疏浚钢管壁厚实时监测系统设计

倪福生，王刘琪，李海军，何文坤，谢子阳

(1.河海大学机电工程学院，江苏 常州 213022) (2.疏浚技术教育部工程研究中心，江苏 常州 213022) (3.江苏巨鑫石油钢管有限公司，江苏 扬州 225006)

近几年来疏浚工程领域蓬勃发展，管道水力输送广泛应用于江河湖库的清淤整治、港口航道的建设维护、填海造地等工程中[1]。而疏浚钢管作为管道水力输送的主要载体，工作环境极其恶劣，管道内壁长期受到泥沙、碎石和各类沉积物的冲击、侵蚀，各管段钢管内壁减薄严重，易引发爆管事故。如果工作人员无法准确掌握急需更换钢管的位置和时机，提前更换钢管，会造成巨大的材料浪费，滞后又很容易因管壁破裂造成爆管，使得整个工程停工，所造成的经济损失不可估量。

现阶段，对疏浚钢管更换时机的把握主要依靠作业人员的经验，为避免爆管事故的发生，往往提前更换钢管，资源浪费现象十分严重。为了便于用户及时把握更换钢管的位置以及时机，在疏浚工程中增加在线监测系统显得十分必要。

1 系统开发环境

系统的设计目标是运用PHP & Apache & MySQL平台，结合下位机的钢管在线测厚设备，构建疏浚管壁实时监测系统，使之具备数据查询、数据管理、数据维护和数据导出等功能。

1.1 B/S结构

B/S结构即浏览器/服务器结构，是对传统C/S结构(客户端/服务器结构)的改进。在这种结构中，用户工作界面是通过Web浏览器来实现。虽然仍有极少部分事务逻辑在浏览器端实现，但主要的事务逻辑还是在服务器端实现[2-3]。该结构下，应用被分为表示层、业务逻辑层和数据存储层3种不同的逻辑处理层次，可以有效提高软件的可维护性和可扩充性，节约时间和降低经济成本[4]。

1.2 PHP & Apache & MySQL组合方式

PHP(Hypertext Preprocessor)是开发动态网页的利器，具有简单易行、可移植性等优势[5]，它是一种服务器端嵌入式脚本语言，可以嵌入到HTML页面中去[6]。同时，它采用开放源代码，语法简单易用，占据内存少，运行效率高，支持多种数据库，具有优越的可移植性和动态性。

Apache是目前最流行的HTTP服务器软件之一，可以在多种平台上运行，具有快速、可靠的特点[7-8]。Apache服务器是一种开放源代码的HTTP服务器，由于其优异的跨平台能力和安全性被广泛使用，如果搭配PHP程序使用，就可以开发出功能强大的动态网站[9]。

MySQL是一个小巧的数据库系统软件，特别适用于网站建设[10-12]。它可以跨越不同的平台，运行于各种不同的操作系统上，与PHP和Apache一样，MySQL也属于开放源代码的软件。

PHP、Apache以及MySQL由于经常被开发人员放在一起使用，彼此之间的兼容性越来越高，逐渐形成了一个成熟高效的Web应用平台，愈来愈多应用在网站开发领域[13-14]，故本文设计的壁厚监测系统将此集成平台作为项目开发的首选。采用PHP & Apache & MySQL组合方式，设计一个更便捷的管壁实时监测系统，既可以减少现场监测所增加的人力物力，又能减少提早更换钢管产生的浪费，有利于工程的顺利进行，并提高生产效率。

2 系统结构和功能

2.1 系统结构

本监测系统的结构如图1所示。系统采用B/S模式进行构建，将与壁厚监测有关的用户群体主要分为3类，分别是系统开发人员、部门管理人员和普通员工。连入互联网后，在浏览器输入合法的URL，即可链接到用户界面；接着通过浏览器将用户请求送入Web服务器，服务器通过固定的IP地址接入互联网，利用接收程序将多台测厚设备传送的疏浚钢管厚度值、对应的测量时间值和设备编号等数据，按规定的格式存入数据库，并提供用户接口，供用户终端进行查询、分析、统计等操作；最后在Web服务器和MySQL数据库之间建立链接，将所测钢管壁厚信息和账户信息等数据显示在用户界面上，达到实时监测的目的。

图1 监测系统结构图

2.2 系统功能

本文设计的疏浚管壁实时监测系统的功能简图如图2所示。系统具体运行时，不同权限的ID对应的用户类型不同，所能使用的功能也不同。开发公司的技术人员负责整个系统的更新、备份和维护，改善用户环境和体验；钢管公司的管理人员可以进行账户、权限和数据的管理；而负责管道维护的普通人员登录后只能查询监测信息和导出数据，包括按位置或工程名进行实时数据查询，也可以按时间段和工地对历史数据进行查询。

图2 系统功能图

1)系统更新、备份、维护功能。此功能主要是通过表单管理的方式，实现对MySQL数据库内存储的管壁信息的备份和更新，可以录入有效信息并清空无用的信息，也支持工作人员进行日常的系统调试和系统维护。

2)账户、权限、数据管理功能。此功能主要管理各类用户的账户信息和权限级别，如用户身份资料和用户密码、所属用户的权限级别。不同权限用户登录系统进行信息管理时，只能对管辖范围内的信息进行管理。此外还可以对数据进行管理，如根据项目位置设置钢管编号、钢管所属工程类别等。

3)系统登录、数据查询及导出功能。打开系统URL，输入账户ID和账户密码后，即可跳转到钢管信息查询页面。该界面提供所查询钢管的经纬度和实时厚度，同时系统数据支持刷新和重新排序，可导出Excel格式的数据文件，还增加了阈值报警信号和丢失报警信号，方便用户及时掌握更换钢管的时机。

3 数据库设计

疏浚管壁实时监测数据库由用户信息表和钢管数据表组成，具体数据结构如下：

1)用户信息表用于存储用户的注册信息[15]，包括用户账号、用户密码序列、注册时间、用户权限、隶属部门、备注信息等，具体数据结构及数据样本见表1。

2)钢管数据表用于存储钢管的测厚信息，包括钢管ID、监测位置(经度、纬度、高度)、实时厚度、监测日期与时间、丢失报警信号、超薄报警信号等，具体结构及样本见表2。

表1 用户信息表结构和数据样本

表2 钢管数据表结构和数据样本

4 系统测试

4.1 系统测试步骤

为了验证该监测系统的可行性，需要进行系统整体测试。首先在服务器端搭建监测数据库平台，确保数据库与服务器的连接；接着测试人员在客户端进行实际测量，客户端下位机开始测厚并将厚度数据上传到服务器，此时用户和开发人员分别登录服务器和数据库，钢管厚度值均得到更新，并保持一致，从而验证了监测系统的前后台功能。在相应时间内让不同的测试人员反复进行测试，结果表明本疏浚钢管壁厚监测系统稳定可靠，有超薄报警信号时能及时反馈，可以完成预期的监测任务。

4.2 人机交互界面

借助Dreamweaver CS6对界面进行设计，并进行模块化版面布局，人机交互界面如图3所示。标题栏主要是系统的账户管理模块，用户界面左侧是针对不同用户的功能分类，分为开发人员、管理人员和普通用户3类。用户进行界面修改时，只需针对指定的模块进行修改。本监测系统人机交互界面采用Dreamweaver CS6的可视化网站设计模式，设计维护简便易行，大大节省了操作时间，有助于提高系统维护的效率[16]。

图3 人机交互界面

5 结束语

基于PHP& Apache& MySQL的疏浚管壁实时监测系统与在线测厚设备结合，可以向用户提供不同位置钢管的实时和历史磨损信息，有针对性地解决了壁厚磨损数据获取不便的问题。用户可以在网络终端登录系统，查看各工程的管壁信息，管理账户信息和用户权限，进行监测系统的维护升级等。通过这种方式，用户既可以节省原本监测需要的人力物力，又能减少提前更换钢管造成的浪费和滞后更换钢管导致的爆管风险，从而大大缩短人工检测时间，提高疏浚施工效率。