基于SQLite 的安全殼缺陷檢測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王秋實(shí)， 張麗芹， 何小明

（中科華核電技術(shù)研究院 北京分院， 北京 100086）

由于日本福島核事故的影響，世界各國(guó)對(duì)核安全的認(rèn)識(shí)又提高到一個(gè)新的高度，安全文化得到了全世界核電企業(yè)的廣泛認(rèn)同和實(shí)踐。 目前，安全文化已是核電企業(yè)文化的核心，被稱為核電企業(yè)的靈魂，成為核安全的重要保障[1]。

核電站安全殼是防止放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放的大體積預(yù)應(yīng)力混凝土筒殼結(jié)構(gòu)，是特殊環(huán)境條件下的重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)。 目前國(guó)內(nèi)已建的核電站大部分位于沿海地區(qū)， 正常情形下要經(jīng)受氯離子含量很高的海風(fēng)的侵蝕和陽(yáng)光直射， 同時(shí)要承受臺(tái)風(fēng)、地震等環(huán)境因素影響；這些環(huán)境因素的影響會(huì)導(dǎo)致混凝土表面碳化，引起鋼筋和預(yù)應(yīng)力系統(tǒng)腐蝕，出現(xiàn)破損或裂縫，降低承載力，影響使用壽命。 因此對(duì)核電站安全殼進(jìn)行定期的外觀檢查， 對(duì)其外觀的缺陷進(jìn)行基本評(píng)定以及持續(xù)跟蹤和分析就成為了核安全文化中不可忽視的一項(xiàng)重要任務(wù)。

利用爬壁機(jī)器人外帶攝像機(jī)對(duì)核電站安全殼外觀進(jìn)行視頻檢測(cè)，并將圖像送回上位機(jī)檢測(cè)系統(tǒng)——安全殼外觀缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，進(jìn)行缺陷分析及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。 因此，為了能夠更加全面的分析缺陷類型、 缺陷特性和缺陷長(zhǎng)度面積等參數(shù)，也為了能夠?qū)?shù)據(jù)參數(shù)及圖像信息進(jìn)行高效的存儲(chǔ)和查詢，研究人員將SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)應(yīng)用到了檢測(cè)系統(tǒng)中。

1 SQLite 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)介紹

SQLite 是一個(gè)開(kāi)源的、內(nèi)嵌式的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。 它最初發(fā)布于2000 年，在便攜性、易用性、緊湊性、有效性和可靠性方面有突出的表現(xiàn)。 數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)器和客戶端運(yùn)行在同一個(gè)進(jìn)程中。 這樣可以減少網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的消耗，簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)管理，使你的程序部署起來(lái)更容易。 所有需要你做的都已經(jīng)和你的程序一起編譯好了。

在SQLite 提供的C/C++接口中，其中6 個(gè)APIs 屬于核心接口。 其中， 最主要的兩個(gè)對(duì)象是，database_connection 和prepared_statement。 database_connection 對(duì) 象 是 由SQLite3_open（）接口函數(shù)創(chuàng)建并返回的，在應(yīng)用程序使用任何其他SQLite 接口函數(shù)之前， 必須先調(diào)用該函數(shù)以便獲得database_connnection 對(duì)象，在隨后的其他APIs 調(diào)用中，都需要該對(duì)象作為輸入?yún)?shù)以完成相應(yīng)的工作。 至于prepare_statement， 我們可以簡(jiǎn)單的將它視為編譯后的SQL語(yǔ)句，因此，所有和SQL 語(yǔ)句執(zhí)行相關(guān)的函數(shù)也都需要該對(duì)象作為輸入?yún)?shù)以完成指定的SQL 操作[2-6]。

SQLite 具有以下主要特征[3]：

1）管理簡(jiǎn)單，甚至可以認(rèn)為無(wú)需管理；

2）操作方便，SQLite 生成的數(shù)據(jù)庫(kù)文件可以在各個(gè)平臺(tái)無(wú)縫移植；

3）可以非常方便的以多種形式嵌入到其他應(yīng)用程序中，如靜態(tài)庫(kù)、動(dòng)態(tài)庫(kù)等；

4） 易于維護(hù)。

2 SQLite 與SQL Server 比較

SQL Server 是Microsoft 公司推出的大型數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，建立在成熟而強(qiáng)大的關(guān)系模型基礎(chǔ)上，可以很好地支持客戶機(jī)/服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)模式，能夠滿足各種類型的企事業(yè)單位對(duì)構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)的需求。 并且，為了有效利用SQL Server 的強(qiáng)大功能，Visual C++提供了多種數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)技術(shù)和編程規(guī)范，主要包括MFC ODBC，DAO 和ADO 等。

ODBC 作為一個(gè)應(yīng)用廣泛的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)應(yīng)用編程接口，使用標(biāo)準(zhǔn)的SQL 作為其數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)語(yǔ)言。 MFC ODBC 類封裝了ODBC API，常用的類有CDatabase（數(shù)據(jù)庫(kù)類）、CRecordset（記錄集類）、CRecordView（可視記錄集類）、CDBException（異常類）。

盡管SQL Server 擁有諸多上述優(yōu)點(diǎn)，但它需要SQL Server軟件的支持。 且與SQLite 相比較，盡管功能更加強(qiáng)大，但管理模式相對(duì)復(fù)雜，而SQLite 是內(nèi)嵌型數(shù)據(jù)庫(kù)，移植性高，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器就在本地應(yīng)用程序中，不需要網(wǎng)絡(luò)配置和管理，這樣既可以減少網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)的消耗，又可以簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)管理。

3 安全殼外觀缺陷檢測(cè)系統(tǒng)——數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)

3.1 安全殼外觀缺陷檢測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)介

安全殼外缺陷檢測(cè)系統(tǒng)總體上可分為6 個(gè)大的功能模塊，這6 大功能模塊分別為：接收和發(fā)送驅(qū)動(dòng)模塊，底層通訊模塊，上位機(jī)界面模塊，后臺(tái)運(yùn)行數(shù)據(jù)庫(kù)模塊，后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)和11 個(gè)子功能模塊。11 個(gè)子功能模塊又包括控制模塊，定位模塊，視頻系統(tǒng)，圖像系統(tǒng)，工具模塊，菜單模塊，EXCEL 模塊，檢索模塊，CAD 模塊，存儲(chǔ)模塊和算法模塊等11 部分。無(wú)線形式發(fā)送回來(lái)的視頻信號(hào)、位置信息以及其他一些附加信息經(jīng)過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)硬件傳送給上位機(jī)電腦，上位機(jī)控制電腦通過(guò)數(shù)據(jù)接收驅(qū)動(dòng)模塊提取并存儲(chǔ)這些無(wú)線數(shù)據(jù)，再由底層的通訊模塊發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)——數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)和上位機(jī)界面，而上位機(jī)界面和數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)又通過(guò)后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)分別與11 個(gè)子功能模塊進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交互。

總體方案邏輯圖如圖1 所示。

圖1 總體方案邏輯圖Fig. 1 The overall program logic diagram

3.2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)功能可以分為3 個(gè)模塊，分別是：用戶信息管理模塊，安全殼檢測(cè)信息儲(chǔ)存模塊，缺陷記錄檢索和缺陷分布圖繪制模塊。

為了能夠?qū)?shù)據(jù)信息進(jìn)行操作， 必須首先通過(guò)數(shù)據(jù)庫(kù)SQLite 技術(shù)中database_connection 對(duì)象，利用SQLite3_open（）接口函數(shù)建立起數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)庫(kù)之間的聯(lián)系。 代碼如下：

CDVP_VCApp *m_app = （CDVP_VCApp *）AfxGetApp（）；

int rc ；

rc = SQLite3_open（"DataBaseName.db"，&m_app－＞db）；

//建立或者連接數(shù)據(jù)庫(kù)，并命名為“DataBaseName”

if （rc）

{fprintf （stderr，"cannot open databasename:% s. "，SQLite3_errmsg（m_app－＞db））；

return ；}

else

{printf（"open databasename successfully. "）；}

char *Crack_Pic_info_table = "CREATE TABLE Crack_Pic_info_table（

電站NVARCHAR（100），缺陷區(qū)域NVARCHAR（100），X坐標(biāo)REAL（100），Y 坐標(biāo)REAL（100），缺陷編號(hào)CHAR（100），缺陷類型NVARCHAR（100），缺陷狀態(tài)NVARCHAR（100），幾何特性NVARCHAR（100），觀察特性NVARCHAR（100），附屬特性NVARCHAR（100），長(zhǎng)度REAL（100），面積REAL（100）， 縫 寬 REAL （100）， 時(shí) 間CHAR （100）， 備 注NVARCHAR（100））；"；

//在 數(shù) 據(jù) 庫(kù) “DataBaseName” 中 建 立 數(shù) 據(jù) 表“Crack_Pic_info_table”，即裂縫缺陷信息

char *Login_info_table = "CREATE TABLE Login_info_table（登錄用戶名NVARCHAR（100），登 錄密碼NVARCHAR（100），登錄用戶類型NVARCHAR（100））；"；

//在 數(shù) 據(jù) 庫(kù) “DataBaseName” 中 建 立 數(shù) 據(jù) 表“Login_info_table”，即用戶信息。

SQLite3_exec （m_app－＞db， Crack_Pic_info_table， 0， 0，&m_app－＞zErrmsg）；

SQLite3_exec （m_app －＞db， Login_info_table， 0， 0，&m_app－＞zErrmsg）；

3.2.1 用戶信息管理模塊

為了保障信息安全，防止安全殼監(jiān)測(cè)信息遭到不必要的泄漏，本數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)引入了嚴(yán)格的用戶信息管理機(jī)制，只有得到授權(quán)的用戶才能憑借各自用戶名和密碼登陸數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，進(jìn)行數(shù)據(jù)操作。

用戶可以分為兩種：普用用戶和管理員，普通用戶只能瀏覽安全殼檢測(cè)信息和進(jìn)行裂縫信息錄入工作，沒(méi)有管理賬號(hào)的權(quán)限。管理員可以管理賬戶信息，添加或是刪除用戶。其登錄和管理界面如圖2、圖3 所示[4－5]。

圖2 安全殼外觀缺陷檢測(cè)系統(tǒng)－登錄界面Fig. 2 The defect detection system of containment shell appearance－Login interface

圖3 安全殼外觀缺陷檢測(cè)系統(tǒng)－管理用戶界面Fig. 3 The defect detection system of containment shell appearance－Management user interface

管理員通過(guò)“管理用戶”界面，后臺(tái)程序執(zhí)行相應(yīng)的SQL語(yǔ)句："INSERT INTO Login_info_table VALUES （'%s'，'%s'，'%s'）；" ，達(dá)到添加新用戶的目的，并可以賦予其相應(yīng)的管理權(quán)限。控件List Control 不僅能夠?qū)z索到的符合條件的用戶信息顯示到界面上， 而且通過(guò)SQLite 中的API 函數(shù)SQLite3_get_table（db， m_sql， &dResult， &nRow， &nColumn，&zErrmsg ）， 可以使其與建立的數(shù)據(jù)庫(kù)文件“DataBaseName.db”聯(lián)系起來(lái)，實(shí)時(shí)反饋數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)信息。

“ 登 錄”界面，則通過(guò)將所填信息與數(shù)據(jù)表“Login_info_table”一一比對(duì)，從而判斷登錄信息是否有效，以及管理權(quán)限是否開(kāi)放。

3.2.2 安全殼檢測(cè)信息儲(chǔ)存模塊

攝像頭拍攝到安全殼外表的實(shí)時(shí)畫(huà)面后，將視頻數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡上傳到上位機(jī)，并按照一定格式保存在上位機(jī)硬盤(pán)中。 與此同時(shí)，運(yùn)行在上位機(jī)的圖像處理軟件將會(huì)處理拍攝到的畫(huà)面，從中識(shí)別出裂縫，并采用軟件手段計(jì)算出裂縫的長(zhǎng)度、寬度、嚴(yán)重程度等信息，該部分信息將會(huì)作為裂縫的屬性在上位機(jī)軟件界面上顯示出來(lái)。 界面如圖4 所示。

在此模塊中，需要將裂縫的圖片信息以“jpg”或者其他格式存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)表“Crack_Pic_info_table”中，而圖片是大容量的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，所以我們不能像處理普通的文本那樣簡(jiǎn)單的插入或者查詢， 為此，SQLite 提供了一組函數(shù)來(lái)處理這種BLOB 字段類型的數(shù)據(jù)，以下為程序執(zhí)行過(guò)程：

1）建立與數(shù)據(jù)表“Crack_Pic_info_table”之間的聯(lián)系：

SQLite3_prepare（db， "insert into Crack_Pic_info_table values （'m.jpg'，?）；"， －1， &stat， 0）；此語(yǔ)句中“？ ”表示待插入的圖片的二進(jìn)制數(shù)據(jù)；

2）利用二進(jìn)制文件處理函數(shù)，將圖片'm.jpg' 的二進(jìn)制信息寫(xiě)入char 型指針jpg_file 中；

3） 執(zhí) 行BLOB 數(shù) 據(jù) 操 作：SQLite3_bind_blob（stmt，1，jpg_file，jpg_size，NULL）；

4）執(zhí)行綁定之后的SQL 語(yǔ)句：SQLite3_step（stat）。

3.2.3 缺陷記錄檢索和缺陷分布圖繪制模塊

安全殼檢測(cè)信息儲(chǔ)存模塊將獲得的裂縫信息， 如圖片、缺陷區(qū)域、 坐標(biāo)、 缺陷類型等等參數(shù)， 存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)文件“DataBaseName.db”中，缺陷記錄檢索模塊可以通過(guò)輸入相應(yīng)的條件來(lái)匹配或者部分匹配符合條件的數(shù)據(jù)，并顯示在控件List Control 中。 界面如圖5 所示[5]。

圖5 缺陷記錄檢索界面Fig. 5 Defect record retrieval interface

圖6 缺陷分布圖繪制界面Fig. 6 Defect distribution mapping interface

上位機(jī)軟件識(shí)別到裂縫后，會(huì)由裂縫信息存儲(chǔ)模塊將裂縫對(duì)應(yīng)的編號(hào)，長(zhǎng)度，寬度，坐標(biāo)，嚴(yán)重程度記錄在數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的位置進(jìn)行保存，為了更加清晰的表達(dá)出裂縫所處的位置，我們將會(huì)在一個(gè)二維展開(kāi)平面上，按照坐標(biāo)關(guān)系將裂縫對(duì)應(yīng)的位置做出標(biāo)記。 標(biāo)記的顏色表示裂縫的嚴(yán)重程度，如圖6 所示。 在這里，數(shù)據(jù)庫(kù)只需要向上位機(jī)軟件傳遞四個(gè)參數(shù)（裂縫編號(hào)，X 坐標(biāo)，Y 坐標(biāo)，嚴(yán)重程度），然后由上位機(jī)軟件在已有的圖片上對(duì)應(yīng)位置繪點(diǎn)即可。

4 結(jié) 論

以核電站實(shí)際工程項(xiàng)目應(yīng)用為背景， 以解決無(wú)法安全、高效的檢測(cè)并記錄安全殼外表面裂縫信息難題為目的，開(kāi)發(fā)出了安全殼外表面缺陷檢測(cè)系統(tǒng)，并通過(guò)比較SQLite 技術(shù)與SQL Server 之間的優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇SQLite，并將其成功地應(yīng)用到了VS2008 開(kāi)發(fā)平臺(tái)上，以用戶信息管理模塊，安全殼檢測(cè)信息儲(chǔ)存模塊，缺陷記錄檢索和缺陷分布圖繪制模塊為依托，實(shí)現(xiàn)了登錄系統(tǒng)的權(quán)限設(shè)置，缺陷信息參數(shù)的存儲(chǔ)，以及缺陷記錄的檢索和分布圖繪制等主要功能。 實(shí)踐表明，該系統(tǒng)能滿足核電站工程應(yīng)用，它不僅可以將機(jī)器人探測(cè)到的裂縫圖像信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)，而且能夠根據(jù)需要隨時(shí)查看各種裂縫信息，來(lái)進(jìn)行分析比對(duì)。

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