基于微信小程序的地震儀器管理平臺(tái)研究

李查瑋 吳艷霞 羅棋 周洋

摘要：目前地震前兆觀測(cè)儀器學(xué)科種類繁多，儀器組成復(fù)雜、備機(jī)備件信息不易及時(shí)完善等現(xiàn)象較為普遍。為提高儀器管理運(yùn)維人員工作效率，實(shí)現(xiàn)地震前兆觀測(cè)儀器信息化管理，采用微信小程序應(yīng)用開發(fā)方式，通過(guò)分析華南片區(qū)儀器運(yùn)維管理功能需求，研究微信小程序關(guān)鍵技術(shù)并比較應(yīng)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(jiǎn)單、便于后期維護(hù)升級(jí)等優(yōu)勢(shì)，在地震前兆觀測(cè)儀器管理信息化工作中具有一定的實(shí)用性。

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

DOI：10.11907/rjdk.192058 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

中圖分類號(hào)：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-7800（2020）006-0117-04

0 引言

地震監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)是開展地震科學(xué)研究的重要基礎(chǔ)，地震前兆觀測(cè)儀器的順利運(yùn)行是地震監(jiān)測(cè)的重要保證。由于地震前兆監(jiān)測(cè)儀器涉及流體、形變、地磁、地電、重力等多個(gè)學(xué)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(gè)系統(tǒng)的儀器管理平臺(tái)十分必要。

目前常用的儀器管理平臺(tái)主要有兩種。一種是由中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心開發(fā)設(shè)計(jì)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(yùn)維提供便利。但是客戶端必須安裝后才能使用，且后期維護(hù)成本高，軟件升級(jí)需重新安裝;另一種是基于網(wǎng)頁(yè)的B/S框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，以江蘇省地震局地震監(jiān)測(cè)儀器綜合管理系統(tǒng)為例，其應(yīng)用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)并采用PHP語(yǔ)言開發(fā)，在網(wǎng)頁(yè)端便可實(shí)現(xiàn)儀器管理功能，但在日常管理及野外或臺(tái)站調(diào)用查詢儀器時(shí)，僅使用網(wǎng)頁(yè)瀏覽器不能滿足所有要求。

因此，為提高儀器管理運(yùn)維工作效率，儀器管理平臺(tái)需不受地理因素限制，并能從移動(dòng)端對(duì)地震儀器庫(kù)存信息和使用狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)查詢與修改。然而移動(dòng)端應(yīng)用受制于手機(jī)系統(tǒng)，這不利于軟件功能擴(kuò)展和后期維護(hù)升級(jí)。

為了解決上述問(wèn)題，本文采取基于微信小程序的應(yīng)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(yīng)和支持不同需求。

1平臺(tái)概述

基于微信小程序的地震儀器管理平臺(tái)主要由數(shù)據(jù)應(yīng)用層、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(yīng)用層

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

1.2數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層

數(shù)據(jù)存儲(chǔ)層涉及數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用，MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)可利用SQL查詢算法提高數(shù)據(jù)查詢速度。MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)既可作為單獨(dú)的應(yīng)用程序，在客戶端服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中應(yīng)用，也可作為庫(kù)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(guò)與服務(wù)器的交互才能顯示和應(yīng)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(shí)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(chǔ)等功能。

微信小程序客戶端、服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)之間的數(shù)據(jù)交互實(shí)現(xiàn)流程如圖3所示。

2 平臺(tái)設(shè)計(jì)

本文基于華南片區(qū)維修中心儀器運(yùn)維管理需求進(jìn)行平臺(tái)設(shè)計(jì)。華南片區(qū)維修中心負(fù)責(zé)6省（湖南、湖北、廣東、廣西、江西、海南）前兆儀器維修維護(hù)工作，保障華南片區(qū)前兆儀器設(shè)備運(yùn)行連續(xù)率與運(yùn)行質(zhì)量。目前有備機(jī)及相關(guān)備件共計(jì)100余套，涉及形變、地磁、地電、地下流體、重力等多個(gè)學(xué)科，后期計(jì)劃增加更多觀測(cè)儀器。

2.1 功能需求設(shè)計(jì)

基于微信小程序的地震儀器管理平臺(tái)需完成4種功能：①查詢功能，具體設(shè)置為搜索功能，指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)地震儀器進(jìn)行搜索查詢，如儀器編號(hào)、學(xué)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(kù)，即將新采購(gòu)增加的儀器備機(jī)備件添加到數(shù)據(jù)庫(kù);③刪除功能，具體為新增出庫(kù)，即將已報(bào)廢和使用周期超過(guò)年限的儀器更換后從數(shù)據(jù)庫(kù)中刪除;④修改功能，指修改并保存數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)地震儀器信息與用戶信息。

系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4所示。

2.2 功能詳細(xì)設(shè)計(jì)與說(shuō)明

2.2.1 用戶中心

地震儀器管理平臺(tái)基于微信的開放平臺(tái)接口，用戶授權(quán)微信小程序獲取個(gè)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(kù)存）

顯示數(shù)據(jù)庫(kù)中的部分?jǐn)?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(diǎn)擊數(shù)據(jù)即可轉(zhuǎn)到對(duì)應(yīng)完整的數(shù)據(jù)顯示頁(yè)面。

2.2.3 儀器增添和刪除（首頁(yè)）

首頁(yè)主要有3個(gè)功能接口：新增人庫(kù)、新增出庫(kù)和庫(kù)存列表。新增入庫(kù)的功能是將儀器信息添加進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)，儀器信息包括儀器名稱、儀器編號(hào)、學(xué)科分類、入庫(kù)人和入庫(kù)時(shí)間，新增出庫(kù)的功能是將儀器出庫(kù)信息添加進(jìn)數(shù)據(jù)庫(kù)，出庫(kù)信息主要包括出庫(kù)人和出庫(kù)時(shí)間及出庫(kù)去向。庫(kù)存列表顯示數(shù)據(jù)庫(kù)儀器庫(kù)存狀態(tài)及儀器基本信息。

3 平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)分析

小程序正常運(yùn)行關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)交互，主要包含兩個(gè)方面：客戶端與服務(wù)器交互、服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)交互。因此，平臺(tái)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(wù)端交互流程及原理如圖10所示。

3.1 客戶端與服務(wù)器交互

在傳統(tǒng)Web應(yīng)用中，客戶端與服務(wù)器的交互主要利用ajax長(zhǎng)連接輪詢實(shí)現(xiàn)。輪詢指每隔一定的時(shí)間間隔，發(fā)送HTTP請(qǐng)求，請(qǐng)求獲取數(shù)據(jù)。該方式雖然可保證實(shí)時(shí)性，但仍存在弊端：首先，由于不間斷地產(chǎn)生HTTP請(qǐng)求，過(guò)多的HTTP請(qǐng)求會(huì)占用帶寬，導(dǎo)致內(nèi)存資源調(diào)配不當(dāng)，加速手機(jī)耗電，使服務(wù)器響應(yīng)頻繁;其次，并不是每一個(gè)HTTP請(qǐng)求均會(huì)返回?cái)?shù)據(jù)變化，因此會(huì)造成請(qǐng)求利用率低。

為解決上述問(wèn)題，本文采取WebSocket通信技術(shù)。WebSocket是客戶端與服務(wù)器之間的一條特設(shè)通道，通過(guò)請(qǐng)求建立連接，可從通道中實(shí)時(shí)獲取服務(wù)器數(shù)據(jù)。在微信中，WebSocket接口由HTTP協(xié)議升級(jí)而來(lái)，可實(shí)現(xiàn)瀏覽器與服務(wù)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(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)交互

本文服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫(kù)交互采用nodejs框架，Node.is是一個(gè)基于Chrome V8引擎的JavaScript運(yùn)行環(huán)境。NodeJs作為服務(wù)器端JavaScript的運(yùn)行平臺(tái)，JavaScript是一個(gè)事件驅(qū)動(dòng)的語(yǔ)言，NodeJs可利用該特點(diǎn)編寫出可拓展性高的服務(wù)器。

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

4 平臺(tái)測(cè)試

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

功能測(cè)試即測(cè)試微信小程序的設(shè)計(jì)是否符合功能需求。華南片區(qū)地震儀器管理平臺(tái)微信小程序可實(shí)現(xiàn)儀器入庫(kù)、出庫(kù)、庫(kù)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(cè)試需從操作系統(tǒng)兼容性、屏幕兼容性兩個(gè)方面進(jìn)行：①操作系統(tǒng)兼容性測(cè)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(jī)操作系統(tǒng)上使用;②屏幕兼容性測(cè)試。微信小程序定義了一個(gè)新的尺寸單位rpx（responsive pixel），可適配不同尺寸的屏幕，若頁(yè)面定義對(duì)象單位是rpx，即可在不同屏幕上適配。在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)在不同型號(hào)的手機(jī)上運(yùn)行小程序，以iPhone6s（375*667）、iPhone7Plus（414*736）、iPhoneX（375*812）和華為mate9（412*732）為例，其實(shí)驗(yàn)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(cè)試主要考慮客戶端性能，包括頁(yè)面白屏?xí)r間、首屏?xí)r間、資源占用、頁(yè)面渲染時(shí)間等，由于微信小程序開發(fā)軟件中沒有集成測(cè)試功能，所以本次測(cè)試采用編寫循環(huán)腳本的方式測(cè)試小程序點(diǎn)擊事件和滑動(dòng)事件，在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)系統(tǒng)電源、內(nèi)存和流量監(jiān)控查看手機(jī)CPU占用情況、電池溫度和流量。測(cè)試發(fā)現(xiàn)，微信小程序測(cè)試運(yùn)行相關(guān)事件時(shí)，手機(jī)CPU占用不到1%，遠(yuǎn)小于手機(jī)APP運(yùn)行占用率。

后端接口測(cè)試體現(xiàn)在小程序數(shù)據(jù)上傳下載中，由于可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)增查刪改操作，因此后端接口的數(shù)據(jù)交互可順利進(jìn)行。

5 結(jié)語(yǔ)

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