公路試驗(yàn)檢測管理系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)及資源配置計(jì)算研究

蘇 偉，李 政

(甘肅省交通科學(xué)研究院集團(tuán)有限公司 蘭州市 730000)

0 引言

互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)作為先進(jìn)新型技術(shù)的典型代表與傳統(tǒng)交通行業(yè)間的有效滲透與融合，使資源合理分配，交通高效優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的新業(yè)態(tài)和新模式得到了快速發(fā)展，這對新時期建設(shè)高效、優(yōu)質(zhì)的公路工程項(xiàng)目有著重要意義[1]。在公路工程項(xiàng)目建設(shè)過程中，試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)在項(xiàng)目建設(shè)過程中的每一道施工工序、每一個施工環(huán)節(jié)中都起著重要的數(shù)據(jù)支持和指導(dǎo)作用，使建設(shè)項(xiàng)目工程質(zhì)量能夠得到有效控制和保證。新型信息技術(shù)在公路工程建設(shè)項(xiàng)目中的推廣和應(yīng)用，使社會公眾及各類相關(guān)行業(yè)對建設(shè)項(xiàng)目各類信息的需求也隨之增加，從大量數(shù)據(jù)中提取整合、統(tǒng)計(jì)各類有效信息，對不同目的的決策的重要性愈加增強(qiáng)，傳統(tǒng)的試驗(yàn)檢測數(shù)據(jù)形式已無法滿足這種需求，體現(xiàn)在以下兩個方面[2]。一是公路工程建設(shè)項(xiàng)目中各類數(shù)據(jù)未形成持續(xù)積累的良好態(tài)勢，訪問數(shù)據(jù)能力不足，沒有對大數(shù)據(jù)資料和信息進(jìn)行深入挖掘和應(yīng)用；二是輔助決策信息涉及許多部門的數(shù)據(jù)，而不同部門和系統(tǒng)的數(shù)據(jù)難以有效集成，數(shù)據(jù)應(yīng)用的效力無法得到體現(xiàn)。

另外，經(jīng)調(diào)查總結(jié)甘肅省各類建設(shè)項(xiàng)目中各施工單位過程檢測資料存在缺失、不規(guī)范、資料標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等問題是較為普遍的現(xiàn)象，檢測過程缺乏最基本的信息化督促和管理手段，工作方式可改進(jìn)，工作效率還有較大提升空間。項(xiàng)目建設(shè)中的各參與單位對各類數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析和共享應(yīng)用不夠深入，未真正發(fā)揮新時期大數(shù)據(jù)對交通行業(yè)建設(shè)項(xiàng)目的指導(dǎo)作用。因此，就試驗(yàn)檢測這一領(lǐng)域，甘肅省急需一套基于互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信息化質(zhì)量管理及分析平臺，從源頭上、多方面做好質(zhì)量監(jiān)督和控制，為建設(shè)品質(zhì)公路工程項(xiàng)目提供技術(shù)保障。

1 試驗(yàn)檢測管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)置如圖1所示。該試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)旨在以委托方與試驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu)溝通更為快捷為服務(wù)宗旨，以試驗(yàn)檢測流程的信息化、規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化，節(jié)省試驗(yàn)檢測成本，提高試驗(yàn)檢測工作效率和用戶服務(wù)質(zhì)量為綜合目標(biāo)進(jìn)行設(shè)計(jì)，系統(tǒng)總體功能設(shè)計(jì)圍繞以上宗旨和目標(biāo)進(jìn)行[3]。

圖1 LIMS試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)總體架構(gòu)示意圖

該系統(tǒng)信息架構(gòu)從設(shè)備選擇、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、應(yīng)用系統(tǒng)和未來綜合應(yīng)用角度進(jìn)行了總體部署和規(guī)劃，進(jìn)一步從大數(shù)據(jù)應(yīng)用、一體化管理平臺和綜合應(yīng)用展示等方向全面拓展打造更豐富、更智慧化的綜合信息化平臺，為試驗(yàn)檢測業(yè)務(wù)管理和智慧決策提供更多依據(jù)和支撐[4]。試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)圖如圖2所示。

圖2 試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)示意圖

(1)表現(xiàn)層

表現(xiàn)層是完成系統(tǒng)平臺架構(gòu)的重要組成部分，操作者(包括試驗(yàn)檢測業(yè)務(wù)委托方與試驗(yàn)檢測機(jī)構(gòu))通過電腦、移動終端等遠(yuǎn)程服務(wù)設(shè)備與因特網(wǎng)連接，需要利用瀏覽器或者專用軟件與整體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)信息交互。

(2)業(yè)務(wù)層

業(yè)務(wù)層一般作為系統(tǒng)的業(yè)務(wù)邏輯層，可以完成數(shù)據(jù)的編輯、文件和信息的傳送等相應(yīng)的工作，及時對用戶的需求進(jìn)行相應(yīng)的處理。

(3)平臺層

平臺層是整個管理系統(tǒng)的核心。一般來講，用戶在因特網(wǎng)上傳送數(shù)據(jù)后，系統(tǒng)會自動將相關(guān)數(shù)據(jù)傳送給平臺數(shù)據(jù)庫，使數(shù)據(jù)存儲效率大幅提升，可以實(shí)現(xiàn)最終的需求展現(xiàn)。

表現(xiàn)層、平臺層與業(yè)務(wù)層之間的工作相互獨(dú)立、互不干擾，當(dāng)其中一層工作出現(xiàn)問題時，不會影響到其他兩層的正常使用，正是通過這種架構(gòu)設(shè)置，使得系統(tǒng)能夠極大程度地完成相應(yīng)功能的擴(kuò)展[5]。同時，通過三層架構(gòu)設(shè)計(jì)使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)更清晰，分工更明確，方便系統(tǒng)日常運(yùn)營維護(hù)和升級。

2 試驗(yàn)檢測管理系統(tǒng)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 前端開發(fā)技術(shù)

(1)SASS：SASS是一種層疊樣式的表語言。CSS通過 SASS 這種預(yù)編譯彌補(bǔ)了其編程能力弱的缺陷。

(2) Vue.js：Vue.js是一套自底向上增量開發(fā)的漸進(jìn)式框架。Vue非常容易與其它庫或已有項(xiàng)目整合，適用于絕大部分開發(fā)環(huán)境。

(3)Element UI：Element UI是一套基于Vue的桌面端組件庫。具有遵循用戶習(xí)慣的語言與概念、反饋明顯、效率高、可控性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

2.2 后端開發(fā)技術(shù)

(1)微服務(wù)：微服務(wù)是將一個大型的單個應(yīng)用程序和服務(wù)拆分為數(shù)十個的服務(wù)。系統(tǒng)中的各個服務(wù)可獨(dú)立運(yùn)行。服務(wù)采用HTTP通信，并保持最低限度的集中式管理。

(2)Spring：Spring是一個開源框架，目標(biāo)是全方位簡化 java 開發(fā)，減少組件間的依賴性，實(shí)現(xiàn)高聚合、低耦合的目標(biāo)，已經(jīng)是事實(shí)上的java開發(fā)基礎(chǔ)框架。

(3)Spring boot：Spring boot框架使用了特定的方式“約定勝于配置”來進(jìn)行配置，提供大量的starter，滿足開發(fā)人員對樣板化配置的需求。

(4)Spring cloud：Spring Cloud簡化了分布式應(yīng)用系統(tǒng)基礎(chǔ)的開發(fā)，是開源最常用的微服務(wù)框架，有快速開發(fā)，持續(xù)交付，容易部署等優(yōu)點(diǎn)。

(5)Jfinal ActiveRecord：Jfinal ActiveRecord是Java語言應(yīng)用的web開發(fā)框架，在擁有Java語言所有優(yōu)勢的同時擁有ruby、python等動態(tài)語言的開發(fā)效率。

(6)Activiti：Activiti基于BMPN流程自定義，能夠快速實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)流程的自定義。

(7)Drools：Drools是一個基于BRMS的業(yè)務(wù)規(guī)則管理系統(tǒng)，全方面的規(guī)則引擎運(yùn)行時支持決策模型符號。

(8)Redis：Redis是一個內(nèi)存數(shù)據(jù)存儲的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，并提供多種語言的API。

(9)Apache Shiro：Apache Shiro利用Shiro易于理解的接口開發(fā)，可以快速容易地構(gòu)建安全的應(yīng)用程序。支持移動端應(yīng)用、企業(yè)級應(yīng)用。

3 試驗(yàn)檢測管理系統(tǒng)功能架構(gòu)設(shè)置

試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)主要是要實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)檢測流程跟蹤服務(wù)、試驗(yàn)檢測關(guān)鍵環(huán)節(jié)可追溯性視頻監(jiān)控，試驗(yàn)檢測原始記錄電子化應(yīng)用以及日常試驗(yàn)檢測信息化管理，并為建立適合項(xiàng)目試驗(yàn)檢測工作開展和信息化管理的動態(tài)數(shù)據(jù)倉庫服務(wù)。試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)各個功能結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括網(wǎng)上業(yè)務(wù)受理、試驗(yàn)室業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和移動應(yīng)用等方面。

圖3 試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)分解

4 試驗(yàn)檢測管理系統(tǒng)資源需求計(jì)算

試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)應(yīng)用環(huán)境的搭建，用到Hadoop、Zookeeper管理、Hbase、Hive、CentOS系統(tǒng)等主要技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)工具[6]。

系統(tǒng)應(yīng)用程序以及數(shù)據(jù)的輸入依賴于windows系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，該系統(tǒng)是一種成熟且應(yīng)用比較廣泛的操作系統(tǒng)。

結(jié)合某實(shí)驗(yàn)室的用戶情況及表1數(shù)據(jù)，現(xiàn)對系統(tǒng)服務(wù)器CPU性能、存儲設(shè)備容量和帶寬的計(jì)算過程做進(jìn)一步詳細(xì)描述。

表1 試驗(yàn)檢測管理系統(tǒng)服務(wù)器運(yùn)行參數(shù)估算匯總表

(1)用戶忙時峰值使用業(yè)務(wù)=總用戶數(shù)×單用戶每月平均登錄數(shù)×忙日集中系數(shù)×忙時集中系數(shù)=200×200×0.2×0.2=1600次/h。

(2)管理員忙時峰值使用業(yè)務(wù)=總管理員數(shù)×單用戶每月平均登錄數(shù)×忙日集中系數(shù)×忙時集中系數(shù)=20×30×0.2×0.2=24次/h。

(3)應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)器CPU性能，此處使用TPCC標(biāo)準(zhǔn)來判斷處理能力。

①用戶應(yīng)用服務(wù)器TPCC=用戶峰值業(yè)務(wù)×操作次數(shù)/60min×每次操作使用通信數(shù)/冗余=(1600×20/60×5)/(1-30%)=3810tpmC。

②管理服務(wù)TPCC=管理員峰值業(yè)務(wù)×操作次數(shù)/60min×每次操作使用通信數(shù)/冗余=(24×5/60×5)/(1-30%)=14tpmC。

③應(yīng)用服務(wù)器要求TPCC=3810+14=3824tpmC

(4)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器CPU性能：

①用戶應(yīng)用服務(wù)器TPCC=用戶峰值業(yè)務(wù)×操作次數(shù)/60min×每次操作使用通信數(shù)/冗余=(1600×20/60×2)/(1-30%)=1524tpmC。

②管理服務(wù)TPCC=用戶峰值業(yè)務(wù)×操作次數(shù)/60min×每次操作使用通信數(shù)/冗余=(24×5/60×2)/(1-30%)=6tpmC。

③數(shù)據(jù)庫服務(wù)器要求TPCC=1524+6=1530tpmC。

(5)存儲設(shè)備：

①數(shù)據(jù)倉庫訪問日志：每次登錄操作次數(shù)×每次操作數(shù)據(jù)庫命令次數(shù)×單次操作日志大小×每月用戶登錄次數(shù)×用戶總數(shù)×12月=20×8×5(K)×200×200×12=366(G)/a。

②數(shù)據(jù)倉庫附件存儲：單項(xiàng)最大20M，預(yù)計(jì)一年附件數(shù)量10000～20000，則存儲量最大約為20(M)×20000=390G/a。

(6)帶寬：

①應(yīng)用服務(wù)器：用戶業(yè)務(wù)峰值×每次操作次數(shù)/3600s×每次操作發(fā)送數(shù)據(jù)大小×單位轉(zhuǎn)換=1600×20/3600×60K×8bit=4Mbps。

②數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：用戶業(yè)務(wù)峰值×每次操作次數(shù)/3600s×每次操作發(fā)送數(shù)據(jù)大小×單位轉(zhuǎn)換=1600×20/3600×20K×8bit=1.5Mbps。

以上數(shù)據(jù)可作為系統(tǒng)應(yīng)用的初步參考數(shù)據(jù)。

5 總結(jié)

對一種試驗(yàn)檢測信息化管理系統(tǒng)及平臺的總體架構(gòu)、功能組成設(shè)計(jì)進(jìn)行了描述，并對其中存在的主要技術(shù)進(jìn)行了詳細(xì)介紹，接著對系統(tǒng)運(yùn)行的網(wǎng)絡(luò)資源需求指標(biāo)進(jìn)行了計(jì)算，實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)各類服務(wù)器性能、系統(tǒng)存儲容量和帶寬信息等指標(biāo)進(jìn)行了定量，體現(xiàn)出本系統(tǒng)在試驗(yàn)檢測信息化管理方面的應(yīng)用價值和服務(wù)優(yōu)勢。