系统架构与设计：大坝碾压施工过程控制系统

大坝碾压施工过程监控系统,作为一个独立的应用模块,主要将安装在大坝填筑碾压设备、大坝运料设备上的相关监控仪器中得到的数据进行整理、分析以及展示,为工程建设管理人员进行施工质量评价以及施工优化等方面提供重要的支撑。

大坝碾压施工过程监控系统的架构如图7-4所示,主要可以分为3层。第一层是系统数据库及基础技术层,这个层面服务器等计算资源都是基于前述的主体工程建设信息云平台系统中IaaS层基础上的,其中相关物联网技术是结合安装在碾压设备以及坝料运输设备上的专有仪器开发的。第二层主要是系统中间件,也基本上与前述的主体工程建设信息云平台系统的PaaS层中相关内容是一致的。第三层是系统应用层,主要是将各种信息通过系统用户界面展示出来,为工程施工过程质量控制以及工程优化调整提供参考与支撑。在系统的编制中,主要以水利水电工程施工中的各种标准、规范、政策及法规为相关依据。

图7-4　大坝碾压施工过程控制系统架构框图

大坝填筑碾压施工过程质量监控系统是综合了微电子技术、无线通信技术、GNSS厘米级高精度定位等现代化技术于一体的系统集成解决方案。较传统作业模式,该系统可实现实时全程连续可视化跟踪碾压过程,向业主方、施工方、监理方和操作机手提供及时、精确定位的压实信息,辅助碾压过程管理。该模块信息传递主要途径及架构如图7-5所示。

图7-5　信息传递主要途径及架构示意图

其主要特点有以下几个方面。

(1)精确的碾压遍数、行进速度,改善碾压作业的精细度。

(2)区域均匀一致的压实度,防止漏压、欠压、过压,保障碾压作业质量。

(3)智能自动化施工,缩短工程周期,提高工作效率,增加经济效益。

本系统用于工程填筑施工的主要优点体现在以下几个方面。

(1)实时。数据实时采集、实时处理。

(2)精准。支持北斗、三星定位,定位精度达到厘米级。

(3)全面。专注碾压过程,兼顾运料和摊铺过程。

(4)高效。工期缩短30%～40%,可夜间施工。

(5)可定制。可根据堆料的不同进行产品定制。

本部分的系统设计拓扑示意图如图7-6所示。

图7-6　信息传递主要途径及架构示意图

1.安全架构(www.xing528.com)

应用系统的安全性主要通过权限的控制来实现,通过系统身份验证的用户,在系统使用过程中,由于其自身的角色、岗位不同,用户能够访问的系统功能不同,看到的系统信息也不同,用户认证支持LDAP,并且支持CA数字证书认证。采用基于角色的权限控制的思路来达到系统安全权限控制的目的,在同一个应用中,每个角色对应一定的权限,每个人会被赋予一个或者多个角色。

(1)系统级角色,主要为系统管理员。整个系统中有一个系统管理员角色,负责系统的实施和配置以及初始化设置等工作,并且可以分配应用的管理员,应用管理员可以进一步授权给其他人相应的角色。系统管理员具有最高的系统部署方面的权限,但并不意味着他具有访问系统全部资源的权限。比如,某些安全级别较高的数据,仅仅授权给了某几个领导访问,而其他人(包括系统管理员)是不能访问的,那么,系统管理员就无法访问该数据。

(2)应用管理员,是由系统管理员直接授权的,负责为其他人授权,并且具有较高的该应用的管理权限。

(3)角色的划分,需要根据应用的业务需求来制定,因需求而定,没有统一标准。

(4)权限的控制。用户被授予一定的角色后,系统会根据该角色对应的权限控制用户对系统资源的访问能力。

另外,对于系统来说,网络安全性也是保证系统安全可靠的一个重要方面,在系统中采用了以下几个方面内容来保证系统的外部网络环境安全。

(1)在重要服务器中,依据信息的内容进行分级保护,采用安全性高的操作系统。

(2)关键主机系统加固。操作系统作为计算机系统的基础软件是用来管理计算机资源的,它直接利用计算机硬件并为用户提供使用和编程接口。各种应用软件均建立在操作系统提供的软件之上。在网络环境中,网络系统的安全性依赖于网络中各主机系统的安全性,而主机系统的安全性正是由其操作系统的安全性所决定的,没有安全的操作系统的支持,网络安全也就毫无根基可言。所以,操作系统安全是计算机网络系统安全的基础,而服务器及其业务数据又是被攻击的最终目标。因此,部署安全产品、加强对关键服务器的安全控制,是增强系统总体安全性的核心一环。

本系统在核心服务器(数据库服务器、应用服务器等)上实施主机安全服务。

(3)防病毒系统。主要包括管理和技术两个方面。在管理方面,应制定一套有关的规章制度,从日常管理上堵住病毒流入和导出的途径;在技术方面,采用在两个不同网络信任域接入路由器的网络连接处,设置高速防病毒过滤网关。

2.网络架构

大坝碾压数字化施工系统作为一个集成系统应用,必须确保系统的安全、稳定、可靠运行,根据整体规划、分步实施的总体思路,在满足低成本和具备以后升级集群能力的基础上,本系统计划采用双机互备的部署方式,在总部机房两台服务器上分别安装应用程序和数据库系统,两台服务器并列运行,互为备份,总部局域网与公网之间采用硬件防火墙和强隔离装置进行安全保障,施工单位、项目部通过公网访问系统进行信息的录入填报,确保信息系统的应用。网络部署如图7-7所示。

图7-7　系统网络部署

本系统数据采用集中式管理,数据库服务器是数据存储及处理的核心,要求既要满足初始建设的需要,又要有良好的可扩展性,服务器及相关硬件指标要求见表7-1。

表7-1　系统网络架构硬件设备一览表

3.数据架构

数据资源是技术层、应用层、界面层的有利支撑,是系统运行的数据基础。从总体架构设计统一规划出发,将土方碾压质量检测系统数据资源来源分布、数据资源关系、数据资源结构进行梳理,统一设计在数据库结构中。本系统中首先由碾压车上的GNSS采集所有相关数据,包括碾压车的速度、位置和所对应的时间等,这些文件都是tag格式,将其传递到远程服务器上;远程服务器接收这些数据并对其进行存储;同时由SVO对数据进行转换,转换成Excel格式,由碾压系统软件对这些数据从远程服务器上进行下载,并输入到应用软件中进行处理,如图7-8所示。

图7-8　系统数据架构框图