近紅外纖維成分無損檢測共享數(shù)據(jù)庫的構建及實現(xiàn)

張后兵 涂紅雨 陳麗華 劉永海 李賢良 王國民

摘要：近年來近紅外纖維定量分析技術取得了一定的突破，但同時也面臨著推廣應用難題。通過對近紅外技術在紡織纖維無損定量分析中存在的主要問題進行分析，結合檢測機構的應用現(xiàn)狀，成功構建近紅外纖維成分無損檢測共享譜圖數(shù)據(jù)庫。共享數(shù)據(jù)庫基于B/S架構并采用主流的springMVC3.0+spring4.0+Hibernate核心開發(fā)框架，采用MySQL5.1和Redis緩存技術以及Nginx反向代理技術，使用JEECG富客戶端，Linux OS6.0配合Tomcat7.0的服務器系統(tǒng)構成。通過聯(lián)網(wǎng)應用測試，近紅外纖維成分無損檢測共享數(shù)據(jù)庫譜圖上傳、下載功能正常，共享的譜圖資源在不同設備能夠有效運行。近紅外纖維成分譜圖數(shù)據(jù)庫的建立，將有助于突破單一實驗室近紅外纖維成分譜圖資源少、種類少、開發(fā)譜圖資源難度大的技術瓶頸，為近紅外纖維成分無損檢測的普及應用提供了一種便捷途徑。

關鍵詞：纖維成分;無損檢測;近紅外譜圖數(shù)據(jù)庫;共享數(shù)據(jù)庫;校正模型

中圖分類號：TS107

文獻標志碼：A

文章編號：1009-265X（2019）01-0051-05

纖維成分是決定一件紡織品的舒適感和使用壽命的基本要素，是紡織產(chǎn)品的重要品質(zhì)指標之一，也是決定服裝產(chǎn)品價值的重要因素之一。消費者往往依據(jù)明示纖維成分含量來選購紡織服裝產(chǎn)品，當纖維成分及其含量標注不清楚或與實測結果存在較大差異時，會嚴重影響產(chǎn)品的舒適性能和使用壽命，特別是對于高檔產(chǎn)品，還會誤導消費者，造成消費欺詐，引起消費者對品牌質(zhì)量的質(zhì)疑。因此，纖維成分的判定長期成為執(zhí)法部門紡織服裝產(chǎn)品監(jiān)督抽查、風險監(jiān)測、反欺詐等的必檢項目。近年來針對紡織品、服裝的快速、無損檢測技術的研究得到了較多科研部門的積極響應，近紅外光譜作為快速、無損的檢測技術在紡織纖維的品種鑒別中也得到了廣泛的關注，國內(nèi)外針對纖維含量近紅外光譜分析方法展開了大量應用研究[1]，但總體進展相對比較緩慢，現(xiàn)有的研究均針對一些纖維鑒別的個案展開，不具備鑒別混紡織物的普適性[2]。

1近紅外光譜分析在紡織品纖維成分檢測研究存在的主要問題

近紅外光譜法是20世紀90年代以來發(fā)展最快、最引人注目的光譜分析技術。其中，近紅外技術在紡織品上的應用研究主要集中在近十來年，其被證實它可在不破壞檢測對象的情況下幾分鐘甚至幾秒內(nèi)完成對檢測對象的分析。近紅外光譜分析法是一種間接分析技術，在對未知紡織樣品進行分析之前需要搜集一批用于建立定量模型的校正樣品，通過近紅外光譜儀器測得的樣品光譜數(shù)據(jù)和定量模型進行對比，從而得到樣品的分析數(shù)據(jù)。

受紡織品樣品纖維成分、組織結構、顏色、平方米質(zhì)量、染料、測試方式等因素的影響，紡織品纖維的近紅外光譜特征也在發(fā)生變化，要建立纖維成分檢測無損數(shù)據(jù)庫需要建立成千上萬種各種成分比例的譜圖模型。據(jù)王京力等[3]研究文獻記載，以理論上常用23種纖維考慮最大5種纖維組份組合，纖維成分有44 528組組合，按5%間隔建立模型，需139 311 667個樣品數(shù)據(jù)點。其通過3年時間從實際市面收集的22 248個樣，只做到了2 250個數(shù)據(jù)點。而從近幾年研究成果來看，近紅外技術在紡織品纖維成分檢測領域主要涉及5個SN/T相關標準，包括聚酯纖維與棉、聚酯纖維與聚氨酯彈性纖維、聚酰胺纖維與聚氨酯彈性纖維、棉與聚氨酯彈性纖維、聚酯纖維與粘膠纖維等[4—8]，相對于近萬種纖維成分組合，近紅外技術在紡織纖維成分定量分析方面的應用還只是邁出了萬里長征的第一步。綜合文獻[1—9]研究，目前面臨的主要問題為：a）雖然近年來近紅外定量分析技術在醫(yī)療領域、農(nóng)產(chǎn)品、食品等領域得到了廣泛應用，但主流近紅外檢測設備廠商均無法提供纖維定量建模所需譜圖資源;b）纖維定量建模所需樣品收集難、化學定量分析工作量大，單一機構幾乎不可能完成;c）各自為政的譜圖庫建設導致各檢測機構重復投入大量人力、物力和財力，且現(xiàn)有纖維定量建模所需譜圖資源極其分散，譜圖資源無法共享共用。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，共享經(jīng)濟已成為時代發(fā)展的必然趨勢，網(wǎng)絡上涌現(xiàn)了一大批共享數(shù)據(jù)庫，例如百度文庫、豆丁網(wǎng)、道客巴巴、愛問共享等網(wǎng)絡文檔開放平臺，可以方便用戶存儲和獲取資源，但是這些平臺均是按照主題分類，通過主題、摘要關鍵詞進行資源上傳和匹配獲取資源，提供的資源無法滿足用戶實際需求[10]。與此同時，國內(nèi)的部分檢測機構也都開始嘗試建立近紅外譜圖數(shù)據(jù)庫，其中江西出入境檢驗檢疫局檢驗檢疫綜合技術中心的“基于物聯(lián)網(wǎng)的紡織纖維成分快速檢測—近紅外數(shù)據(jù)處理中心的建立與示范”項目應該說是比較大的一個突破，但其主要側(cè)重于通過物聯(lián)網(wǎng)技術協(xié)助其他機構進行譜圖分析[11]，應用范圍受限，無法滿足各個實驗室自行分析處理數(shù)據(jù)的需求。此外，伯樂公司宣稱收藏有世界上最全面、最優(yōu)秀的光譜，但其數(shù)據(jù)庫中僅包含3 800張近紅外譜圖，且譜圖主要內(nèi)容由Wiley Chemical Concepts提供，只包含常見有機物[12]。由此可見，在“互聯(lián)網(wǎng)+”的新形勢下，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)庫及數(shù)據(jù)庫的運行模式均無法解決近紅外光譜分析在紡織品纖維定量無損檢測研究中的普及應用問題。

2近紅外纖維成分無損檢測共享數(shù)據(jù)庫的構建

2.1共享數(shù)據(jù)庫的系統(tǒng)架構

云存儲是指通過集群應用、網(wǎng)格技術或分布式文件系統(tǒng)等功能，將網(wǎng)絡中大量各種不同類型的存儲設備通過應用軟件集合起來協(xié)同工作，共同對外提供數(shù)據(jù)存儲和業(yè)務訪問的功能[13]。本近紅外纖維成分無損檢測共享數(shù)據(jù)庫擬通過利用云存儲空間的模式，搭建共享數(shù)據(jù)庫平臺，進而通過平臺連接數(shù)據(jù)庫和用戶。共享數(shù)據(jù)庫具有三次系統(tǒng)架構，包括應用層、系統(tǒng)服務層、云存儲層，見圖1。

應用層：應用層由檢測機構的用戶組成，無論在任何地方，任何一個授權用戶通過平臺都可以登錄到共享數(shù)據(jù)庫平臺，并讀取云存儲數(shù)據(jù)庫平臺中的共享數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)服務層：即共享數(shù)據(jù)庫平臺，系統(tǒng)服務層是云存儲平臺中可以靈活擴展的、直接面向用戶的部分。根據(jù)用戶需求，開發(fā)出特定的應用接口，滿足各種用戶的需求。

存儲層：存儲層是云存儲最基礎的部分。可以把每個譜圖當做一個存儲系統(tǒng)，把每一個存儲系統(tǒng)看成“譜圖云”的一個存儲節(jié)點，通過虛擬化技術將不同物理點的存儲節(jié)點連接起來，形成邏輯上的整體，這樣就形成了近紅外譜圖數(shù)據(jù)的存儲云，每一個檢測機構的數(shù)據(jù)都在這片云中。

2.2共享數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)

2.2.1技術簡介

近紅外纖維成分無損檢測共享譜圖數(shù)據(jù)庫是基于B/S（瀏覽器端/服務器端）架構的網(wǎng)絡共享數(shù)據(jù)庫平臺，B/S架構設計便于用戶隨時進行譜圖文件上傳和下載。平臺采用主流的springMVC3.0+spring4.0+Hibernate核心開發(fā)框架，以及使用JEECG富客戶端開發(fā)框架。數(shù)據(jù)庫則采用的是MySQL5.1，并采用主流的Redis緩存技術以及Nginx反向代理技術。服務器系統(tǒng)采用的是Linux OS6.0配合Tomcat7.0，突出共享圖譜數(shù)據(jù)庫的安全性能。

2.2.2方案設計

近紅外纖維成分無損檢測共享譜圖數(shù)據(jù)庫系單用戶登錄管理平臺，并且采用在管理端綁定用戶的IP地址與MAC地址，真正做到了“人、機、網(wǎng)”三合一的安全效果，即只知道用戶名和密碼是無法登錄共享數(shù)據(jù)庫平臺，且還需要用戶在特定的網(wǎng)絡和指定的電腦上才有權限操作共享譜圖數(shù)據(jù)庫。為了鼓勵譜圖數(shù)據(jù)共享，平臺采取積分制的上傳下載模式，用戶上傳譜圖獲取積分，下載譜圖消耗積分，上傳的譜圖被下載獎勵積分。

2.2.3數(shù)據(jù)庫的實現(xiàn)

為了實現(xiàn)上述功能，近紅外纖維成分無損檢測譜圖共享數(shù)據(jù)庫主要通過管理系統(tǒng)及PC端展示頁面，實現(xiàn)功能包括：用戶管理、權限管理、設備管理、類別管理、譜圖管理、日志列表、積分管理、在線支付、黑名單管理、檢測類型管理、日志管理、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等功能，見圖2。

由于共享數(shù)據(jù)庫平臺用戶固定，本平臺不需要配置專門的角色管理模塊，在用戶管理上僅區(qū)分超級管理用戶和普通用戶即可。考慮到譜圖安全性以及譜圖溯源特性，用戶除使用常規(guī)密碼加密之外，另需綁定電腦的MAC地址和網(wǎng)絡IP地址作為聯(lián)合綁定條件，MAC地址和IP地址獲取流程見圖3。

具備登錄條件的用戶需在指定電腦的特定網(wǎng)絡中方可登錄系統(tǒng)，并對數(shù)據(jù)庫平臺中的圖譜文件進行相應權限的操作。用戶管理中設用戶黑名單，管理員可以根據(jù)實際情況錄入黑名單（IP、MAC地址），用戶訪問系統(tǒng)時，系統(tǒng)會根據(jù)用戶的IP地址或者MAC地址自動攔截黑名單里所存在的用戶，黑名單用戶將無法訪問系統(tǒng)。頁面將提示友好信息，最終實現(xiàn)黑名單與白名單雙重保護。

系統(tǒng)權限分為圖譜列表、添加圖譜、刪除圖譜、下載圖譜和上傳圖譜。管理員可以根據(jù)實際情況給用戶分配權限，即用戶可以看到哪些圖譜，具備哪些操作功能。同時，管理員具備譜圖審核功能，所有新上傳的譜圖均需管理員審核后才能列為檢索或下載的基礎譜圖數(shù)據(jù)資源。同時，還具備譜圖停用功能，如果用戶下載譜圖后，覺得譜圖有問題，可以在平臺提出禁用請示，平臺會對譜圖進行復審，從而決定是繼續(xù)使用還是禁用問題譜圖。

c）設備管理

平臺對設備進行統(tǒng)一維護，可以實現(xiàn)添加設備、編輯設備、刪除設備等，便于設備信息的一致性和避免不同人員錄入信息的差異。

d）類別管理

通過對譜圖類別的統(tǒng)一管理，便于控制信息錄入的差異。包括類別列表、添加類別、編輯類別、刪除類別等基本功能。

e）譜圖管理

譜圖管理為共享數(shù)據(jù)庫的基本功能，也是最重要的功能。主要實現(xiàn)圖譜列表、添加譜圖、編輯譜圖、刪除譜圖等功能。

通過對不同設備之間譜圖的共性研究，近紅外纖維成分共享譜圖數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可以通過上傳3種類型的譜圖文檔，滿足不同設備和實驗室譜圖資源的需求，實現(xiàn)不同譜圖資源的共享和共用，主要包括：上傳不同設備專用譜圖文件（后綴有差異）;上傳國際通用JCAMP譜圖文檔“.dx，.cs，.jdx，.jcm”;上傳文本文檔“.txt”。此外，譜圖錄入信息包括：譜圖編號、譜圖名稱、譜圖類型、纖維成分、設備名稱、設備型號、織物平方米質(zhì)量、組織結構、織物顏色、添加時間、測定模式、變跡函數(shù)、掃描次數(shù)、分辨率、波數(shù)范圍、上傳機構、譜圖狀態(tài)、備注、操作等，每個列表參數(shù)均可作為篩選條件之一，方便使用者根據(jù)使用需要進行篩選使用。

f）日志列表

主要對用戶譜圖上傳、下載、積分等內(nèi)容進行實時統(tǒng)計和跟蹤，便于信息的核實和溯源。

g）數(shù)據(jù)統(tǒng)計

可篩選條件：時間段、用戶、設備名稱、譜圖名稱、成分類別、組份數(shù)等。

h）積分管理

通過合理設置積分管理機制，包括注冊初始積分、上傳獲取積分、下載扣除積分、被下載獎勵積分、購買積分等多種途徑的積分獲取模式，以提升平臺用戶的活躍度和參與度。

2.3共享數(shù)據(jù)庫譜圖共享要求

2.3.1譜圖編號

按照格式“上傳日期+6位數(shù)序號”系統(tǒng)自動生成。譜圖自動生成編號的功能便于將譜圖編號作為譜圖的唯一身份標識，也有利于在上傳相同名稱、同種類型的譜圖時能夠順利的區(qū)分不同的譜圖。例如，2017年9月23日上傳的第二張譜圖，系統(tǒng)自動生成的譜圖編號為：20170923000002。

2.3.2譜圖名稱

由系統(tǒng)自動生成，格式為“組份數(shù)量+譜圖類型+纖維成分”。例如，組分數(shù)量：二組份;譜圖類型：棉氨;纖維成分：94.0%棉6.0氨綸%，那么系統(tǒng)會自動生成譜圖名稱為：二組份棉氨940060。

2.3.3譜圖類型

譜圖類型需要由用戶在數(shù)據(jù)庫“譜圖類型”欄目統(tǒng)一設置，如果平臺注冊人員或用戶上傳譜圖時沒有對應的譜圖類型，用戶可在“譜圖類型”管理中添加，待管理員審核通過后方可使用。

2.3.4組份數(shù)量

在“譜圖類型”設置中事先設置好，選擇譜圖類型之后系統(tǒng)根據(jù)譜圖類型自動匹配出與“譜圖類型”一致的組份數(shù)量。

2.3.5纖維成分

每個組份用3位數(shù)表示，僅僅標注與譜圖類型相對應的纖維組份比例，不需錄入漢字。例如：譜圖類型為棉滌混紡織物，即“棉滌”，其纖維成分為“棉95.5滌綸4.5”，則“纖維成分”欄錄入格式為：955045。

2.3.6設備信息

包括“設備名稱”、“設備型號”等相關內(nèi)容，如果“選擇設備”中沒有對應的設備，需要到“設備管理”欄自行添加并通過審核之后設備才能顯示。

2.3.7掃描參數(shù)

包括測定模式、變跡函數(shù)、掃描次數(shù)、分辨率、波數(shù)范圍等。

2.3.8織物參數(shù)

織物平方米質(zhì)量、組織結構、織物顏色等。

2.3.9下載譜圖后重新生成的譜圖名稱

為了便于譜圖文件的下載和方便用戶使用譜圖，下載譜圖后系統(tǒng)自動生成新的譜圖名稱，格式“組份數(shù)量+譜圖類型+纖維成分+譜圖編號”。例如，組份數(shù)量：二組份;譜圖類型：棉氨;纖維成分：94.0%棉6.0氨綸%;譜圖編號：20170924000001，那么系統(tǒng)會自動生成譜圖名稱為“二組份棉氨94006020170924000001”。

2.3.10上傳譜圖文件后綴類型的說明

在添加設備錄入設備信息時，錄入設備允許上傳的譜圖后綴，并將后綴格式中采用半角逗“，”隔開不同后綴即可，例如允許上傳“.ispd”、“.dx”、“.cs”、“.jdx”、“.jcm”和“.txt”文件格式，在設備后綴錄入“.ispd，.dx，.cs，.jdx，.jcm，.txt”即可。

3聯(lián)網(wǎng)測試及結果

近紅外纖維成分無損檢測共享數(shù)據(jù)庫（網(wǎng)址：http：//files.cqcbec.com/）成功搭建后，通過邀請多家檢測機構及設備廠家對平臺功能及譜圖資源進行應用測試，測試結果表明平臺聯(lián)網(wǎng)和譜圖上傳、下載功能正常，下載的譜圖在不同類型的檢測設備能夠正常打開、再解析應用正常。

4結語

近紅外纖維成分無損檢測共享數(shù)據(jù)庫的成功搭建，有效實現(xiàn)了不同近紅外檢測設備纖維成分譜圖數(shù)據(jù)的綜合利用，將有助于突破單一實驗室近紅外纖維成分譜圖資源少、種類少、開發(fā)譜圖資源難度大的應用瓶頸問題，為近紅外纖維成分無損檢測的普及應用提供了一種重要的便捷途徑。其主要成果及創(chuàng)新點包括：

a）通過對不同近紅外檢測設備和譜圖資源共性的研究，搭建纖維成分無損檢測近紅外共享譜圖數(shù)據(jù)庫平臺，成功滿足不同檢測設備的譜圖下載和再解析譜圖需求，從而克服了現(xiàn)有纖維成分無損檢測近紅外譜圖資源少、難獲取、無法共享共用的缺陷;

b）共享譜圖數(shù)據(jù)庫通過上傳近紅外纖維成分譜圖資源獲取積分、下載譜圖資源扣除積分、被下載譜圖資源獎勵積分，以及購買譜圖資源獲取積分等多種方式鼓勵各檢測機構持續(xù)不斷的補充近紅外纖維成分譜圖共享數(shù)據(jù)庫，使得譜圖庫不斷壯大，達到逐步整合各檢測機構的纖維成分近紅外譜圖資源，引導實現(xiàn)混紡纖維成分近紅外無損檢測的全覆蓋，從而大力推動纖維成分無損檢測的普及應用;

c）共享譜圖數(shù)據(jù)庫平臺通過邀請注冊模式，并通過MAC地址和IP地址、用戶名、密碼的同時綁定，確保了譜圖數(shù)據(jù)資源的安全性和可追溯性。

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