1 引言

为了实现智能巡检系统的系统需求，需要开发“智能巡检后台管理端”和“智能巡检APP”做为本系统的重要组成部分。本软件采用B/S架构，管理端的人机交互界面采用VUE+ElementUI技术开发，APP端采用VUE+uniApp+uView开发。

《智能巡检系统设计》的编写目的是为了阐明系统的总体构想，明确系统建设的主要目标和主要功能，详细阐述技术方案、设计思路和相应的技术途径，确定系统的体系结构和组成。

2 引用文档

1) 《JavaScript API GL》

2) 《智能巡检系统可研分析》

3) 《智能巡检系统需求分析》

3 技术路线选择

3.1 系统体系结构

目前软件系统体系结构分为2种：

1) C/S结构，即Client/Server （客户机/服务器）结构。该结构由客户机和服务器两部分组成，需要在客户机上安装特定的客户端应用程序，与服务器上的数据库管理系统进行直接交互。

2) B/S结构，即Browser/Server (浏览器/服务器)结构。它是随着Internet技术的兴起，对C/S结构的一种优化或者改进的结构。在这种结构下，绝大部分事务逻辑由web服务器上的web应用服务实现，客户端只需要通过Web浏览器访问Web应用服务即可进行业务处理。

两种结构的对比分析如下表所示：

本系统拟部署运行在公司内部局域网络中，涉及的计算机终端多，相比之下，B/S结构在各方面的对比上更具优势，因此采用B/S结构进行建设更为合适。

3.2 系统技术途径

3.2.1 基于SpringBoot的平台开发

本软件基于SpringBoot的平台技术进行开发，Spring Boot是一个开源的Java开发框架，它简化了Spring应用程序的开发和部署过程。它提供了一种快速构建独立、可部署的Spring应用程序的方式，同时也提供了一些默认的配置和约定，使得开发者可以更加专注于业务逻辑的实现。

Spring Boot的特点包括：

简化配置：Spring Boot通过自动配置和约定大于配置的原则，减少了开发者需要手动配置的工作，大部分情况下只需要少量的配置即可运行应用程序。

内嵌服务器：Spring Boot内置了Tomcat、Jetty等常用的Web服务器，可以直接运行应用程序，无需额外安装和配置。

自动装配：Spring Boot根据应用程序的依赖关系自动装配所需的组件，大大简化了开发过程。

简化部署：Spring Boot可以将应用程序打包成可执行的JAR文件，方便部署和分发。

提供丰富的功能：Spring Boot提供了很多开箱即用的功能，如安全认证、数据库访问、缓存、消息队列等，开发者可以直接使用这些功能，而无需自己实现。

3.2.2 Vue.js

Vue.js是一种用于构建用户界面的渐进式JavaScript框架。它被设计为易于理解和集成的，可以逐步应用到现有项目中。Vue.js的核心库只关注视图层，易于与其他库或现有项目集成。它也可以通过配合使用其他工具和库来构建复杂的单页应用。

Vue.js采用了组件化的开发方式，将页面拆分成多个独立的组件，每个组件都包含了自己的逻辑和样式。这种组件化的开发方式使得代码更加模块化、可复用，并且易于维护。

Vue.js还提供了响应式的数据绑定和虚拟DOM的机制，使得开发者可以轻松地将数据和视图进行关联，并且在数据发生变化时自动更新视图。这种响应式的数据绑定使得开发者可以更加专注于业务逻辑的实现，而不需要手动操作DOM。

除此之外，Vue.js还提供了一些其他的特性，如指令、过滤器、插件等，使得开发者可以更加灵活地扩展和定制Vue.js的功能。

3.2.3 ElementUI

ElementUI是一套基于Vue.js的开源UI组件库，由饿了么前端团队开发并维护。它提供了一系列的高质量、易用且美观的组件，可以帮助开发者快速构建现代化的Web应用程序。

ElementUI的背景可以追溯到2016年，当时饿了么前端团队在开发自己的后台管理系统时，发现市面上缺乏一套完整的、易用的UI组件库。于是他们决定自己开发一套组件库，以满足自己的需求，并将其开源，供其他开发者使用。

ElementUI的特点主要体现在以下几个方面：

高质量的组件：ElementUI提供了丰富的组件，包括按钮、表单、表格、弹窗、导航等等，这些组件都经过精心设计和开发，具有良好的用户体验和可定制性。

易用性：ElementUI的组件都提供了详细的文档和示例，开发者可以很容易地理解和使用这些组件。同时，ElementUI还提供了一套基于Vue.js的命令行工具，可以帮助开发者快速搭建项目。

美观的设计：ElementUI的组件都经过精心设计，采用了现代化的扁平化风格，具有简洁、清晰的界面，能够提升用户的视觉体验。

响应式布局：ElementUI的组件都支持响应式布局，可以适应不同的屏幕尺寸和设备，保证在不同的平台上都能够正常显示。

ElementUI的优点主要包括：

社区活跃：ElementUI是一个开源项目，拥有庞大的开发者社区，可以获得及时的技术支持和更新。

生态丰富：ElementUI与Vue.js紧密结合，可以与Vue.js的生态系统无缝集成，如Vue Router、Vuex等。

可定制性强：ElementUI的组件都提供了丰富的配置项和插槽，可以根据项目需求进行定制。

国际化支持：ElementUI支持多种语言，可以满足不同地区用户的需求。

3.2.4 uni-app

uni-app 是一个使用 Vue.js 开发所有前端应用的框架，开发者编写一套代码，可发布到iOS、Android、Web（响应式）、以及各种小程序（微信/支付宝/百度/头条/飞书/QQ/快手/钉钉/淘宝）、快应用等多个平台。

uni-app是当今主流的开发框架，并且是免费并且属于Apache2.0开源协议的产品。

uni-app的主要特点有：

1. uni-app在跨平台的过程中，不牺牲平台特色，不限制平台的能力使用。在应用开发中，90%的常规开发，比如界面组件、联网等api，都封装为可跨多端的API。

1. uni-app的性能比一般人手写的微信原生代码性能更高。就像vue操作比一般人写js操作dom性能更高一样。底层自动diff差量更新数据，比手动setData性能更高。

2. uni-app支持双向数据绑定、vuex状态管理，比小程序原生开发方便的多。

3. uni-app是更好的跨平台开发框架，开发一次iOS、Android都有了。体验好、开发效率高。

4. uni-app在sdk开发上，可以使用丰富的小程序sdk，如网易云信、环信、七牛等众多sdk厂商均原厂维护其小程序sdk版本，而这些sdk均可直接用于uni-app并发布为iOS、Android的App。

5. uni-app在插件市场上，有非常多的ui库、组件、模板，可以大幅提升开发效率。

uni-app的组成和跨端原理：

1. 基本语言：包括js、vue、css。以及ts、scss等css预编译器。在app端，还支持原生渲染的nvue，以及可以编译为kotlin和swift的uts。

2. 开发规范：

• 页面文件遵循 Vue 单文件组件 (SFC) 规范，即每个页面是一个.vue文件

• 组件标签靠近小程序规范，详见uni-app 组件规范

• 接口能力（JS API）靠近小程序规范，但需将前缀 wx、my 等替换为 uni

• 数据绑定及事件处理同 Vue.js 规范，同时补充了应用生命周期及页面的生命周期

• 如需兼容app-nvue平台，建议使用flex布局进行开发

1. 编译器：

• 编译器运行在电脑开发环境。一般是内置在HBuilderX工具中，也可以使用独立的cli版。

• 开发者按uni-app规范编写代码，由编译器将开发者的代码编译生成每个平台支持的特有代码

• 编译器分vue2版（基于webpack实现）和vue3版（基于Vite实现，性能更快）

• 编译器支持条件编译，即可以指定某部分代码只编译到特定的终端平台。从而将公用和个性化融合在一个工程中。

1. 运行时：

• 基础框架：包括语法、数据驱动、全局文件、应用管理、页面管理、js引擎、渲染和排版引擎等。

• 组件：runtime中包括的组件只有基础组件，如<view>、<button>等。扩展组件不包含在uni-app的runtime中，而是下载到用户的项目代码中。这些组件都是vue组件。

• API： runtime内置了大量常见的、跨端的 API，比如联网(uni.request)、读取存储(uni.getStorage)。同时uni-app不限制各端原生平台的API调用。开发者可以在uni-app框架中无限制的调用平台所有能使用的API。也就是说，使用uni-app的标准API，可以跨端使用。但对于不跨端的部分，仍可以调用该端的专有API。开发者只需关注uni标准API，当需要调用特色端能力时在条件编译里编写特色API调用代码。

1. 逻辑层和渲染层分离：

在web平台，逻辑层（js）和渲染层（html、css），都运行在统一的webview里。但在小程序和app端，逻辑层和渲染层被分离了。分离的核心原因是性能。过去基于webview的app性能不佳，很大原因是js运算和界面渲染抢资源导致的卡顿。不管小程序还是app，逻辑层都独立为了单独的js引擎，渲染层仍然是webview（app上也支持纯原生渲染）。

3.3 系统通信方案

基于HTTP的通信方案是一种基于超文本传输协议（HTTP）的通信方式，用于在客户端和服务器之间传输数据。它是一种无状态的协议，即每个请求和响应之间是独立的，服务器不会保留任何关于客户端的信息。

基于HTTP的通信方案通常包括以下几个步骤：

1. 客户端发起请求：客户端通过发送HTTP请求向服务器请求数据。请求包括请求方法（如GET、POST等）、请求头（包含一些元数据，如Content-Type、User-Agent等）和请求体（可选，用于传输数据）。

2. 服务器处理请求：服务器接收到请求后，根据请求的方法和路径，执行相应的处理逻辑。这可能包括从数据库中获取数据、处理业务逻辑等。

3. 服务器发送响应：服务器处理完请求后，会生成一个HTTP响应，包括响应状态码（如200表示成功、404表示未找到等）、响应头（包含一些元数据，如Content-Type、Content-Length等）和响应体（包含实际的数据）。

4. 客户端接收响应：客户端接收到服务器的响应后，根据响应的状态码和响应头进行处理。如果状态码表示成功，客户端可以从响应体中获取到所需的数据。

基于HTTP的通信方案具有以下特点：

简单易用：HTTP协议的语义简单明了，易于理解和使用。

平台无关性：HTTP协议是基于文本的，不依赖于具体的操作系统或编程语言，可以在不同平台上进行通信。

可扩展性：HTTP协议支持扩展，可以通过自定义的请求头或响应头来传递额外的信息。

可靠性：HTTP协议使用TCP作为传输层协议，保证了数据的可靠传输。

无状态性：HTTP协议是无状态的，每个请求和响应之间是独立的，服务器不会保留任何关于客户端的信息。这使得服务器可以更好地进行负载均衡和扩展。

基于HTTP的通信方案广泛应用于Web开发、API接口设计等领域，是互联网通信的重要基础。

4 总体设计

4.1 设计思路和目标

4.1.1 设计思路

本软件的设计思路如下：

1) 可视化

结合智能巡检的线路可视化的应用需求，确保路线巡检点正常有效地巡检、维修、保养，根据手机定位与打卡数据形成巡检人员行程轨迹及巡检记录。

2) 多样化

根据智能巡检应用分类场景对系统进行顶层设计，采用巡检点作为主要巡视对象，可应用于建筑工地巡检、设备巡检、基础设施巡检、安全巡检、工艺巡检等场景。

3) 移动化、智能化

基于面向服务的体系开发“智能巡检管理端”和“智能巡检APP端”，实现系统、便捷、灵活、可扩展，满足未来自动化和智能化要求。

4) 基于平台和构件架构，兼容优秀操作系统，实现系统的统筹规划

智能巡检系统在架构设计上遵循“统筹统一、兼容并顾”的原则，依据相应的标准，智能巡检系统可以快速方便的实现与其他系统对接，实现用户的按需使用，数据统一管理，提供统一的访问视图，能够根据用户需求快速检索、获取及灵活组装、实现数据层面的按需获取。

4.1.2 设计目标

管理端，主要设计班组管理、路线管理、巡检点管理、巡检记录等核心模块；APP端，主要设计巡检人员的定位、轨迹、上报等功能模块；整体软件的层次体系架构应当结构清晰、层次分明，体系的各组成要素、功能组件划分合理；系统内外接口应遵循标准技术体制和规范；应用软件设计模块化、标准化和便于扩展，可进行灵活组合。

4.2 系统组成

智能巡检管理端和APP端是系统的重要组成部分，针对用户需求，管理端主要由数据库访问、用户认证、用户管理，部门管理，角色管理，菜单管理，权限管理，班组管理，路线管理，巡检点管理、巡检记录等功能模块组成；APP端，主要有包含首页、巡检（轨迹）、路线、我的（用户信息）。如下表所示。

4.3 架构设计

aiWithDoc按照上述配置项划分，系统架构设计如下图所示：

系统从总体架构上面划分为核心数据层、服务中间层和应用层。

▪ 核心数据层用来存储数据，按照业务数据的类型可以包括日志数据，用户数据，字典数据，文档数据，文档分片向量化数据，异常数据等等，根据数据类型的不同，可以采用关系型数据库（例如Mysql、MariaDB等）进行存储和向量数据库（例如ChromaDB,PGVector等），对于需要高速存取的数据，可以采用内存数据库或key-value数据库，例如SQLite、Redis等。

▪ 系统总体框架按照MVC架构进行构建，其中模型、控制层对应到服务中间层进行实现，主要承担数据处理、业务逻辑及提供前端展现需要的数据处理服务功能，包括约束检查、Job管理、异常处理、数据导入等内容。

▪ 应用层主要实现了系统的核心前端展现Portal门户，需要展现的页面元素和功能模块支持数据显示以及统计分析。

4.4 部署设计

系统在物理上分为操作前端部分和服务后端部分，其中操作终端承载人机操作界面及部分业务逻辑，服务器端主要负责通用核心的业务功能以及数据持久化功能，具体如下图所示：

4.5 系统数据流

智能巡检系统的主要业务流程首先是登录认证，其次是初始化巡检路线、巡检点信息、巡检班组等信息，然后是巡检人员开始巡检，进行上报，最后是查看巡检记录、行程轨迹等信息。下述步骤详细描述了整个系统数据流

用户登录：通过用户名和密码登录系统，用户登录将调用统一的用户认证系统进行登录。

巡检管理：初始化巡检班组、巡检路线、巡检点等信息。

巡检与上报：通过手机定位技术，判断人员进入巡检点范围检查上报，形成打卡数据和上报异常数据。

巡检记录：筛选指定路线、指定人员、指定日期的巡检数据，查看巡检人员行程轨迹。

5 功能设计

5.1 数据库访问模块

5.1.1 功能描述

该模块的功能为软件的底层组件，负责与数据库的通信，任何与数据库访问的相关操作都需要通过该模块进行。数据库的连接是通过配置文件获取，当获取到连接信息后，通过代码动态设置数据库的连接相关信息进行数据库连接池创建。

5.1.2 输入

任何需要与数据库的操作。

5.1.3 处理过程

1) 通过配置文件得到相关的连接信息；

2) 建立与数据库的连接池；

3) 通过数据库连接调用对应的数据库语句；

4) 数据库返回执行结果到数据库访问组件；

5.1.4 输出

执行完数据库相关语句的结果，结果内容包括：

1) 数据库语句执行成功或失败；

2) 数据库语句执行的异常信息；

3) 数据库语句执行所返回的结果集；

5.2 用户认证模块

5.2.1 功能描述

该模块的功能是为了对软件的操作者进行权限认证，以提高系统的安全性。

5.2.2 输入

1) 用户名

2) 密码

5.2.3 处理过程

用户输入用户名和密码后，通过调用用户认证接口及权限管理服务验证当前登录用户的有效性，并返回验证结果。

当操作某一具体的功能模块时，权限认证服务向权限管理服务提交请求验证是否具有相关的访问权限，并返回结果。请求时的信息包括功能编号、用户账号等。

5.2.4 输出

返回成功或失败的信息。

5.3 班组管理模块

5.3.1 功能描述

该模块的功能是为了对需要进行巡检的人员进行管理，包括班组编号、指定班组成员，修改备注信息，删除等等。

5.3.2 输入

1) 名称

2) 编号

3) 班组类型

4) 班组成员

5) 备注

5.3.3 处理过程

用户录入班组相关信息后，点击确定进行数据提交。后台会在调用对应存储接口进行处理，并记录在数据库中。用户进行班组的查看、修改、删除等操作时，后台会调用对应操作的接口。

5.3.4 输出

返回成功或失败的信息。列表查询返回一个数据列表和分页等信息。

5.4 路线管理

5.4.1 功能描述

该模块的功能是设置实际业务的巡检路线，制定路线的起止位置，同时选择班组负责巡检。包括新增、修改、删除、查看路线等等。

5.4.2 输入

1) 名称

2) 选择班组

3) 起始位置

4) 终止位置

5) 描述信息

6) 是否可用

5.4.3 处理过程

用户录入巡检路线相关信息后，点击确定进行数据提交。后台会在调用对应存储接口进行处理，并记录在数据库中。用户进行巡检路线的查看、修改、删除等操作时，后台会调用对应操作的接口。

5.4.4 输出

返回成功或失败的信息。列表查询返回一个数据列表和分页等信息。

5.5 巡检点模块

5.5.1 功能描述

该模块的功能是设置实际业务的巡检点信息，编号巡检点、指定类型、获取位置信息，同时设置定位打卡的范围和频率。包括新增、修改、删除、查看等等。

5.5.2 输入

1) 编号

2) 类型

3) 名称

4) 位置名称

5) 经纬度

6) 选择巡检路线

7) 打卡范围

8) 打卡频次

9) 是否可用

10) 描述信息

5.5.3 处理过程

用户录入巡检点相关信息后，点击确定进行数据提交。后台会在调用对应存储接口进行处理，并记录在数据库中。用户进行巡检路线的查看、修改、删除等操作时，后台会调用对应操作的接口。

5.5.4 输出

返回成功或失败的信息。列表查询返回一个数据列表和分页等信息。

5.6 巡检点模块

5.6.1 功能描述

该模块的功能是设置实际业务的巡检点信息，编号巡检点、指定类型、获取位置信息，同时设置定位打卡的范围和频率。包括新增、修改、删除、查看等等。

5.6.2 输入

1) 编号

2) 类型

3) 名称

4) 位置名称

5) 经纬度

6) 选择巡检路线

7) 打卡范围

8) 打卡频次

9) 是否可用

10) 描述信息

5.6.3 处理过程

用户录入巡检点相关信息后，点击确定进行数据提交。后台会在调用对应存储接口进行处理，并记录在数据库中。用户进行巡检路线的查看、修改、删除等操作时，后台会调用对应操作的接口。

5.6.4 输出

返回成功或失败的信息。列表查询返回一个数据列表和分页等信息。

5.7 巡检记录模块

5.7.1 功能描述

该模块的功能是筛选查看指定路线、指定人员、指定日期的巡检数据，方便用户查看巡检人员的巡检轨迹以及巡检上报问题。包括查看行程、删除、查看等等。

5.7.2 输入

1) 巡检日期

2) 巡检路线

3) 巡检单号

4) 巡检点名称

5) 巡检人员

6) 记录类型

（注：可输入多个条件查询）

5.7.3 处理过程

用户录入相关查询信息后，点击查询进行数据提交。后台会在调用对应的分页数据接口，返回前端。用户进行巡检记录的查看、删除、查看行程等操作时，后台会调用对应操作的接口。

5.7.4 输出

返回成功或失败的信息。列表查询返回一个数据列表和分页等信息。

5.7.5 查看行程

用户录入相关条件查询后，点击查看行程，弹出巡检轨迹页面；点击巡检点标签，可查看巡检点信息；点击播放轨迹，可查看当前人员巡检轨迹。

5.8 手机端-首页

5.8.1 功能描述

该模块的功能是通过手机定位技术，判断人员进入巡检点范围形成打卡数据，点击上报内容，上报巡检点异常信息。

5.8.2 输入

1) 选择巡检路线

2) 上报内容

5.8.3 处理过程

用户选择指定巡检路线，通过移动端APP，进入巡检点范围，系统会自动生成该巡检点的打卡记录；当用户发现巡检点异常时，点击上报功能，填写异常信息，生成上报记录。

5.8.4 输出

返回成功或失败的信息。

6 安全性设计

6.1 数据安全

为了保证数据安全，系统在选型时充分的考虑了冗余配置，在数据存储层采用了RAID技术，支持RAID5等多级别冗余方案；在数据存储部分，磁盘阵列支持双控制器配置，保证了数据访问的可靠性；在数据库层采用主从方式，保证了数据库的数据安全性。

6.2 传输安全

系统采用http协议进行数据的传输和信息的交互，出于对数据安全的考虑，可选择SSL进行加密，以保证数据传输的安全性。

6.3 操作安全

系统设计时首先要提供身份认证和访问控制，防止内部人员（也就是合法用户）滥用权力。用户对系统进行重要的和不可修复的操作时系统需要完整记录用户的操作日志，并提供一定的容错能力，保证在系统故障时可以恢复数据。

7 可靠性设计

数据库服务器安装数据库服务端软件，提供数据的存储与管理服务，从而为上层的数据备份、恢复等服务提供相应的基础；磁盘阵列为测距任务相关数据的存储提供存储空间，从而可以实现数据的集中式存储，而且，该种方式具有较好的扩展性。除此之外，磁盘阵列采用了RAID技术和热插拔等技术可以在一定程度上保证数据存储的可靠性。

数据库的备份与恢复是保障系统运行的可靠性功能之一，通过备份策略进行周期性的数据库备份，在出现极端异常的情况下通过备份数据进行数据库恢复。

软件可靠性设计技术一般是指软件整个生命周期中所采用的以保证和提高软件可靠性为主要目标的软件技术。主要的软件可靠性设计技术可归结为以下三种类型：

a）避错、排错设计，即从多方面来避免错误和排除错误，保证软件的质量和可靠性，使之尽量不出错，这是目前提高软件可靠性的主要方法；

b）容错设计，使软件系统即使有错也能正常工作，完成规定的功能。这是在硬件容错技术突飞猛进的影响下出现的软件可靠性设计技术；

c）信息保护设计，信息是程序操作的对象和结果，是软件的重要组成部分。只有确保计算机中信息资源安全可靠，才能确保软件系统的可靠。

8 出错处理机制

软件开发阶段需要对任何可能出现异常的地方进行异常捕获，同时所有的异常信息要抛出到最顶端进行处理。需要按照一定的方式对异常信息进行分类，另外需要定义出通用的错误编码及错误信息提醒给操作员进行人工判断。对于无人值守的任务出现异常时，要设计出异常分级及通知机制进行告警。所有的异常信息都要记录到日志文件中或数据库中，方便运维人员进行跟踪及解决问题。

8.1 系统出错处理设计

a) 出错信息

用一览表的方式说明每种可能的出错或故障情况出现时，系统输出信息的形式、含意及处理方法。

b) 补救措施

补救措施是说明故障出现后可能采取的变通措施，包括：

1) 当原始系统数据万一丢失时可启用副本数据进行恢复；

2) 当一台关键服务器宕机时，热备机器能自动启动；

3) 当软件运行时出现严重异常信息时，操作员能及时得到通知并通过相关日志文件和错误信息进行人工干预；