【《某智慧水务系统的数据传输与数据库设计分析案例》8200字】

综述某智慧水务系统的数据传输与数据库设计分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u11888某智慧水务系统的数据传输与数据库设计分析案例 180231数据传输与数据库设计 113241.1数据传输原理 19581.2数据库的选择 3109501.1.1数据库结构 4298551.1.2数据间关系 593981.4本章小结 7195182系统详细设计 8195002.1框架搭建 8202312.1.1设计模式的选择 8194472.1.2设计构架 8236312.2登录模块 937702.3主页面搭建 1187842.4用户管理板块 11101112.5用户权限设计 13222252.7地图展示板块 15205222.8泵站数据展示设计 16169932.8.1实时监测板块 16134142.8.2设备管理板块 1866662.8.3数据分析板块 19135572.9预警板块 22173752.10本章小结 231数据传输与数据库设计1.1数据传输原理智慧水务系统的数据传输方式主要为两种，一种是下位机实时对数据进行采集，再按照通信协议对采集数据进行传输并存储到数据库，系统再将数据库中的数据进行映射到前端页面。另一种是在系统中设计数据录入入口，工作人员可直接对系统数据进行录入操作。图3-1数据录入入口Figure3-1Dataentry而对于系统实时监测功能的实现，主要是通过第一种上下位机通信的方式，上位机是可以接收数据并发出操作命令的计算机，一般为PC计算机，而下位机是可以控制设备运行状态并可以不断获得设备数据的计算机如PLC、单片机等等。下位机通过将表示设备状态的模拟信号转换为数字信号，再将数字信号按通信协议传输到上位机数据库，上位机系统再对数据库中的数据进行读取操作。而当上位机要对下位机进行操作时，上位机系统先将编译好的操作命令按通信协议进行传输，而接受到操作命令的下位机再将此操作命令转换成时序信号对相应的设备状态进行操作。水务设备型号多样，并且水务监测下位机所采集的水务数据类型繁多，如此大量的数据流通过通信协议从下位机传输到上位机数据库，将会对数据库的内存产生极大压力，因此为了合理地释放数据库的内存，并同时满足系统对监测数据的要求，需要制定合适的数据采传输频率。而参考水务企业使用的通信协议，并结合实际情况，将下位机的数据传输频率设计为帧\10分钟。具体的数据传输原理如下图3-2所示。图3-2数据传输原理Figure3-2Datatransmissionprinciple1.2数据库的选择市场上技术成熟的系统数据数不胜数，而本智慧水务系统经过分析考虑后选择使用瑞典AB公司开发的MysqlServer数据库，其原因有如下几点：（1）Mysqlserver数据库的安全性能高。数据库的安全性决定了水务企业部核心数据的安全性，如果数据库的运行出现问题，抑或是数据库数据被外部非工作人员入侵，将会对水务企业运营产生极大的威胁，甚至别的竞争企业通过盗取的相关数据，制定恶意竞争策略，将本水务企业排挤出市场，因此数据的安全性是选择数据库的第一指标。（2）Mysqlserver数据库与微软系统的兼容性好。上位机PC的运行环境一般为微软的Windows系统，而Mysqlserver数据库对Windows系统进行了专门的优化，因此兼容性较好，在使用的过程中BUG出现率较低。因此会提高设计效率，减少设计成本。（3）Mysqlserver数据库的功能齐全。本智慧水务系统实现的主要是对水务设备运行状态的监测功能，因此数据库在拥有数据存储功能的同时要实现数据查询与调取的功能，Mysqlserver数据库功能齐全，在能实现查询与调取功能的同时，还能实现数据的分析，能好地满足本智慧水务系统的需求。（4）Mysql数据库的稳定性高。水务设备种类多样，因此水务监测数据体量庞大，大量的数据涌入数据库，对数据库的稳定性有着极大的考验，Mysql数据库可以在存储大量数据的情况下稳定运行，提升整个系统运行的稳定性。1.3数据库结构设计1.1.1数据库结构本系统的核心功能是监测功能，将下位机的实时数据按通信协议进行接收，并存储在数据的相应位置，再将数据库的实时数据映射到系统前端进行显示，实现监测功能，并围绕着监测功能延展其他的附属功能，例如对泵站阀门的远程控制，地图显示功能等等。无论是实现核心功能还是延展功能，相关数据库的结构设计都是其功能实现的基础，因此先要对各个功能板块的数据库结构进行设计搭建。本数据库的结构如下图3-3所示。图3-3数据库结构Figure3-3Databasestructure依次往下分别是：baojing，为实时预警表；bengzhanshuju，为泵站信息表；ditudingwei，为地图位置信息表；kehu，为客户信息表；lishibaojing，为历史预警信息表；liuliangshuju，为流量数据分析表；quyuxinxi，为业务区域信息表；renyuan，为人员信息表；shebei，为设备状态表；yulishuju，为压力数据分析表；zhandianxiangxishuju，泵站详细数据表。每一个功能板块的数据都由不同的数据表格进行存储，数据存储独立，但相互联系，而系统监测功能的数据，由于数据种类较多，因此将泵站的相关信息和泵站设备的详细数据分别存储在泵站信息表和泵站详细数据表中，并且将两张数据按泵站点位相互对应联系。泵站信息表存储的是所有泵站网点的具体信息，如站点名称、站点编号、站点类型、所属区域、客户ID、添加时间，属于地点数据，当企业新建站点时便可以通过系统编辑入口，对表中的站点信息进行添加，将所有站点信息放入一张表中方便企业泵站信息编辑的管理。图3-4泵站信息表Figure3-4TableforPumpstationinformation泵站详细数据表中存储了泵站主要设备的实时数据，主要信息有站点名称、所属区域、客户ID、进口压力、出口压力、流量、温度、电压、变频器电流，与泵站信息表不同，此表存储着下位机实时采集并通过通信协议传输的数据，该表中的数据将会由多个地点的下位机同时传输更新，为实时监测功能的实现提供数据支持。图3-5泵站详细数据表Figure3-5Tablefordetailedpumpstationdata其他功能板块的数据表设计将会在第4部分介绍。1.1.2数据间关系本智慧水务系统不同板块之间的数据，为了方便管理与查询，按功能板块在数据库中分别独立存储，但功能板块之间的数据并不是完全独立，数据表之间有着密不可分的联系，由数据的联系为基础，功能板块之间也会产生相应的功能联系。系统的数据库结构是以客户信息数据为核心，通过相应的ID编码，向其他板块数据进行延伸联系的。数据库中的客户信息数据表主要包括客户ID、客户名称、客户地址、电话、邮箱、添加时间，而每一个客户都会有其所属的泵站，于是利用客户ID将客户信息表与泵站信息表相关联，每一个泵站又有属于自己的泵站编号，其他板块表格如详细数据表、实时预警表等等，通过站点编号与泵站信息表相关联。由于企业工作人员信息管理属于人资管理，独立于客户管理和运营监测，因此其数据库表格与客户信息表格分离。具体的数据库结构关联图如下图3-6所示。图3-6数据库结构关联图Figure3-6Databasestructureassociationdiagram1.4本章小结本章展示了系统数据结构的传输过程，由下位机按通信协议向上位机进行传输，并且进行了数据的选择，介绍了Mysql数据的优点，叙述了数据库的安全性对整个系统的设计与运行乃至企业的运营起到至关重要的作用，最后介绍了数据库详细构架，并通过关联图明确数据之间的联系关系。智慧水务系统的设计是建立在数据库结构设计的基础上的，只有数据的传输.稳定，数据库的结构明确，才能进一步地提高智慧水务系统的运行效率，进而提高水务企业的工作效率，因此本章以数据的传输过程为导向，按逻辑顺序对数据库的设计进行介绍。2系统详细设计2.1框架搭建2.1.1设计模式的选择在进行系统的设计之前，需要先选择合适的信息管理系统模式。随着信息技术的不断发展进步，信息管理系统基本是企业必备的软件技术，而信息管理系统模式在时间的洪流中发展为两个主要种类：C/S（客户端/服务器）模式和B/S（浏览器/服务器）模式。两种模式都分别有自己的特点，并且都被广泛地使用在企业的生产经营过程中。C/S是Client/Server的缩写，即客户端与服务器相连的模式。企业需要在PC端上安装专门的客户端软件，并连接大型数据库，以实现系统的运行。C/S模式能很好地实现企业信息关联与共享，将不同的任务分配到相应的客户端，为企业节约成本。但是随着企业规模扩大，企业的业务范围以及规模扩大，因此对系统的性能要求也逐渐提升，在性能提升的同时C/S逐渐暴露出了许多问题，例如开发过程过于复杂，开发成本提高，并且维护成本提高等等。B/S是Browser/Server的缩写，通过浏览器与服务器相连的模式。企业只需要通过浏览器连接网络即可连接数据库，即可实现移动设备连接，并且开发过程相对简单，包括系统之后的维护升级，也可通过互联网传输升级包的方式升级，即节约了维护成本，又方便系统的更新换代，对于现在互联网发展的趋势来看，B/S模式逐渐成为了主流的信息管理系统模式。进行综合考虑后，本智慧水务系统采用B/S模式框架，利用VisualStudio2013和Mysqlserver2013开发工具进行系统设计开发。2.1.2设计构架本系统的设计采用三层设计构架，将设计代码分层，方便提高不同板块的设计效率。每一个功能板块的代码基本分为三层，分别为数据层、层业务操作层、页面显示层，数据层代码主要实现与数据库建立联系的功能，业务操作层代码主要实现系统对相关板块数据的添加查询编辑等操作，页面展示层代码主要实现对板块数据的页面显示。每一个功能板块的代码都是先从数据层建立，然后建立业务操作层，最后建立页面显示层，逐一地实现系统的建立，而每个些板块的各层代码都会因为板块功能要求不同而差异。系统的三层构架虽然是依次设计但是都相互联系，各层都可通过接口互相访问，当企业工作人员通过登录入口进入系统页面显示层后，可通过页面显示层与业务操作层接口对业务操作层进行访问，在进入业务操作层后同样可以通过两层的接口进入数据层对数据库进行操作，进而实现各个板块的功能。通过对代码的功能分层，将会使系统变得更加精炼，提高系统设计效率，为企业节省开发成本，并且能简化系统之后的更新与维护过程，提升系统运行效率。图4-1三层构架结构Figure4-1Three-layerframeworkstructure本系统分为用户管理板块、客户管理板块、地图展示板块、泵站实时监控板块、泵站数据分析板块、泵站设备管理板块、预警板块七大板块，系统按板块结构顺序运用三层构架依次进行代码编写。2.2登录模块登录模块是水务系统的入口，是不可或缺的，因此必须要保证系统的登录模块的可靠性与稳定性，如果登录模块出现问题，那系统的入口将会被打断，导致用户无法登录的同时，可能导致信息泄露，将企业的运营置于风险之中。因此设计时在满足基本的登录操作同时，添加验证码模块保障系统登录的安全性。本系统的登录时需填入用户名、密码、验证码，然后点击登录键，系统在接收到登录请求后会先进行验证码的验证，若验证码匹配，则将用户名、密码与数据库里的用户信息进行比对，若比对成功则系统从登录页面加载到主页面，若比对不成功则会相应显示用户名错误或密码错误。登录逻辑图如下图4-2所示。图4-2登陆逻辑图Figure4-2Loginlogicdiagram登录页面包含用户名，密码，验证码三个文本框，为保障系统安全性，验证码为随机生成，登录页面具体如下图4-3所示。图4-3登录页面Figure4-3Loginpage2.3主页面搭建当用户成功登陆后，系统便自动跳转到主页面，主页面是本智慧水务系统的登录后的第一个页面，出于简洁设计的原则，主页面只显示当前登录用户的具体用户信息，如姓名、账号、权限、时间等等。用户一登录系统便可以直接浏览到自己的账号信息，若用户跳转到其他页面，想要重新查找自己的账号信息，可以通过系统右上角的查询按钮查询，若用户想要退出系统，可以点击系统右上角的退出按钮进行账号退出操作。主页面的右边是系统的导航栏，系统的导航栏按板块进行设计，分别为用户管理、客户管理、泵站分别、业务区域管理、站点管理、泵站信息管理、数据分析管理、泵站设备管理、预警管理，系统用户可以通过点击导航栏的标题分别跳转到不同的功能页面。主页面与导航栏具体如下图4-4所示。图4-4主页面Figure4-4Mainpage2.4用户管理板块用户管理板块同登陆模块一样，都是系统最基本的功能，对于任何登陆的用户，系统都要进行统一用户管理，以方便企业进行人员查询与管理。对于大量的用户信息，需要通过数据库进行统一存储管理，本系统使用的Mysql数据库，使用简单，并与VS配合方便程序调取数据。用户数据框架的主要信息有姓名、用户名、密码、权限、注册时间，当数据库框架建立好后，再将数据库的用户信息映射在前端用户管理板的用户信息表格中，以方便管理人员直接查询，并采用分页展示的模式，将大量的用户信息分页处理。具体的用户管理板块如图4-5所示。图4-5用户管理板块Figure4-5Usermanagementsection管理人员可以通过人员添加入口对用户信息进行添加，并可以通过编辑和删除按钮分别对用户信息进行编辑和删除的操作。用户信息添加如下图4-6所示。图4-6用户信息添加Figure4-6UserInformationAdding用户信息的数据表结构如图4-7所示。图4-7人员信息表Figure4-7TableforPersonnelinformation

2.5用户权限设计用户权限与登录模块相同，都是系统最基本功能之一，是任何一个企业管理系统的运行基础，对于任何一个登录的用户都会有相应的职能权限与其匹配，而系统账号的职能权限则取决于用户在企业工作中的职能权限，大致按企业运营部门进行分类。若系统的权限不存在或分类不清楚，则每一个登录的用户都可以对企业的核心数据进行读取和删改，若每个用户对数据按照自己的意愿编辑，则会导系统的数据混乱，进而导致企业的运营混乱，若进行合理的权限设计，则可以将系统的资源进行合理的分配，每个部门分配到属于自己的资源，再通过职能分工，部门间配合参与企业的运营，这样既能更有效地分配企业资源，明确部门职能，更能促进部门分工，提高企业的运营效率，由此可见，好的权限设计对企业系统的有效性有着举足轻重的作用。由于权限设计要依据与企业部门的具体职能分工而设计，越大型的企业，其部门职能分化越复杂，若要对每一个部门都分别制定不同的权限，则设计工作量将会变得十分庞大，并且设计成本将会被大幅度拉高，介于此，本智慧水务系统在满足水务企业职能分工的同时尽量简化职能设计，将某些相似职能部门的权限进行合并，主要分化为三种权限：人员管理权限：具有企业人员管理职能与权力的人员与部门，如人资部门或企业高管，所拥有的系统权限。拥有此权限的人员拥有对企业工作人员进行聘用或者开除的权力，根据聘用或者开除的人事决定，可以在系统中进行人员信息的添加与删减。客户管理权限：具有对接客户并添加客户订单信息职能的人员与部门，如营销部门，所拥有的系统权限。拥有此权限的人员可进行在系统中对客户的相关信息进行查询编辑。工作人员权限：运营部门工作人员所拥有的系统权限。运营部门负责对水泵网管的运行状态进行监管，是企业工作流程的核心，但由于所属职能并未涉企业人员管理和客户订单管理，所以从中独立出来。对用户权限进行分类后便可以通过权限对系统进行逻辑分割，拥有不同权限的人员，登录系统后只能在自己权限的功能板块内对系统数据进行操作，实现职能分工的同时，保证了数据的独立性和安全性，为企业日后规模的发展与扩大提供了保障。系统的权限逻辑如下图4-8所示。图4-8权限逻辑图Figure4-8Permissionlogicdiagram2.6客户管理板块客户是企业的服务对象，企业的价值是在完成客户的需求的过程中体现的，要想和客户建立长期的稳定的合作关系，高效的管理客户信息是基础。利用客户管理系统对客户进行信息的收集、管理、分析、利用，帮助企业实现以客户为中心的管理模式。使得企业在保持住老客户的基础上，获取更多的新客户，识别出真客户，淘汰掉不适合企业的客户，通过客户的不断壮大，满足企业不断向前发展的需要。通过本智慧水务系统的客户管理板块，营销部的客户管理人员可以对客户的详细信息进行查询，并通过添加入口和编辑入口对客户信息进行添加编辑操作。客户管理和用户管理相同，都是利用Mysql数据库对数据进行存储，在数据库中建立完整的客户信息构架，再将数据库数据映射到系统前端，方便管理人员查找编辑。客户信息包括客户名、客户ID、地址、客户邮箱、电话、添加时间，可以使用查询文本框对客户信息进行检索，且客户信息和用户信息一样，都采用分页展示，以优化展示效果。具体的客户管理板块如下图4-9所示。图4-9客户管理板块Figure4-9Customermanagementsection客户数据表结构设计如图4-10表所示。图4-10客户表Figure4-10Tablefortheinformationofclients2.7地图展示板块为了更方便企业营业人员监测泵站网管情况，提高工作效率，本智慧水务系统添加了地图展示板块。地图是泵站地理信息的一种图形表达方法。地图板块在视觉上提供了很强的感染力，为信息的表达取得了更好的效果。用户可以通过登录系统使用地图板块。用户登录系统后，点击右方导航栏的泵站分布标题，即可转接到地图展示板块，通过地图可以直观地显示泵站的分布区域信息，当异常发生时，监管人员可以第一时间查询到异常泵站的位置信息，并将信息立即转发给预警人员，以及时对异常进行处理。地图板块的设计更直观地体现了水务业务管理的多元化，是水务系统发展的未来趋势。监管人员可以通过查询入口，通过输入泵站编号查找泵站位置，并可以通过输入地图区域名称筛选出所查区域位置的所有站点。图4-11泵站位置查询Figure4-11Pumpingstationlocationquery系统的地图展示板块具体如下图4-12所示。图4-12地图板块Figure4-12Mapblock2.8泵站数据展示设计2.8.1实时监测板块将各个功能板块的数据库结构设计明确后，便可以以此为基础进行泵站实时监测板块的设计。泵站实时监测板块的导航栏主要泵站信息显示和泵站详细数据两个部分，泵站信息显示部分展示泵站相关的具体信息，包括站点编号、站点区域、站点名称、站点类型、客户ID、时间。而泵站详细数据显示下位机所上传的到数据库的详细实时数据，包括进出口压力、实时流量、温度、压力、变频器电流、数据更新时间，是监测功能实现的基础。监测人员可以通过搜索框对泵站信息和数据进行搜索查询。图4-13数据检索框Figure4-13Dataretrievalbox泵站信息显示表与泵站详细数据表相关联，工作人员可以通过泵站信息显示表的详细数据录入入口对每个泵站的详细数据进行手动录入，但一般详细数据都由下位机进行实时传输进行更新。图4-14两种泵站数据传输方式Figure4-14Datatransmissionmodesoftwopumpingstations具体的泵站信息板块如图4-15所示。图4-15泵站信息显示Figure4-15PumpStationInformationDisplay泵站详细数据板块图4-16所示。图4-16泵站详细数据Figure4-16Detaileddataofthepumpingstation2.8.2设备管理板块当数据网管出现紧急情况后，监管人员可以立即掌握对异常泵站阀门的监管权，可以远程改变泵站的运行状态，做到对紧急状况的立即反应，并且通知预警人员前往现场对异常情况进行技术处理。拥有远程控制和技术预警处理双层保障，使企业运营的稳定性和居民用水的安全性提升。系统整体流程图设计如下。图4-17系统危机处理流程统图Figure4-17Systemcrisismanagementprocessdiagram具体设备管理板块如下图4-18所示.图4-18设备管理板块Figure4-18EquipmentManagementSection2.8.3数据分析板块除了能实时监控水泵网管的运行情况之外，本智慧水务系统还添加了数据分析板块，通过对历史数据的对比分析，进一步了解居民水资源的需求情况，企业在明确水资源使用规律后，可以根据规律进行水资源的优化调度，在提升水资源的使用效率的同时，能更好地满足居民用水需求，减少企业运营成本。数据分析板块主要提供对压力数据的分析和流量数据的分析压力数据分析。压力数据分析监测的数据主要有每日最大压力、最小压力、平均压力、平均压力振幅，通过监测每日压力的振幅，可以分析一定时期居民水资源用量的变化，以优化水资源的调度。压力数据分析表的设计如图4-19所示。图4-19压力数据表Figure4-19Tableforpressuredata压力数据分析板块如图4-20所示。图4-20压力数据分析板块Figure4-20Pressuredataanalysissection压力数据分析板块加入了可视化模组，利用条形图的方式将相邻两日的压力振幅表示出，可以更直观化地了解用水变化情况。具体的压力分析可视化模块由下图4-21所示，每一个颜色的条形代表一种类型的数据，而每一个条形的长短代表数据的大小