淺論橋梁結構健康監測系統的“體系架構”

最早提到架構一詞往往是在C/S和B/S架構之間進行區分，以這個概念來看當前的橋梁監測系統軟件大多數都是B/S架構。我們早期談論橋梁監測系統的時候，往往把系統分成傳感器子系統、數據采集與控制子系統、數據傳輸子系統、數據管理與處理子系統以及橋梁評估子系統等模塊，我們稱之為橋梁監測系統的組成結構。早期的軟件是分設的，有采集軟件，有數據管理與處理軟件，有橋梁評估軟件等等。第二代橋梁監測系統最大的特點是軟件平臺化，各類功能集成于一個軟件平臺。站在軟件角度，有感知層、數據層和業務層之劃分，這些是組成結構還是系統架構？

題目中的“架構”究竟指的是什么呢？有監測系統組成結構的內容，有軟件架構的內容，更有整個監測體系如何構成的，以及如何分工等內容，索性給起一個不太嚴謹的說法“體系架構”。如果把橋梁監測系統簡單地理解為“硬件+軟件=系統”，那么體系架構是固定的，“用戶”或者“客戶”須適應系統，而非系統適應“客戶需求”，如此用什么軟件就是什么體系架構。如果整個監測系統是個系統化的體系，背后有一個強大的技術生態在推動著系統的建設、運維和數據分析等工作，整個體系設計需要針對客戶面臨的不同情況，客戶不同需求而設計，“體系架構”就值得研究。此外，一個大規模的橋梁監測系統是簡單系統的數量型累加？還是走專業技術分工深化，專業的人做專業的事？不同的設計，體系架構隨之也會不同。從這個角度來看，體系架構是一個大規模橋梁監測系統的“綱領”，是對圍繞系統各項工作的“組織化”，或“體系化”或“結構化”。

案例1.如圖1所示，某橋梁業主有兩座（兩座也可以是多座）橋梁安裝監測系統。橋梁上傳感器數據傳輸到數據采集站DAU，每座橋梁3個數據采集站，數據匯聚到橋頭交換機，然后通過有線或無線方式將數據傳輸到監控中心。監控中心有針對采集設備的采集控制子系統，有數據分析與管理子系統，也有基于監測數據的分析評估子系統等。這是一個比較傳統的體系架構。

案例2.某橋梁業主需要對多座橋梁進行監測，由于橋梁數量較多，監測系統規模較大。軟件體系中按硬件中臺、數據中臺和監測中臺分模塊化設計。同時交通運輸廳將省級數據平臺建設任務委托該業主，省級數據平臺需要接入其他業主的橋梁監測數據，同時能夠向交通運輸部部級數據平臺傳送數據。圖2，是針對這種情況的一個“體系架構”設計。在這個體系架構下，省高速集團可以將自家橋梁監測系統的數據中臺升級為省級數據平臺，而其他業主不再單獨開發數據中臺（節約成本），也將省級數據平臺作為自家數據中臺使用，同時向省高速集團給付數據托管費用（費用可能會低于自建數據中臺成本）。這個省級數據平臺僅僅發揮數據管理的作用，存入的是全省所有橋梁監測系統的全集數據，一方面利于省交通廳對數據的監管，另一方面可以按部級平臺要求，有選擇性地上傳相關數據。這種體系架構需要數據傳輸網絡比較發達，速率也比較快，從而使得自建數據中臺跟使用他家數據中臺的數據傳輸效率是幾乎相同的。

案例3.有些省份，省高速集團橋梁監測系統建設規模較大，其他業主只有零零散散的橋梁需要監測。省高速集團可以對其他業主提供監測服務，體系架構如圖3。其他業主的橋梁上只需安裝硬件，數據直接傳輸到省高速集團，省高速集團基于自家的監測體系為其他業主提供硬件中臺、業務中臺以及數據中臺服務。

案例4.某地區大規模橋梁監測系統，業主將系統分成11個標，一個標是軟件平臺，該軟件平臺指定某智慧城市公司開發，將200座橋梁分成10個標，分別由10家有橋梁監測系統實施經驗的公司實施，10家監測系統公司都有自己的軟件平臺。體系架構設計如圖4，由于智慧公司對橋梁專業不懂，可以將其軟件功能限定在“數據中臺”范疇，智慧公司做數據底座這類開發比較擅長。而10家監測系統服務公司仍然提供監測軟件，只不過可以不包涵數據中臺功能，而更多著眼于硬件中臺和數據分析的業務中臺上。如此形成10家監測系統服務公司各用自家軟件的“分布式監測”的項目體系。

案例5.某央企集團投資建設了n條高速公路，分布于全國多個省份，每條高速公路均成立了投資運營公司負責建設和運營，也是成本核算的基本單位。體系架構設計如圖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，當地橋梁監測系統數據能夠直接上傳到省級數據中心，所有監測數據匯聚到集團數據底座中，用于統一數據分析和應用，同時搭建集團級軟件平臺。

案例6.某業主遵從了我們第三代的模式，按不同專業進行技術分工深化，系統體系架構設計如圖6。值得說明的是，圖6體系架構可以與上述圖1-5體系架構相融合，又可以衍生出多種新的體系架構出來。

從上面幾個案例來看，橋梁監測系統——尤其是大規模系統——的體系架構不是固定一成不變的，而是根據不同業主面臨的不同情況，不同的需求而設計。體系架構設計要充分考慮監測系統背后整個的技術生態，使得不同服務主體和管理主體都能在整個體系架構下有分工，有協同，共同服務于整個監測系統，使其發揮更大的功效。