（计算机应用技术专业论文）大型仪器设备协作共用系统的设计与实现.pdf

iii 摘 要 近几年来，全国高校得到快速发展，一方面得益于国家对教育的大力投入， 另一方面是高校经过多种方式筹措资金不断改善和提高教学、科研设备水平。大 型仪器设备是培养人才，科学研究和社会服务的重要条件，也是高校综合实力的 重要标志。由于大型仪器设备价格昂贵、技术先进、科技含量高，因此，通过科 学有效的管理， 提高大型仪器设备的利用率、 使用效益和投资效益具有重要意义。 本文通过对本校大型仪器设备情况的调研，及教学科研、社会服务对大型仪 器设备服务需求的分析，结合 asp.net 技术，设计实现了大型仪器设备协作共 用管理信息系统。 本文首先对研究背景和意义、研究现状进行了分析，明确了研究内容，分析 了系统在设计与实现中的相关技术及关键问题；其次，根据系统设计需要研究 了.net framework 计算平台，asp.net 技术，分析了分布式构架；再次，通过 对项目需求的分析，阐述了系统总体构架和系统分层式设计；在详细设计中，详 细介绍了各个模块的设计及数据库表的设计；在系统实现中，详细介绍了用户管 理的实现及预约管理的实现，并以添加仪器设备的基本信息为例，详细阐述了 web 服务三层构架的实现；最后，就设计实现系统期间的工作学习做出总结，并 展望了下一步需要继续研究的问题和需要改进的工作。 关键词：.net framework asp.net 分布式构架 iv abstract in recent years, all of universities in our country were developed rapidly. on the one hand, the government invests a lot of funds in the education. on the other hand, the universities raise a large amount of money to improve the level of equipment which is used in teaching and scientific researching. it is the important condition that having large-scale scientific instruments for training talents, scientific research and social service, and it is also an important symbol of college comprehensive strength. the large-scale scientific instruments are very expensive, advanced technologies and including high scientific and technological content. therefore, it has vital significance to improve the utilization rate of large scientific instruments, use efficiency and benefit of investment. this paper designs the large-scale scientific instruments information management and booking system by asp.net application technology. the system is designed based on the situation of large-scale scientific instruments and the demand analysis of the large-scale scientific instruments in teaching, scientific research and social service. first, the paper analyzes the background, the significance and the research status in order to clear research content and solve the relevant technology and key problems of the system. second, the paper introduces the .net framework, the asp.net and the distributed frame. third, the paper expounds the overall structure of the system and the three-layer frame of the system. and then, the paper introduces the each module and the data tables in detail. the system includes the management of the user information, the management of the large-scale instrument, booking instrument use and so on. the paper describes that the system realized the three-layer frame for example adding the basic message of the instrument. finally, the paper sums up the work and study in writing paper, plans the next work and raises problems that need to solve in the future. key words: net framework, asp.net, the distributed frame ii 学位论文原创性声明 学位论文原创性声明 本人所提交的学位论文大型仪器设备协作共用系统的设计与实现 ，是在 导师的指导下，独立进行研究工作所取得的原创性成果。除文中已经注明引用的 内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本 文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中标明。 本声明的法律后果由本人承担。 论文作者（签名） ： 指导教师确认（签名） ： 年 月 日 年 月 日 学位论文版权使用授权书 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解河北师范大学有权保留并向国家有关部门或机构 送交学位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河北师范大学 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，可以采用影印、缩 印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在 年解密后适用本授权书） 论文作者（签名） ： 指导教师（签名） ： 年 月 日 年 月 日 1 1 绪 论 1.1 背景及意义 当前科学研究呈现出多学科渗透、交叉、融合的发展态势，而全球化的研究与 开发越来越多， 信息技术的普遍应用正在深刻地改变着传统的科研方式与创新模 式。社会发展不仅需要大量的科技基础资料和服务，而且还要求实现资料和服务 的共享协作与信息的通畅。科技资源的占有、配置、开发和利用方式的优劣成为 决定国家科技创新能力的关键因素。在国际上，越来越多国家认识到加强科技基 础条件建设，提升科技创新水平的重要性。我国十分重视国家科技创新条件平台 的建设，为此投入大量资金。自 2002 年，国家科技部发布科研条件建设“十 五”发展纲要以来，科技部、教育部、财政部等多部委就加强科技基础条件平 台建设制定建设纲要，召开全国电视电话会议，对我国科技条件基础平台的建设 提出具体要求。 科技基础条件平台建设包括重大科技基础设施的重组和完善， 科技文献信息 资源的重组和丰富，实现自然科技资源的整理、保存和信息化，完成各种科学数 据的整理和信息化，实现对科技成果的转化服务等多项内容。同时，建立一个涵 盖所有上述资源的科技基础条件网络平台，以便高等院校，科研单位、政府机构 及社会公众对这些资源的充分了解和利用，使其发挥应有的效益。 近年来，河北省把科技基础条件平台建设放在科技建设、经济发展的突出位 置，主要开展了以省级重点实验室、中试基地和工程技术研究中心为主的基础设 施建设。河北省于 2005 年提出建设“河北省科技基础条件网络平台” ，该平台包 括科技文献资源与服务、自然资源与科学数据共享、大型仪器设备协作共用、实 验动物科研与共享、重点实验室信息、科技成果转化服务等多项内容，其中实现 大型仪器设备协作共用的信息化是其中的重要内容之一。 目前我国高等院校发展迅速，对大型仪器设备的投资日益提高，高校拥有的 大型仪器设备数量日益增多， 档次也不断提高。 提高这些大型仪器设备的使用率， 使得这些仪器设备更好的为教学科研发挥更大的作用， 成为仪器设备管理的重要 目标。然而大型仪器设备的一些特点，投入资金多，仪器结构复杂，体积巨大， 2 需要专业人员操作等等，使得大型仪器设备在管理应用，教学科研，服务社会等 方面受到制约。 将信息技术应用到大型仪器设备管理工作中，把管理过程信息化，流程化， 成为大型仪器设备管理工作的新方法。目前减少管理人员工作，提高工作效率和 服务质量，提高大型仪器设备的使用率，使得设备仪器在服务于教学和科研的同 时，能为社会提供服务，是高校设备管理和实验室管理亟待解决的问题。 在上述背景情况下，本课题在完善河北省大型仪器协作共用网的基础上，结 合河北师范大学大型仪器设备协作共用的需求， 设计实现了能够网上预约仪器设 备使用的大型仪器设备协作共用管理信息系统。 本课题实现了大型仪器设备管理 的信息化，具有重要现实应用意义。 1.2 现状 目前国际上国家中心、国家平台的建设十分普遍，高校和科研机构的分析测 试仪器设备也普遍采用开放使用的运行模式，仪器的开放服务呈现多层次化，服 务与使用效果十分明显。 近年来，国内相关部门、高校和研究机构开展了大型仪器设备协作建设的工 作，大型仪器设备的共享共用已经在国内得到共识。这种发展趋势与国际潮流也 是一致的。国内的一些单位在仪器设备信息管理方面作了大量的研究与实践工 作。例如，上海研发公共服务平台，该平台由“科学数据共享服务系统” 、 “大型 仪器设施共用服务系统” 、 “科技文献保障服务系统”等子系统构成，该平台为上 海地区的高等院校、科研机构、政府及社会公众提供科研公共服务；北京科技条 件平台，该平台提供大量科技基础文献资料，高新技术产业服务，科技人才信息 等。 另外还有 “天津科研条件网” ， “湖北科技条件共享平台” ， “重庆大型仪器网” 等。这些平台注重提供仪器设备的基本信息，使用机时日程安排 收费标准等等。 这些仪器设备共用网络平台，主要功能是信息的发布和查询，使用者与拥有者之 间没有真正的互动，使用者对仪器设备使用安排不了解，无法实现提前预约。大 型仪器设备协作共用管理信息系统结合仪器设备管理需求， 不但实现大型仪器设 备信息的管理，日常运行工作的管理，还实现了用户在网上对仪器设备使用的预 约。 3 1.3 项目内容 本系统的目标是采用 asp.net 技术开发大型仪器设备协作共用管理信息系 统，开发中采用面向对象的设计，web 分层式构架方法，选用 visual c#作为编 程语言。具体工作有： 1. 系统需求分析。对用户提出的需求进行分析，将实际操作过程流程化。 2. 系统总体设计。明确系统的各项功能，设计出现实现系统的方案，完成 总体设计。 3. 系统详细设计。详细设计系统的每个功能模块，确定数据结构和各个模 块所需的算法。根据不同类别用户的需求为系统设计用户角色并为每个 角色设定相应的权限及对应权限的操作内容。 4. 系统实现。根据系统设计内容编写代码，最终实现系统功能。 5. 系统的测试修改和运行。通过不同种类测试，对出现的问题做出修改、 调试，使系统进一步完善。 1.4 组织结构 本文内容由六章组成，各章安排如下： 第一章 绪论。主要介绍了大型仪器设备管理系统的研究现状，国内外的研 究与实践工作及研究内容。 第二章 大型仪器设备协作共用管理信息系统技术理论研究。主要介绍了 asp.net 技术，分布式构架，c#语言等等，系统设计实现使用的相关技术。 第三章 大型仪器设备协作共用管理信息系统的 web 构架设计与分析。首先 介绍了河北省大型科学仪器协作共用网，然后主要介绍了系统的设计目标，项目 功能需求，系统的分层式设计及系统的总体构架。 第四章 大型仪器设备协作共用管理信息系统的设计。主要介绍了系统的详 细设计，数据库的详细设计，及主要模块的详细设计。 第五章 大型仪器设备协作共用管理信息系统的实现与测试。主要介绍了根 据项目需求，实现对仪器设备使用的预约及管理；应用 asp.net 中 api 技术， 结合本系统的需求实现了系统的用户管理；以仪器设备基本信息管理为例，介绍 了系统在三层构架中实现。另外，还简单介绍了对系统的运行测试情况。 第六章 总结和展望。 对已完成的工作和将来需要继续做的工作进行了总结。 4 1.5 本章小结 本章主要介绍了大型仪器设备协作共用管理信息系统的研究背景及意义， 国 内外对大型仪器设备协作建设的现状，本文的研究内容及组织结构。 5 2 技术理论研究 2.12.1 .net framework 简介 .net framework 是在高度分布式互联网环境中使得软件开发简单化的新计算平台， 提供了应用程序模型及关键技术。 .net framework以松散的方式来组合web services 的 组件，大大增强了系统的延展性，提高了整体的安全及可靠性。.net framework 包括三 大部分：第一部分是 clr(common language runtime)公共语言运行库；第二部分是共 享对象类别库；第三部分是重新以组件的方式编写的 asp.net。.net framework 的大 体层次结构如图 2.1 所示。 vbc+c#jscript 公共语言规范（common language specification） asp.netwindows应用 ado.net .net框架类库（base class library） 公共语言运行库 clr（common language runtime） 图 2.1 .net 开发平台框架结构图1 公共语言运行库 clr 是.net framework 的运行环境， 为基于.net 平台提供一个跨 越所有编程语言的统一运行环境。 共享对象类别库提供了一套综合性的面向对象的可重 用类型集合，它包括许多可重用的接口，类型等。asp.net 是使用.net 框架提供的类 库构建而成，它提供了一个 web 应用程序模型2。这个模型由一个基本结构和一组控件 组成。开发人员可以直接调用控件集合。在服务器上，web 开发人员直接面对的是控件 负责面向对象的编程技术。另外，asp.net 还提供一些基本结构服务，例如，会话状态 管理，进程循环。通过 web 服务功能，开发人员只需进行简单的业务逻辑编程。 6 2.2 asp.net 技术 asp.net 是建立在微软新一代.net 平台架构上，利用 clr(common language runtime)在服务器后端为用户提供建立强大的企业级 web 应用服务的编程框架3。 asp.net 是把基于通用语言的程序在服务器上运行，编译(compile)执行，asp 只是解 释(interpret)执行。asp.net 不是 asp 的简单升级，而是微软公司推出的新一代体系结 构 microsoft.net 的一部分。这样使得开发人员能够使用.net framework 框架开发 web 应用程序。 2.2.1 asp.net 的优点的优点 asp.net 拥有很多优点。它基于通用语言编译运行的程序，具有强大的适应性，可 以运行在 web 应用程序开发的全部平台上。asp.net 的 web 应用中整合了通用语言的 基本库，消息机制，数据接口的处理等等，同时 asp.net 支持语言独立化，开发中可 以选择一种语言来编写程序，也可以采用多中语言来编写。asp.net 提供了 web services 的基础构造环境，使得开发人员能够为这个服务模型创建服务。在 asp 中程序 代码与页面内容混合在一起，asp.net 通过两种方式将这两者分离。第一种采用代码内 联模型，在该模型中虽然代码仍然保持存在 asp.net 页面中，但它并不和 html 混合 在一起。第二种是代码后置模型，在该模型中代码被完全存入到另一个单独的文件中。 另外，asp.net 具有高效可管理性。由于 asp.net 使用一种字符基础的，分级的配置 系统，这样使服务器环境和应用程序的设置更加简单。 2.2.2 asp.net 2.0 的服务器控件的服务器控件 asp.net 是作为.net 框架系统结构的一部分推出的，从 2000 年发布 asp.net 1.0 到 2005 年 11 月发布 asp.net 2.0，asp.net 得到了很大的发展。asp.net 2.0 技术增 添了大量方便、实用的新特性。asp.net 2.0 主要提供控件、页面框架、服务与 api 三 个方面的技术特性。 asp.net 2.0 提供多种服务器控件，根据控件定义方式分为 3 类：html 服务器控 件、asp.net 标准服务器控件和自定义服务器控件。html 服务器控件派生于命名空 间 system.web.ui.htmlcontrols，基本上与普通 html 控件一致，在将普通 html 控件 特性中加入 runat=server属性， 并设置 id 属性， 就可将普通 html 控件转换为 html 服务器控件。这样使开发人员能够更简单对其进行编程控制。asp.net 标准服务器控件 派生于命名空间 system.web.ui.web.controls， 这类服务器控件内置于 asp.net 2.0 框架 7 中，预先定义，包括标准控件，数据控件，验证控件，登录控件等。自定义服务器控件 派生于命名空间 system.web.ui.control 或 system.web.ui.webcontrols， 这类服务器控件 是开发人员根据需要自行设计开发的，具有灵活性，多样性，易用性等特点。 asp.net web 窗体页面框架组件是一个可缩放的通用语言运行时编程模型， 它可以 用于动态地生成 web 页面4。它提供建立和使用可供重复使用的控件的能力，减少了开 发人员需要编程的代码数量，将页面内容同代码分离，支持强大的 wysiwyg(所见即 所得)功能。而 asp.net 2.0 又对页面框架进行了重大改进，主要体现在：母版页、主题 和皮肤、编译机制、本地化。母版页使得 web 网站建立了具有统一布局和外观的页面； 主题和皮肤一次性设置可以使得一种类型的服务器控件外观样式保持一致， 降低维护工 作人员的工作强度；在应用程序编译方面，asp.net 2.0 提供了几种替代方案，扩大了 编译的选择范围；另外，在本地化方面 asp.net 2.0 也做了一些改进。 在服务与 api 方面，asp.net 2.0 在新特性中占有较大比例，主要有：成员资格管 理、用户配置、角色管理、数据缓存、配置与管理工具等等。通过这些新特性，开发人 员可以简单快捷的实现用户与角色管理，个性化的用户配置、应用程序可视化配置等任 务。 2.3 分布式构架 在设计系统之初，系统的构建对系统的成功实现和以后的维护扩展，起着至关重要 的作用。通过研究学习对比，本系统采用微软推荐的分层式结构，分为三层，由下至上 分为：数据访问层、业务逻辑层(又或成为领域层)、表示层，如图 2.2 所示。 8 表示层 业务逻辑层 数据访问层 sql server oracle 图 2.2 分层式结构 数据访问层：又称持久层，其主要功能是负责数据库的访问，为逻辑层和表示层提 供数据支持，实现对数据表进行增加、删除、修改、查询的操作。如果要加入 orm 的 元素，那么就会包括对象和数据表之间的映射，及对象实体的持久化。 业务逻辑层：封装整个系统的业务逻辑和规则等，是系统的核心。本系统为例，均 和大型仪器设备的信息相关，例如，查看仪器设备的详细信息，工作时间的安排，对仪 器设备进行使用预约等等。业务逻辑层不能直接访问数据库，如果涉及需要调用数据访 问层。 表示层：负责系统用户和整个系统的交互。这一层是系统用户直接操作页面，所以 页面的友好性，操作的简易性是表示层实现的重要目的。 总体来说，分层式设计可以达到分散关注、松散耦合、逻辑复用、标准定义的目的。 一个好的分层式结构，一旦定义好各层之间的接口，开发人员就可以分散关注，同时工 作； 松散耦合既可以良好地保证未来的可扩展， 又能提高模块的复用性， 避免重复开发； 标准化是系统扩展的必要条件。然而，分层式结构设计也有它的不足：降低了系统的性 能，例如，如果不用分层式结构，很多业务可以直接访问数据，而在分层式结构中必须 通过数据访问层才能做到。修改需要级联的修改，在表示层中需要增加功能，就可能需 要在相应的业务逻辑层和数据访问层中都要增加相应的代码。 9 2.4 c#语言 c#是微软推出的一种新的、面向对象的编程语言。它使得开发人员可以快速地编写 各种基于.net 平台的应用程序。c#是一种面向对象的语言，它构建的各类组件可以方 便的转换为 xml 网络服务，从而可以由任何语言在任何操作平台上通过 internet 进行 调用。它的语法简洁，取消了指针，没有伪关键字，使用有限的指令、修饰符和操作符， 使得整个程序结构清晰。c#还继承 c+的强大功能，具有面向对象的语言的基本特性： 封装、继承和多态性。c#以类为基础构建类型，由命名空间对代码进行层次化组织和管 理，避免发生命名冲突。在 web 服务框架下，开发人员无需了解网络的细节，用统一 的方式处理远程和本地的 c#对象，而 c#组件可以简单的转变为 web 服务，并可以被不 同平台的不同编程语言调用。c#符合通用类型系统的类型安全性要求，并用公共语言运 行时所提供的代码访问安全特性，从而能够在程序中方便地配置安全等级和用户权限。 c#借鉴 java 的资源回收机制自动管理对象的生命周期，使得开发人员不再考虑内存的 管理。另外，c#的版本管理技术，灵活性和兼容性等，在开发中应用越来越广泛。 2.5 sql server 2005 数据库 2.5.1 sql server 数据库简介数据库简介 sql server 是微软开发一款关系型数据库管理系统，它的界面友好，操作简便，工 具丰富，成本较低，适用于大型数据库服务器端。sql server 2005 是一个全面的数据 库平台，应用商业智能工具提供企业级的数据管理。sql server 2005 数据库引擎为关 系型数据和结构化数据提供了更安全可靠的存储功能。sql server 2005 为 it 专家和信 息工作者带来了强大的、熟悉的工具，同时减少了在从移动设备到企业数据系统的多平 台上创建、部署、管理及使用企业数据和分析应用程序的复杂度。 通过全面的功能集、 和现有系统的集成性、以及对日常任务的自动化管理能力，sql server 2005 为不同规 模的企业提供了一个完整的数据解决方案。 2.5.2 sql server 2005 的优点的优点 1. 可编程性：crl 集成，开发人员可以使用任何一种.net 语言编写存储过程，触 发器，函数，自定义类型等等。 2. 安全性：sql server 2005 有清晰的安全模型即主体，安全对象和权限。 3. 异步处理能力：service broker 提供了异步编程模型，一是异步执行能力，提高 了可伸缩性，二是可靠执行，三是集成于数据库中，备份数据库备份了 broker 10 的消息队列。 4. 支持通过 http soap 协议直接访问数据库，增加 xml 数据类型，使用 sql servermanagement studio 等等。 2.6 本章小结 本章介绍了构建大型仪器设备协作共用管理信息系统的相关技术和理论，分析 了.net framework 开发平台，介绍了 asp.net 技术及优点，c#编程语言，后台数据库 管理等等。 11 3 系统 web 构架的设计与分析 3.1 前期工作 当前，我省高等院校、科研机构等拥有一大批大型仪器设备。这些大型仪器 设备分散安置在不同的高校，科研单位，重点实验室，分析中心等地。在空间上 无法实现统一地管理，传统的人工管理任务重，效率低，无法实现仪器设备管理 的透明性、高效性、统一性。为了实现大型仪器设备资源的共享，提高大型仪器 设备的利用率，减少重复引进，河北省科技厅组建了河北省大型科研仪器协作共 用网，如图 3.1 所示： 图 3.1 大型科学仪器协作共用网 该网络平台的主要任务是建立大型仪器设备信息资源库， 收集建立分析测试 专家人才信息数据库，建设大型仪器设备拥有单位信息数据库，依托设备库、人 才库、 单位信息数据库建立相关的信息管理系统， 及时发布通知公告， 科研信息， 12 市场信息等有关大型仪器设备的动态信息。 该网络平台包括通知公告、 业界动态、 协作服务、专家人才、政策法规、服务领域、技术交流、网上办事等栏目。其中， 通知公告由科技厅， 大型精密仪器办公室等部门发布有关我省大型仪器设备管理 的通知公告； 业界动态主要内容是有关我省大型仪器设备的工作动态， 学术会议， 科技新闻的等； 专家人才收录了我省各研究领域中精通大型仪器设备的专家人才 信息，用户可以在此查看专家的研究领域，熟悉精通的仪器设备，工作单位，联 系方法等信息；政策法规中主要是针对大型仪器设备管理的政策法规，规章制度 等，用以指导和规范大型仪器设备的管理工作；服务领域主要是将大型仪器设备 按照服务领域的不同分类， 用户可以方便的在相关领域中查看的相应的大型仪器 设备；技术交流主要是研究人员，技术专家等发表的科研文章，以便用户相互学 习参考；网上办事是为了方便大型仪器设备的管理，提供的一些网上办事服务。 另外，还有服务指南，实验室名录，知识字典等栏目。 其中，协作服务是大型科学仪器协作共用网的一个子系统，其作用是管理我 省资源共享的大型仪器设备，界面如图 3.2 所示： 图 3.2 协作服务系统 该协作服务系统分为仪器信息服务、信息维护管理、预约测试服务、统计分析图 表、系统管理等几个功能模块。仪器信息服务主要是提供查询可以对外共享和所 有注册的大型仪器设备的各项详细信息；查询大型仪器设备的转让信息，查询有 关大型仪器设备使用的工作会议和培训信息。 信息维护管理主要是针对管理员对 系统信息的维护。在此模块中，管理员可以对仪器信息、仪器所属单位信息、仪 13 器所属实验室信息、仪器所在实验室人员信息、仪器转让信息、政策法规信息、 会议及培训信息进行添加、修改、删除等操作。预约测试服务主要为用户预约仪 器使用提供服务。根据用户的需求分为三个方面的服务，一方面是为要求使用仪 器的用户提供服务；一方面是为拥有仪器的用户提供服务；还有是为监督管理人 员提供服务。统计分析图表主要是为管理员提供资源信息的统计分析服务，例如 数据的查询、计算、排序，输出各种数据的直方图、折线图、饼状图及各种报表 等。这些数据可以为各级领导的决策提供依据。系统管理主要是为各级系统管理 员使用服务，主要功能包括新闻的添加、删除、修改管理，用户的注册，基本信 息，角色权限的管理及数据导出等。 上述协作服务系统在大型仪器设备基本信息数据库，实验室信息库，人员信 息库等数据库的基础上，实现了强大的信息查询功能，以及动态信息发布，数据 统计功能。但是，系统与用户的交互性不强，仪器的预约使用功能简单。下面本 文结合河北师范大学的大型仪器设备的管理需求，针对协作服务系统的不足，设 计实现了大型仪器设备协作共用管理信息系统。 3.2 系统设计目标 随着高校大型仪器设备的数量不断增多，档次不断提高。仪器设备的管理问 题日益突出，既要做到有效管理，充分应用，又要对其进行良好保养维修等等。 通过研究大型科学设备仪器的管理工作，结合软件开发的理论知识，设计出一个 合理有效的管理系统，以实现大型仪器能更好的为教学科研服务，进一步能为社 会提供服务，为学校创造效益的目的。 目前，基于 web 服务的信息系统以其直观性，易用性，灵活性，互动性等 特点，越来越被大众接受。用户可以在任何能够连接网络的计算机上，通过浏览 器使用用户名登录系统，查询和管理相关信息，进行操作。系统操作简单，界面 友好，管理效率提高，节省用户时间。因此系统采用 asp.net 2.0(c#)为开发平 台， sql server 2005 作为数据库支持， 采用安全高效的 b/s(browser/server)模型。 系统在逻辑构架上采用微软推荐的分层式结构三层构架：表示层(ui)、业务逻辑 层(bll)、数据访问层(dal)。这三层分别负责不同的工作。其中数据访问层在 最下面，主要负责数据库的访问，表示层和业务逻辑层通过它得到数据支持；业 务逻辑层是整个系统的核心，它封装了系统的业务逻辑和规则，将业务逻辑和规 14 则与数据访问和页面内容分开；表示层主要界面显示并完成用户与系统的交互。 3.3 项目功能需求 根据高校对大型科学设备仪器管理工作的调查研究， 我们做出主要的具体需 求如下： 1. 系统采用 b/s 模式构架，实现不同用户，从不同地点，以不同的网络连 接方式，在不同服务平台(如 windows，linux 等)，访问和操作相同的数 据库。 2. 系统对一些基本信息的管理，实现对用户的基本信息、仪器设备的详细 基本信息，实验室的基本信息，通知公告信息等维护和管理。 3. 系统对用户、角色、权限的管理，实现用户注册及审核，赋予角色，分 配权限等功能。 4. 系统对仪器预约信息的管理，实现对仪器设备状态的设置和工作时间的 安排，用户对设备仪器的预约，管理审核预约记录及对仪器设备历史预 约记录的管理。 5. 系统对实验日志的管理，实现日志信息的保存、修改，以便统计一段时 间内大型仪器设备的使用情况，取得的科研成果，产生的经济效益等。 3.4 系统分层式设计分析 系统运行能否成功，日常维护是否方便及后期的扩展是否顺利等等这些方 面，在系统构架之初就需要完善的规划。通过学习和研究，分层式设计具有分散 关注、松散耦合、逻辑复用、标准定义的优点，大型仪器设备协作共用管理信息 系统采用了分层式构架，如图 3.3 所示： 15 presentation layer business logic layer data access layer user interface processing asp.net web forms business components enterprise services dal interfacedal factory sql server dal sql daab model objects 图 3.3 系统三层构架 前一章对分层式结构设计作了详细介绍，下面结合本系统的构架设计，对各 层进行分析比较。 首先，数据访问层(data access layer)位于系统构架的底层，为表示层和业 务逻辑层提供数据支持。在数据访问层中，采用 dal interface 抽象数据访问逻 辑，并以 dal factory 作为数据访问层对象的工厂模块。dal interface 有支持 ms-sql 的 sql server dal 的具体实现，model 模块包含了数据实体对象，其 模块结构如图 3.4 所示： dal factoryidalmodel sql server dal 创建dal对象的工厂。 数据访问层的接口程序集 。 数据访问层需要使用的数据对象 ，即为持久层的 持久对象。只有属性，没有行为。 访问 数据库。 实现的接口。 3.4 数据访问层的模块结构图 16 图 3.4 中显示，在数据访问层，采用了“面向接口编程” ，抽象出接口模块 idal， 脱离了与具体数据库的依赖，使得有利于数据库的迁移。dal factory 模块专门 管理 dal 对象的创建， 便于业务逻辑层的访问。 sql server dal 模块实现 idal 模块的接口，其中包含的逻辑就是对数据库的查、插、改、删操作。不同类型的 数据库，其操作也不相同，代码也有所区别。数据库中的表 test_tbl 是，系统的 一个测试表，以这个表为例，说明一下数据访问层的模块构架。它的 sql server dal为daltest_tbl。 表test_tbl的抽象接口模块idal为itest_tbl。 factorymanager 是整个系统的 dal factory，表 test_tbl 的 dal factory 模块是其中的一部分。表 test_tbl 的数据实体对象 model 模块为 test_tblentity。 其次，业务逻辑层(business logic layer)封装了系统的业务逻辑和规则，是 系统的核心。在业务逻辑层中，不能直接访问数据库，必须通过数据访问层来访 问。对数据范围的业务调用，是通过接口模块 idal 来操作的。具体的数据访问 与逻辑无关， 层与层之间的关系是松散耦合的。 这样修改数据访问层的具体实现， 只要不涉及 idal 的接口定义，业务逻辑层就不需要修改。业务逻辑层的模块结 构如图 3.5 所示： bll dal factoryidalmodel 业务逻辑层。 包含核心业务代码 。 图 3.5 业务逻辑层的模块结构图 由图 3.3 可以看到，业务逻辑层处于数据访问层与表示层中间，对数据交换起到 承上启下的作用。因为层与层之间是一种弱耦合结构，层与层的依赖是向下的， 所以底层对于上层是“透明”的，而改变上层的设计不影响底层。采用面向接口 的设计思想，在不改变接口定义的前提下，分层式构架，应该是一个可抽取、可 替换的“抽屉式”构架。业务逻辑层对数据层，扮演调用者的角色，而对表示层 则扮演被调用者。解决好依赖与被依赖的关系很重要，本系统中的业务逻辑层采 17 用 table module 模式，它将整个数据表看作一个完整的对象，表 test_tbl 的 bll 模块为 btest_tbl。 再次，表示层(presentation layer) 负责系统用户和整个系统的交互，显示数 据和接收用户输入的数据。在表示层涉及的数据，通过数据访问层对数据进行数 据调用访问，而不是直接对数据库进行操作。在这一层中，理想的状态是不包括 系统的业务逻辑。表示层的模块结构图，如图 3.6 所示： 图 3.6 表示层的模块结构图 mvc 模式是表示层设计中的重要设计模式。mvc 模式可以分为为模型 (model)、视图(view)和控制器(controller)三部分。在体系构架中，model 对象既 包括数据访问层的数据对象，也包括业务逻辑层的领域对象。view 作为观察者， 一旦 model 的属性发生变化，view 就会根据 model 的值进行更新。controller 作为控制用户请求响应的对象，专门负责它们之间的调节。在.net 平台下， asp.net 提供了常用的 web 控件，通过继承 system.web.ui.usercontrol，自定 义用户控件，结合 aspx 页面组合 web 控件来实现视图。asp.net 中定义了 system.web.ui.page 类，它相当于 mvc 模式的 controller，处理用户的请求。 model 对象，则为业务逻辑层的领域对象和数据访问层的数据对象。 在系统中将表 test_tbl 的数据绑定在 gridview 中显示在页面上，如图 3.7 所 示： 18 图 3.7 test_tbl 数据显示 3.5 系统总体构架设计 根据大型仪器设备管理工作设计的系统功能模块划分如 3.8 图所示： 大型科学仪器设备预约系统 通知 公告 预约 信息 管理 实验室 信息 管理 大型 仪器 设备 信息 管理 用户 信息 及 角色 管理 实验 日志 信息 与 统计 管理 相 关 通 知 文 件 等 发 布 添 加 、 编 辑 、 删 除 注 意 事 项 及 帮 助 新建、 查询、 修改、 删除、 设置 状态 新建、 修改、 查询、 删除 查询、 添加、 审核、 删除 注册、 审核、 查询、 修改、 密码 管理、 角色 管理 添加、 查询、 修改、 分类 统计 图 3.8 大型仪器设备协作共用管理信息系统功能模块 通知公告：主要是对学校相关的文件，规定进行发布，及时通知。学校管理 员，实验室管理员，对仪器设备情况的通报，工作日程的安排修改，注意事项及 帮助的发布等。 大型仪器设备信息管理：对大型仪器设备的详细的管理。购置新仪器后对仪 器设备详细信息的添加，对这些信息的修改维护等操作，对仪器设备的状态信息 的维护，以便实验室管理员对仪器的预约状态的设置。 实验室信息： 对所有实验室信息的管理。 主要维护的信息包括实验室的性质， 实验室相关管理员，实验室管辖大型仪器设备等等。 19 预约信息管理：设备预约信息的管理。预约信息管理分成两大部分，三种角 色管理。 主要是一般用户对仪器设备的预约信息的添加和实验室管理员对仪器设 备可以预约的状态和日程的安排。一般用户，实验室管理员和学校管理员对对仪 器设备预约信息有不同操作权限。 用户信息及角色管理：为保证系统的安全性，本系统采用用户注册登录。主 要包括，用户登录身份验证，创建新用户，用户角色管理，用户信息、密码管理， 根据用户和角色信息对模块进行分配等。 由于系统中的许多功能是与用户角色信 息相关的，因此，用户及角色的管理在系统中很关键，本系统采用了 asp.net 的 membership 类来负责这方面的内容，具体实现在第五章中详细介绍。 实验日志信息及统计管理：主要是实验室管理员对实验日志信息的管理，学 校管理员对实验信息的统计，来分析大型仪器设备的使用情况，各个实验室工作 情况，科研成果取得情况及产生的效益统计等。 3.6 本章小结 本章首先介绍了河北省大型科学仪器协作共用网，对其的组织结构，服务功 能及协作服务系统简单介绍， 然后主要介绍了大型仪器设备协作共用管理信息系 统的设计目标，分析了项目的需求功能，并通过例子，详细分析了本系统的三层 构架模式，最后介绍了系统总体构架设计。 20 4 系统模块的设计 大型仪器设备协作共用管理信息系统包括仪器设备信息管理， 实验室信息管 理、预约信息管理、用户信息及角色管理、实验日志信息与统计管理、通知公告 管理六个模块。仪器设备信息管理主要是针对仪器设备的一些基本信息，另外设 置仪器设备的状态，为用户预约设备使用准备条件。实验室信息管理是为了方便 管理员更好的管理仪器，将相应的仪器设备交由相关的实验室管理员管理，这样 工作人员分工明确，仪器设备管理更明晰。预约信息管理，提供了用户预约使用 设备仪器的功能，实验室管理员则有更大的权限，可以添加审核取消预约信息。 为了保证系统的安全性，采用用户身份验证，用户信息及角色管理来完成这部分 工作。学校管理员不负责仪器设备具体的管理，只是对仪器的预约和使用情况可 以查看统计。另外，实验室管理员在实验完成后要对实验日志进行录入，方便以 后对仪器使用计时、费用、取得的科研成果等方面的统计。本系统的用例图，如 图 4.1 所示： 21 学校管理员 实验室管理员 用户 仪器设备信息管理 实验室信息管理 预约信息管理 用户信息及角色管理 实验日志信息与统计 管理 通知公告管理 添加、查看、修改、删除 修改、查看 查看、审核、取消 查看、修改、审核 添加、查看、修改 查看、添加、修改、删除、发布 查看 查看 查看、修改、添加 查看、统计 查看、添加、修改、删除、发布 查看、添加、修改 查看 添加、查看、取消 添加、取消 超级管理员 添加、查看、修改、删除 添加、查看、修改、删除 添加、查看、审核、取消 查看、添加、修改、统计 查看、添加、修改、删除、发布 图 4.1 系统用例图 4.1 系统模块详细设计 4.1.1 用户管理用户管理 该模块主要是对用户信息、用户角色的管理。图 4.2 显示了用户管理的用例 图。 实验室管理员 学校管理员 用户 超级管理员 用户信息管理 用户角色管理 添加、查看、审核、 修改、删除 注册、查看、修改 注册、查看、修改 添加、查看、审核、修改 用户设定角色、 角色管理 图 4.2 用户管理用例图 22 在本系统中，根据用户的需求和功能的不同将用户分为四种角色，分别是： 一般用户，实验室管理员，学校管理员和超级管理员。本系统面对学校师生和社 会科研人员服务，所以将一般用户分为校内和校外两类用户。一般用户登录系统 首先要注册，经过管理员审核通过后，才能成为有效的用户，有效用户才能进行 设备使用的预约。下面按照角色的不同对该模块进行说明。 一般用户：首先是注册，如果是校外用户注册，则系统为用户生成用户登录 的帐号，用户一旦注册成功，以后就可以用该帐号来登录系统；如果是校内用户 注册，用学校一卡通的帐号注册，登录。用户可以管理修改自己的基本信息，密 码等。 实验室管理员：该角色的管理员主要是为相应的实验室分配管理员，来分散 管理实验室的工作。实验室管理员需要审核通过注册的一般用户，可以添加、查 看、修改、删除一般用户的信息。对于审核通过的用户，可以重置一般用户的密 码。 学校管理员：该角色的管理员针对实验结果及仪器使用的一些统计而设定 的。学校管理员对用户的管理没有太多的操作，可以查看实验室管理员和一般用 户的信息，对个人基本信息和密码的维护。 超级管理员：它的权限是最大的，功能包含了所有