（水利工程专业论文）县城供水工程管理信息系统研究与开发.pdf

中文摘要 县城供水工程管理信息系统研究与开发 学科专业：水利工程 研究生：李瑛 指导教师：黄强教授 签名：撅 签杉童逸签钮i 夏丝 指导教师：胡彦华教授级高工签名： 答辩日期：塑兰：! ：! ! 摘要 随着水资源严重短缺的不断加剧，水资源的科学管理与合理利用日益受到全社会的关注。为了 更好地对陕西城镇供水系统进行监督管理，为各级领导对水资源进行科学管理与决策快速提供准确 可靠的科学依据，作者开发了陕西省县城供水工程信息管理系统。 本论文详细介绍了系统的研究开发工作，包括关键技术研究、系统需求分析、系统网络规划设 计、系统软件体系结构与实现模型、数据库设计、供水地理信息子系统开发、系统软件测试与运行 实例等内容。 本系统在覆盖陕西8 4 个市( 县) 的广域计算机网络环境下运行，具有：供水工程信息收集、处 理、存储、管理功能；基于地理信息系统的供水信息查询功能；供水工程信息分析统计、年报、月 报等各种统计报表输出功能：系统数据库维护功能。 本系统的成功运行对于提高陕西省供水管理的科学决策水平与工作效率，加速陕西水利事业的 现代化、信息化进程，从而实现陕西水资源可持续利用的战略目标具有重要的理论意义与现实意义。 关键字：供水工程信息管理系统；网络体系结构；软件体系结构；数据库设计；供水地理 信息；软件测试 荚文摘要 r & do nt h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo f 、 ，a t e r s u p p l ye n g i n e e r l n gf o rc o u n t ys e a ti n s h a a n x i p r o v l n c e m a j o r ：h y d r a u l i ce n g i n e e r i n g n a m e ：y i n gl i s u p e r v i s o r ：p r o f h u a n gq i a n g s u p e r v i a n s w e r a b s t r a c t s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： s i g n a t u r e ： w i t ht h el a c k i n gp r o b l e mo ft h ew a t e rr e s o u r c e sb e c o m i n gu n c e a s i n g l ys e r i o u s ，t h ee n t i r es o c i e t yh a s i n c r e a s i n g l yp a i dm o r ea t t e n t i o nt ot h es c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n dr e a s o n a b l eu s eo ft h ew a t e rr e s o u r c e s t h ea u t h o rh a sd e v e l o p e dt h ew a t e rs u p p l yi n f o r m a t i o nm a n a g e m e n ts y s t e mf o rc o u n t ys e a t i ns h a a n x i p r o v i n c e ，s oa sn o to n l yt os u p e r v i s ea n dm a n a g et h ew a t e rs u p p l ys y s t e mw e l lf o rc o u n t ys e a ti ns h a a n x i p r o v i n c e ，b u ta l s ot op r o v i d ea c c u r a t ea n dr e l i a b l es c i e n t i f i cb a s i sr a p i d l yf o rt h el e a d e r sa td i f f e r e n tl e v e l s t oc a r r yo nt h es c i e n t i f i cm a n a g e m e n ta n dd e c i s i o n m a k i n go f w a t e rr e s o u r c e s t h ep a p e ri n t r o d u c e st h es y s t e m sr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n tw o r ki nd e t a i l ，i n c l u d i n gk e yt e c h n o l o g y r e s e a r c h ，s y s t e md e m a n da n a l y s i s ，s y s t e mn e t w o r kp l a n n i n g + d e s i g n ，s y s t e ms o f t w a r es t r u c t u r ea n d i m p l e m e n t a t i o nm o d e l ，d a t a b a s ed e s i g n ，g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns u b s y s t e md e v e l o p m e n to fw a t e rs u p p l y , s y s t e ms o f t w a r et e s ta n dr t m n i n gi n s t a n c e sa n ds oo n t h es y s t e mr u n su n d e rt h ee n v i r o n m e n to fw i d ea r e ac o m p u t e rn e t w o r kc o v e r i n ge i g h t yf o u rc i t i e s ( c o u n t i e s ) o fs h a a n x ip r o v i n c e i tp r o v i d e st h ef u n c t i o no fc o l l e c t i n g 、p r o c e s s i n g 、a c c e s s i n ga n dm a n a g i n g t h ei n f o r m a t i o no fw a t e rs u p p l yp r o j e c t ，t h ef u n c t i o no f q u e r y i n gt h ew a t e rs u p p l yi n f o r m a t i o nb a s e do nt h e g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，t h ef u n c t i o no fa n a l y z i n ga n dm a k i n gs t a t i s t i c so ft h ew a t e rs u p p l yp r o j e c t i n f o r m a t i o na n do u t p u tf u n c t i o no fs e v e r a lk i n d so fs t a t i s t i c sr e p o r t ss u c ha sa n n u a lr e p o r t 、m o n t h l y r e p o r t a n ds oo n ，t h ef u n c t i o no fs y s t e md a t a b a s em a i n t e n a n c e t h es u c c e s s f u lr u n n i n go ft h es y s t e mw i l lb eo fi m p o r t a n tt h e o r ys i g n i f i c a n c ea n dt h e p r a c t i c a l s i g n i f i c a n c e ，w h i c hc a ne n h a n c et h es c i e n t i f i cp o l i c y m a k i n gl e v e la n dt h ew o r k i n ge f f i c i e n c yo fw a t e r s u p p l ym a n a g e m e n ti ns h a a n x ip r o v i n c e ，a n da c c e l e r a t et h ea d v a n c e m e n to fm o d e r n i z a t i o na n di n f o r m a t i o n o fw a t e rc o n s e r v a t i o nc a u s eo fs h a a n x ip r o v i n c e ，t h u sa c h i e v e st h es t r a t e g i ct a r g e to f s u s t a i n a b l eu s ef o rt h e w a t e rr e s o u r c e si ns h a a n x ip r o v i n c e k e yw o r d s ：m a n a g e m e n ti n f o r m a t i o ns y s t e mo fw a t e rs u p p l ye n g i n e e r i n g ；n e t w o r ks y s t e ms t r u c t u r e ； s o f t w a r es y s t e ms t r u c t u r e ；d a t a b a s ed e s i g n ；g i sf o rw a t e r s u p p l ye n g i n e e r i n g ；s o f t w a r et e s t 2 独创性声明 秉承祖国优良道德传统和学校的严谨学风郑重申明：本人所呈交的学位论文是我 个人在导师指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除特别加以标注和致谢 的地方外，论文中不包含其他人的研究成果。与我一同工作的同志对本文所研究的工 作和成果的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并已致谢。 本论文及其相关资料若有不实之处，由本人承担一切相关责任 论文作者签名： 学位论文使用授权声明 本人1 涉暾在导师的指导下创作完成毕业论文。本人已通过论文的答辩， 并已经在西安理工大学申请博士硕士学位。本人作为学位论文著作权拥有者，同意 授权西安理工大学拥有学位论文的部分使用权，即：1 ) 已获学位的研究生按学校规定 提交印刷版和电子版学位论文，学校可以采用影印、缩印或其他复制手段保存研究生 上交的学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索：2 ) 为 教学和科研目的，学校可以将公开的学位论文或解密后的学位论文作为资料在图书馆、 资料室等场所或在校园网上供校内师生阅读、浏览。 本人学位论文全部或部分内容的公布( 包括刊登) 授权西安理工大学研究生部办 理。 ( 保密的学位论文在解密后，适用本授权说明) 论文作者签名：堕塾：导师签 论文作者签名：! ：! ! 二导师签加9 年q 月2 - 1 3 1 概述 1 概述 1 1 课题背景与研究意义 水是人类社会活动的最重要资源之一，水资源的合理使用日益受到全社会的关注。 我国人均水资源量不到世界平均水平的三分之一，水资源问题已经成为经济社会发展的 严重制约因素。特别是随着城市化进程的加快，我国城市水资源问题越来越突出：全国 缺水城市超过4 0 0 座，其中1 1 0 座城市严重缺水。陕西作为西部的大省，凭临我国中西 部的结合部，其经济的可持续发展不仅是陕西腾飞的基础，而且也是实现西部区域经济 发展的重要保障。然而，严重的水资源短缺对陕西省的经济可持续发展构成很大的威胁， 已经严重制约着陕西社会经济的发展n 1 。 为保证陕西省社会经济的可持续发展，贯彻落实陕西省在2 1 世纪水资源开发利用战 略中提出的“资源统管、城乡统配、改造配套、挖潜增效、以蓄为主、突出节水、调整 结构、综合开发、分级负责、社会办水”治水思路，陕西省水利厅自1 9 9 8 年起对全省 8 4 个市( 县) 的城镇供水系统进行更新改造，截至2 0 0 3 年已基本改造完成。 为了更好地对城镇供水系统基础设施、设备进行监督管理，为各市( 县) 的水管单 位的运行维护、更新改造及时提供有关指导信息，为省、市领导决策提供准确可靠的科 学依据，使供水系统发挥更大的效益，陕西省水利厅供水处启动了“陕西省县城供水工 程信息管理系统开发项目。作者担任此项目组长，并实际完成了项目中供水工程信息 管理系统的总体规划、设计、实施与测试任务。 本系统的基本目标是基于广域计算机网络，应用g i s 、多媒体、数据库等技术，收 集全省8 4 个市( 县) 供水工程的基础设施、设备、供水系统的运行状况、管理单位机构 设置等信息，并对这些信息进行处理、存储、管理；在地理信息系统环境中，以地图为 基础，实现对所采集、处理、存储、管理的供水工程信息的多媒体查询；同时进行陕西 省县城供水工程信息的分析与统计，生成年报、月报等各种统计报表，以提高供水处的 管理水平、办事效率与科学决策能力，为更好地利用陕西省宝贵的水资源作出贡献。 本课题对于提高陕西省供水管理的科学决策水平与工作效率，加速陕西水利事业的 现代化、信息化进程，从而实现陕西水资源可持续利用的战略目标具有重要的理论意义 与现实意义。 1 2 国内外发展动态 随着供水事业与信息技术的飞速发展，国内外各种类型的供水管理信息系统不断出 现，促进了供水管理自动化、科学化水平的提高。 为了以直观的地理图形为基础，方便地查询与供水有关的信息，许多供水管理信息 系统综合应用了g i s 与数据库技术陋1 。美国、西欧、日本等国家和地区的大城市都建立 起了基于g i s 的管网信息系统，利用这些管网信息系统对城市的管网进行管理。美国地 西安理工大学工程硕士学位论文 质调查局设有覆盖全美各个河流和水源地的7 0 2 8 个观测站点，全部与卫星联网，任何一 个站点上发生在两小时以前的监测数据都能在因特网上查到聆，。英国伦敦城市供水实时 监控调度系统啼3 ，通过利用g i s 技术、计算机网络技术等，对伦敦地区6 0 0 万人口自来 水供给中的水量、水质实行实时监控调度，监控范围包括供水水库、地下水源、自来水 厂、8 0 公里长的环城供水隧道干线、1 1 个小区供水泵站及总长度为3 1 5 2 6 公里的新老供 水管网系统，实现了全面数字化管理。澳大利亚的许多州都建设了流域( 区域) 的水资源 实时监控系统，通过对各种水资源数据信息的自动监测、采集、传输、预譬预报、决策 支持、工程自动控制等，实现了流域( 区域) 水资源的优化配置和实时地决策调度指挥。 同时还与收费系统相结合，做到自动收费。 美国伊利诺依州霍夫曼市建立了基于g i s 的全市供水排水信息化管理系统口1 ，其信 息的传递和控制通过有线或无线网络系统来进行。当供水水塔水位达到一定高度时，系 统会自动提示泵站工作人员减少水的供应量：当排污水量升到一定高度时，系统也会自动 启动泵站排出污水。政府定期还通过网络和纸质文件向市民公布包括水的成分、标准等 信息在内的水质报告，同时经常对水进行检测，一旦发现水中含有微生物和病菌等情况， 在及时处理的同时还立即向市民通报，。 日本的城市供水( 原水一净水一管网) 己实现计算机联网监控管理，同时还配备有专 职人员对采集的信息数据进行分析，可结合季节、气温、用水量变化预测次日的需水量， 下指令调度相关净水厂的生产，使之达到既满足用水需求，又防止供过于求的目的。 上述国外这供水信息系统大多集成了各种数学模型，如最佳路径分析、空间定位分 析、缓冲区分析、管网事故分析、最优输配水方案、拓扑关系分析等，增强了系统的功 能。同时这些系统还结合了自动制图系统、设施管理系统、专家系统、决策支持系统，为 城市规划与供水管理提供高精度、高可靠性、现势性的地下管网信息h 3 。目前，这些国 家正在研究更为先进的管网管理系统，如全国联网、网上发布、自动探测、卫星接收、 及时传递且计算机智能控制决策的现代化管网信息系统h ，。 我国的供水信息系统应用相对起步较晚，然而随着我国城市规模的不断扩大，许多 城市也已经建设基于g i s 的供水管理信息系统。上海水司建成的g i s 系统，包括了供水 管网的图形数据的录入、修改及查询统计、抢修决策、日常事务管理等功能。 南京市供水管网的地理信息管理涵盖了南京市自来水公司江南地区所管辖的所有管 线和设施，从管线直到用户水表；实现了地形图和管网图全矢量化管理，系统采用了 1 5 0 0 电子地形图作为基础图，内容详实，精度高，标准统一；建立了一套符合国标的 管网全要素符号库，并在m a p i n f o 平台上实现了全要素等比例缩放。 天津大学环境工程系根据供水企业的要求，先后以北京大学的c i t y s t a r 和中国地质 大学( 武汉) 的m a p g i s 为软件开发平台，建立了城市供水管网管理系统，实现了供水管网 图形数据和属性数据的计算机录入、修改；对管线及各种设施进行属性查询、空间定位 以及定性、定量的统计、分析；对各类图形( 包括管线的横断面图和纵断面图) 及统计分 2 1 概述 析报表显示和输出；除此之外，还为爆管、漏水事故的抢修、维修提供关闸方案及相关 信息，从而基本实现了供水管网的信息化管理。通过g i s 的集成，使管网图形库、属性 数据库及外部数据库融为一体，不仅图文并茂、准确高效，而且易于动态更新，从而大 大提高了管网管理工作的效率和质量。 北京辰景公司开发的供水管理信息系统( a u r o v i e w ) 以自来水管网及其附属设施的 管理、维护、爆管事故处理和管网规划辅助设计为目的，采用先进成熟的地理信息技术、 数据库技术、计算机技术，提供了供水管线数据的输入、查询、分析、维护、统计、输 出的常规功能，以及爆管分析抢修、管网规划辅助设计的空间辅助决策支持的功能，为 自来水管理者提供了一个强有力的业务管理与辅助支持系统。 北京市水利局建设的北京市水资源管理信息系统系统包括地表水评价子系统、地下 水评价子系统。它以流域分区、行政分区为基础来划分评价单元；以北京市水文总站的 水文数据为基础来建立数据库；以地理信息系统为表现平台；以电子地图、柱状图、点 状图、饼状图、线状图、报表、电子表格等为表现形式，最终实现地表水资源、地下水 资源、总水资源的分区评价、互动分析与结果演示。可及时、准确、快速地对北京水资 源状况进行统计分析、评价，为实现北京市水资源科学管理和优化调度实现了一个良好 的基础信息平台。 。 目前供水管理信息系统的发展趋势是： ( 1 ) 不断采用新的网络手段，如各种无线网络、基于v p n 的公用网络等，进行水资源 与供水信息采集、检测与控制。 ( 2 ) 应用新型软件技术，如组件技术、网格技术、w e b 服务技术实现大规模异构信息 系统集成，消除信息孤岛现象。 ( 3 ) 采用分布式与并行数据库实现分布式海量水资源信息存储与处理。 ( 4 ) 开发综合水务信息系统，实现水资源检测、供水管理与调度、区域水厂生产过程 监控、面向公众的信息分布与交互等功能。 1 3 供水管理信息系统开发关键技术 1 3 1 数据库技术 数据库技术阳1 们是现代计算机信息系统的基础和核心。根据数据模型的发展，数据库 系统可以划分为第一代的网状、层次数据库系统，第二代的关系数据库系统，支持多种 数据模型的第三代数据库系统。第三代数据库系统融合了诸多新技术，如分布处理技术、 并行计算技术、人工智能技术、多媒体技术、模糊技术，促进了多种新型数据库系统的 出现。 分布式数据库是数据库技术与网络技术相结合的产物，是一系列物理结构上分布、 逻辑上统一的数据库系统集合。集合中的多个数据库节点分布在计算机网络中的不同计 算机上，其中每个数据库结点具有独立处理能力，可执行局部数据库管理系统及应用程 3 西安理工大学工程硕士学位论文 序，也能通过网络系统执行全局的应用。对于用户来说，一个分布式数据库系统如同一 个集中式数据库系统一样，用户可以在网络中的任何一个地点执行全局应用。 分布式数据库可以解决组织机构分散而数据需要相互联系的问题。比如供水管理系 统，省管理中心与各县、市供水部门处于不同地区，在业务上它们需要处理各自的数据， 也需要彼此之间的交换和处理，这就需要分布式数据库系统。 并行数据库通过集群技术把一个大的事务分散到集群中的多个节点去执行，提高了 数据库的吞吐和容错性。 多媒体数据库提供了一系列用来存储图像、音频和视频对象类型，更好地对多媒体 数据进行存储、管理、查询。模糊数据库是存储、组织、管理和操纵模糊数据库的数据 库，可以用于模糊知识处理。 主动数据库是相对于传统数据库的被动性而言的。其主要目标是提供对紧急情况及 时反应的能力，同时提高数据库管理系统的模块化程度。主动数据库通常采用的方法是 在传统数据库系统中嵌入e c a ( 即事件一条件一动作) 规则。 对象关系数据库是关系数据库与面向对象技术相结合的产物。它能运行用户扩充基 本数据类型，在s q l 中支持复杂对象，支持子类对超类的各种特性的继承，提供功能强 大的通用规则系统。 w e b 数据库是数据库与w e b 技术相融合的必然产物。w e b 上的数据量大、类型多，但 组织管理不足；数据库系统的数据组织管理成熟，但数据有限而且不够灵活。过去数据 库一般作为高端服务器起到w e b 的外围系统的作用，而且只用在那些较小的采用静态 h t m l 页面的w e b 站上。现在，w e b 已涉及到内容的动态管理，使用x m l 语言，海量数据 发生器等工具，统一的程序逻辑和数据库系统等。目前，国外已研制出新的w e b 数据库 模型，改进了x m l 语言，提出了w e b 数据集成以及查询结果相关度的确定原则。新的研 究成果还包括w e b 数据库存取管理用的m e d i a t o r 模式及w r a p p e r 镜象复制模式等软件系 统。 为了支持数据库技术在特定领域中的应用，出现了数据仓库、工程数据库、统计数 据库、空间数据库、科学数据库等多种数据库，使数据库领域的应用范围不断扩大。 空间数据库技术主要研究：描述空间实体和空间实体关系的空间数据模型、包括位 置查询、空间关系查询和属性查询的空间数据查询语言，以及空间数据库管理系统。 统计数据库是一种用来对统计数据进行存储、统计、分析的数据库系统，支持分类 属性和统计属性、多维性、分类属性的层次结构。 工程数据库能够存储和管理各种工程设计图形和工程设计文档，并能为工程设计提 供各种服务的数据库。应用于c a d c a m ，c i m ，c a s e 等工程应用领域。工程数据库管理 系统支持：复杂对象( 如图形数据、工程设计文档) 的表示和处理、可扩展的数据类型、 复杂多样的工程数据的存储和集成管理、变长结构数据实体的处理、工程长事务和嵌套 。事务的并发控制和恢复、设计过程中多个不同数据版本的存储和管理、模式的动态修改 4 1 概述 和扩展、多种工程应用程序等。 空间数据库是以描述空间位置和点、线、面、体特征的拓扑结构的位置数据及描述 这些特征的性能的属性数据为对象的数据库。其中的位置数据为空间数据，属性数据为 非空间数据。其中，空间数据是用于表示空间物体的位置、形状、大小和分布特征等信 息的数据，用于描述所有二维、三维和多维分布的关于区域的信息，它不仅具有表示物 体本身的空间位置及状态信息，还具有表示物体的空间关系的信息。非空间信息主要包 含表示专题属性和质量描述数据，用于表示物体的本质特征，以区别地理实体，对地理 物体进行语义定义。 由于传统数据库在空间数据的表示、存储和管理上存在许多问题，从而形成了空间 数据库这门多学科交叉的数据库研究领域。目前的空间数据库成果大多数以地理信息系 统的形式出现，主要应用于环境和资源管理、土地利用、城市规划、森林保护、人口调 查、交通、税收、商业网络等领域的管理与决策。 目前，数据库技术的主要发展趋势1 如下： a 支持x m l 传统关系数据库中，管理的是结构化数据，数据是以行和列的二维表形式进行存储， 并通过标准的s q l 查询语言进行查询。随着互联网的高速发展，x m l 标准日益成熟，并 很快成为各种复杂的异构数据交换的核心技术和未来数据定义的标准格式，将 n a t i v e ( 原生) x m l 格式的数据存储在关系数据库中并支持对x m l q u e r y 查询，是新推出的， 数据库产品的亮点之一。目前国际主流的数据库厂商均推出了兼容传统关系型数据与层 次型数据( x m l 数据) 混合应用的新一代数据库产品。 甲骨文公司的o r a c l e8 i 、9 i 产品支持在数据库中定义x m l 数据类型，通过s q l 生 成x m l 数据和对其进行查询；在o r a c l el o g 中，提供了对x m lq u e r y 语言的支持，x m l 数据作为一个独立的方式存储在x m l d b 数据库中。 i b md b 2v 9 中集成了结构化和非结构化数据并支持s q l 及x q u e r y 查询。 微软的m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 5 可把大量) ( m l 数据放入数据库中，并提供 n a t i v e ( 原生) x m l 和x q u e r y 的支持。 b 支持网格 在甲骨文刚刚发布的o r a c l el o gr e l e a s e2 中又进步改良了许多网格运算的功能， 提升了性能、应用度以及简化管理功能。可让客户将多台标准服务器系统整合成一套可 扩充的容错运算平台。同时，新版数据库可让客户更容易在网格环境中分享储存资源， 并且大幅提升数据安全性。t o m 网站的用户管理系统已经采用了o r a c l el o g 的网格技 术，在并发处理能力的加强、自动扩展以及降低软件成本方面都起到了很好的作用。 c 支持商业智能 数据库应用的成熟，使得企业数据库里承载的数据越来越多。为了从海量数据中抽 取出具有决策意义的信息，就需要联机分析处理( o l a p ) 与辅助决策，即商业智能( b i ) 5 西安理工大学工程硕士学位论文 技术。 b i 以帮助企业决策为目的，对数据进行收集、存储、分析、访问等处理。由于需要 对大量的数据进行快速地查询和分析，传统的关系型数据库不厶匕e , 伯l l x ：好地满足这种要求。 i b md b 2 内置了b i 各种分析等功能。微软从1 9 9 7 年开始在数据库产品中增加了b i 功能，在s q ls e r v e r2 0 0 5 中通过) ( m l a 接口，实现对数据库和数据仓库的访问，把关 系数据库和b i 功能整合在一起。 微软最新版s q ls e r v e r2 0 0 5 集成了完整的商业智能套件，包括数据仓库、数据分 析、e t l 工具、报表及数据挖掘等，并有针对性的做了一些优化。 d 支持s o a 架构 s o a ( s e r v i c eo r i e n t e da r c h i t e c t u r e ，面向服务的系统结构) 是一种软件系统 架构，是互联网时代的分布式计算方式，是面向应用服务的解决方案框架。s o a 把企业 分散、多平台的i t 环境作为统一的计算结构，其中所有功能被封装成为相互独立的服务 模块，再通过完备定义的调用接口相互联系起来，可以按照业务流程需要的顺利被依次 调用。当在不同应用系统之间构建新的业务应用时，可请求这些功能模块所提供的服务， 以构建新的业务流程。 目前主流的数据库厂商( 包括i b m 、o r a c l e 、微软) 都宣称他们的产品完全支持s o a 架构的，支持s o a 正在成为数据库技术发展的主流趋势。 本系统的开发综合应用了分布式数据库、空间数据库、w e b 数据库技术。 1 3 2 计算机网络技术 计算机网络n 2 1 从距离上可分为局域网( l a n ) 、城域网( m a n ) 和广域网( w a n ) ，从服务 性质上可分为专用网和互联网( i n t e r n e t ) 。由于计算机技术、光纤通讯技术的飞速发展， 为计算机网络技术的高速发展奠定了基础。网络带宽几乎每6 个月就出现一次突破，网 络服务质量( o o s ) 也日新月异，从局域网、广域网到互联网突飞猛进。网络产品的性能 急剧提升，网上的全球漫游正向办公室、家庭渗透。 a 局域网技术 局域网( l a n ) 是将一个单位或区域内的各种通信设备互联在一起所形成的网络，覆 盖范围一般小于2 0 公里。常见的局域网有以太网( e t h e r n e t ) 、光纤分布式数据接口 ( f d d i ) 、异步传输模式( a t m ) 、令牌环网( t o k e nr i n g ) 、交换网( s w i t c h i n g ) 等。其中 基于总线结构的以太网是发展最迅速，应用最为广泛的局域网。 目前，百兆和千兆以太网已广泛应用，万兆标准已经成熟。万兆以太网已通过i e e e 评审发布，1 0 0 0 b a s e - t 的标准( 8 0 2 3 a b ) 采用标准第5 类( c a t5 ) 铜线电缆传送信号， 使得大部分网络改造无需重新布线。千兆接口可以通过自适应技术兼容以前的i o m 、1 0 0 m 终端。技术的标准化大大推动了千兆、万兆技术的发展和应用。 本系统的中心信息网络以及各市、县供水单位的局域网络均采用主干千兆，桌面百 兆的以太网络。 6 1 概述 b 广域网与虚拟专用网络技术 计算机广域网络是一种地域分布极其广大的网络，其分布范围大于1 5 0 公里，可以 覆盖一个国家、甚至全球。构建广域网络必须借助公共传输网络，其骨干部分主要采用 s o n e t s d h 技术、a t m 技术、密集波分用( d w d m ) 光网络技术来实现。i n t e r n e t 是目前 世界上覆盖面最广、规模最大、信息资源最丰富的广域计算机网络系统，是一个由很多 计算机网络联接而成的巨大全球性的计算机网络系统n 3 1 。 i n t e r n e t 应用方面的主要技术包括：i n t e r n e t 接入，网站开发，w e b 与数据库的交 互、访问控制、入侵检测与防范等。 随着互联网用户的迅猛增加，现有的网络地址不足问题日益明显，影响到了网络的 进一步发展。i e t f 于1 9 9 8 年发布的i p v 6 草案标准，不仅解决了地址空间的短缺问题， 还全面地考虑了其他在i p v 4 中难以解决的问题，包括完善处理端到端i p 连接、安全性、 q o s 、多播、移动性等技术问题。 本系统需要在广域计算机网络基础上，对全省8 4 个市( 县) 供水工程信息进行采集、 传输与处理。但是构造专用广域网络的费用高、施工复杂、维护困难，为了解决这个问 题，可以借助于虚拟专用网络( v p n ) 技术。 v p nn 4 3 是一种利用公共网络( 如i n t e r n e t ) 构造私有网络的一种技术，是利用公共 网络通道，采取加密、认证等安全措施组建的内部专用网。v p n 在构成上与实在的专用 网不同，但对于用户来说，在功能上与实在的专用网非常相似。在公共网络上组建的v p n 如同现有的企业私有网络一样提供安全性、可靠性和可管理性等。 实现v p n 的一个思路是，各单位分别在当地经支持v p n 的路由器( 或v p n 网关) 和 通信线路接入因特网，借用公用通信网的通道形成一个覆盖全省的虚拟供水信息专用网。 c 移动通讯技术 移动通信系统n 副的发展经历了四个阶段： 第一代( 1 g ) ：模拟移动通信系统，只适于传输语音。 第二代( 2 g ) ：全球移动通信系统g s m ，可传输语音及数据。 第二代半( 2 5 g ) ：通用分组无线业务g p r s 。 第三代( 3 g ) ：通用移动通信系统u m t s ：数据传输速率最小为3 8 4 k b p s ，最高可达 2 m b p s 。可传输语音、数据、动态图像等多媒体信息。 目前我国电信部门提供的无线移动接入方式主要包括基于基于第二代数字蜂窝系统 的g s m 和g p r s ，c d m a 2 0 0 0 - i x ，以及改进数据率g s m 服务( e d g e ) 技术，目前正向第三 代蜂窝系统( 3 g ，u m t si pb a s e dn e t w o r k ) 发展。 在本系统中，各市、县供水部门局域网络到全省虚拟供水信息专用网的接入可采用 g p r s 与c d m a 技术。 g p r s ( g e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c e ，通用分组无线服务) 基于g s m 系统，采用 “包交换 ( p a c k e t s w i t c h e d ) 技术的无线传输方式。包交换指将数据封装成许多独立 西安理工大学工程硕士学位论文 的包，再一个包一个包的传送出去。包交换在形式上类似寄包裹，只有在有数据需要传 送时才会占用频宽，而且可以传输的数据量计价。与原来基于电路交换数据传送的g s m 拨号方式相比，分组交换的g p r s 具有“实时在线”、“按量计费”、“快捷登录”、“高 速传输”、“自如切换 的优点。 c d m a ( c o d ed i v i s i o nm u l t i p l ea c c e s s ，码分多址) 允许所有使用者同时使用全部 频带，并把其他使用者发出的信号视为杂音，完全不必考虑到信号碰撞问题。c d m a1 x 是在c d m a 基础上的升级，速度更快，容量更高，能给用户提供更宽的带宽，除基本业务 外，还提供了无线数据业务。 1 3 3w e b 技术 w e b ( w o r l dw i d ew e b ，w w w ) n 6 3 是一个抽象的信息空间，是i n t e r n e t 上那些支持 w w w 协议和超文本传输协议h t t p 的客户机与服务器的集合，通过它可以存取世界各地的 超媒体文件，其内容包括文字、图形、声音、动画、资料库、以及各式各样的软件。可 以说w e b 是当今全世界最大的电子资料世界，已经可以把w e b 当成i n t e r n e t 的同义词 了。 w e b 系统的主要技术n 7 3 包括：用超文本技术( h t m l ) 实现信息之间的链接、用统一资 源定位技术( u r i ) 实现全球i n t e r n e t 信息的精确定位、用h t t p 协议实现分布式的信息共 享。w e b 是典型的分布式应用系统。w e b 应用中每一次信息交换都要涉及到客户端与服 务端，因此，w e b 开发技术大体上也可分为客户端与服务端技术。 w e b 客户端的主要任务是展现信息内容，其主要技术是h t m l 语言、c s s ( c a s c a d i n g s t y l es h e e t s ) 、d h t m l ( d y n a m i ch t m l ) 、j a v a s c r i p t 、v b s c r i p t 、a c t i v e x 控件、f l a s h 、 a j a x 技术等。 最早的w e b 服务器简单地响应浏览器发来的h t t p 请求，并将存储在服务器上的h t m l 文件返回给浏览器。后来逐渐发展了多种动态生成h t m l 页面的技术，如c g i 、p h p ( p e r s o n a lh o m ep a g et o o l s ) 、a s p 、j s p 等。 为了适应企业级应用开发的各种复杂需求，给最终用户提供更可靠、更完善的信息 服务，出现了两个最重要的企业级w e b 开发平台j 2 e e 和n e t 。 j 2 e e 是基于j a v a 的开发标准，其三大核心技术是s e r v l e t 、j s p 和e j b 。遵循j 2 e e 标准的企业级应用支撑平台有i b m 的w e b s p h e r e 、b e a 的w e b l o g i c 、s u n 的s u no n e 、开 源应用服务器j b o s s 等。目前，j 2 e e 体系及相关的软件产品已经成为了w e b 服务端开发 的一个强有力的支撑环境。 m i c r o s o f t n e t 平台及相关开发工具提供了个支持多种语言的、通用的开发环境。 它可以使用v b n e t 、c # 等编译型语言，支持w e bf o r m 、n e ts e r v e rc o n t r o l 、a d o n e t 等高级特性。 本系统采用n e t2 0 环境与c # 语言进行信息采集与报表生成软件子系统开发。 8 1 概述 1 3 4gis 技术 g i s ( g e o g r a p h i ci n f o r m a t i o ns y s t e m ，地理信息系统) n 8 1 是综合应用计算机科学、地 理学、测绘遥感学、环境科学、城市科学、空间科学和管理科学的新兴边缘学科。g i s 通过系统建立、空间操作与模型分析，为地球科学、环境科学、水利科学和工程设计等 方面的规划、管理和决策提供有用的地理信息。 1 9 8 0 年代，商品化的g i s 软件不断推出，如大型g i s 软件a r c i n f o 、s y s t e m _ 啕、 i n t e r g r a p h 、g e n a m a p ，中小型g i s 软件s p a m 、i l w i s 、m a p i n f o 、a t l a s 等。 新一代的g i s 软件技术n 们是c o m g i s ( 组件式g i s ) 及w e b g i s 。c o m g i s 将g i s 的功能模 块基于组件技术开发，用户可根据需要实现各种功能组件的集成，构成g i s 应用系统。 w e b g i s 是i n t e r n e t 技术与g i s 相结合的产物，其最终目标是使w w w 任意一个节点上的 i n t e r n e t 用户都可以浏览检索w e bg i s 上的各种空间信息，进行各种空间分析与预测、 空间推理和决策等，从而使g i s 进入千家万户。国外各大g i s 软件厂商纷纷推出通过 w e b g i s 工具。e s r i 公司推出了i n t e r n e tm a p s e r v e r - f o r a r c v i e w ；m a p l n f o 推出了m a p x t r e m e 。国外著名g i s 软件公司网站大都使用了w e bg i s 技术。 g i s 应用系统由硬件、软件及相关数据组成。g i s 硬件系统包括服务器、数字化仪、 扫描仪等。g i s 软件实现地理信息的存储、分析和显示，其主要的组件包括地理信息输 入和处理、地理数据库管理系统、地理信息查询、分析和可视化显示、人机图形界面等。； 空间数据和属性数据是g i s 应用系统的重要基础。空间数据的表达可以采用栅格和矢量 两种形式。矢量数据结构直接以采样点的坐标为基础尽可能精确的表示点、线、面等地 理实体。矢量结构是通过坐标的方式来记录点的位置、线的长度和面的面积。栅格数据 模式采用规则的正方形或者矩形栅格组成每个栅格点或者象素的位置由栅格所在的行和 列号来定义。栅格的数值为栅格所表达的内容的属性值。 随着我国信息化的进展，g i s 应用不断深入。早在1 9 9 4 年9 月，我国国家测绘总局 就与美国a r c i n f o 总部签定了合作的a r cc h i n a 计划。1 9 9 7 年国家环保局用世界银行 技援项目“中国省级环境信息系统建设”，在我国2 7 个省建立了省级环境信息中心。目 前，我国在城市自来水、城市煤气、城市规划、城市地下管线、城市环境、城市道路、 城市土地等领域都开始应用g i s 系统。上海j 南京、深圳、唐山等城市在在输配水管网 日常管理中，应用g i s 技术，已取得明显成效。 本系统应用g i s 技术实现基于陕西省电子地图的供水工程信息多媒体查询。 1 4 主要研究开发工作 一 本论文课题研究开发，紧密围绕陕西省县城供水工程信息管理系统进行，主要研究与 开发工作如下： 理论研究内容： ( 1 ) 县城供水工程管理模式； 9 西安理工大学工程硕士学位论文 i 0 陕西省县城供水工程信息管理系统网络体系结构； 陕西省县城供水工程信息管理系统软件体系结构与实现模型； g i s 开发理论与技术； w e b 系统开发理论与技术； 开发工作内容： 陕西省县城供水工程信息管理系统需求分析； 陕西省县城供水工程信息管理网络系统规划与设计； 陕西省县城供水工程信息管理系统软件规划与设计； 陕西省县城供水工程信息管理系统数据库设计； 陕西省县城供水工程g i s 系统开发； 陕西省县城供水工程信息管理系统软件测试；、，、，、，、，、，、，、，、，、，、， q n q 2 系统需求 2 系统需求 本系统的基本目标是基于广域计算机网络，应用g i s 、多媒体、数据库等技术，对 全省8 4 个市( 县) 供水工程的基础设施、设备、供水系统的运行状况、管理单位机构设 置等信息，进行收集、处理、存储、管理；在地理信息系统环境中，以地图为基础，对 所采集、处理、存储、管理的供水工程信息进行多媒体查询；同时进行陕西省供水工程 信息的分析与统计，生成年报、月报等各种统计报表，以提高供水处的管理水平、办事 效率与科学决策能力。 2 1 系统功能需求 2 1 1 信息采集与查询功能 本系统