水利.软件系统技术方案及设计说明书

青年运河管理信息系统水雨情测报系统技术方案及设计说明书深圳市鸿和达水利水环境有限公司2013年9月25日一、系统概述本系统的软件设计方案从用户需求出发，首先分析中心站的系统结构和信息流程，在此基础上提出软件的总体方案、体系结构，随后分析数据可靠性，最后分析设计软件各部分功能和结构。1.1用户总体需求本项目关于分管理所软件集成的建设任务包括：1、遥测主控站接收处理软件实现水情分中心遥测主控站所有功能。2、后台查询系统软件基于B/S结构开发水情分中心的水雨情信息后台查询系统，主要功能包括（但不限于，有待在开发时与具体用户沟通需求以完备）：遥测站实时信息原始报文查询；雨量数据的实时表、加报表、整点表、日报表、月报表的查询、输出等；系统运行状态包括：通信畅通率、误码表、正点报延时、遥测站电源状态等统计、查询；雨量、遥测站电压系统等告警信息提示功能；人工修改、删除、插补数据功能。1.2系统总体部署本系统数据由终端测站采集，首先汇集到各分中心站，进行整合后通过网络存入省水文局中心综合数据库；中心站控制终端的运行；测站向中心站校时；从数据流和控制流上，中心站与终端测站间是星型结构。各分中心站和省水文局之间是星型结构。1.3软件系统结构水情自动测报系统软件采用C/S和B/S与大型数据库SQLSERVER相结合，具有较好的人机交互界面和海量数据的存储性能，是水情分析和预报系统的基础，省水文局和各水情分中心的各种决策支持系统和各种应用系统都是构建在该系统的基本信息之上。通信值守和监控远程管理和固态取数数据库维护和文件传输Win2000/NT系统Win2000/NT系统SQLSERVER数据库IIS信息查询修改服务本系统软件的设计和开发紧密结合水情管理的实际工作需要，可以方便地查询水情、旱情、咸情、工情等实时数据，并进行相应的处理，生成统计数据，为水情测报和预报工作提供基础数据，同时具有标准的数据接口，有较强的通用性。之所以采用B/S和C/S相结合的系统结构，是由各部分应用的环境和B/S和C/S结构特点所决定的。B/S最大的优点就是可以在任何地方进行操作而不用安装任何专门的软件。只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。系统的扩展非常容易，只要能上网，就可以使用。C/S最大的优点是可以通过将任务合理分配到Client端和Server端，降低系统的通讯开销，可以充分利用两端硬件环境的优势。能够根据用户需求定制复杂的应用，对操纵数据的控制也较灵活，但存在Client端跨平台的问题，系统维护也较复杂。通信值守和监控、远程管理和固态取数、数据库维护和文件传输三部分的算法复杂度、本身占用系统资源都比较高。并且这三部分的操作和维护需要专门人员。因此这三部分和服务器间采用C/S结构。信息查询和修改服务提供给广大用户的信息查询服务，由于用户的数量大、使用环境差别较大，计算机水平不一。所以采用B/S模式，用户只需要浏览器软件，就可访问信息查询服务系统网站，检索所需要的水情信息，测站信息。查询所要的报图、报表。1.4软件工作原理中心站采用数据采集电脑接收数据，安装本公司提供的数据采集软件，正常情况下使用主电脑接收数据，当主电脑出现故障时，可以使用备份电脑进行数据接收，实现双机备份，保障无数据丢失。中心站软件工程原理如下图所示。数据采集软件首先接收所辖区域的遥测站发送来的水情数据，然后数据经过解码处理保存到本地水情中心站实时水雨情库和原始记录库，再写入到后台主数据库中，同时将数据保存为一定格式的文本文件和进行数据备份，随后通过本公司提供的软件实现中心站的数据共享。最后，通过读取主数据库，对数据进行分析，生成各式数据模型，方便用户使用，此外，本系统还提供WEB数据发布软件，对采集到的数据实时发布到WEB上，方便用户查询浏览。二、软件总体设计2.1软件的模块化结构综合考虑用户对中心软件的需求和软件的可靠行、可扩展性、实用性。提出以数据库为核心的遥测信息平台解决方案。总体结构图如下图所示。通信值守和监控实时数据库数据库维护和文件传输信息查询、修改服务远程管理和固态取数固态文件遥测信息平台由六大功能模块组成：通信值守和监控功能模块；远程管理和固态取数功能模块；信息查询、修改服务功能模块；数据库管理和二次开发接口功能模块；流域雨量等值线绘图功能模块；告警功能模块。1、通信值守和监控进行数据通信和数据入库通过数字专线或GSM/GPRS兼容模块，实时接收各水情站、旱情站、咸情站以及工情站监测数据对信息进行解码并进行合理性、正确性判断，能根据水利局的要求存储到其指定的数据库根据遥测站采集设备工作状况及数据，分析遥测站的工作状况，对系统运行状况进行监视2、远程管理和固态取数完成远程读取和设置终端参数、远程提取固态存储数据远程向遥测站下发指令，命令遥测站批量上传固态存储数据或修改遥测站参数将遥测站传来的固态存储数据处理成相应的数据格式，形成文本文件终端信息管理将本地存储的实时水雨情数据整理为固态存储数据文件形式3、数据库管理和二次开发接口数据库设计根据实时水雨情数据库表结构标准，并结合实际情况进行调整；提供数据库修改以及人工数据添加的处理功能，可以进行数据的显示以及打印设置，动态更新数据库的内容，用户可在网络任一计算机使用Excel报表编辑器编辑、修改、打印数据库数据，留有开放的数据库接口，提供系统综合软件平台后续开发利用，支持用户二次开发；提供正点、加报数据文本文件远程传送（FTP方式）对外提供数据接口；本地数据库的维护，提供数据备份和恢复控制、用户权限控制。4、信息查询修改服务提供本地查询和统计管理功能，包括实时数据、整点数据、水雨情加报、测站工作状况、通信畅通率提供遥测站属性、参数管理功能，站点增减功能提供人工填补数据功能可以直接在局域网内查询遥测数据，监测系统的运行状态查询、检索雨量水情数据的历史、实时数据，查询、检索设备工作状态、告警记录信息。支持用户二次开发，本系统提供如下报表：实时雨量报表；各测站逐时雨量报表；各测站逐日雨量报表；各测站逐月雨量报表；各测站逐年雨量报表；实时水位报表；逐时水位（河道流量/库容）报表；逐日水位（河道流量/库容）报表；逐月水位（河道流量/库容）报表；畅通率统计表；设备状态表。2.2数据库方案1、数据库内容本系统中心站数据库分为前置机数据库和服务器数据库。服务器数据库(后台库)是由前置机数据库(前台库)处理、添加来的。前置机数据库一般只保留一段时间接收的数据（一般几个月），这样数据库访问数据块不影响通信。服务器保存系统生命期内的所有数据。前置机数据库存放近期接收的原始测站纪录、人工报文信息、错误报文信息。前置机数据库仅在前置机上使用，是数据处理的初步结果，是遥测站数据的中转站。服务器数据库存放的内容包括实时水情数据、测站参数数据、系统运行日志和用户管理数据等。用于向预报作业用户和查询访问用户提供数据。数据库表结构采用国家防汛指挥系统统一定义的表结构，前置机数据库是按照实际应用原则建立的，各数据库表结构采用国家实时水情数据库标准结构。并统一采用测站8位编码。2、数据库管理系统前置机数据库只保留近期的数据。并且在进行数据库的操作时应不影响各通信接收数据。因此不宜使用管理复杂的大型数据库管理系统-----如SQLServer等。因为这些系统运行占用系统的资源较大，容易影响前置机的通信。因此选择与Microsoft产品良好兼容的Access作为本地数据库管理系统。服务器数据库管理系统采用MicrosoftSQLServer2008系列。它具有基于图形的管理方式、集中式的管理方式、支持多客户应用程序、支持多个不同的开发平台、支持分布式事物处理、支持数据仓库、可运行于NT和Windows2008/XP系统、相对低廉的价格等特点。这些特点使它迅速取代DB，Sybase，Informix等公司而雄踞业界榜首。基于SQLServer所拥有的诸多优点，再加上与NT/2005/2008系统的完美结合，水利部已规定以SQLServer作为标准的数据库管理系统。3、数据库数据安全设计数据库分为前台库和后台库两部分，充分考虑了数据通信接收和数据库服务的可靠性来设计的。前置机接收到数据后首先保存在本地库（前台库）然后添加到后台库。这可能显得多此一举，为什么不直接添加后台库。前置机和服务器一般是连接在同一局域网的两台微机。如果前置机取得数据后直接添加到服务器，在通讯繁忙的时候可能丢失数据。再者如果网络出现问题，也会造成数据丢失。采用数据接收后先保存在本机服务器、然后添加到后台数据库的方式就避免了这种导致数据丢失得情况的出现。数据库是数据采集系统的中心，数据库的安全对系统是至关重要的。要保证数据库的安全，就要做好数据库的管理和维护。建立合理的数据库访问权限和机制及时备份数据库数据和结构数据库日志维护2.3操作系统选择操作系统是整个系统运行的核心和灵魂，它能够将一台计算机各个部分以及计算机与众多外设有机地管理起来，同时，它也决定了应用软件的运行环境，使应用软件能够与各硬件部分协同工作。目前使用较多的桌面操作系统有Windows系列、UNIX、OS/2以及新兴的Linux等。这些操作系统经过长期应用证明是比较完善和稳定的，且在系统各方面的管理上都有各自的特点。由于本系统在操作系统的选择上要重充分考虑到各地实际情况，以应用范围广、成本低、界面友好、操作简单作为基本原则。Windows系列是微软公司推出的一系列操作系统产品。凭借强大的实力和先进的技术，微软公司近些年来先后开发出了适合于个人和小型机构管理的Windows95/98以及适合于大型企业管理的网络操作系统WindowsNT，特别是Windows2008的出台，更是将NT的强大的管理功能和Windows98为用户带来的灵活简便的操作能力完美地结合在一起，为企业和个人提供了完整的管理解决方案。由于Windows系列兼容性好，适用范围广，安全性高，价格适中，使用维护简单，运行可靠稳定，服务及时迅速，第三方支持产品众多，使其成为市场份额最多，用户范围最广的一种操作系统。由于目前水利部门普遍使用Windows系列作为桌面操作系统，为了最大程度地利用现有资源，也为了系统易于使用和管理，故而采用Windows2008操作系统。三、软件可靠性分析和设计3.1环境可靠性设计在本次系统中，中心站配置一台PC服务器。考虑到要保证数据不会为意外病毒、木马、黑客攻击或其他意外所破坏，首先要在此服务器上最少安装2个硬盘，两个硬盘相互热备份。其次此pc服务器数据库的数据备份到本地联网的其他计算机上。这样提供了双重的系统保护，即当服务器的当前系统不能运行或硬盘损毁，马上可以切换到第2个硬盘运行系统，并能保证系统数据不丢失。一旦PC服务器2个硬盘数据均遭破坏。还可以从联网的其他微机将数据库恢复。结构示意如下图所示。硬盘1硬盘2PC服务器联网的其他微机数据库在当前病毒层出不穷、木马升级换代、网络攻击时有发生的环境下，要使软件安全可靠的运行，保证一个可靠安全的运行环境很重要。首先要求操作系统运行安全稳定。其次要求屏蔽无关的垃圾数据流，再则要求实时监控系统是否感染病毒。为达到以上目的拟采取如下措施。操作系统的定时自动升级，防止操作系统漏洞为病毒、黑客利用；安装服务器防火墙，按本机要求设置开放端口和服务，屏蔽无关数据流；在服务器本机安装可自动更新杀毒库的应用效果好的杀毒软件，一旦本机因文件拷贝或其他操作感染病毒及时发现和杀除。3.2应用软件自身可靠性设计在运行环境稳定安全的情况下，自身应用软件的稳定至关重要了，为保证软件自身的稳定可靠采取了如下措施：选择成熟、可靠的操作系统、数据库和其他支撑软件环境；从软件的需求到设计、实现、测试遵循软件工程；设计和实现过程重视意外情况的处理；程序设计中应用意外恢复机制；3.3数据可靠性数据采集过程中，从数据的采集、传输、存储、发布。各个环节都涉及到数据的可靠性。这里说的可靠性指从中心站通过一定信道接收数据开始，到数据入库、数据传送到省水文局。