淺論橋梁結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的“體系架構(gòu)”

最早提到架構(gòu)一詞往往是在C/S和B/S架構(gòu)之間進(jìn)行區(qū)分，以這個(gè)概念來看當(dāng)前的橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)軟件大多數(shù)都是B/S架構(gòu)。我們?cè)缙谡務(wù)摌蛄罕O(jiān)測(cè)系統(tǒng)的時(shí)候，往往把系統(tǒng)分成傳感器子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與控制子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理與處理子系統(tǒng)以及橋梁評(píng)估子系統(tǒng)等模塊，我們稱之為橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成結(jié)構(gòu)。早期的軟件是分設(shè)的，有采集軟件，有數(shù)據(jù)管理與處理軟件，有橋梁評(píng)估軟件等等。第二代橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)最大的特點(diǎn)是軟件平臺(tái)化，各類功能集成于一個(gè)軟件平臺(tái)。站在軟件角度，有感知層、數(shù)據(jù)層和業(yè)務(wù)層之劃分，這些是組成結(jié)構(gòu)還是系統(tǒng)架構(gòu)？

題目中的“架構(gòu)”究竟指的是什么呢？有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)的內(nèi)容，有軟件架構(gòu)的內(nèi)容，更有整個(gè)監(jiān)測(cè)體系如何構(gòu)成的，以及如何分工等內(nèi)容，索性給起一個(gè)不太嚴(yán)謹(jǐn)?shù)恼f法“體系架構(gòu)”。如果把橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)簡(jiǎn)單地理解為“硬件+軟件=系統(tǒng)”，那么體系架構(gòu)是固定的，“用戶”或者“客戶”須適應(yīng)系統(tǒng)，而非系統(tǒng)適應(yīng)“客戶需求”，如此用什么軟件就是什么體系架構(gòu)。如果整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是個(gè)系統(tǒng)化的體系，背后有一個(gè)強(qiáng)大的技術(shù)生態(tài)在推動(dòng)著系統(tǒng)的建設(shè)、運(yùn)維和數(shù)據(jù)分析等工作，整個(gè)體系設(shè)計(jì)需要針對(duì)客戶面臨的不同情況，客戶不同需求而設(shè)計(jì)，“體系架構(gòu)”就值得研究。此外，一個(gè)大規(guī)模的橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是簡(jiǎn)單系統(tǒng)的數(shù)量型累加？還是走專業(yè)技術(shù)分工深化，專業(yè)的人做專業(yè)的事？不同的設(shè)計(jì)，體系架構(gòu)隨之也會(huì)不同。從這個(gè)角度來看，體系架構(gòu)是一個(gè)大規(guī)模橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的“綱領(lǐng)”，是對(duì)圍繞系統(tǒng)各項(xiàng)工作的“組織化”，或“體系化”或“結(jié)構(gòu)化”。

案例1.如圖1所示，某橋梁業(yè)主有兩座（兩座也可以是多座）橋梁安裝監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。橋梁上傳感器數(shù)據(jù)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)采集站DAU，每座橋梁3個(gè)數(shù)據(jù)采集站，數(shù)據(jù)匯聚到橋頭交換機(jī)，然后通過有線或無線方式將數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心。監(jiān)控中心有針對(duì)采集設(shè)備的采集控制子系統(tǒng)，有數(shù)據(jù)分析與管理子系統(tǒng)，也有基于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的分析評(píng)估子系統(tǒng)等。這是一個(gè)比較傳統(tǒng)的體系架構(gòu)。

案例2.某橋梁業(yè)主需要對(duì)多座橋梁進(jìn)行監(jiān)測(cè)，由于橋梁數(shù)量較多，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)規(guī)模較大。軟件體系中按硬件中臺(tái)、數(shù)據(jù)中臺(tái)和監(jiān)測(cè)中臺(tái)分模塊化設(shè)計(jì)。同時(shí)交通運(yùn)輸廳將省級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)任務(wù)委托該業(yè)主，省級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)需要接入其他業(yè)主的橋梁監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)能夠向交通運(yùn)輸部部級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)傳送數(shù)據(jù)。圖2，是針對(duì)這種情況的一個(gè)“體系架構(gòu)”設(shè)計(jì)。在這個(gè)體系架構(gòu)下，省高速集團(tuán)可以將自家橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中臺(tái)升級(jí)為省級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)，而其他業(yè)主不再單獨(dú)開發(fā)數(shù)據(jù)中臺(tái)（節(jié)約成本），也將省級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)作為自家數(shù)據(jù)中臺(tái)使用，同時(shí)向省高速集團(tuán)給付數(shù)據(jù)托管費(fèi)用（費(fèi)用可能會(huì)低于自建數(shù)據(jù)中臺(tái)成本）。這個(gè)省級(jí)數(shù)據(jù)平臺(tái)僅僅發(fā)揮數(shù)據(jù)管理的作用，存入的是全省所有橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的全集數(shù)據(jù)，一方面利于省交通廳對(duì)數(shù)據(jù)的監(jiān)管，另一方面可以按部級(jí)平臺(tái)要求，有選擇性地上傳相關(guān)數(shù)據(jù)。這種體系架構(gòu)需要數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)比較發(fā)達(dá)，速率也比較快，從而使得自建數(shù)據(jù)中臺(tái)跟使用他家數(shù)據(jù)中臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸效率是幾乎相同的。

案例3.有些省份，省高速集團(tuán)橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)規(guī)模較大，其他業(yè)主只有零零散散的橋梁需要監(jiān)測(cè)。省高速集團(tuán)可以對(duì)其他業(yè)主提供監(jiān)測(cè)服務(wù)，體系架構(gòu)如圖3。其他業(yè)主的橋梁上只需安裝硬件，數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)绞「咚偌瘓F(tuán)，省高速集團(tuán)基于自家的監(jiān)測(cè)體系為其他業(yè)主提供硬件中臺(tái)、業(yè)務(wù)中臺(tái)以及數(shù)據(jù)中臺(tái)服務(wù)。

案例4.某地區(qū)大規(guī)模橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，業(yè)主將系統(tǒng)分成11個(gè)標(biāo)，一個(gè)標(biāo)是軟件平臺(tái)，該軟件平臺(tái)指定某智慧城市公司開發(fā)，將200座橋梁分成10個(gè)標(biāo)，分別由10家有橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施經(jīng)驗(yàn)的公司實(shí)施，10家監(jiān)測(cè)系統(tǒng)公司都有自己的軟件平臺(tái)。體系架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖4，由于智慧公司對(duì)橋梁專業(yè)不懂，可以將其軟件功能限定在“數(shù)據(jù)中臺(tái)”范疇，智慧公司做數(shù)據(jù)底座這類開發(fā)比較擅長(zhǎng)。而10家監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)公司仍然提供監(jiān)測(cè)軟件，只不過可以不包涵數(shù)據(jù)中臺(tái)功能，而更多著眼于硬件中臺(tái)和數(shù)據(jù)分析的業(yè)務(wù)中臺(tái)上。如此形成10家監(jiān)測(cè)系統(tǒng)服務(wù)公司各用自家軟件的“分布式監(jiān)測(cè)”的項(xiàng)目體系。

案例5.某央企集團(tuán)投資建設(shè)了n條高速公路，分布于全國(guó)多個(gè)省份，每條高速公路均成立了投資運(yùn)營(yíng)公司負(fù)責(zé)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)，也是成本核算的基本單位。體系架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖5所示，由于高速公路分布于不同省份，在本地部署本地化的軟件平臺(tái)，當(dāng)?shù)貥蛄罕O(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)能夠直接上傳到省級(jí)數(shù)據(jù)中心，所有監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)匯聚到集團(tuán)數(shù)據(jù)底座中，用于統(tǒng)一數(shù)據(jù)分析和應(yīng)用，同時(shí)搭建集團(tuán)級(jí)軟件平臺(tái)。

案例6.某業(yè)主遵從了我們第三代的模式，按不同專業(yè)進(jìn)行技術(shù)分工深化，系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖6。值得說明的是，圖6體系架構(gòu)可以與上述圖1-5體系架構(gòu)相融合，又可以衍生出多種新的體系架構(gòu)出來。

從上面幾個(gè)案例來看，橋梁監(jiān)測(cè)系統(tǒng)——尤其是大規(guī)模系統(tǒng)——的體系架構(gòu)不是固定一成不變的，而是根據(jù)不同業(yè)主面臨的不同情況，不同的需求而設(shè)計(jì)。體系架構(gòu)設(shè)計(jì)要充分考慮監(jiān)測(cè)系統(tǒng)背后整個(gè)的技術(shù)生態(tài)，使得不同服務(wù)主體和管理主體都能在整個(gè)體系架構(gòu)下有分工，有協(xié)同，共同服務(wù)于整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使其發(fā)揮更大的功效。