吊裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

苗錫慶 梁友國(guó)

1.中核機(jī)械工程有限公司 浙江海鹽 314300；2.大連益利亞工程機(jī)械有限公司 遼寧大連 116023

吊裝施工中若未及時(shí)調(diào)整出現(xiàn)偏角的吊索， 會(huì)造成歪拉斜吊，嚴(yán)重者將導(dǎo)致吊臂折彎，甚至吊車傾翻，引發(fā)吊車安全事故；吊裝過程中若周邊存在障礙物，或被吊設(shè)備/模塊高度較高， 易使操作員或指揮員出現(xiàn)視覺盲區(qū)，不能實(shí)時(shí)觀察被吊物與吊臂之間的凈距，常會(huì)導(dǎo)致吊臂卡桿，被吊設(shè)備/模塊也易受損。為解決上述問題， 有必要研發(fā)一套完整的起重機(jī)吊索垂直及吊臂干涉智能監(jiān)測(cè)產(chǎn)品（包含模塊、主機(jī)、基站等硬件系統(tǒng)及監(jiān)測(cè)平臺(tái)軟件系統(tǒng)），用以輔助吊裝施工，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)吊裝過程中吊索的垂直度以及被吊設(shè)備/模塊與吊臂、被吊設(shè)備/模塊與周圍障礙物之間的干涉情況，提高吊裝作業(yè)安全性，降低吊裝事故發(fā)生概率，有效減少經(jīng)濟(jì)損失。

本文應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)原理及ADO 技術(shù)，建立了吊裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。 數(shù)據(jù)庫(kù)包括網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)及本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)，為總指揮端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及司機(jī)端監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行提供數(shù)據(jù)支持。

1 數(shù)據(jù)庫(kù)總體結(jié)構(gòu)

吊裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)庫(kù)為中心實(shí)現(xiàn)對(duì)資源與數(shù)據(jù)的有效提供、控制與管理。 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)上分為網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)及本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)兩大部分。 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫(kù)總體結(jié)構(gòu)圖

1.1 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)

網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)布置到云平臺(tái)上， 通過對(duì)定位模塊信號(hào)接收及處理，存儲(chǔ)吊裝信息數(shù)據(jù)及監(jiān)測(cè)信息數(shù)據(jù)；總指揮端軟件系統(tǒng)及司機(jī)端軟件系統(tǒng)通過公網(wǎng)連接網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互， 包括從實(shí)際開始吊裝到安裝就位過程中所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)及吊裝狀態(tài)數(shù)據(jù)； 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)設(shè)備與數(shù)據(jù)庫(kù)表一一對(duì)應(yīng)， 為每一臺(tái)定位模塊建立一個(gè)表存儲(chǔ)當(dāng)前監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。

1.2 本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)

本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)布置在吊裝現(xiàn)場(chǎng)，由單臺(tái)主機(jī)構(gòu)成，包括當(dāng)前吊裝的被吊物、 起重機(jī)、 吊索具及作業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)。 總指揮端軟件及終端軟件在局域網(wǎng)內(nèi)連接本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。 本地?cái)?shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)包括：

（1） 起重機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)：包括起重性能、關(guān)鍵尺寸、重量重心、三維模型等數(shù)據(jù)。

（2） 作業(yè)環(huán)境數(shù)據(jù)庫(kù)：核電場(chǎng)景模型，包括關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸及三維模型數(shù)據(jù)。

（3） 被吊物數(shù)據(jù)庫(kù)：核電大型設(shè)備、模塊模型，包括關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸、重量重心及三維模型數(shù)據(jù)。

（4） 吊索具數(shù)據(jù)庫(kù)：核電大型設(shè)備、模塊吊索具，包括性能數(shù)據(jù)、關(guān)鍵結(jié)構(gòu)尺寸、重量及三維模型數(shù)據(jù)。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

2.1 數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)是系統(tǒng)錄入原始數(shù)據(jù)的基本工具， 同時(shí)也是軟件進(jìn)行中間運(yùn)算與統(tǒng)計(jì)功能的存儲(chǔ)媒介， 因此數(shù)據(jù)庫(kù)表的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量避免用戶重復(fù)輸入， 減少數(shù)據(jù)空間占用，方便編程、查詢與統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，最終保證模擬結(jié)果的輸出符合實(shí)際。 根據(jù)吊裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的需求，云端采用SQL Server 2008 作為數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)和管理海量的起重機(jī)吊裝監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)， 根據(jù)監(jiān)測(cè)設(shè)備的不同在數(shù)據(jù)庫(kù)中建立不同的表格，以提高查詢效率。 采用SQL 語(yǔ)言執(zhí)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的查詢，運(yùn)用SQL 中視圖、存儲(chǔ)過程等技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效及準(zhǔn)確查詢。 下面以網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)中的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為例說明本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)表設(shè)計(jì)：

系統(tǒng)根據(jù)每一個(gè)項(xiàng)目的需要安裝多個(gè)定位模塊，軟件系統(tǒng)根據(jù)定位模塊采集的定位數(shù)據(jù)進(jìn)行起重機(jī)、被吊設(shè)備的位姿計(jì)算及模擬。 因此，定位模塊是監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)源及模擬依據(jù)，軟件實(shí)現(xiàn)吊裝過程模擬。 數(shù)據(jù)庫(kù)是連接軟件和硬件的紐帶， 定位模塊將采集的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)中， 軟件實(shí)時(shí)讀取最新采集的數(shù)據(jù)模擬位姿。 定位模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)表一一對(duì)應(yīng)，能達(dá)到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)讀寫、計(jì)算速度快，響應(yīng)速度快的要求。 定位模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)關(guān)系如表1 和表2 所示。

數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)采集應(yīng)遵循：

（1） 數(shù)據(jù)庫(kù)中采集的數(shù)據(jù)采用統(tǒng)一坐標(biāo)系 相對(duì)于基站的相對(duì)坐標(biāo)， 以基站為基準(zhǔn)點(diǎn)， 基站的位置固定，不移動(dòng)；

（2） 采集數(shù)據(jù)的單位為m，保留3 位小數(shù)；

（3） 數(shù)據(jù)正確與否標(biāo)示通過“解狀態(tài)”來(lái)定義，當(dāng)“解狀態(tài)”=3 時(shí)，是正確數(shù)據(jù)，其他為錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，不可用；

通過數(shù)據(jù)表的設(shè)計(jì)， 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)就實(shí)現(xiàn)了存儲(chǔ)不同定位模塊信息的需要， 為起重機(jī)吊裝姿態(tài)計(jì)算提供了數(shù)據(jù)依據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)庫(kù)類設(shè)計(jì)

2.2.1 ADO 技術(shù)應(yīng)用

表1 定位模塊與數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)應(yīng)表

ADO 是為MS 的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)訪問接口OLE DB 設(shè)計(jì)的一個(gè)便于使用的應(yīng)用程序?qū)印?OLE DB 為任何數(shù)據(jù)源都提供了高性能的訪問，包括關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、電子郵件、文件系統(tǒng)、文本和圖形以及自定義業(yè)務(wù)對(duì)象等。 ADO 訪問數(shù)據(jù)源具有易于使用、可以訪問多種數(shù)據(jù)源、訪問數(shù)據(jù)源效率高、方便的Web應(yīng)用、技術(shù)編程接口豐富等優(yōu)點(diǎn)。

表2 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)表項(xiàng)

以獲得數(shù)據(jù)庫(kù)中定位模塊X 坐標(biāo)為例， 說明如何實(shí)現(xiàn)ADO 訪問數(shù)據(jù)庫(kù)：

ADOConnection conn； // 實(shí) 例 化 對(duì) 象。ADOConnection 是集成ADO 所有操作的類名，conn為實(shí)例化的對(duì)象名。

conn.OnInitADOConn（）； // 用于初始化，連接數(shù)據(jù)庫(kù)。

_RecordsetPtr pRecordset；

pRecordset = conn.GetRecordSet （vSQL）； // 執(zhí)行指定的SQL 語(yǔ)句。

m_gps_x =（float）atof（（LPCTSTR）_bstr_t（pRecordset-＞Fields-＞GetItem （＂gps_x ＂）-＞Value）；// 其中g(shù)ps_x 為數(shù)據(jù)庫(kù)中定位模塊X 坐標(biāo)的字段名，m_gps_x 為存儲(chǔ)的定位模塊X 坐標(biāo)的變量名。

conn.ExitConnect（）； // 斷開與數(shù)據(jù)庫(kù)的連接。

2.2.2 表類的設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫(kù)中的每一個(gè)表都有一個(gè)自己的類， 表類的設(shè)計(jì)方法為： 類中的數(shù)據(jù)成員部分用于存儲(chǔ)從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇的數(shù)據(jù)，如監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表類中的m_gps_x 數(shù)據(jù)成員用于存儲(chǔ)從數(shù)據(jù)庫(kù)中選擇的定位模塊X 坐標(biāo)數(shù)據(jù)值；成員函數(shù)部分用于輸入條件（SQL 語(yǔ)句）從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)并賦值給相應(yīng)成員變量（數(shù)據(jù)成員部分），從數(shù)據(jù)庫(kù)中提取數(shù)據(jù)的過程就是ADO 訪問數(shù)據(jù)庫(kù)的過程。 首先獲取數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的類ADOConnection。 如上述函數(shù)中conn 就是該類的對(duì)象，用該對(duì)象初始化并連接數(shù)據(jù)庫(kù)，即conn.OnInitADOConn（） ；然后用它執(zhí)行SQL 選擇語(yǔ)句，conn.GetRecordSet（vSQL）；最后給出列名得到數(shù)據(jù)，即m_gps_x=（float）atof（（LPCTSTR）_bstr_t （pRecordset-＞Fields-＞GetItem（＂gps_x＂）-＞Value）其中g(shù)ps_x 為列名，即得到該列名下的數(shù)值。 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表類如下所示：

class 監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)表

3 定位模塊信號(hào)協(xié)議

定位模塊向數(shù)據(jù)庫(kù)寫入數(shù)據(jù)時(shí)， 不同模塊劃分不同的端口，實(shí)現(xiàn)各模塊同步寫入數(shù)據(jù)。 定位模塊信號(hào)協(xié)議報(bào)文示例如下：

協(xié)議報(bào)文含義：輸出平面坐標(biāo)。

協(xié)議報(bào)文各項(xiàng)含義：$PTNL，PJK，UTC 時(shí)間，日期，北向坐標(biāo)，北方向N，東向坐標(biāo)，東方向E，GNSS 狀態(tài)，目前用于解算位置的衛(wèi)星數(shù)量，HDOP 水平精度因子，海拔高度，高度單位，校驗(yàn)數(shù)據(jù)。

協(xié)議報(bào)文示例如下：

$PTNL，PJK，013711.00，052818，+4380480.502，N，+607008.828，E，3，20，1.5，EHT+77.018，M*7D單條數(shù)據(jù)中，根據(jù)數(shù)據(jù)格式含義，取對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)值（單位m）如下：

X=4380480.502；

Y=607008.828；

Z=77.018；

把對(duì)應(yīng)的X、Y、Z 坐標(biāo)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中對(duì)應(yīng)的表中，就完成了軟件接收數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)化數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)的功能。

吊裝過程模擬時(shí)按端口同步讀取數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)。 采用SQL 語(yǔ)言執(zhí)行監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的讀取， 運(yùn)用SQL 中視圖、存儲(chǔ)過程等技術(shù)實(shí)現(xiàn)高效及準(zhǔn)確查詢。 數(shù)據(jù)讀寫過程如圖2 所示。

圖2 數(shù)據(jù)讀寫過程示意圖

4 吊裝監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用實(shí)例

通過現(xiàn)場(chǎng)吊裝監(jiān)測(cè)，經(jīng)定位模塊信號(hào)轉(zhuǎn)換后，數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)存儲(chǔ)并提供總指揮端及終端計(jì)算， 驅(qū)動(dòng)三維模型與實(shí)際模型一致。 以主臂角度計(jì)算為例， 現(xiàn)場(chǎng)吊裝狀態(tài)， 主臂角度56°； 軟件監(jiān)測(cè)吊裝狀態(tài)， 主臂角度55.4°。 詳見圖3。

圖3 主臂角度現(xiàn)場(chǎng)吊裝與軟件監(jiān)測(cè)狀態(tài)對(duì)比

5 結(jié)論

本文闡述了吊裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)方法， 基于實(shí)際吊裝作業(yè)并應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)建立原理及SQL技術(shù)，滿足了吊裝監(jiān)測(cè)中對(duì)資源和數(shù)據(jù)的需求，實(shí)現(xiàn)了高效的控制和管理數(shù)據(jù)。 最后，通過實(shí)例驗(yàn)證了吊裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的可行性。