某水庫水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

谷琛　羅章海

摘要：水情在線監(jiān)測(cè)作為現(xiàn)代水利的一個(gè)重要節(jié)點(diǎn)，一套合理可靠的水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)給水利主管部門在各種管理決策的時(shí)候提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，該文就以新疆某水庫的在線水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)為藍(lán)本進(jìn)行探討和研究。

關(guān)鍵詞：水情監(jiān)測(cè)；人機(jī)界面；三層架構(gòu)；接口設(shè)計(jì)

中圖分類號(hào)：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2017）22-0231-02

1概述

伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各行各業(yè)對(duì)水資源的需求也在不斷地加大，在這種背景下水利管理部門及供水單位只有結(jié)合自身的實(shí)際情況，建設(shè)相應(yīng)的水利信息化系統(tǒng)，決策支持系統(tǒng)才能很好的保障各行業(yè)對(duì)水資源的需求。在這個(gè)背景下，烏魯木齊周邊某水庫在原有基礎(chǔ)上對(duì)其水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，建設(shè)一套適合現(xiàn)階段實(shí)際情況的水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，以適應(yīng)現(xiàn)在供水的各種調(diào)度需求，提高供水的效率。

2系統(tǒng)目標(biāo)和內(nèi)容

2.1系統(tǒng)目標(biāo)

文中所述水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)的總體目標(biāo)是：利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)庫和現(xiàn)行主流的系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)技術(shù)，結(jié)合水庫現(xiàn)有的各種軟硬件設(shè)備，開發(fā)一個(gè)具有開放體系結(jié)構(gòu)的、易擴(kuò)展的、易維護(hù)的、具有良好人機(jī)交互界面的實(shí)時(shí)水情監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)自動(dòng)化的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，為決策層提供準(zhǔn)確、精細(xì)、迅速的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)信息。系統(tǒng)建成后將具備以下功能特點(diǎn)：

1）系統(tǒng)應(yīng)提供友好的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)界面，并且要具有良好的時(shí)效性；

2）系統(tǒng)能夠自定義測(cè)點(diǎn)類型，并能方便地管理測(cè)站和測(cè)點(diǎn)；

3）系統(tǒng)需要提供歷史數(shù)據(jù)查詢的功能，并能夠顯示數(shù)據(jù)曲線；

4）實(shí)現(xiàn)多人同時(shí)在線查看實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；

5）系統(tǒng)需要具有良好的擴(kuò)展性，方便的接入設(shè)備或增加底層通信協(xié)議；

6）系統(tǒng)應(yīng)具有靈活的報(bào)表功能，能夠生成如逐日水位流量表等；

7）系統(tǒng)需要支持計(jì)算公式和關(guān)系表計(jì)算，能夠通過水位關(guān)系表和水位值得到流量值，能夠支持對(duì)原始采集值進(jìn)行簡單的加減乘除運(yùn)算，公式可靈活調(diào)整；

8）需要能夠進(jìn)行雨量相關(guān)的統(tǒng)計(jì)運(yùn)算；

2.2系統(tǒng)內(nèi)容

文中所述的水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)項(xiàng)目需要建設(shè)多種類型的測(cè)站，包括水量監(jiān)測(cè)站、水位流量監(jiān)測(cè)站、水質(zhì)監(jiān)測(cè)站、水庫監(jiān)測(cè)站、氣象站。各種類型的測(cè)站監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)信息為：

1）水量監(jiān)測(cè)站：水位、水量；

2）水位流量監(jiān)測(cè)站：水位、流量、雨量；

3）水質(zhì)監(jiān)測(cè)站：PH值、溶解氧、電導(dǎo)率；

4）水庫監(jiān)測(cè)站：庫水位、庫容；

5）氣象站：濕度、溫度、氣壓、風(fēng)速、風(fēng)向。

每種監(jiān)測(cè)站所使用的數(shù)據(jù)采集設(shè)備都不盡相同，所以通信協(xié)議也不盡一致。所有涉及的儀表設(shè)備通信協(xié)議各式各樣，所以要求系統(tǒng)平臺(tái)能夠具有同時(shí)解析處理多種協(xié)議的能力。

3系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)在整個(gè)項(xiàng)目中占有舉足輕重的地位，架構(gòu)設(shè)計(jì)的好壞將會(huì)對(duì)系統(tǒng)的后續(xù)開發(fā)建設(shè)產(chǎn)生決定性的影響，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。架構(gòu)設(shè)計(jì)的主要目的是定義和說明子系統(tǒng)，以及子系統(tǒng)之間的相互關(guān)系。選擇一個(gè)合理的系統(tǒng)架構(gòu)模型對(duì)于提高系統(tǒng)的維護(hù)性、擴(kuò)展性和開發(fā)效率十分的重要。

每個(gè)子系統(tǒng)的主要功能通常是一個(gè)具體的業(yè)務(wù)邏輯或者技術(shù)邏輯。系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能的實(shí)現(xiàn)就屬于業(yè)務(wù)邏輯的考慮范疇，而用戶界面、數(shù)據(jù)庫或通信機(jī)制等則屬于技術(shù)邏輯范疇，把這兩者區(qū)分開來是很有必要的，這樣當(dāng)程序的其中一部分更新變動(dòng)時(shí)其他部分不會(huì)被影響，有利于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的復(fù)用功能，同時(shí)也易于業(yè)務(wù)需求的變更。

3.1.1架構(gòu)設(shè)計(jì)

選用何種應(yīng)用程序開發(fā)架構(gòu)將會(huì)直接影響所用的開發(fā)工具和語言。根據(jù)項(xiàng)目的實(shí)際需求采用三層結(jié)構(gòu)-引技術(shù)將系統(tǒng)結(jié)構(gòu)劃分三層，分別為：表示層（Web）、業(yè)務(wù)邏輯層（BLL）和數(shù)據(jù)訪問層（DAL）。其中表示層存放所有人機(jī)界面的表單和組件，業(yè)務(wù)邏輯層則封裝所有的業(yè)務(wù)規(guī)則和邏輯，數(shù)據(jù)訪問層則負(fù)責(zé)所有和數(shù)據(jù)庫的交互動(dòng)作。其結(jié)構(gòu)如下圖1所示：

1）Web：系統(tǒng)界面部分，負(fù)責(zé)顯示數(shù)據(jù)，接受用戶輸入，顯示系統(tǒng)輸出。包括表示層和表示層后臺(tái)處理兩部分內(nèi)容。

2）DTO：數(shù)據(jù)傳輸對(duì)象，用于業(yè)務(wù)邏輯層和表示層之間的數(shù)據(jù)傳輸。

3）BLL：業(yè)務(wù)邏輯層，對(duì)數(shù)據(jù)層的進(jìn)行操作，并對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)進(jìn)行邏輯處理。

4）BLL：業(yè)務(wù)邏輯層接口，是對(duì)BLL的抽象，目的是降低Web對(duì)BLL的依賴關(guān)系，實(shí)現(xiàn)抽象工廠模式。

5）DAL：數(shù)據(jù)訪問層，訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，為業(yè)務(wù)邏輯層提供數(shù)據(jù)服務(wù)。

6）IDAL：數(shù)據(jù)訪問層接口，是對(duì)IDAL的抽象，也是工廠模式的一部分，目的是實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯（BLL）與數(shù)據(jù)庫訪問（DAL）完全分離。

7）AOP：面向切面的程序包，對(duì)業(yè)務(wù)邏輯的一些功能進(jìn)行隔離，降低各部分模塊之間的耦合度，主要實(shí)現(xiàn)性能統(tǒng)計(jì)、安全控制、異常處理、事務(wù)處理等功能。

8）App：配置文件包，存放NHibernate、spring.Net的配置文件和注入方式的屬性文件。

3.1.2處理流程

在本系統(tǒng)中的處理流程有很多，由于文章篇幅不能逐一闡述，這里主要介紹后臺(tái)數(shù)據(jù)與水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)之間的處理流程，如圖2所示。

1）由DCS系統(tǒng)負(fù)責(zé)與底層設(shè)備進(jìn)行通信，獲取數(shù)據(jù)；

2）DCS對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行解析、處理、封包，以統(tǒng)一的格式轉(zhuǎn)發(fā)至本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)接口；

3）系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口采用WebService方式實(shí)現(xiàn)，當(dāng)有數(shù)據(jù)來時(shí)，會(huì)觸發(fā)WebService的接口事件；

4）系統(tǒng)接收到數(shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效性判斷，將有效的數(shù)據(jù)存入設(shè)備數(shù)據(jù)緩存。圖3所示的數(shù)據(jù)緩存都是將數(shù)據(jù)暫存在內(nèi)存中，從而提高性能；

5）為提高系統(tǒng)并發(fā)處理能力、提高處理效率，系統(tǒng)需要使用多線程的方式處理數(shù)據(jù)；

6）解析數(shù)據(jù)現(xiàn)成循環(huán)從設(shè)備數(shù)據(jù)緩存中讀取數(shù)據(jù)，如果有數(shù)據(jù)則進(jìn)行進(jìn)一步的處理，最終將解析后的數(shù)據(jù)存入測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)緩存和數(shù)據(jù)庫。

3.2接口設(shè)計(jì)

3.2.1用戶界面

在用戶界面部分，界面設(shè)計(jì)應(yīng)該易于操作，并且要注意接口的布局，突出顯示重要和錯(cuò)誤的信息，外觀也應(yīng)合理化。其中，服務(wù)器程序界面要求操作簡單，易于管理。總的原則就是，系統(tǒng)的用戶界面要做到簡單、可靠、實(shí)用和易用。

3.2.2外部接口

系統(tǒng)的外部接口有兩個(gè)，一個(gè)是數(shù)據(jù)采集接口，一個(gè)是對(duì)外數(shù)據(jù)接口，接口都通過WebService實(shí)現(xiàn)。

3.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

根據(jù)上述設(shè)計(jì)的具體情況，文中所使用的開發(fā)工具為VS2010，數(shù)據(jù)庫為sOL SERVER2005及以上，信息服務(wù)為IIS6.0及以上，瀏覽器為谷歌（推薦）、Microsoft Internet Explorer 7.0/8.0等，操作系統(tǒng)為Windows XP/7/8/10/2003/2008等。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的最終結(jié)構(gòu)為水情在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)一套及相關(guān)的硬件配套設(shè)施。

4結(jié)束語

通過本系統(tǒng)的建設(shè)，提高了水庫水情監(jiān)測(cè)的自動(dòng)化水平，減輕了水庫管控中心運(yùn)行人員的勞動(dòng)強(qiáng)度；同時(shí)很好地為水庫的供水決策提供很好的數(shù)據(jù)支撐，確保安全供水，提高了供水的效率。endprint