基于SQLite 的安全殼缺陷檢測數(shù)據(jù)庫設計與應用

王秋實， 張麗芹， 何小明

（中科華核電技術(shù)研究院 北京分院， 北京 100086）

由于日本福島核事故的影響，世界各國對核安全的認識又提高到一個新的高度，安全文化得到了全世界核電企業(yè)的廣泛認同和實踐。 目前，安全文化已是核電企業(yè)文化的核心，被稱為核電企業(yè)的靈魂，成為核安全的重要保障[1]。

核電站安全殼是防止放射性物質(zhì)向環(huán)境釋放的大體積預應力混凝土筒殼結(jié)構(gòu)，是特殊環(huán)境條件下的重點防護目標。 目前國內(nèi)已建的核電站大部分位于沿海地區(qū)， 正常情形下要經(jīng)受氯離子含量很高的海風的侵蝕和陽光直射， 同時要承受臺風、地震等環(huán)境因素影響；這些環(huán)境因素的影響會導致混凝土表面碳化，引起鋼筋和預應力系統(tǒng)腐蝕，出現(xiàn)破損或裂縫，降低承載力，影響使用壽命。 因此對核電站安全殼進行定期的外觀檢查， 對其外觀的缺陷進行基本評定以及持續(xù)跟蹤和分析就成為了核安全文化中不可忽視的一項重要任務。

利用爬壁機器人外帶攝像機對核電站安全殼外觀進行視頻檢測，并將圖像送回上位機檢測系統(tǒng)——安全殼外觀缺陷檢測系統(tǒng)，進行缺陷分析及數(shù)據(jù)存儲。 因此，為了能夠更加全面的分析缺陷類型、 缺陷特性和缺陷長度面積等參數(shù)，也為了能夠?qū)?shù)據(jù)參數(shù)及圖像信息進行高效的存儲和查詢，研究人員將SQLite 數(shù)據(jù)庫技術(shù)應用到了檢測系統(tǒng)中。

1 SQLite 數(shù)據(jù)庫技術(shù)介紹

SQLite 是一個開源的、內(nèi)嵌式的關系型數(shù)據(jù)庫。 它最初發(fā)布于2000 年，在便攜性、易用性、緊湊性、有效性和可靠性方面有突出的表現(xiàn)。 數(shù)據(jù)庫的服務器和客戶端運行在同一個進程中。 這樣可以減少網(wǎng)絡訪問的消耗，簡化數(shù)據(jù)庫管理，使你的程序部署起來更容易。 所有需要你做的都已經(jīng)和你的程序一起編譯好了。

在SQLite 提供的C/C++接口中，其中6 個APIs 屬于核心接口。 其中， 最主要的兩個對象是，database_connection 和prepared_statement。 database_connection 對 象 是 由SQLite3_open（）接口函數(shù)創(chuàng)建并返回的，在應用程序使用任何其他SQLite 接口函數(shù)之前， 必須先調(diào)用該函數(shù)以便獲得database_connnection 對象，在隨后的其他APIs 調(diào)用中，都需要該對象作為輸入?yún)?shù)以完成相應的工作。 至于prepare_statement， 我們可以簡單的將它視為編譯后的SQL語句，因此，所有和SQL 語句執(zhí)行相關的函數(shù)也都需要該對象作為輸入?yún)?shù)以完成指定的SQL 操作[2-6]。

SQLite 具有以下主要特征[3]：

1）管理簡單，甚至可以認為無需管理；

2）操作方便，SQLite 生成的數(shù)據(jù)庫文件可以在各個平臺無縫移植；

3）可以非常方便的以多種形式嵌入到其他應用程序中，如靜態(tài)庫、動態(tài)庫等；

4） 易于維護。

2 SQLite 與SQL Server 比較

SQL Server 是Microsoft 公司推出的大型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，建立在成熟而強大的關系模型基礎上，可以很好地支持客戶機/服務器網(wǎng)絡模式，能夠滿足各種類型的企事業(yè)單位對構(gòu)建網(wǎng)絡數(shù)據(jù)庫的需求。 并且，為了有效利用SQL Server 的強大功能，Visual C++提供了多種數(shù)據(jù)庫開發(fā)技術(shù)和編程規(guī)范，主要包括MFC ODBC，DAO 和ADO 等。

ODBC 作為一個應用廣泛的數(shù)據(jù)庫訪問應用編程接口，使用標準的SQL 作為其數(shù)據(jù)庫訪問語言。 MFC ODBC 類封裝了ODBC API，常用的類有CDatabase（數(shù)據(jù)庫類）、CRecordset（記錄集類）、CRecordView（可視記錄集類）、CDBException（異常類）。

盡管SQL Server 擁有諸多上述優(yōu)點，但它需要SQL Server軟件的支持。 且與SQLite 相比較，盡管功能更加強大，但管理模式相對復雜，而SQLite 是內(nèi)嵌型數(shù)據(jù)庫，移植性高，數(shù)據(jù)庫服務器就在本地應用程序中，不需要網(wǎng)絡配置和管理，這樣既可以減少網(wǎng)絡訪問的消耗，又可以簡化數(shù)據(jù)庫管理。

3 安全殼外觀缺陷檢測系統(tǒng)——數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)

3.1 安全殼外觀缺陷檢測系統(tǒng)簡介

安全殼外缺陷檢測系統(tǒng)總體上可分為6 個大的功能模塊，這6 大功能模塊分別為：接收和發(fā)送驅(qū)動模塊，底層通訊模塊，上位機界面模塊，后臺運行數(shù)據(jù)庫模塊，后臺服務系統(tǒng)和11 個子功能模塊。11 個子功能模塊又包括控制模塊，定位模塊，視頻系統(tǒng)，圖像系統(tǒng)，工具模塊，菜單模塊，EXCEL 模塊，檢索模塊，CAD 模塊，存儲模塊和算法模塊等11 部分。無線形式發(fā)送回來的視頻信號、位置信息以及其他一些附加信息經(jīng)過無線數(shù)據(jù)收發(fā)硬件傳送給上位機電腦，上位機控制電腦通過數(shù)據(jù)接收驅(qū)動模塊提取并存儲這些無線數(shù)據(jù)，再由底層的通訊模塊發(fā)送給后臺服務系統(tǒng)——數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)和上位機界面，而上位機界面和數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)又通過后臺服務系統(tǒng)分別與11 個子功能模塊進行通訊和數(shù)據(jù)交互。

總體方案邏輯圖如圖1 所示。

圖1 總體方案邏輯圖Fig. 1 The overall program logic diagram

3.2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)功能可以分為3 個模塊，分別是：用戶信息管理模塊，安全殼檢測信息儲存模塊，缺陷記錄檢索和缺陷分布圖繪制模塊。

為了能夠?qū)?shù)據(jù)信息進行操作， 必須首先通過數(shù)據(jù)庫SQLite 技術(shù)中database_connection 對象，利用SQLite3_open（）接口函數(shù)建立起數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)庫之間的聯(lián)系。 代碼如下：

CDVP_VCApp *m_app = （CDVP_VCApp *）AfxGetApp（）；

int rc ；

rc = SQLite3_open（"DataBaseName.db"，&m_app－＞db）；

//建立或者連接數(shù)據(jù)庫，并命名為“DataBaseName”

if （rc）

{fprintf （stderr，"cannot open databasename:% s. "，SQLite3_errmsg（m_app－＞db））；

return ；}

else

{printf（"open databasename successfully. "）；}

char *Crack_Pic_info_table = "CREATE TABLE Crack_Pic_info_table（

電站NVARCHAR（100），缺陷區(qū)域NVARCHAR（100），X坐標REAL（100），Y 坐標REAL（100），缺陷編號CHAR（100），缺陷類型NVARCHAR（100），缺陷狀態(tài)NVARCHAR（100），幾何特性NVARCHAR（100），觀察特性NVARCHAR（100），附屬特性NVARCHAR（100），長度REAL（100），面積REAL（100）， 縫 寬 REAL （100）， 時 間CHAR （100）， 備 注NVARCHAR（100））；"；

//在 數(shù) 據(jù) 庫 “DataBaseName” 中 建 立 數(shù) 據(jù) 表“Crack_Pic_info_table”，即裂縫缺陷信息

char *Login_info_table = "CREATE TABLE Login_info_table（登錄用戶名NVARCHAR（100），登 錄密碼NVARCHAR（100），登錄用戶類型NVARCHAR（100））；"；

//在 數(shù) 據(jù) 庫 “DataBaseName” 中 建 立 數(shù) 據(jù) 表“Login_info_table”，即用戶信息。

SQLite3_exec （m_app－＞db， Crack_Pic_info_table， 0， 0，&m_app－＞zErrmsg）；

SQLite3_exec （m_app －＞db， Login_info_table， 0， 0，&m_app－＞zErrmsg）；

3.2.1 用戶信息管理模塊

為了保障信息安全，防止安全殼監(jiān)測信息遭到不必要的泄漏，本數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)引入了嚴格的用戶信息管理機制，只有得到授權(quán)的用戶才能憑借各自用戶名和密碼登陸數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，進行數(shù)據(jù)操作。

用戶可以分為兩種：普用用戶和管理員，普通用戶只能瀏覽安全殼檢測信息和進行裂縫信息錄入工作，沒有管理賬號的權(quán)限。管理員可以管理賬戶信息，添加或是刪除用戶。其登錄和管理界面如圖2、圖3 所示[4－5]。

圖2 安全殼外觀缺陷檢測系統(tǒng)－登錄界面Fig. 2 The defect detection system of containment shell appearance－Login interface

圖3 安全殼外觀缺陷檢測系統(tǒng)－管理用戶界面Fig. 3 The defect detection system of containment shell appearance－Management user interface

管理員通過“管理用戶”界面，后臺程序執(zhí)行相應的SQL語句："INSERT INTO Login_info_table VALUES （'%s'，'%s'，'%s'）；" ，達到添加新用戶的目的，并可以賦予其相應的管理權(quán)限?？丶﨤ist Control 不僅能夠?qū)z索到的符合條件的用戶信息顯示到界面上， 而且通過SQLite 中的API 函數(shù)SQLite3_get_table（db， m_sql， &dResult， &nRow， &nColumn，&zErrmsg ）， 可以使其與建立的數(shù)據(jù)庫文件“DataBaseName.db”聯(lián)系起來，實時反饋數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息。

“ 登 錄”界面，則通過將所填信息與數(shù)據(jù)表“Login_info_table”一一比對，從而判斷登錄信息是否有效，以及管理權(quán)限是否開放。

3.2.2 安全殼檢測信息儲存模塊

攝像頭拍攝到安全殼外表的實時畫面后，將視頻數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)卡上傳到上位機，并按照一定格式保存在上位機硬盤中。 與此同時，運行在上位機的圖像處理軟件將會處理拍攝到的畫面，從中識別出裂縫，并采用軟件手段計算出裂縫的長度、寬度、嚴重程度等信息，該部分信息將會作為裂縫的屬性在上位機軟件界面上顯示出來。 界面如圖4 所示。

在此模塊中，需要將裂縫的圖片信息以“jpg”或者其他格式存儲到數(shù)據(jù)表“Crack_Pic_info_table”中，而圖片是大容量的二進制數(shù)據(jù)，所以我們不能像處理普通的文本那樣簡單的插入或者查詢， 為此，SQLite 提供了一組函數(shù)來處理這種BLOB 字段類型的數(shù)據(jù)，以下為程序執(zhí)行過程：

1）建立與數(shù)據(jù)表“Crack_Pic_info_table”之間的聯(lián)系：

SQLite3_prepare（db， "insert into Crack_Pic_info_table values （'m.jpg'，?）；"， －1， &stat， 0）；此語句中“？ ”表示待插入的圖片的二進制數(shù)據(jù)；

2）利用二進制文件處理函數(shù)，將圖片'm.jpg' 的二進制信息寫入char 型指針jpg_file 中；

3） 執(zhí) 行BLOB 數(shù) 據(jù) 操 作：SQLite3_bind_blob（stmt，1，jpg_file，jpg_size，NULL）；

4）執(zhí)行綁定之后的SQL 語句：SQLite3_step（stat）。

3.2.3 缺陷記錄檢索和缺陷分布圖繪制模塊

安全殼檢測信息儲存模塊將獲得的裂縫信息， 如圖片、缺陷區(qū)域、 坐標、 缺陷類型等等參數(shù)， 存儲到數(shù)據(jù)庫文件“DataBaseName.db”中，缺陷記錄檢索模塊可以通過輸入相應的條件來匹配或者部分匹配符合條件的數(shù)據(jù)，并顯示在控件List Control 中。 界面如圖5 所示[5]。

圖5 缺陷記錄檢索界面Fig. 5 Defect record retrieval interface

圖6 缺陷分布圖繪制界面Fig. 6 Defect distribution mapping interface

上位機軟件識別到裂縫后，會由裂縫信息存儲模塊將裂縫對應的編號，長度，寬度，坐標，嚴重程度記錄在數(shù)據(jù)庫中對應的位置進行保存，為了更加清晰的表達出裂縫所處的位置，我們將會在一個二維展開平面上，按照坐標關系將裂縫對應的位置做出標記。 標記的顏色表示裂縫的嚴重程度，如圖6 所示。 在這里，數(shù)據(jù)庫只需要向上位機軟件傳遞四個參數(shù)（裂縫編號，X 坐標，Y 坐標，嚴重程度），然后由上位機軟件在已有的圖片上對應位置繪點即可。

4 結(jié) 論

以核電站實際工程項目應用為背景， 以解決無法安全、高效的檢測并記錄安全殼外表面裂縫信息難題為目的，開發(fā)出了安全殼外表面缺陷檢測系統(tǒng)，并通過比較SQLite 技術(shù)與SQL Server 之間的優(yōu)缺點，最終選擇SQLite，并將其成功地應用到了VS2008 開發(fā)平臺上，以用戶信息管理模塊，安全殼檢測信息儲存模塊，缺陷記錄檢索和缺陷分布圖繪制模塊為依托，實現(xiàn)了登錄系統(tǒng)的權(quán)限設置，缺陷信息參數(shù)的存儲，以及缺陷記錄的檢索和分布圖繪制等主要功能。 實踐表明，該系統(tǒng)能滿足核電站工程應用，它不僅可以將機器人探測到的裂縫圖像信息存儲到數(shù)據(jù)庫，而且能夠根據(jù)需要隨時查看各種裂縫信息，來進行分析比對。

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