在橫向坐標軸上的域，Values可以理解成顯示在縱向坐標軸上的域，而Series是橫向坐標軸上同組比較時的分組標準，即折線段的分組標準。可以在Graph對象中設置屬性值完成，也可以采用前述的程序Script語句屬性賦值完成，如
dw_1.Object.gr_1. Category=\"sd\" //sd is a field
dw_1.Object.gr_1. Values=\"time\"http://time is a field
dw_1.Object.gr_1. Series=\"series \"http://series is a field
值得注意的是series域的賦值，這個域可以是真實的賦值，能將各個折線段區分開來，也可以通過computed field來區分，只要能保證數據分類，折線段嚴格生成。
將DataWindow對象中Graph控件的三個關鍵屬性設置好，數據就可以迅速地生成一頁折線圖了，如圖1所示。
這幅初始圖打印時還需要加工，看得出折線段上有許多系統自帶用于區分Series的符號，這可能是某些系統所需要的，但本系統不需要這樣的符號，還需要編寫代碼在顯示打印前消除這些符號。
//消除符號
dw_1.SetSeriesStyle(GraphName， Seriesname， NoSymbol!)
//改變line顏色
dw_1.SetSeriesStyle(GraphNmae，Seresname， LineColor!，RGBVa￣lue)
//改變line類型
dw_1.SetseriesStyle(GraphName， Seriesname，linestyle，linewidth)
程序修改后，最終生成如圖2所示。
圖1深度聲速—PSD基樁檢測初始圖
圖2深度聲速—PSD基樁檢測圖
通過圖形分析，依照1.2（2），2.3檢測依據、判據，可以很直觀地幫助檢測人員檢測出基樁是否有問題，如看聲速曲線是否大部分在臨界值曲線上方，PSD曲線是否變化率非常大。
3結束語
組件對象的使用，能夠大大減少程序的開發時間。本文描述了一種組件對象技術，用于數據的圖形展示，功能非常強大，效率非常高，能夠實現對多幅多折線圖（甚至雙Y軸）、其他分析圖形的展現，不僅適應于高速公路基樁檢測圖，其他的行業軟件，如金融行業、電信行業、政府行業的統計分析也能夠利用此種組件對象技術輕松實現，方便了軟件人員。本系統已經調試成功，并為檢測中心出具檢測正式報告提供了圖形佐證。
參考文獻：
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［2］何軍.PowerScript語言·事件·函數[M].北京:電子工業出版社，2003.385389.
［3］JGJ1062003，建筑基樁檢測技術規范[S].
［4］ 建筑基樁聲波透射法試驗檢測報告[R].
作者簡介：
周晟，男，碩士研究生，主要研究方向為智能服務、系統體系結構研究。
注:本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文
