一种盾尾密封油脂的应用数据管理系统开发与研究_刘焕卿.pdf

2023.7电脑编程技巧与维护1概述盾尾密封系统是盾构机三大密封系统之一，同时也是盾构机最薄弱、最容易出问题的环节。在地铁隧道盾构施工中，部分盾构机存在不同程度的盾尾漏水、漏浆问题，究其原因，一方面是盾尾密封油脂产品综合性能欠佳1；另一方面是盾尾密封系统数据不系统，缺乏提前预警功能2。鉴于此，课题组针对盾尾密封油脂与盾构机、地质结构和施工环境等的适配性，开发一种盾尾密封油脂的应用数据管理系统。将产品性能与现场应用相结合，使用大数据、云计算等新兴技术，构建一套盾尾密封油脂的大数据管理系统，包括产品研发前端的数据采集，中端的使用预案及末端数据处理和应用技术支持3。该系统的构建，将有效打通研发与应用环节，为施工方提供直接的技术支持。2架构基础随着信息技术的不断发展完善，依托“互联网+”与“大数据”建立施工信息管理系统成为工程施工管理领域的重要发展趋势。系统采用人工智能与大数据结合方式，实时对施工数据进行比对分析，对可能出现的盾构施工问题进行预警提醒，对实际出现的疑难问题进行在线答疑解惑，并有针对性地提出安全稳定、合理可靠、可延展、可操作的盾尾密封油脂使用管理方案。3设计架构与应用盾尾密封油脂数据管理系统主要通过对盾构施工中的盾尾密封油脂性能参数（泵送性、锥入度、黏附性和水压密封性等）、地理环境参数（地域区划、环境温度、地层结构、地层含水率、抗压强度和标贯值等）、盾构设备参数（盾构机直径、盾构机类别和盾尾密封油脂泵头压力等）及盾构掘进关键参数（掘进速度、刀盘转速、盾构转矩和总推力等）进行综合采集分析，运用5G、物联网技术对盾构施工关键参数、指标实时监控并上传至云端（服务器）。盾尾密封油脂数据管理系统架构由4方面组成：（1）数据层，主要用于数据的存储；（2）后端架构，主要用于数据的接收和发送；（3）前端架构；（4）具体应用管理软件。其中，用户操作与显示的核心是前端架构，大数据管理的关键是后端架构。为了便于开发，系统将采用SpringBoot+Vue的前后端分离开发模式4。2.1数据层盾尾密封油脂的应用数据来源是多样的，系统主要通过互联网远程获取盾构施工监测设备信息，收集施工一线数据，包含各项设备掘进参数及不同区间地质变化参数。将获取的数据经过分析、整理、计算和归纳后，根据数据之间的关系将所需数据整理保存到传统的关系型数据库中5。当处理数据达到峰值或超过系统极限时，通过工具将数据进行转换，以减轻服务器的负担6。为便于不同用户获取符合其权限的数据，采用NoSQL+Redis对登录用户进行高效校验，利用基于Re-dis的矢量时空查询算法，相比Oracle数据管理系统查询效率提高近3倍。2.2后端架构根据系统功能分为控制层、服务层、映射层、实体层、拦截层与对接接口。各层间的作用如下：（1）控制层主要根据需要对业务进行操作，将每个功能模块的业务进行集成，并作为关联模块在设定的时刻调用盾尾密封油脂业务需要的功能。基金项目：北京市大兴区优秀青年人才培养基金（项目编号为70019997）。作者简介：刘焕卿（1991），男，工程师，本科，现在从事材料物流管理和现场技术服务。一种盾尾密封油脂的应用数据管理系统开发与研究刘焕卿1，2（1.中铁物资集团有限公司，北京102600；2.北京中铁新材料技术有限公司，北京102600）摘要：为解决盾构机盾尾密封安全问题，开发了一种实时监控、数据采集分析、风险预警和疑难问题处理一体化的数据管理系统。该系统主要使用 SpringBoot+Vue 的前后端分离开发模式。前端部分主要采用 Vite+Yarn 进行搭建和软件管理；后端主要采用 Maven+MVC 进行管理和结构设计，实现对施工数据的自动统计，并存入数据库。通过大数据对盾构施工中的关键参数进行综合采集分析，实现了盾尾密封油脂的应用数据综合管理，最终达到安全施工、节支降耗的目的。关键词：盾尾密封油脂；数据；管理系统101DOI:10.16184/prg.2023.07.0352023.7电脑编程技巧与维护（2）服务层主要调用实体层已有的接口，实现对应的功能服务，并利用实体层已有的实体信息将数据反映到数据库中。具体采用MyBatisplus将需要修改的数据封装在Mapper中，完成SQL语句在数据库中的提交，保障数据安全。（3）映射层根据需要，调用服务层接口提供的功能实现对应的模块操作，保证功能的直接关联性，将对应实体的业务操作进行一一映射。（4）实体层主要用于访问实体内部对应的内容，将盾构机设备参数、推进参数和各类系统参数通过创建各类数据模块，将其作为容器保存对应实体的相关信息。可 通 过Spring定 义 相 对 应 的 设 备 实 体，通 过My-Batisplus将数据储存在持久层，由此实现实体层的构建。当获取对应数据时，调用实体层对应接口即可。通过实体层可有效保障数据安全，同时在系统开发中始终保持独立性。（5）拦截层需完成跨权限校检、域校检和登录态校检3大模块，为便于用户使用，系统将生成的token存储至内存中的Redis数据库中，用户可通过登录校检和权限校检进行登录和权限使用，并将权限所允许的功能模块显示在用户客户端。（6）前端设置使用Spring框架控制层进行接口对接实现应用部署和运行，并以服务形式提供给用户。2.3前端架构前端架构包含全局模块、上层业务模块、下层业务模块、可视化模块和页面模块等5大模块。使用Vue3.0进行前端框架的开发，使用Vuex进行系统的全局状态管理，使用Vue-Router进行系统的路由管理，从而构建盾尾密封油脂数据管理系统设计体系。（1）全局模块主要包含控件、用户信息和控制信息等功能。为便于不同用户群体登录使用，系统将根据用户的登录状态和权限，匹配相应的内容和控制权限，用户可根据这些权限进行操作获取相关数据。具体实现采用Vuex进行全局状态管理，将token存入module的state中，将其放入请求文件的header中，获取后端数据与Vue-Router中的路由文件相匹配。（2）上层业务模块主要包含菜单管理、用户管理、地址管理、操作权限管理、存储的数据分析和接口管理等功能。一般由开发人员或系统管理人员管理此模块，并根据不同地址进行全局等级划分。此外，接口模块便于开发人员对系统进行日常维护，并根据需求改变优先级，保证用户在场景中的使用。（3）下层业务模块主要包含盾尾密封油脂数据管理监测设备的详细数据内容，用于实现用户对盾尾密封油脂监测设备的直接管理，便于监测管理和预警，方便用户快速管理业务。其中，预警系统能够通过模拟程序进行深度学习，通过盾尾密封油脂监测设备的相关数值自动判断该设备是否处于报警状态，并将报警情况即时反映到可视化模块中。（4）可视化模块主要将数据处理为可视状态以便于查看数据的实时变化。系统将服务端的数据经过图像分析处理，直观显示盾尾密封油脂的用量和设备情况等数据，并通过数据处理系统进行可视化，例如，绘制出折线图、柱状图、曲线对比图等。系统采用Vue与ele-ment-plus相结合的方式，将实时数据导入element接口中，采用Echarts将数据转化为可视化展示图形。（5）界面模块包含可显示全局功能的顶栏模块，及用户能够操作的模块和菜单。其中，顶栏模块能够修改全局变量，是客户直接控制的最高权限。菜单模块是用户权限，用户可随时调用所选择的业务模块界面。3系统模块设计通过上述系统功能分析，构建了一套依托互联网+大数据分析，结合物联网、5G使用的盾尾密封油脂使用管理系统。结合施工项目实际需求，设计出一套包含总体框架设计、功能模块设计等方面的综合信息管理系统，其具体模块如图1和表1所示。图1盾尾密封油脂的应用数据管理模型构建桌面浏览器移动应用大屏应用展示层HTMLJavaScriptCSSNativeH5HybridOpenGL三维DirectX二维应用层个性化功能标准化功能个性化界面服务组件监测分析指标数据链路指标管理报告管理权限管理个性化服务专题异动反馈数据审核业务模型管理可视化配置管理系统管理服务层微服务架构业务服务指标计算服务指标告警服务流程服务搜索服务文件服务基础服务注册中心统一安全认证服务配置中心网关服务服务链路监控日志中心智慧搜索服务敏捷BI分析工具自助仪表盘设计可视化报表设计企业级报表工具即席查询数据挖掘工具自助提数多维筛选算法模型数据层业务数据存储服务PostgreSQL&Oracle数据库服务Redis缓存服务MQ消息服务数据开发工具数据工厂数据挖掘数据建模数据融合数据计算离线计算流式计算复杂计算图计算数据资产管理统一指标库主数据&元数据指标数据计算模型数据质量&数据安全指标定义数据模型数字电网模型数据仓库模型算法行业算法库基础算法库数据湖数据融合层结构化数据服务平台海量准实时服务平台非结构化数据服务平台1022023.7电脑编程技巧与维护3.1信息采集系统该系统模块主要以监测采集数据为目的，实现在用户既定规则下，自动从设备中采集指定数据。采集的数据信息可存入独立数据库或通过接口发送至其他系统，用于内部使用或对外发布，实现及时信息共享。通过手机、计算机等电子系统对盾构施工中的基础信息进行输入，明确项目所在地的基本地理环境信息、盾构设备的型号和主要参数，并提前设置盾构掘进时的水压密封性、锥入度、泵送性等重点控制的参数。3.2数据采集系统该系统模块主要实现施工现场各种设备现场数据的全面、准确、实时采集，并以数据采集为基础，搭建一个集合中心，通过对设备运行情况、作业过程、施工质量进行实时监控与分析，科学实时地对施工进行指挥调度。具体结合物联网系统，通过传感器、定位装置对盾构施工中的刀盘扭矩、出渣量、油脂腔压力、总推力、土压和掘进速度等关键数据进行采集，通过对施工全过程数据的留存和记录，将全部原始数据实时保存至云端服务器。3.3实时监控系统实时监控系统是用来实时监控和显示设备运行状态的硬件采集设备，通过有线网络将设备运行实时状态数据上传。其主要通过摄像头、传感器对施工全过程进行监控，确认施工现场是否存在明显的违规操作行为，减少因违规操作对人员和设备带来的影响。3.4问题预警系统该系统模块主要通过数据分析、模拟和对比，将计算生成的实时预估值和设备测点的实测值进行比较，并根据比较结果发出早期预警。具体通过传感器、摄像头等直观道具及后台实时记录的数据对施工中可能出现的问题进行大数据分析并提出预警，供施工现场人员提前掌握情况，规避施工风险，减少损失。3.5疑难处理系统该系统主要通过手机、计算机等电子产品，对已经出现的、问题预警系统未能及时解决的问题进行记录，将即时数据提取并同现场影像一起通过网络发送给产品销售方、业内专家实时提问，并针对具体问题进行解决。4系统实现盾尾密封油脂的应用数据管理系统的前端部分采用Vite构建工具搭建，同时配合Yarn对使用的软件包进行管理；后端部分采用Maven管理工具包和MVC结构，同时，后端系统将实时对各类数据进行自动统计，存入数据表。数据层处理整体包括数据计算、数据管理、数据模型、算法、数据融合层几个部分，计算方式如离线计算、统式计算、复杂计算、图计算，融合方式包含结构数据服务平台、实时服务平台和非结构数据服务平台。通过业务中台的工具中心、查询、数据中心、方案管理、方案设计、应用服务、人工服务、施工数据、日志、模型分析、应用案例、用户中心数据传输和权限管理等一系列功能，实现系统设计，便于用户使用。盾尾密封油脂的应用数据管理系统平台搭建如图2所示。5结语在当代互联网大潮中，物联网和大数据技术已经不断完善成熟，通过大数据对盾构施工中各环节的问题统一收集和整理，并利用网络来解决成为全新的思路。构建以实时监控、数据采集分析、风险预警和疑难问题处理的一体化数据管理系统。该系统采用SpringBoot+Vue分离开发模式，前端采用Vite构建工具搭建，可以快速启动服务，无论应用程序大小如何，都始终极快地模块热重载（HMR），对TypeScript、JSX、CSS等支持开箱即用。此外，通用的插件，在开发和构建之间共享Rollup-superset插件接口，配合Yarn对使用的软件包进行管理；后端部分采用Maven管理工具包和MVC结构，按层把系统分开，可同时建立和使用多个视图。在盾尾密封油脂使用管理系统信息采集系统数据采集系统实时监控系统问题预警系统疑难处理系统地理环境参数、盾构设备参数、盾构掘 进 关 键参数掘 进 施 工 过 程中 的 关 键 数 据采集报备对 施 工 中 不 同阶 段 的 数 据 进行实时分析对不同阶段出现或可能出现的问题进行预警针 对 实 际 施 工中存在的问题，向 行 业 专 家、销 售 方 线 上 提问并解答表1盾尾密封油脂使用管理系统图2盾尾密封油脂的应用数据管理系统平台搭建系统平台服务中心数据平台技术咨询方案管理实时数据数据上传数据分析设计需求方案选配施工案例施工播报盾尾密封油脂数据管理系统系统功能系统业务系统运维业务应用业务中台运维支撑施工项目项目概况施工方案方案设计地质条件实时数据综合分析日志预报技术咨询方案管理实时数据方案配选方案列表用量管理难题处理方案对接参数监控设计需求方案版本问题预报实时数据方案对比品牌馆品牌管理方案选配品牌展厅云数据施工案例数据添加自动配置数据管理自动采集标准模型合作方管理信息连接数据管理资源授权工具中心查询数据中心方案管理方案设计应用服务人工服务施工数据日志模型分析应用案例用户中心信息传输权限管理资源编排Kubernetes容器服务Docker持续交付CI CD自动运维DevOps故障恢复Recovery服务治理Sempona系统监控体系应用监控硬件监控容量监控(下转第136页)1032023.7电脑编程技巧与维护技术分析J.吉林农业科学,2021,046(005):117-121.3陈冬云.一种基于NB-IOT农业监测用光照度传感器：CN208921287U P,2023.4杜青青.基于LoRa的智慧果园墒情监测系统研究与设计J.工业仪表与自动化装置,2022(3):13-17.5苏杰仁.字符型LCD1602显示分析与实现J.科技资讯,2022,20(22):9-12.此基础上构建了一套完善的盾尾密封油脂使用管理系统，有效连通了不同地域、不同盾构施工项目，打破了项目间的技术壁垒，减少因操作不当带来的风险，提升施工效率，更便捷地解决问题，从而降低盾构施工中的成本，为提升国内盾构施工行业和盾尾密封油脂产业的规范建设提供一套新思路。参考文献1高振峰.高水压下盾尾密封油脂耐水压密封性评价及影响因素研究D.北京:北京交通大学,2019.2王德乾,郑筱彦,斯芳芳,等.盾尾密封油脂与盾构机及施工地层的适应性研究J.铁道建筑技术,2021(7):8-12.3傅磊,曲晓峰.基于异构数据库的高可用数据管理系统设计J.信息技术,2022(7):131-135.4彭浩宇,周军海,张峻宇,等.基于大数据的水资源管理系统设计与研究J.软件工程,2022,25(3):59-62.5陈志军,陈建国.基于MAPGIS的全国地质工作程度数据库应用系统设计与实现J.物探化探计算技术,2006(4):381-386.6袁喆,文继荣,魏哲巍,等.大数据实时交互式分析J.软件学报,2020,31(1):162-182.6结语国内外学术界以移动机器人路径规划为课题，进行了很多的研究活动，重点集中在规划路径与算法优化分析。结合之前的二维路径规划研究，一般将其所处的工况环境划分成自由区域和障碍区域。一般自由区域是平坦地形，而在实际应用中，移动机器人主要在有较高能耗，且不完全平坦的多种复杂地形中行进，导致其出现更高能耗，并且减少使用时间。考虑到上述负面现象，在进行移动机器人路径规划分析过程中，考虑不平坦地形环境产生的影响，首先，确定一类2.5维栅格地图，分析其所处地面的高差与高度参数，还有要对其地表粗糙度参数等进行表示，并且修改已有可通行系数参量，让移动机器人更好地识别其次；其次，路径概述含有3种地形影响要素的路径规划所对应的约束条件，创建其总代价函数；再次，等价转换成可通行系数参量，以此分析其是否具备相关复杂区域的可行性；最后，采用势场-蚁群算法展开路径规划操作，可优化选择单一算法时出现的算法缺陷现象，规划一个优化的路径。参考文献1王保防,张瑞雷,李胜,等.基于轨迹跟踪车式移动机器人编队控制J.控制与决策,2015,30(1):176-180.2刘宾.基于移动Agent的主题搜索引擎研究D.上海:上海海事大学,2006.3胡胜豪.室外移动机器人的定位与运动控制研究D.哈尔滨:哈尔滨工业大学,2016.4孙炜,吕云峰,唐宏伟,等.基于一种基于改进A*算法的移动机器人路径规划J.湖南大学学报（自然科学版）,2017,44(4):94-101.5马帅,王子铭.移动机器人路径规划实现方法研究J.河南科技,2020,39(29):14-16.6刘亚秋,赵汉琛,刘勋,等.一种改进的快速扩展随机树的工业机器人路径避障规划算法J.信息与控制,2021,50(2):235-246.7王晓燕,杨乐,张宇,等.基于改进势场蚁群算法的机器人路径规划J.控制与决策,2018,33(10):1775-1781.栅格环境算法路径长度（L）拐点数迭代频次20202D ACO32.6313522D ACO-APF30.387122.5D ACO-APF29.8058优化0.5824表1实验1运行结果(上接第103页)(上接第129页)136