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1、計算機論文：一體化測發(fā)指揮決策軟件關(guān)鍵問題研究 　　摘要：　針對在關(guān)鍵領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)國產(chǎn)化的需求，解決航天發(fā)射指揮過程中各系統(tǒng)數(shù)據(jù)互相獨立、智能化程度低、決策難等問題，在采用基于國產(chǎn)化的基礎軟硬件平臺環(huán)境下，設計并實現(xiàn)了多系統(tǒng)集成的一體化測發(fā)指揮決策軟件，提出了基于插件的一體化軟件體系架構(gòu)，并對數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)機制、顯示頁面快速定制、軟件性能優(yōu)化等關(guān)鍵問題進行了研究，對在國產(chǎn)化平臺下應用軟件開發(fā)有一定借鑒價值。 　　關(guān)鍵詞：　國產(chǎn)化; 插件; 訂閱分發(fā); 頁面快速定制; 　　Abstract：　In order to meet the needs

2、 of localization in key areas and the problems encountered in the process of space launch command, such as data independence, low level of intelligence, and decision-making difficulties, a multi system integrated decision-making software for launch command is designed and implemented under the envir

3、onment based on localization, and an integrated decision-making software based on plugins is proposed. The software architecture, data subscription and distribution mechanism, display page customization, software performance optimization and other key issues are studied. It can be used for reference

4、 in the development of application software under the localization platform. 　　Keyword：　localization; plugins; subscription and distribution; quick page customization; 　　0 、引言 　　指揮信息系統(tǒng)是以計算機技術(shù)為核心，實現(xiàn)對戰(zhàn)自動化、保障各級指揮機構(gòu)及其所屬人員、裝備實施科學高效的指揮控制與管理[1]。 　　一體化測發(fā)指揮決策系統(tǒng)將測發(fā)電測、測發(fā)地勤、測控系統(tǒng)、

5、氣象系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等子系統(tǒng)不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式，并以曲線、表格、圖像、二三維態(tài)勢等形象化方式進行顯示，同時能夠提供數(shù)據(jù)判讀分析和查詢歷史數(shù)據(jù)的功能，讓用戶能夠準確、直觀、快速全面地了解任務過程，為用戶的指揮決策提供可靠依據(jù)[2]。 　　目前一體化測發(fā)指揮決策系統(tǒng)不適應一體化指揮顯示系統(tǒng)體系架構(gòu)的要求。隨著國產(chǎn)化技術(shù)的成熟，逐步實現(xiàn)了國產(chǎn)芯片、國產(chǎn)操作系統(tǒng)、國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫等產(chǎn)品在航天發(fā)射領(lǐng)域成體系地集成應用。 　　1、 背景介紹 　　為實現(xiàn)在航天發(fā)射領(lǐng)域完全國產(chǎn)化，新一代測發(fā)指揮決策系統(tǒng)由以國產(chǎn)芯片為基礎構(gòu)建硬件設備層、以國產(chǎn)固件和操作系

6、統(tǒng)為支撐的系統(tǒng)軟件層、以國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫和中間件等構(gòu)成的業(yè)務支撐層及國產(chǎn)應用系統(tǒng)層搭建而成。 　　插件是遵循一定規(guī)范的應用程序接口編寫的程序，用于實現(xiàn)“即插即用”的軟件開發(fā)[4]。與傳統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)的單個程序集成所有功能不同，插件體系結(jié)構(gòu)將所有的業(yè)務功能置于插件中；一體化框架主要用于組織協(xié)調(diào)和調(diào)用插件[5]。這極大地降低了軟件功能模塊間的耦合性，形成了一套高內(nèi)聚、低耦合的體系架構(gòu)。 　　圖1顯示基于插件技術(shù)的軟件體系結(jié)構(gòu)，所有的業(yè)務功能通過插件接口接入一體化框架平臺中，各顯示插件互相獨立，在插件測試后集成到框架中，通過一體化框架平臺進行管理[6]。 　

7、　圖1 基于插件的一體化體系結(jié)構(gòu) 　　一體化指揮決策軟件將多個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)匯聚顯示，具備數(shù)據(jù)處理量大、數(shù)據(jù)協(xié)議多樣、頁面數(shù)量多等特點，采用插件技術(shù)能夠降低業(yè)務間耦合性，加快開發(fā)速度。將數(shù)據(jù)的接收、解析和主題數(shù)據(jù)分發(fā)進行抽象，基于不同傳輸方式的開發(fā)為不同的數(shù)據(jù)處理插件；將各個顯示頁面提取為多類顯示插件，顯示插件主要負責主題數(shù)據(jù)的顯示效果及性能；數(shù)據(jù)基礎信息從數(shù)據(jù)庫獲取，將數(shù)據(jù)庫訪問的功能變?yōu)閿?shù)據(jù)庫訪問插件。各插件功能相對獨立，不僅加快了開發(fā)速度，同樣方便后期維護工作。 　　2、 測發(fā)指揮顯示系統(tǒng)軟件建設需求 　　(1)國產(chǎn)化需求。面對頻繁發(fā)生的網(wǎng)絡安全事件，

8、建立完備的安全防護體系，可有效抵御網(wǎng)絡攻擊破壞，但對預置的邏輯炸彈、隱蔽通道等難以有效預防，使用國外產(chǎn)品存在安全風險。為從根本上解決安全威脅，必須走國產(chǎn)化道路[7]。建設全國產(chǎn)化的測發(fā)指揮顯示系統(tǒng)意義重大，在我國航天領(lǐng)域極具開創(chuàng)性。 　　(2)解決“信息孤島”問題。測發(fā)指揮顯示系統(tǒng)包括測發(fā)電測、測發(fā)地勤、測控系統(tǒng)、氣象系統(tǒng)、通信系統(tǒng)等多個子系統(tǒng)。建設一體化指揮顯示系統(tǒng)軟件，將各子系統(tǒng)信息集成顯示并對數(shù)據(jù)進行整合，打破不同分系統(tǒng)間的信息壁壘，實現(xiàn)跨平臺、跨地域、跨部門的信息融合共享，為任務的指揮發(fā)射提供決策支撐，解決航天發(fā)射指揮中遇到的決策難的問題。 　　(3)跨

9、平臺軟件復用。一體化測發(fā)指揮決策系基于國產(chǎn)體系，能夠在國產(chǎn)化終端進行使用，同時可根據(jù)系統(tǒng)配置環(huán)境與應用需求做出適應性擴展，實現(xiàn)一體化指揮決策軟件的快速開發(fā)和跨平臺復用[8]。 　　3、 一體化測發(fā)指揮決策系統(tǒng)軟件設計及實現(xiàn) 　　一體化測發(fā)指揮決策系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)接口程序、數(shù)據(jù)存儲程序、一體化指揮決策軟件、遠程控制軟件等配置項。其中數(shù)據(jù)接口程序主要用于數(shù)據(jù)的接收及轉(zhuǎn)發(fā)、協(xié)議轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)統(tǒng)計等，通過UDP指定源方式進行接收測發(fā)電測分系統(tǒng)、測發(fā)地勤分系統(tǒng)、氣象分系統(tǒng)和通信分系統(tǒng)等網(wǎng)絡數(shù)據(jù)，并將測發(fā)電測及測發(fā)地勤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至數(shù)據(jù)存儲程序；數(shù)據(jù)存儲程序主要用于測發(fā)電測及測發(fā)地

10、勤數(shù)據(jù)解析，并將解析數(shù)據(jù)存儲至國產(chǎn)數(shù)據(jù)庫；一體化指揮顯示軟件通過加載各類插件，具備數(shù)據(jù)接收、數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)分析以及輔助決策等功能，是整個系統(tǒng)的核心部分；遠程控制軟件主要用于管理安裝于各顯示終端的一體化指揮顯示軟件，包括客戶端及服務端，通過服務端可遠程啟動、關(guān)閉以及升級一體化指揮顯示軟件。圖2描述了一體化測發(fā)指揮決策軟件的結(jié)構(gòu)框架圖。 　　一體化指揮決策軟件由主體顯控框架程序以及各類插件組成；插件包括數(shù)據(jù)接收插件、數(shù)據(jù)庫訪問插件以及各類顯示插件(主要包括曲線插件、表格插件、源碼插件、設備狀態(tài)跟蹤插件等)。另外，一體化指揮顯示軟件還包括輔助功能插件，包括即時通信、畫面定制、快速導航

11、等。 　　一體化指揮決策軟件開發(fā)語言采用支持跨平臺語言Qt5.9，開發(fā)環(huán)境基于QtCreator；數(shù)據(jù)庫采用國產(chǎn)達夢數(shù)據(jù)庫。開發(fā)實現(xiàn)了一體化指揮決策軟件主框架及各類插件。 　　一體化框架為管理插件主要通過接口函數(shù)實現(xiàn)的，主要包括loadConfig和createObject兩個接口。其中l(wèi)oadConfig主要功能是初始化插件配置信息，createObject實例化插件對象。當組件需要提供新的功能，現(xiàn)有接口不滿足時，可以通過定義新的接口進行實現(xiàn)。 　　4 、一體化測發(fā)指揮決策軟件關(guān)鍵問題研究 　　4.1、 數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)機制

12、 　　如何將不同系統(tǒng)上報的數(shù)據(jù)解析完成后分發(fā)到顯示組件是一體化指揮決策軟件實現(xiàn)的關(guān)鍵問題之一，本文采用數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)[9]機制進行實現(xiàn)。 　　圖2 一體化測發(fā)指揮決策軟件結(jié)構(gòu)圖 　　數(shù)據(jù)接收解析插件將接收到的數(shù)據(jù)幀按照協(xié)議解析完成后，將制作主題數(shù)據(jù)所需要的字段值從數(shù)據(jù)幀中提前出來；然后按照主題配置信息，將收到的數(shù)據(jù)生成主題數(shù)據(jù)；一體化框架根據(jù)組件訂閱信息再將主題數(shù)據(jù)進行分發(fā)，分發(fā)手段采用Qt框架提供的信號槽機制實現(xiàn)，處理流程如圖3所示。 　　各主題數(shù)據(jù)均是依照預先配置好的制作策略進行生產(chǎn)的，以滿足頁面組件的使用需求，各組件只需要訂閱其所需要的數(shù)據(jù)即

13、可。一種主題數(shù)據(jù)可以被不同組件進行重復訂閱，而只需要生產(chǎn)一次即可，大大提高了使用效率。 　　圖3 一體化軟件數(shù)據(jù)訂閱分發(fā)流程 　　4.2 、顯示頁面快速定制 　　一體化測發(fā)指揮決策軟件為用戶提供了“可見即所得”的可視化頁面快速定制軟件，通過從組件庫中拖曳頁面所需要的組件，將其放置到頁面顯示位置；然后通過可視化定制工具提供的屬性配置器配置組件的屬性信息，完成組件信息配置，進而快速完成顯示頁面的配置?？梢暬撁婵焖俣ㄖ栖浖闹饕δ茉O計如圖4所示。 　　另外，為進一步提高頁面配置效率，軟件系統(tǒng)提供了頁面模板功能，相近型號任務可通過模塊功能快速

14、生成顯示頁面配置文件。 　　4.3 、軟件性能適配及優(yōu)化 　　基礎軟硬件平臺終端在性能上還存在不足，為保證軟件流暢運行，在軟件開發(fā)過程中需要重點考慮性能問題。主要從以下幾點進行了優(yōu)化： 　　圖4 頁面快速定制軟件功能設計 　　(1)對曲線組件開發(fā)庫進行了測試，選擇了性能更高的Qwt開發(fā)庫。曲線組件是平臺中使用最多的插件，其性能直接影響軟件的運行效果。Qt下曲線開發(fā)常見有QChart、Qwt、QCustomPlot三個開源圖表庫，從性能、最大點數(shù)支持、輔助功能支持等方面展開測試，測試結(jié)果如圖5所示(頁面每10分鐘180萬點數(shù))。

15、 　　圖5 不同圖表庫性能比對 　　其他組件包括狀態(tài)跟蹤組件也同樣采用了性能更高的Qwt庫進行開發(fā)實現(xiàn)。 　　(2)設置數(shù)據(jù)緩存機制，避免大數(shù)據(jù)量造成軟件運行壓力。數(shù)據(jù)接口程序能夠根據(jù)要求在本地硬盤中緩存各種數(shù)據(jù)電文，當顯示客戶端需要某個電文的緩存數(shù)據(jù)的時候，它向數(shù)據(jù)接口程序發(fā)出申請，而數(shù)據(jù)接口程序通知一體化指揮決策軟件所要緩存文件的全路徑，進而讀取該緩存文件。 　　(3)采用多線程機制。Qt編程中同樣提供了多線程機制，在結(jié)合使用信號槽機制時，需要注意選取合適的信號槽連接方式。信號槽機制中的槽函數(shù)調(diào)用線程是由調(diào)用emit發(fā)送信號的線程、接受者對象所在

16、的線程以及connect函數(shù)的第五個參數(shù)來決定的。采用直接連接時，槽函數(shù)在發(fā)送信號的線程中執(zhí)行；采用隊列連接時，槽函數(shù)在接受者所在線程執(zhí)行。 　　經(jīng)過以上措施優(yōu)化后，經(jīng)測試，在發(fā)射過程中數(shù)據(jù)量大的情況下，國產(chǎn)操作系統(tǒng)下顯示終端CPU占用率滿足了任務需求。 　　5 、結(jié)論 　　本文從國產(chǎn)化基礎軟硬件出發(fā)，通過研究基于插件的技術(shù)，提出了基于插件的一體化軟件架構(gòu)技術(shù)，顯著增強了一體化指揮決策軟件的復用性，同時方便了軟件功能擴展以及開發(fā)效率的提高，為指顯平臺在國產(chǎn)化平臺下的應用有一定借鑒意義。在今后的工作中，隨著研究的逐步深入，將把重點集中在可視化界面與業(yè)務邏輯的徹底分離、跨平臺復用、組件屬性人性化配置以及軟件功能定制。