基于XML的振動數據架構設計

王富海 李偉峰

摘 要：在機械振動測試任務中，一組機械設備的振動數據是由崗位人員在某型任務、特定工況、特定位置下采集原始數據，并進行數據處理后得到的。對于完整的振動數據存儲，我們不僅要存儲數據文件，更要存儲數據文件的相關描述信息。XML是W3C組織發布的一種標記語言標準，其具有易于擴展、結構性強、交互好、語義豐富、基于內容的數據標識、可格式化、易于處理、與平臺無關的特點。本文通過對振動數據結構進行分析，給出了振動數據的數據結構，設計了振動數據的XML架構，未來可以將存儲在不同地方的振動數據通過XML格式的文件有效組織起來，使用本文設計的XML架構可以對生成的XML格式的振動數據文件完成數據結構及有效性驗證。

關鍵詞：振動數據；XML；XML Schema

中圖分類號：TP391.1 文獻標識碼：A

Abstract：In the task of mechanical vibration testing，a set of vibration data is obtained by workers in a specific task，specific working condition and specific location.For the whole storage of vibration data，it is necessary to store data files and the related descriptive information of data files.XML is a markup language standard released by the W3C organization with various features such as good expansibility，strong structure，good interactivity，rich semantics，content-based data markup.It can be formatted and easy to handle as well as platform-independent.Through the analysis on the vibration data structure，the paper proposes the vibration data structure and designs the XML-based vibration data schema.In the future，vibration data stored in different places can be effectively organized through XML files.The XML schema designed in this paper can be applied to complete the data structure and verify the vibration data files.

Keywords：vibration data；XML；XML Schema

1 引言（Introduction）

在機械振動測試任務中，測試設備會采集大量的振動數據。一組機械設備的振動數據是由崗位人員在某型任務、特定工況、特定位置下采集原始數據，并進行數據處理后得到的。對于數據分析工作，我們不僅關心數據信息，同時也關心用來描述數據的相關信息，所以對于完整的振動數據存儲，我們不僅要存儲數據文件，更要存儲數據文件的相關描述信息。任務信息、工況信息、測點信息這些數據描述信息一般存在于測試方案等文件中，為了數據存儲的完整性，我們需要梳理并設計一個較好的數據結構來解決振動數據的存儲問題。

XML（Extensible Markup Language）是可擴展標記語言的縮寫，是W3C組織于1998年2月發布的一種標記語言標準，其目的是提供一種國際統一的規范，進行各種信息數據的統一表示與交換[1，2]。XML具有易于擴展、結構性強、交互好、語義豐富、基于內容的數據標識、可格式化、易于處理、與平臺無關的特點，解決了在不同系統之間的數據結構差異，使得數據層在XML技術的支持下得到統一[3]。XML Schema中文含義為XML架構，它定義了一個XML文檔的結構和約束條件，通過它可以對一個XML文件進行有效性驗證，確保數據結構的正確性[4，5]。本文通過分析實際振動測試工作，設計了一個基于XML的振動數據存儲架構。

2 振動數據結構分析（Structural analysis of vibration data）

振動測試任務是使用加速度傳感器對機械設備的振動情況進行數據采集，從而分析并掌握機械設備振動特點的活動。一個振動測試任務通常包括幾十個工況、上百個測點，最后產生上千組測試數據。一組振動數據是在特定工況、特定測點下采集得到的。如圖1所示，一組完整的振動數據應該包含任務信息、質控信息、工況信息、測點信息、數據記錄五個部分。

3 振動數據XML標識（XML markup of vibration data）

根據振動數據的數據結構編制數據標識字典見表1，用來對振動數據要素進行XML標識，表中的中文名稱為XML標識的中文意義。

4 振動數據的XML架構設計（XML schema design of vibration data）

4.1 根元素架構設計

在如圖2所示，根元素為VibrationTestData，表示振動測試數據。其子元素為任務信息、質控信息、測試工況集、測點信息、數據記錄。constraints為相關約束信息，描述了對元素的約束及元素之間相關要素的依賴關系。

4.2 任務信息架構設計

任務信息是對測試任務的一些具體描述，如圖3所示，包含任務編號、任務名稱、任務區域、任務類型、任務及數據密級、任務開始時間、任務結束時間。任務編號具有唯一性，用來區分不同的測試任務。

4.3 質控信息架構設計

質控信息是數據質量控制方面的信息，如圖4所示，包括數據處理機構、數據處理人員、數據文件審核人員、文件創建日期、數據處理軟件。

4.4 測試工況集架構設計

測試工況集用來描述振動測試時相關設備的開啟情況，如圖5所示，包括該設備的位置信息、開啟設備的狀態、備注信息。測試工況分為單機工況和組合工況。單機工況是指單臺設備工作時的技術狀態，常用于系統靜態測試。組合工況是多臺套設備同時工作的技術狀態，常用于系統動態測試。由于不同的測試任務可能會有相同的工況名稱，但描述的具體工況信息可能是不同的，僅用工況名稱不足以區分測試工況信息，所以將任務編號和測試工況名稱設為測試工況集的屬性，用來唯一標識區分測試工況信息。

4.5 測點信息架構設計

測點信息用來描述振動傳感器的具體安裝位置，如圖6所示，包括被測設備名稱、測點位置、測試方向、測試級。通常會在一個被測設備上的不同位置安裝多個傳感器，所以為測試位置設置測點編號屬性，用來唯一標識區分測點信息。

4.6 數據集架構設計

數據集振動測試采集的原始數據經過處理后的FFT數據，如圖7所示，包括頻率和幅值。設置任務編號、測試工況名稱、測點編號作為數據記錄屬性，用來作為數據記錄的唯一標識。

4.7 約束信息

在特定測試任務下，任務編號、測試工況名、測點編號具有唯一性。同時測試工況集和數據記錄需要引用任務編號，數據記錄需要引用測試工況名和測點編號。唯一性和鍵引用分別描述了數據元素約束和數據元素之間的約束關系，保證了數據在邏輯上的一致性、正確性、有效性和相容性。

表2介紹了本文設計的數據架構的唯一性和鍵引用部分信息。完整的約束信息代碼如下。

5 結論（Conclusion）

XML作為一種標記語言標準，對數據具有自解釋能力，擁有良好的可讀性。通過設計合適的XML架構，可以容易地驗證數據的正確性。本文分析了振動數據的數據結構，

給出了振動數據的XML標識，設計了振動數據的XML架構（VibrationTestData.xsd），對振動數據的XML應用和其他數據的XML架構設計具有借鑒作用。

參考文獻（References）

[1] 王富海，韓引海，楊帆.基于XML的溫鹽深數據Schema設計[J].軟件工程師，2013（10）：59-60；58.

[2] 秦艷.基于XML的海洋水文調查數據交換研究[D].中國海洋大學，2008.

[3] 張學敏.XML設計方法研究[D].武漢理工大學，2006.

[4] 王霜.基于Schema文檔的XML文檔驗證系統的設計[J].沈陽師范大學學報（自然科學版），2010，28（02）：229-232.

[5] 張偉，苑迎春，王克儉.DTD與Schema簡介[J].現代電子技術，2001（06）：75-79.

作者簡介：

王富海（1984-），男，碩士，工程師.研究領域：數據庫管理與振動測試工作.

李偉峰（1980-），男，碩士，工程師.研究領域：地球空間信息可視化.