基于SSM的冷鏈云平臺設計與實現

朱德建 胡平

摘要：傳統冷鏈在生產、運輸和存儲環節具有人工監測費時費力、數據超標報警不及時、問題溯源和取證困難等不足。借助阿里云平臺、物聯網技術和SSM開發框架，實現了覆蓋冷鏈全環節的數據實時監測、記錄、查詢及報警推送功能，闡述了平臺的軟硬件組成及架構，設計了數據發送接收協議、數據展示邏輯、報警消息延時推送等核心功能。測試表明，云平臺具有較好的可擴展性，能較好滿足食品藥品生產企業、運輸企業及監管部門對冷鏈各環節數據的采集、獲取和查詢要求。

關鍵詞：冷鏈;云平臺;數據監控;報警推送;SSM

中圖分類號：TP311? ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2019）24-0042-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Design and Implementation of Cold Chain Cloud Platform Based on SSM

ZHU De-Jian， HU Ping

（School of Computer and Information， Anhui Polytechnic University， Wuhu 241000， China）

Abstract： In terms of production， transportation and storage， the traditional cold chain solutions has the problems of labor-intensive manual monitoring， alarm messages pushing are not timely， and insufficient for traceability and evidence collection. With the help of Alibaba Cloud platform， Internet of Things technology and SSM development framework， this paper realized the real-time monitoring， recording， query and alarm push functions that the entire link of the cold chain are involved， the software and hardware architecture of the platform are expounded， and the core functions such as data transmission and reception protocol， representation logic， and alarm message delay pushing are designed. Tests show that the cloud platform is extensive and meets the requirements of food and drug manufacturers， transportation companies and regulatory authorities for collecting， obtaining and querying data in all aspects of the cold chain.

Key words： cold chain; cloud platform; data collection; alarm pushing; SSM

1 背景

近年來，國內外醫療事故頻發，引起了全社會以及相關媒體的關注。眾所周知，高溫會使藥品的藥效迅速降低，或使蛋白質變性。藥品的穩定性不僅與其自身的性質有關，在很大程度上還受到許多外界因素的干擾，如溫度，濕度，光線，空氣中的氧氣等。這些因素往往會使藥品發生分解、揮發、沉淀、潮解、酸敗、生霉等變化。若超出溫度范圍，藥品會隨即失效。目前我國的醫藥冷鏈物流體系在智能信息化方面的發展比較滯后，無法滿足現代醫藥冷鏈的實際需求。因此，如何實現各級藥品管理單位的冷鏈實時監測，已經成為國家有關部門非常關注的課題。在藥品包裝領域，國家食品藥品監督管理總局下發的《藥品經營質量管理規范》（GSP）明文規定了藥品流通、存儲等環節的溫濕度要求，且每個環節需實時監測藥品所處的溫濕度數據。因此保持醫療藥品云冷鏈各個環節的可靠性是至關重要的。

市場上存在的冷鏈系統中大多只有采集、存儲數據的功能，用戶讀取數據需要通過有線方式連接電腦，滿足不了GSP關于溫濕度數據實時上傳讀取的要求，如若溫濕度數據被修改，可能會導致一些重大危害事件發生。

針對GSP關于冷鏈溫濕度數據實時監測的要求，本文研發了基于SSM的云冷鏈監測系統。平臺采用SSM框架搭建，智能云冷鏈技術通過相關物聯網技術對溫濕度數據進行多點實時監測控制，采集的數據信號通過無線服務技術，將數據實時傳輸至后端服務器。用戶可通過訪問電腦端冷鏈監測云平臺或移動端應用程序，實時查看溫濕度數據，設備地理位置等信息。

2 平臺架構

2.1 總體架構

該平臺設計基于Spring+Spring MVC+Mybatis框架，系統部署于阿里云服務器，用戶通過web服務端（瀏覽器或者微信公眾號掃碼）訪問數據庫，并向控制模塊下發指令，數據采集模塊通過HTTP（GPRS或WIFI）發送數據給服務器，可實現對冷藏設備進行溫濕度監測調節，報警處理等相關操作。用戶可通過Web服務端向支付接口發送支付請求，支付接口實現支付回調給Web端。系統前端采用Jquery技術和MUI框架構建基于HTML5的Web端界面;后端采用SSM框架和WebSocket協議完成用戶與平臺之間的交互。系統實現了設備管理、模塊管理、狀態展示、報警推送、用戶管理等功能。軟件界面友好、風格簡約，在醫療云冷鏈方面作用廣泛。

2.2 軟件架構

平臺采用SSM框架設計，SSM即SpringMVC、Spring 與 MyBatis 三個開源框架整合而成，它們在三層架構中的功能各不相同，各司其職，它們之間的關系如圖2所示。

SpringMVC：是一個前臺的控制框架，能夠做到自動的值的封裝。作為 View 層的實現者，完成用戶的請求接收功能。SpringMVC 的 Controller作為整個應用的控制器，負責處理客戶端與客戶的請求，請求訪問過來被DispatcherServlet攔截，并且調用controller層中的相應的方法，最終把結果返回給用戶，完成用戶請求的轉發及對用戶的響應。

MyBatis：mybatis是一款輕量級的持久層框架，由ibatis演化而來，它是對jdbc的封裝，它讓數據庫底層操作變的透明。Dao 層，也叫作數據訪問層，主要利用MyBatis這一優秀的持久化層框架實現代碼與SQL語句的分離，消除了幾乎所有的JDBC代碼和參數的手工設置以及結果集的檢索）的實現者，建立與數據庫之間的連接，完成對數據庫的增、刪、改、查功能。

Spring：spring是一個輕量級的控制反轉（Inversion Of Control， IOC）和面向切面（Aspect Oriented Programming， AOP）的容器框架，通過使用其獨特的配置文件以及注解方式進行開發簡化，以整個應用大管家的身份出現。整個應用中所有 Bean 的生命周期行為，均由Spring 來管理，負責協調類與類之間的關系。即整個應用中所有對象的創建、初始化、銷毀，及對象間關聯關系的維護，均由 Spring 進行管理。

2.3 硬件設計

數據采集模塊的硬件主要包括溫濕度傳感器模塊（溫濕度傳感器用于讀取冷鏈保溫箱內溫濕度數據，該傳感器具有體積小、抗干擾能力強、精度高的特點。傳感器通過規定的數字信號通過與主處理器的連接實現溫度和濕度的數字輸出。）、GSM通訊模塊（冷鏈云平臺采用GSM通訊模塊。該模塊是一款四頻段GSM/GRPS。另外該模塊內嵌TCP/IP協議棧，支持多個Socket及IP地址。單片機通過發送指令與通訊模塊進行通信。以實現網絡連接、數據傳輸功能。）、顯示模塊（該模塊可以顯示時間、溫濕度數據、網絡信號等數據）、GPS定位（高靈敏度、低功耗，支持輔助全球衛星定位系統，提高設備定位精度和速度）、另外擴展模塊可外接顯示屏和傳感器，各模塊之間的結構與關系如圖3所示。

3 核心功能設計

3.1 數據發送協議

平臺的每個數據采集模塊有唯一的id來標識，以16位十進制整數形式的字符串存在，分別為14位主模塊地址加上2位從模塊地址，例如：“1000200030000107”，14位加2位（主機號為00）。向服務地址“http：//公網IP或域名/api/upload.do？vc=校驗碼&id=…”發送數據。對于校驗碼部分，將當前字符加下標（從0開始）對40的余數累加到sum的方式進行累加，然后將 sum乘以37，對21867異或，再對65536求余數（以保留低16位，最后轉換為余數的16進制（小寫使用32位的類型保存sum），得到結果vc=校驗碼&，進而將URL拼接，構成最終的URL。服務器校驗完成以后，將返回信息給數據模塊，返回值若為“s！（s=1-9）”，表明數據發送失敗（1-9分別代表不同的數據發送失敗的原因）。若是“0…！”表明數據發送成功，字符0表明服務器接收了該條數據，同時回傳字符串中還包含一些由用戶在web端定義的其他信息，以便隨時控制采集模塊。

數據采集的時間由19個字符組成，形式為“yyyy-MM-dd-HH：mm：ss”通過服務地址 http：//公網IP或域名/api/now.do？tk=796392e20e43bbdaa69372e3df576f51獲取數據采集時間，tk字段值固定，目的是為防止他人獲取時間，服務返回結果為字符串，形如“2016-11-12 09：22：33！”，最后的！為結束字符。

3.2 設備狀態展示

客戶和管理員可以對設備的屬性進行編輯，設置報警閾值和模塊綁定。在Web端，系統以卡片視圖、表格視圖、地圖視圖、曲線視圖和數據視圖實時向用戶展示設備狀態、冷鏈使用狀態、工作狀態，實時監測數據，并可以隨時導出歷史數據，歷史時間段的溫度曲線圖，打印月度報表等。

設備狀態分布顯示在地圖上，如果設備溫濕度數據發生異常，在地圖上會用紅色標記出問題設備，實時顯示，向用戶發出提醒，同時以短信，微信提醒等多種方式向用戶報警。用戶和管理員可以通過Web端查看監控點位的溫濕度記錄儀變化情況，實現遠程監測，如若設備發生異常，可以在Web端實時在線處理，實現了設備監測的自動化。

3.3 報警消息推送

報警推送是各類設備監控軟件系統不可或缺的功能之一，本系統所采用的報警推送方法彌補了目前普遍采用的報警消息推送方法的不足，例如當設備狀態連續或頻繁處于設定閾值之外時，短期內大量推送的報警信息可能導致接收者厭煩甚至錯過重要的報警信息。又或者不能滿足企業不同級別人員（如一線值班人員、管理人員和決策人員）對設備報警消息的不同關注度要求。

本系統采用支持多級別延時的報警消息推送方法，主要推送邏輯如圖所示。即當云平臺接收到一條消息并存儲后，將所得數據與歷史數據進行比對，若數據正常則更新設備最新狀態表，若有連續多條設備不正常，則進入延時級別推送判斷。對已經關注設備但沒有收到推送消息的客戶根據數據的推送延時級別進行處理。延時處理的具體方法為：

1）計算數據D的推送延時級別L;

2）獲得所有關注了對應設備V且推送延時級別為L的用戶列表U;

3）判斷用戶列表U中的數據是否處理完畢;

4）如果沒有處理完畢，則對于U中的每個用戶，生成相應的報警消息P并入隊到報警推送消息隊列Q，報警時間設置為上條數據C的報警時間;

5）如果處理完畢，更新設備最新狀態表。

以短信、微信公眾號、PC端報警等方式向設備關注者報警。此邏輯通過比較當前數據和歷史數據的狀態變化，引入了延時機制，滿足了不同級別人員對同一報警消息的不同關注度。

4 平臺實現與測試

4.1 平臺實現

平臺開發基于SSM框架，sping+springMVC+mysql集成的框架。

MVC即model view controller。model層=entity層。存放我們的實體類，與數據庫中的屬性值基本保持一致，實現set和get方法。

service層。給controller層的類提供接口進行調用，存放業務邏輯處理，也是一些關于數據庫處理的操作，其主要是存放了查詢數據的各種方法，但它不是直接和數據庫打交道，他有一個接口和還有接口的實現方法，在接口的實現方法中需要導入mapper層，而這個mapper層是直接跟數據庫打交道的，他也是 個接口，只有方法名字，具體實現在mapper.xml文件里，service只是供我們使用的方法。在開發的過程中，service層被處理為實體Service層，而不是接口，業務邏輯直接寫在Service（Class，不是Interface）層中，Controller直接調用Service，Service調用Mapper，Service之間也是可以互相調用。

mapper層也就是dao層，現在用mybatis逆向工程生成的mapper層，其實就是dao層。對數據庫進行數據持久化操作，它的方法語句是直接針對數據庫操作的，主要實現一些增刪改查操作，在mybatis中方法主要與xxx.xml內相互一一映射。而service層是針對我們controller，也就是針對我們使用者。service的impl是把mapper和service進行整合的文件。

controller層。控制層，也是核心控制器。負責具體模塊的業務流程控制。在controller層中的類里面一定要導入service層，需要調用service邏輯設計層的接口來控制業務流程，controller通過接收前端傳過來的參數后進行業務操作，然后再給前端返回一個指定的路徑或者數據表。

4.2 平臺測試

基于SSM的冷鏈云平臺部署于阿里云服務器，并外接一個GPRS無線接收端，可接收數據采集終端的數據并傳輸至PC監控臺，在PC端呈現實時溫濕度數據，溫濕度數據曲線圖表（圖5），設備地理位置（圖6）顯示等。下圖是測試同一設備在不同時間的溫濕度數據，并將這些數據以曲線視圖的形式實時顯示給用戶，同時用戶也可在移動端查看地圖視圖，了解設備的所在實時位置以及設備狀態。

5 結束語

基于SSM冷鏈云平臺能根據藥品冷鏈溫濕度數據的實時監測及GSP規范要求，對冷鏈設備進行實時監控，實現監控工作的自動化和監測的實時性、準確性，減少了人工監測的成本，降低了因誤差監測導致帶來的不必要的價值損失。溫濕度傳感器實時采集溫濕度數據，地理位置通訊模塊傳送實時位置，通過GPRS傳送數據至后端云平臺。冷鏈監測云平臺作為后端監測平臺，為用戶呈現實時溫濕度數據、地理位置等信息。測試結果表明：該平臺實時監測溫濕度數據精度優良，無線傳輸數據穩定可靠，無數據丟失現象發生。

由于開發初期系統還存在著一些不足，例如數據采集的實時性方面還有待提高，采集數據的存儲效率也需要進一步的加強，更加合理的設計數據存儲方式，提高數據的查詢效率。在未來，隨著計算機技術、通信技術以及無線傳感技術的不斷發展，冷鏈監測數據的可靠性實時性都會有很大的提高，傳輸效率也會有極大地改善，我們會不斷對系統做出優化和完善！使其廣泛應用于醫療藥品云冷鏈領域。

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【通聯編輯：謝媛媛】