桥梁健康监测平台开发文档分享

 

本文旨在分享开发过程，按需自取，仅供参考。

 

 

一、项目概述

1.1 项目目标

建设一套面向公路/市政桥梁的结构健康监测管理平台，实现桥梁基础信息管理、传感器数据统一接入、实时状态可视化、智能告警、数据分析与健康评估的全流程闭环，满足桥梁管养单位日常监测、风险预警、趋势分析的业务需求。

1.2 业务范围

· 桥梁基础档案与传感器设备全生命周期管理

· 多类型监测数据的接入、存储、清洗、展示

· 多级阈值告警与告警全流程处置管理

· 桥梁健康状态自动评估与分级展示

· 监测数据趋势分析、统计报表导出

· 平台用户、权限、操作日志等系统管理

1.3 角色权限

角色	权限范围
系统管理员	全平台功能权限、用户 / 角色 / 权限配置、系统参数设置、数据备份恢复
监测工程师	桥梁 / 设备管理、数据查看、告警规则配置、告警处置、报表导出
养护管理员	桥梁状态查看、告警信息查看、报表查看、无配置权限
访客	仅可查看总览大屏、桥梁健康状态统计，无操作权限

二、系统总体架构

2.1 分层架构定义

1. 感知层：各类桥梁监测传感器与采集设备，负责原始数据采集

o 传感器类型：应变计、应力计、挠度传感器、振动加速度计、温湿度传感器、裂缝计、位移计、IP 摄像机

o 通信协议：ModBus-RTU/RS485、MQTT、HTTP、GB/T 28181（视频流）

2. 传输层：边缘网关 + 网络传输，负责数据汇聚、预处理、加密上报

3. 数据层：数据存储核心，分类存储不同类型数据

o 关系型数据库：存储业务数据、档案数据、配置数据

o 时序数据库：存储高频监测时序数据

o 缓存数据库：存储实时状态、热点数据、会话信息

o 消息队列：承接设备上报数据，解耦接入与处理逻辑

4. 服务层：核心业务逻辑层，提供数据接入、告警引擎、健康评估、数据查询等标准化接口

5. 应用层：业务功能模块，对应前端页面的业务能力支撑

6. 展示层：Web 管理端、数据大屏端、小程序

2.2 技术栈

层级	技术选型
后端开发	Java 17+Spring Boot 3.x+MyBatis-Plus
前端开发	Vue 3+Vite+Element Plus 组件库
关系数据库	MySQL 8.0
时序数据库	InfluxDB 2.7
消息中间件	EMQX（MQTT 接入）+Redis 7.x（缓存）
部署方式	Docker+Docker Compose 容器化部署
接口规范	RESTful 风格接口，统一返回格式

3.1 桥梁基础信息表（bridge_info）

字段名	数据类型	必填	字段说明
bridge_id	bigint	是	桥梁唯一 ID，主键
bridge_name	varchar(100)	是	桥梁名称
bridge_code	varchar(50)	是	桥梁编号，唯一
bridge_type	varchar(30)	是	桥型（梁桥 / 拱桥 / 斜拉桥 / 悬索桥等）
total_length	decimal(10,2)	否	桥梁总长（米）
span_count	int	否	跨数
build_year	int	否	建成年份
admin_org	varchar(100)	否	管养单位
province	varchar(30)	是	所属省份
city	varchar(30)	是	所属城市
address	varchar(200)	否	详细地址
longitude	decimal(10,6)	是	经度
latitude	decimal(10,6)	是	纬度
health_level	tinyint	是	当前健康等级（1 - 优秀 / 2 - 良好 / 3 - 合格 / 4 - 预警 / 5 - 危险）
status	tinyint	是	状态（1 - 正常 / 2 - 停用）
create_time	datetime	是	创建时间
update_time	datetime	是	更新时间

3.2 传感器设备档案表（sensor_device）

字段名	数据类型	必填	字段说明
sensor_id	bigint	是	传感器唯一 ID，主键
sensor_code	varchar(50)	是	设备编号，唯一
bridge_id	bigint	是	所属桥梁 ID
sensor_type	varchar(30)	是	监测类型（strain 应变 /stress 应力 /deflection 挠度 /vibration 振动 /temp 温度 /humidity 湿度 /crack 裂缝 /displacement 位移 /video 视频）
install_position	varchar(100)	是	安装位置（如：1# 跨主梁底板）
manufacturer	varchar(50)	否	生产厂家
model	varchar(50)	否	设备型号
measure_range	varchar(50)	否	量程
precision	varchar(30)	否	精度
protocol	varchar(20)	是	通信协议（modbus/mqtt/http/28181）
collect_freq	int	是	采集频率（秒 / 次）
install_date	date	否	安装日期
status	tinyint	是	设备状态（1 - 在线 / 2 - 离线 / 3 - 故障 / 4 - 停用）
last_online_time	datetime	否	最后在线时间
create_time	datetime	是	创建时间
update_time	datetime	是	更新时间

3.3 监测时序数据表（monitor_data）

· 标签（Tag）：sensor_id、bridge_id、sensor_type

· 字段（Field）：value（float，监测数值）、quality（int，数据质量码：0 - 正常 / 1 - 异常 / 2 - 缺失）

· 时间戳：collect_time（纳秒级精度，数据采集时间）

3.4 告警规则配置表（alarm_rule）

字段名	数据类型	必填	字段说明
rule_id	bigint	是	规则 ID，主键
rule_name	varchar(100)	是	规则名称
sensor_type	varchar(30)	是	适用传感器类型
alarm_level	tinyint	是	告警级别（1 - 紧急 / 2 - 重要 / 3 - 一般 / 4 - 提示）
trigger_type	varchar(20)	是	触发类型（threshold 阈值 /mutation 突变 /offline 离线）
threshold_max	decimal(10,3)	否	上限阈值
threshold_min	decimal(10,3)	否	下限阈值
持续点数	int	是	连续 N 个采集点超阈值才触发
enabled	tinyint	是	是否启用（1 - 启用 / 0 - 禁用）
create_time	datetime	是	创建时间

3.5 告警事件记录表（alarm_event）

字段名	数据类型	必填	字段说明
event_id	bigint	是	事件 ID，主键
sensor_id	bigint	是	触发告警的传感器 ID
bridge_id	bigint	是	所属桥梁 ID
alarm_level	tinyint	是	告警级别
alarm_type	varchar(20)	是	告警类型
trigger_value	decimal(10,3)	是	触发时的监测值
threshold_value	decimal(10,3)	是	对应阈值
trigger_time	datetime	是	触发时间
recover_time	datetime	否	恢复时间
handle_status	tinyint	是	处置状态（1 - 未处理 / 2 - 处理中 / 3 - 已处理 / 4 - 已忽略）
handle_user	varchar(50)	否	处置人
handle_remark	varchar(500)	否	处置说明
handle_time	datetime	否	处置时间

3.6 系统核心基础表

· 用户表（sys_user）：用户 ID、用户名、密码、姓名、角色 ID、状态、创建时间

· 角色表（sys_role）：角色 ID、角色名称、角色标识、权限标识集合

· 操作日志表（sys_log）：日志 ID、用户、操作模块、操作内容、IP、时间、结果

 

四、分级功能清单（四级拆解，100% 覆盖要求）

一级菜单1：监测总览

· 二级菜单：综合大屏

o 功能页面：平台总览大屏

o 操作项：GIS 地图展示所有桥梁分布及健康状态色标、核心指标统计卡片（桥梁总数、在线设备数、今日告警数、健康等级占比）、告警实时滚动列表、健康趋势统计图、按区域 / 桥型筛选

· 二级菜单：桥梁总览

o 功能页面：桥梁列表页

o 操作项：桥梁列表展示、按名称 / 编号 / 健康等级 / 区域筛选、新增 / 编辑 / 删除桥梁、查看桥梁详情、导出桥梁列表

一级菜单2：实时监测

· 二级菜单：单桥监测

o 功能页面：单桥监测详情页

o 操作项：桥梁立面 / 平面示意图展示、传感器点位标注及状态色标、实时数据列表（分类型展示最新数值）、选中传感器查看 24 小时趋势曲线、查看当前桥梁未处理告警、切换监测类型

· 二级菜单：实时数据

o 功能页面：实时数据列表页

o 操作项：按桥梁 / 传感器类型 / 时间筛选、数据列表分页展示、数据质量标识、导出当前数据、跳转传感器详情

一级菜单3：设备管理

· 二级菜单：传感器管理

o 功能页面：传感器列表页

o 操作项：按桥梁 / 类型 / 状态筛选、新增 / 编辑 / 删除传感器、查看传感器详情、启用 / 停用设备、批量导入导出、查看设备历史数据趋势

· 二级菜单：设备状态监控

o 功能页面：设备状态统计页

o 操作项：在线 / 离线 / 故障设备数量统计、离线设备列表、设备离线时长统计、批量导出

一级菜单4：告警管理

· 二级菜单：实时告警

o 功能页面：当前告警列表页

o 操作项：按级别 / 桥梁 / 类型 / 时间筛选、告警列表分页展示、告警确认、告警处置（填写处置说明）、忽略告警、查看告警详情

· 二级菜单：历史告警

o 功能页面：历史告警查询页

o 操作项：多条件组合筛选、告警统计分析、导出告警记录、查看告警处置详情

· 二级菜单：告警规则

o 功能页面：告警规则配置页

o 操作项：新增 / 编辑 / 删除规则、启用 / 禁用规则、按传感器类型筛选、规则复制

一级菜单5：数据分析

· 二级菜单：趋势分析

o 功能页面：数据趋势分析页

o 操作项：选择桥梁 + 传感器、选择时间范围、生成趋势曲线图、多传感器对比、数据导出 Excel

· 二级菜单：健康评估

o 功能页面：桥梁健康评估页

o 操作项：查看单桥健康评分、各指标权重占比、健康等级变化趋势、评估报告导出

· 二级菜单：统计报表

o 功能页面：报表生成页

o 操作项：日报 / 周报 / 月报切换、选择桥梁范围、自动生成统计报表、报表预览、PDF/Excel 导出

一级菜单6：系统管理

· 二级菜单：用户管理

o 操作项：用户新增 / 编辑 / 删除、重置密码、启用 / 停用账号、分配角色

· 二级菜单：角色管理

o 操作项：角色新增 / 编辑 / 删除、权限配置、数据范围配置

· 二级菜单：操作日志

o 操作项：按用户 / 时间 / 模块筛选、日志列表查看、日志导出

· 二级菜单：系统参数

o 操作项：数据存储周期配置、告警推送配置、平台基础信息设置

 

五、界面与交互

5.1 全局布局规范

· 采用「左侧固定导航栏 + 顶部状态栏 + 右侧主内容区」的标准后台管理布局

· 左侧导航：一级菜单展开二级菜单，支持折叠收起

· 顶部状态栏：显示平台 logo、当前用户、退出登录、消息通知入口

· 内容区：页面标题 + 筛选栏 + 数据表格 / 图表区域，统一内边距

 

5.2 视觉与组件规范（萝卜青菜，各有所爱-自由发挥）

· 组件库：统一使用 Element Plus 原生组件

· 主色调：#165DFF（科技蓝）

· 告警色：紧急#F53F3F、重要#FF7D00、一般#FFAA00、提示#168CFF

· 健康等级色：优秀#00B42A、良好#165DFF、合格#FFAA00、预警#FF7D00、危险#F53F3F

· 表格规范：默认每页20条，支持分页切换、列宽自适应、行悬停高亮

5.3 通用交互规则

· 新增 / 编辑操作：居中弹窗形式，必填项标红*，提交前做表单校验

· 删除操作：二次确认弹窗，防止误删

· 详情查看：弹窗或新页面打开，字段与列表对应

· 数据刷新：实时类页面默认30秒自动刷新，支持手动刷新

· 权限控制：无权限的菜单 / 按钮默认隐藏，不得置灰显示

 

六、核心业务规则与算法定义

6.1 数据接入与处理规则

1. 数据上报校验：上报数据必须包含合法的传感器编号，非法设备数据直接丢弃

2. 异常值过滤：采用3σ原则识别异常值，标记数据质量码为异常，不参与告警触发与健康计算

3. 数据补全：短时间缺失数据（≤5个采集点）采用线性插值补全，长时间缺失标记为缺失

4. 数据聚合：小时级、日级数据自动聚合计算（最大值、最小值、平均值），用于历史趋势分析

5. 离线判定：超过3倍采集频率未收到数据，判定设备离线，触发离线告警

6.2 告警管理规则

1. 告警分级定义

o 紧急：结构关键指标严重超阈值，可能引发结构安全事故

o 重要：指标超阈值，需立即关注处置

o 一般：指标接近阈值，需持续观察

o 提示：设备离线、数据异常等通知类信息

2. 触发逻辑：连续N个采集点数值超出阈值范围，才触发告警，避免误报

3. 恢复逻辑：连续N个采集点数值回归阈值范围内，自动生成告警恢复记录

4. 告警去重：同一传感器同一类型告警，未处置前不重复生成新告警事件

6.3 桥梁健康评估规则

1. 评估周期：每日凌晨自动计算前一日桥梁健康评分

2. 评分方式：百分制，按监测类型分配权重（可配置），示例权重：应力 30%、挠度 25%、振动 20%、裂缝 15%、环境 10%

3. 等级划分：≥90 优秀、80-89 良好、70-79 合格、60-69 预警、<60 危险

4. 单项扣分：指标超阈值按超出比例扣分，设备离线按比例扣对应项分数