水力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)小語種軟件國際化策略

孫 毅 ，鮑艷香

(1.南京南瑞水利水電科技有限公司，南京 210003；2.水利部水文儀器及巖土工程儀器質(zhì)量監(jiān)督檢驗測試中心，南京 210012)

0 前 言

隨著這些年中國水力發(fā)電廠監(jiān)控技術(shù)的日趨成熟，越來越多的國外水力發(fā)電廠項目開始使用國內(nèi)水力發(fā)電廠監(jiān)控產(chǎn)品。與2000—2010年已實施過的部分國外項目不同，新的需求不再僅是單一的英文版軟件，法文、西班牙文、葡萄牙文等其他語言版本軟件需求也逐漸出現(xiàn)。為了滿足小語種國際化項目的需求，南京南瑞水利水電科技有限公司開發(fā)了新一代國際化水力發(fā)電廠監(jiān)控軟件產(chǎn)品(SC2000)。早期的水力發(fā)電廠監(jiān)控軟件因為只需要支持中文及英文，使用了“GBK”字符集，該字符集可支持所有的簡體中文、繁體中文、英文等字符，但無法兼容某些小語種中的一些特殊字符，如：ê、、?等等。實際上，在現(xiàn)在的軟件開發(fā)中，更為廣泛使用的是“UTF-8”字符集，這一字符集可以兼容幾乎所有的字符，包括小語種中的各種特殊字符。因此，如果需要兼容各種小語種，還需將軟件使用的字符集更改為“UTF-8”字符集。然而，傳統(tǒng)的軟件前后臺采用了不同的編程語言，前臺為JAVA語言，后臺為C語言，兩者之間的各類信息傳輸都使用了“GBK”字符集作為編碼模式，如果僅修改其中某一方的編碼方式，會造成前后臺字符集的不兼容，導(dǎo)致軟件出現(xiàn)大量亂碼。并且原來的軟件中，大量配置文件也使用了“GBK”編碼，直接對軟件編碼方式進(jìn)行修改，會造成無法兼容以前的項目，對后續(xù)的維護(hù)工作造成嚴(yán)重的影響，需進(jìn)行軟件版本的分支。

1 軟件國際化及字符集

1.1 何為軟件國際化

軟件國際化最終需要實現(xiàn)的目標(biāo)是：在不對軟件進(jìn)行重新編碼或者替換運(yùn)行文件的基礎(chǔ)上，可以通過只修改一個運(yùn)行參數(shù)，或者直接在界面上選擇的方式，切換軟件界面上顯示的語言。一般實現(xiàn)目標(biāo)的策略：在軟件中所有需要出現(xiàn)文本顯示的地方，都避免在軟件中采用硬編碼，通過鍵值對查找策略來實現(xiàn)，即在代碼中需要顯示文本的地方，通過某一個“key”，去找出資源文件中對應(yīng)的“value”，最終把“value”顯示出來?！発ey”是固化在軟件源代碼中，而獲取 “value”可以根據(jù)配置不同，去獲取資源文件中不同的語言文字。

總體來說，軟件國際化是一套成熟的軟件所必備的體系，對軟件的可維護(hù)性、可擴(kuò)展性都有極大的幫助，比如避免在需要修改軟件語言時，需要去對軟件進(jìn)行重寫編碼。

1.2 字符集

字符是各種文字和符號的總稱，包括各國家文字、標(biāo)點(diǎn)符號、圖形符號、數(shù)字等。而字符集是多個字符的集合，字符集種類較多，每個字符集包含的字符個數(shù)不同，常見字符集有ASCII字符集、GBK字符集、UTF-8字符集、UTF-16字符集、ISO-8859-1字符集。在列出的5種字符集中，除ASCII字符集外，其余均支持簡體漢字。計算機(jī)要準(zhǔn)確的處理各種字符集文字，就需要進(jìn)行字符編碼，以便計算機(jī)識別和存儲各種文字。其中，ASCII字符集包含所有的基本計算機(jī)字符，包括阿拉伯?dāng)?shù)字、英文大小寫字母，部分特殊字符如：!@#$%^&*()-+=;’,.等；GBK字符集包含所有的中文字及所有的ASCII字符；UTF-8字符集包含所有的中文字符，各類小語種的特殊字符及所有的ASCII字符。這些字符集中，所有ASCII字符(半角英文字母及半角標(biāo)點(diǎn)符號)的編碼方式相同，但漢字及ê、、?等特殊字符的編碼方式有區(qū)別。為了更清晰地說明編碼方式引起的字節(jié)信息差異，本文結(jié)合以下代碼段進(jìn)行分析：

System.out.println(“UTF-8：”+ byteArray2BinaryString(“中”.getBytes(“utf8”)));

System.out.println(“GBK：”+ byteArray2BinaryString(“中”.getBytes(“gbk”)));

這段代碼實現(xiàn)的是對于漢字“中”分別進(jìn)行UTF-8和GBK編碼。

運(yùn)行結(jié)果如下：

UTF-8： 11100100 10111000 10101101

GBK： 11010110 11010000

運(yùn)行結(jié)果顯示，“中”這個字在UTF-8編碼方式下，其2進(jìn)制表示為：

11100100 10111000 10101101

而“中”這個字在GBK編碼方式下，其2進(jìn)制表示為：

11010110 11010000

可以看出，同一漢字在2個不同的字符集中，其字節(jié)碼是不一樣的，甚至長度都不一樣。所以，要想讓其它程序識別一段字節(jié)碼所表示字符，首先要明確其使用的是哪一種字符集，如果編碼方與解碼方使用的字符集不同，會出現(xiàn)“亂碼”情況。

若軟件需要兼容法文、西班牙文、葡萄牙文等小語種，則在前端程序中必須使用UTF-8字符集。對于以GBK字符集為基礎(chǔ)的現(xiàn)有軟件，如何在滿足兼容性要求的前提下實現(xiàn)字符集的轉(zhuǎn)換，是解決軟件增加小語種兼容問題的關(guān)鍵所在。

1.3 UTF-8與GBK的交集

根據(jù)各類型字符集的范圍可以推斷，雖然UTF-8字符集和GBK字符集存在顯著差異，但是它們的ASCII字符部分的編碼方式一致。可以采用下述代碼段進(jìn)行分析驗證：

System.out.println(“UTF-8： ”+ byteArray2BinaryString(“A”.getBytes(“utf8”)));

System.out.println(“GBK： ”+ byteArray2BinaryString(“A”.getBytes(“gbk”)));

這段代碼實現(xiàn)的是對于英文字符“A”分別進(jìn)行UTF-8和GBK編碼。

運(yùn)行結(jié)果如下：

UTF-8： 1000001

GBK： 1000001

運(yùn)行結(jié)果顯示，“A”這個字符在UTF-8編碼方式和GBK編碼方式下，其2進(jìn)制表示均為：1000001。說明上述2種字符集存在相通部分(ASCII部分)，并存在利用其來實現(xiàn)GBK與UTF-8字符集之間信息交互的可能性。因此，不需要對前后臺所有的程序全部進(jìn)行字符集修改，僅需修改前臺程序的字符集，可實現(xiàn)既保持軟件兼容性又確保軟件改動最小的目標(biāo)。

2 兼容策略

2.1 策略分析

要判斷是否僅修改前臺程序的字符集，首先要分析前后臺程序之間有哪些需要交互的文本信息，具體如下：

(1) 監(jiān)控簡報信息，主要包括：開關(guān)量動作信息、模擬量越限信息、順控流程信息、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息、進(jìn)程狀態(tài)信息、控制操作信息、各類通信程序上報信息等。

(2) 后臺歷史記錄，即監(jiān)控簡報信息中各類信息的歷史記錄。

(3) 各類前后臺都需要加載的配置文件。

在原系統(tǒng)中上述各類信息均采用GBK編碼方式。針對前后臺程序共用的配置文件，可分2種情況來考慮：① 對于無需進(jìn)行國際化內(nèi)容的配置文件，可保留使用GBK字符集，在前臺程序?qū)ζ溥M(jìn)行解析或保存時，依然指定使用GBK字符集即可[1]；② 對于含國際化處理的文本信息的配置文件，需改為使用UTF-8字符集，并且通過修改程序邏輯的方式，避免后臺程序直接讀取此類配置文件中的文本內(nèi)容。針對監(jiān)控簡報信息及其歷史記錄，需分類進(jìn)行討論。

最常見的一類為水力發(fā)電廠的開關(guān)量動作信息、模擬量越限信息。此類信息通常為電氣信號，其原理為：外部設(shè)備通過硬接線接入監(jiān)控系統(tǒng)的PLC，PLC模件通過網(wǎng)絡(luò)通信將這些電氣信號上送至上位機(jī)，上位機(jī)軟件則根據(jù)信號的順序在模型庫中對測點(diǎn)模型進(jìn)行預(yù)定義，這些測點(diǎn)的描述會存放在監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)模型庫中。原有的告警策略為在后臺程序中直接組織好完整的簡報信息之后發(fā)送給前臺進(jìn)行展示。然而實際上前臺模型庫中本身就存放了測點(diǎn)的描述信息，在后臺直接發(fā)布完整的告警信息的策略確實略顯粗糙，實際上只要將測點(diǎn)的ID信息、測值、動作性質(zhì)等數(shù)據(jù)發(fā)布至前臺，前臺可根據(jù)這些信息重新組織出需要展示的簡報[2]。為了避免后臺程序無法解析的小語種特殊字符，采用了后臺程序僅發(fā)布測點(diǎn)ID、動作性質(zhì)、測值等數(shù)據(jù)，由前臺程序重新組織出最終告警信息的策略，解決了上位機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中需要多種語言的系統(tǒng)同時存在的難題。

另一類信息為水力發(fā)電廠監(jiān)控系統(tǒng)中的順控流程信息、節(jié)點(diǎn)狀態(tài)信息、進(jìn)程狀態(tài)信息、控制操作信息、各類通信程序上報信息。此類信息通常為非電量信號，大部分都是通過外部系統(tǒng)通訊上送，或者由后臺程序在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，根據(jù)實際需要動態(tài)生成的告警信息。此類信息的特點(diǎn)是具有不確定性，大部分信息無法在數(shù)據(jù)模型中進(jìn)行預(yù)定義。針對此類信號，原有策略為在后臺程序中直接組織好完整的簡報信息之后發(fā)送給前臺進(jìn)行展示，此類信息不含有其它附加信息。由于此類信息無法通過測點(diǎn)信息進(jìn)行重組，后臺程序不再發(fā)送組織好的完整簡報信息，可改為發(fā)送根據(jù)一套前后臺約定好的策略組織出來的碼值(只使用ASCII字符)。前臺程序收到碼值后，根據(jù)前后臺碼值轉(zhuǎn)換規(guī)約(詳見2.2)以及碼值信息對照表解譯出需要展示的信息。

2.2 前后臺碼值轉(zhuǎn)換規(guī)約

流程、通訊類信息需要進(jìn)行碼值轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換前需要提前獲得以下幾個要素：

(1) 如何確定此類信息是一條進(jìn)行了碼值轉(zhuǎn)換的信息；

(2) 從哪里獲取碼值與文本的對應(yīng)關(guān)系；

(3) 哪些內(nèi)容需要根據(jù)碼值進(jìn)行轉(zhuǎn)換。

明確以上要素，可設(shè)計出對應(yīng)的碼值轉(zhuǎn)換規(guī)約[3]，具體方法如下：

在信息的開頭，用<[filename]>的格式，來告知前臺文本信息存放的配置文件，其中filename即文件名。因此，開頭“<[”連續(xù)的兩個字符，可以作為這是一條需要進(jìn)行碼值轉(zhuǎn)換信息的標(biāo)記。

用<#1.1.1.3.5#>的格式，來告知前臺測點(diǎn)ID。例如其中1.1.1.3.5就是一個測點(diǎn)ID，前臺程序可以根據(jù)此ID將之轉(zhuǎn)換為對應(yīng)的測點(diǎn)描述。

用<%2,11%>的格式，來告知前臺具體的碼值信息。例如2和11中的2表示碼值的第一級關(guān)鍵字，11表示碼值的第二級關(guān)鍵字[4]。

如圖1所示，“key”列即為在文章開頭提到過的“key”。

碼值信息對照表的標(biāo)準(zhǔn)格式見圖1，其中第1列為一級關(guān)鍵字，第2列為二級關(guān)鍵字，第3列為保留信息，第4列為文本信息。例如后臺發(fā)送碼值“<[lcu1.info]> LCU1<%2,11%>”至前臺。

前臺收到信息后，開始解析[5]：

“<[lcu1.info]>”表示信息對照配置文件名，其內(nèi)容即為圖1所示；

圖1 碼值信息對照表

“LCU1”為原始字符串，不需要進(jìn)行碼值轉(zhuǎn)換；

“<%2,11%>”為碼值信息，第1級關(guān)鍵字2，第2級關(guān)鍵字11，經(jīng)過解析找到對應(yīng)的信息：“有其他流程在執(zhí)行，流程退出”。

最終完整的信息為：“LCU1有其他流程在執(zhí)行，流程退出”。

3 國際化資源管理策略

系統(tǒng)的前臺程序采用JAVA語言編碼，JAVA默認(rèn)的國際化資源管理方式為properties鍵值對文件，每一個國際化語言，對應(yīng)一個單獨(dú)的資源文件。然而，該模式不便于資源的整體管理。由于資源分散在各個文件中，易出現(xiàn)不同語言的資源文件中的信息數(shù)量不一致，導(dǎo)致出現(xiàn)前臺信息缺失的現(xiàn)象[6]。

因此，新一代水力發(fā)電廠監(jiān)控軟件(SC2000)使用了統(tǒng)一的文件管理模式，所有的資源信息全部放在同一個資源文件中。系統(tǒng)自動根據(jù)預(yù)先的配置，獲取不同列中的信息來進(jìn)行展示[7]：

如圖2所示，“key”列即為在文章開頭提到過的“key”?！癱n”列為中文，“en”列為英文，“fr”列為法文，“sp”列為西班牙語，“pt”列為葡萄牙語。上述幾列均為前文提到的“value”，系統(tǒng)根據(jù)配置的不同，選取對應(yīng)列中的“value”進(jìn)行展示[8]。

圖2 國際化資源文件

4 應(yīng) 用

水電站工程新一代水力發(fā)電廠監(jiān)控軟件(SC2000)已在以下項目中應(yīng)用：

(1) 贊比亞卡里巴水電站(中文、英語)，累計安全運(yùn)行超過2 650 d。

(2) 哥斯達(dá)黎加凱奇水電站(西班牙語)，累計安全運(yùn)行超過2 200 d。

(3) 越南松針?biāo)娬?中文、英語)，累計安全運(yùn)行超過960 d。

(4) 馬里古伊那水電站(法語)，累計安全運(yùn)行超過360 d。

(5) 洪都拉斯帕圖卡III水電站(中文、英語、西班牙語)，累計安全運(yùn)行超過110 d。

(6) 老撾南公水電站(中文、英語、法語)，投運(yùn)中。

在大量國際化項目的應(yīng)用中，SC2000軟件以穩(wěn)定、安全、可靠的性能獲得了用戶的認(rèn)可。在同時使用多種語言的現(xiàn)場環(huán)境中，展現(xiàn)出了自身的優(yōu)勢。南京南瑞水利水電科技有限公司近期承接的水力發(fā)電廠監(jiān)控項目，也全部采用了SC2000軟件。隨著越來越多的國際化項目的出現(xiàn)，SC2000軟件將擁有更加廣闊的應(yīng)用空間。