基于微信小程序的地震儀器管理平臺研究

李查瑋 吳艷霞 羅棋 周洋

摘要：目前地震前兆觀測儀器學科種類繁多，儀器組成復雜、備機備件信息不易及時完善等現(xiàn)象較為普遍。為提高儀器管理運維人員工作效率，實現(xiàn)地震前兆觀測儀器信息化管理，采用微信小程序應用開發(fā)方式，通過分析華南片區(qū)儀器運維管理功能需求，研究微信小程序關(guān)鍵技術(shù)并比較應用程序性能，發(fā)現(xiàn)微信小程序具有占用內(nèi)存小、開發(fā)框架簡單、便于后期維護升級等優(yōu)勢，在地震前兆觀測儀器管理信息化工作中具有一定的實用性。

關(guān)鍵詞：微信小程序;儀器管理平臺;信息化管理;數(shù)據(jù)交互

DOI：10.11907/rjdk.192058 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）006-0117-04

0 引言

地震監(jiān)測預報是開展地震科學研究的重要基礎(chǔ)，地震前兆觀測儀器的順利運行是地震監(jiān)測的重要保證。由于地震前兆監(jiān)測儀器涉及流體、形變、地磁、地電、重力等多個學科，儀器種類及使用周期各不相同，為了完善儀器管理體制，搭建一個系統(tǒng)的儀器管理平臺十分必要。

目前常用的儀器管理平臺主要有兩種。一種是由中國地震臺網(wǎng)中心開發(fā)設(shè)計的基于C/S框架結(jié)構(gòu)的“前兆儀器管理”客戶端，該客戶端功能齊全，界面清晰，可為儀器管理運維提供便利。但是客戶端必須安裝后才能使用，且后期維護成本高，軟件升級需重新安裝;另一種是基于網(wǎng)頁的B/S框架結(jié)構(gòu)設(shè)計，以江蘇省地震局地震監(jiān)測儀器綜合管理系統(tǒng)為例，其應用MySQL數(shù)據(jù)庫并采用PHP語言開發(fā)，在網(wǎng)頁端便可實現(xiàn)儀器管理功能，但在日常管理及野外或臺站調(diào)用查詢儀器時，僅使用網(wǎng)頁瀏覽器不能滿足所有要求。

因此，為提高儀器管理運維工作效率，儀器管理平臺需不受地理因素限制，并能從移動端對地震儀器庫存信息和使用狀態(tài)進行實時查詢與修改。然而移動端應用受制于手機系統(tǒng)，這不利于軟件功能擴展和后期維護升級。

為了解決上述問題，本文采取基于微信小程序的應用開發(fā)方式，一方面微信小程序依托于微信客戶端，能夠在微信內(nèi)獲取和傳播;另一方面，微信小程序界面友好高效，可最大程度適應和支持不同需求。

1平臺概述

基于微信小程序的地震儀器管理平臺主要由數(shù)據(jù)應用層、數(shù)據(jù)存儲層和交互接口層組成，其結(jié)構(gòu)如圖l所示。

1.1 數(shù)據(jù)應用層

數(shù)據(jù)應用主要體現(xiàn)在：①個人中心用戶管理、用戶密碼管理;②儀器庫存列表顯示;③儀器出入庫管理，利用小程序端和服務器填寫和提交數(shù)據(jù)。

1.2數(shù)據(jù)存儲層

數(shù)據(jù)存儲層涉及數(shù)據(jù)庫應用，MySQL數(shù)據(jù)庫可利用SQL查詢算法提高數(shù)據(jù)查詢速度。MySQL數(shù)據(jù)庫既可作為單獨的應用程序，在客戶端服務器網(wǎng)絡環(huán)境中應用，也可作為庫文件引入到其它軟件中。

1.3 交互接口層

微信小程序?qū)嶋H上是客戶端界面，通過與服務器的交互才能顯示和應用數(shù)據(jù)。在微信小程序內(nèi)的數(shù)據(jù)交互如圖2所示，wxml為視圖層，功能是讀取邏輯層數(shù)據(jù)并將其轉(zhuǎn)換成視圖，同時將視圖層產(chǎn)生的事件發(fā)送到邏輯層;js為邏輯層，功能是處理數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給視圖層;api為交互層，它是微信小程序特有的調(diào)用接口，其功能是充分利用微信信息和功能，如獲取用戶信息、本地存儲等功能。

微信小程序客戶端、服務器和數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)流程如圖3所示。

2 平臺設(shè)計

本文基于華南片區(qū)維修中心儀器運維管理需求進行平臺設(shè)計。華南片區(qū)維修中心負責6省（湖南、湖北、廣東、廣西、江西、海南）前兆儀器維修維護工作，保障華南片區(qū)前兆儀器設(shè)備運行連續(xù)率與運行質(zhì)量。目前有備機及相關(guān)備件共計100余套，涉及形變、地磁、地電、地下流體、重力等多個學科，后期計劃增加更多觀測儀器。

2.1 功能需求設(shè)計

基于微信小程序的地震儀器管理平臺需完成4種功能：①查詢功能，具體設(shè)置為搜索功能，指對數(shù)據(jù)庫地震儀器進行搜索查詢，如儀器編號、學科分類、儀器狀態(tài)、使用周期等;②添加功能，具體為新增入庫，即將新采購增加的儀器備機備件添加到數(shù)據(jù)庫;③刪除功能，具體為新增出庫，即將已報廢和使用周期超過年限的儀器更換后從數(shù)據(jù)庫中刪除;④修改功能，指修改并保存數(shù)據(jù)庫內(nèi)地震儀器信息與用戶信息。

系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計如圖4所示。

2.2 功能詳細設(shè)計與說明

2.2.1 用戶中心

地震儀器管理平臺基于微信的開放平臺接口，用戶授權(quán)微信小程序獲取個人信息，即可完成登錄，登錄后可以在用戶中心（我的）界面中修改用戶名、單位、聯(lián)系方式及用戶密碼，其界面如圖5所示。

2.2.2 搜索與查看（庫存）

顯示數(shù)據(jù)庫中的部分數(shù)據(jù)信息，利用搜索框搜索關(guān)鍵詞并顯示結(jié)果。如圖6和圖7所示，點擊數(shù)據(jù)即可轉(zhuǎn)到對應完整的數(shù)據(jù)顯示頁面。

2.2.3 儀器增添和刪除（首頁）

首頁主要有3個功能接口：新增人庫、新增出庫和庫存列表。新增入庫的功能是將儀器信息添加進數(shù)據(jù)庫，儀器信息包括儀器名稱、儀器編號、學科分類、入庫人和入庫時間，新增出庫的功能是將儀器出庫信息添加進數(shù)據(jù)庫，出庫信息主要包括出庫人和出庫時間及出庫去向。庫存列表顯示數(shù)據(jù)庫儀器庫存狀態(tài)及儀器基本信息。

3 平臺關(guān)鍵技術(shù)分析

小程序正常運行關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)交互，主要包含兩個方面：客戶端與服務器交互、服務器與數(shù)據(jù)庫交互。因此，平臺關(guān)鍵技術(shù)主要體現(xiàn)在數(shù)據(jù)交互方面。微信小程序客戶端與服務端交互流程及原理如圖10所示。

3.1 客戶端與服務器交互

在傳統(tǒng)Web應用中，客戶端與服務器的交互主要利用ajax長連接輪詢實現(xiàn)。輪詢指每隔一定的時間間隔，發(fā)送HTTP請求，請求獲取數(shù)據(jù)。該方式雖然可保證實時性，但仍存在弊端：首先，由于不間斷地產(chǎn)生HTTP請求，過多的HTTP請求會占用帶寬，導致內(nèi)存資源調(diào)配不當，加速手機耗電，使服務器響應頻繁;其次，并不是每一個HTTP請求均會返回數(shù)據(jù)變化，因此會造成請求利用率低。

為解決上述問題，本文采取WebSocket通信技術(shù)。WebSocket是客戶端與服務器之間的一條特設(shè)通道，通過請求建立連接，可從通道中實時獲取服務器數(shù)據(jù)。在微信中，WebSocket接口由HTTP協(xié)議升級而來，可實現(xiàn)瀏覽器與服務器全雙工通信。微信小程序中WebSocket接口函數(shù)及其定義如表1所示。

3.2 服務器與數(shù)據(jù)庫交互

本文服務器與數(shù)據(jù)庫交互采用nodejs框架，Node.is是一個基于Chrome V8引擎的JavaScript運行環(huán)境。NodeJs作為服務器端JavaScript的運行平臺，JavaScript是一個事件驅(qū)動的語言，NodeJs可利用該特點編寫出可拓展性高的服務器。

利用node中的mysql模塊與數(shù)據(jù)庫連接，其交互流程如圖11所示。

4 平臺測試

系統(tǒng)測試需遵循相關(guān)原則，小程序測試與應用軟件測試相同，需從功能、性能、兼容性和后端接口等方面進行測試。

功能測試即測試微信小程序的設(shè)計是否符合功能需求。華南片區(qū)地震儀器管理平臺微信小程序可實現(xiàn)儀器入庫、出庫、庫存查找及相關(guān)儀器信息修改等功能，基本滿足功能需求。

兼容性測試需從操作系統(tǒng)兼容性、屏幕兼容性兩個方面進行：①操作系統(tǒng)兼容性測試。由于微信小程序依托于微信，因此只需微信版本符合要求，小程序即可在手機操作系統(tǒng)上使用;②屏幕兼容性測試。微信小程序定義了一個新的尺寸單位rpx（responsive pixel），可適配不同尺寸的屏幕，若頁面定義對象單位是rpx，即可在不同屏幕上適配。在實際測試過程中，通過在不同型號的手機上運行小程序，以iPhone6s（375*667）、iPhone7Plus（414*736）、iPhoneX（375*812）和華為mate9（412*732）為例，其實驗效果如圖12所示，并沒有出現(xiàn)異常拉伸和壓縮畫面的現(xiàn)象。

本文性能測試主要考慮客戶端性能，包括頁面白屏時間、首屏時間、資源占用、頁面渲染時間等，由于微信小程序開發(fā)軟件中沒有集成測試功能，所以本次測試采用編寫循環(huán)腳本的方式測試小程序點擊事件和滑動事件，在運行過程中通過系統(tǒng)電源、內(nèi)存和流量監(jiān)控查看手機CPU占用情況、電池溫度和流量。測試發(fā)現(xiàn)，微信小程序測試運行相關(guān)事件時，手機CPU占用不到1%，遠小于手機APP運行占用率。

后端接口測試體現(xiàn)在小程序數(shù)據(jù)上傳下載中，由于可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫增查刪改操作，因此后端接口的數(shù)據(jù)交互可順利進行。

5 結(jié)語

本文設(shè)計了一種基于微信小程序的地震管理平臺，根據(jù)地震前兆儀器管理的實際需求，結(jié)合微信小程序傳播方便、用戶基數(shù)大的特點，使地震儀器管理平臺可移動使用、隨時查詢，實現(xiàn)了信息化和數(shù)字化管理。本文設(shè)計背景是華南片區(qū)儀器運維管理，目前數(shù)據(jù)量較小。因此下一步研究重點是拓展儀器管理平臺微信小程序應用范圍，為全國儀器管理運行奠定基礎(chǔ)。