智慧水务系统方案.docx
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智慧水务系统方案
智慧水务系统集成项目
第一章项目概述
一.1项目建设背景
一.2项目建设目标
为实现安全供水、科学管理、优化调度等一系列目标，通过对区水务局已有数据进行处理和分析，进而搭建供水在线监测信息化系统。
具体建设目标如下：
1）在“一张图”基础上，实时查看供水管网一系列数据，实现数据统一管理、共享和挖掘，为管网资料管理、信息查询统计、信息打印等日常工作提供强大工具和可靠依据。
2）构建一个数据动态更新体系，用户可以对所有管网、设备设施等综合信息数据及基础地形图信息进行实时更新与保存，保证数据的现势性。
3）建设供水业务数据，库完善区水务共享资源库的建设，集成水厂、泵站、管网等SCADA监测信息，实现对压力、流量、水质等数据的统一管理，为城乡供水一体化业务提供辅助支撑。
一.3项目建设内容
本次项目的建设范围为整个区，主要建设内容包含以下四部分：
1）建设供水管网综合展示平台
系统建设，旨在建立统一的系统平台，整合游离分散的各项应用功能，建立面向供水业务全部门的统一应用平台，将各单位不同渠道及站点采及来的数据（流量、压力、水质等）进行集成展示和管理，辅助分析，辅助决策。
对内进行系统整合，对外可发布为外部系统所调用的数据及服务接口，实现“数据同源”、“一次开发”、“四处可用”的原则。
2）建设管网GIS数据管理中心系统
系统以供水管网管理的日常业务为主，以城市基础电子地图和供水管网电子数据为核心，对区管网和设备设施进行图形资料与台账资料的管理，实现供水管网设备的图形浏览、图形测量、信息查询、信息统计、图形打印、数据编辑、设备设施管理、业务数据分析等功能。
3）搭供水业务数年据库，完善水务共享资源库
将管网设备属性数据库、图形数据库、基础地理数据库、管网动态数据库、用户资料数据库等，依据统一的数据标准、统一的数据格式、规范的信息流程以及软件开发和接口标准和规范等，将多源异构数据导入到供水业务数据库中，完善区水务共享资源库。
4）完善辅助IT基础设施建设
建设供水一体化信息平台硬件支撑环境：
监控指挥中心建设及承载系统运行的服务器及网络系统。
第二章管理职责
二.1本项目领导小组
项目的成功取决于企业决策层能否充分认识到本项目的重要性。
因此，以本项目的主管领导为组长，结合用户的相关高层领导组成统一的项目小组，把系统建设作为一项重要工作来抓，有力保证系统开发工作深入开展。
同时，在项目启动阶段，针对具体系统需求为中层以上干部和业务骨干作为本项目建设与发展的专题报告。
在项目实施过程中，项目领导小组负责协调项目经理无法协调的资源与冲突。
二.2项目团队
1．项目经理的指定
项目经理负责整个工程实施过程的项目管理工作。
其必须管理行为必须遵循公司制定的《项目管理规范》中的规定。
负责项目的顺利实施和工程按照客户需求完工。
2．项目总集成组
项目总集成组是由项目经理在项目领导组的支持下组建并领导、进行项目总集成工作。
本项目中，项目总集成组将承担总集成建设各项工作的组织、协调，包括：
软硬件平台搭建
与各个单位的协调
软硬件基础平台调试
3．数据建设组
数据建设组是根据数据采集方案和既定的数据采集计划来实施数据采集工作。
专门负责对原始数据进行分析、整理，并根据设计结果对数据进行整合。
4．数据库建设组
数据库建设组负责整理数据库中的结构，根据用户的要求进行调整。
该小组主要负责：
系统数据分析；
数据加工整理；
数据入库；
5．质量保证组
质量保证组：
质量保证组负责项目整体的质量保证。
在项目计划阶段，质量保证组负责制定相应的《项目质量保证计划》；在整个工程实施过程中，质量保证组负责监督《项目质量保证计划》的执行，并协助项目经理进行错误纠正。
质量保证：
负责监督整个项目的实施过程，对不符合项目实施过程规定行为的行为提出批评、更正、修改意见，对项目实施过程中出现严重的质量问题，及时向项目经理汇报并提出处理意见。
工程质量保证：
负责监督整个项目被按计划实施，并遵从既定的过程控制程序，对不符合过程控制程序的行为提出批评、更正、修改意见，对工程实施过程中严重的质量问题，及时向项目经理汇报并提出处理意见。
质量保证组中由专人组成软件文档管理组。
6．软件文档管理组：
负责项目整个过程中所有文档的组织编写、整理、收集和归档工作。
7．行政保障组
行政保证组负责保障项目实施过程中的行政事务支撑，如法律咨询、人事行政管理等。
8．系统维护组
当项目成功验收后，要安排专业的技术人员承担售后服务工作。
组员包括项目建设期间各项目组成员的骨干人员。
9．售后服务组
售后服务组是用户售后服务的统一对外接口。
10．项目验收组
在阶段验收或最终验收之前由项目领导小组负责临时组建。
验收小组成员由区水务局的人员、监理单位、武汉电信工程有限责任公司人员共同构成。
组长由区水务局的人员担任。
第三章应用系统建设方案
三.1应用系统设统筹安排
三.1.1总体目标
1．以区水务局实际情况为导向、以用例驱动“区农村饮水安全在线监测系统工程（城乡供水一体化信息平台）项目”项目建设
2．项目组坚持遵循循序渐进、迭代式和递增的开发过程
工程实施过程分为数据采集、系统实施、系统测试、用户培训、系统试运行及系统运行维护六个不同的阶段，每个阶段完成一些执行单元的开展。
在一个阶段中，一些执行单元也可能被从事多次，逐步完善，增量式地实现建成“区农村饮水安全在线监测系统工程（城乡供水一体化信息平台）项目”系统的目标。
三.1.2项目策划阶段
根据项目合同要求，进行项目过程及文档的文件化策划，保证项目全过程的可控性。
1．识别任务明确工程内容
2．以科学合理的颗粒度对任务进行分解折分
3．识别清楚任务之间的依赖关系
4．优先安排与系统架构有关的需求进行开发
5．建立项目进度里程碑
6．预留管理缓冲
三.1.3系统测试阶段
按照系统设计，进行开发并构造系统的具体过程。
在软件实现过程中进行系统化的跟踪和监控。
在软件实现阶段，软件开发人员必须遵守《软件编码指南》达到对变量命名、程序注释等方面的统一规范。
在软件检测阶段，采用同行评审机制，通过开发人员互相检查代码，及早发现程序中潜在的问题。
同时利用单元测试工具对任何完成的功能接口模块进行单元测试，利用多种测试方法进行条件性测试，确保接口实现的正确性。
单元测试的范畴：
1．确定行为和期望的一致这是单元测试最根本的目的，我们就是用单元测试的代码来证明它所做的就是我们所期望的。
2．确定行为一直和期望的一致编写单元测试，如果只测试代码的一条正确路径，让它正确走一遍，并不算是真正的完成。
软件开发是一个项复杂的工程，在测试某段代码的行为是否和你的期望一致时，你需要确认：
在任何情况下，这段代码是否都和你的期望一致；譬如参数很可疑、硬盘没有剩余空间、缓冲区溢出、网络掉线的时候。
3．重视依赖单元测试因为单元测试是用来保证代码的正确性，那么认真做好单元测试也一定要值得依赖工作。
4．使单元测试来说明完成的功能单元测试能够帮我们充分了解代码的用法，从效果上而言，单元测试就像是能执行的文档，说明了在你用各种条件调用代码时，你所能期望这段代码完成的功能。
三.1.4软件集成阶段
确保各软件单元或软件部件组装在一起后能够按既定意图协作运行；确保各软件项组合在一起后能够按既定意图协作运行。
软件集成的方式分为两种：
1．递增式集成意味着代码编写和测试都细分为若干部分分别进行，然后一次添加一部分，最终将所有部分合并为一个可用的整体。
2．与递增式集成相对照的方法是分阶段集成。
分阶段集成一次可集成多个（新的和变更过的）构件。
3．本项目将采用递增式集成方式，递增式集成的优点有：
4．容易查找故障。
在递增集成过程中出现新故障时，新的或变更的构件以及它们与已集成构件的交互是故障的主要出处。
并且，利用递增式集成趋向于一次发现一个缺陷，因此它更易于标示故障。
5．构件测试更加充分全面。
构件一边开发一边集成，然后再进行测试。
这意味着同一次性集成相比，构件得到更多次执行。
三.1.5软件合格性测试阶段
主要用来验证集成后的软件是否满足功能要求。
在该阶段编写《软件合格性测试计划》、《合格性测试用例》，测试并提交《软件合格性测试报告》。
三.2供水业务数据库
三.2.1数据组成结构
三.2.1.1空间数据库
空间数据库由供水管网数据和背景数据组成，其中供水管网数据包括现状供水管网数据和设计管网数据，背景数据包括基础地形图、索引图、分幅图等。
现状供水管网数据是指已存在的管网及附属设施，包括废弃管网。
主要管段、阀门、消防栓、水表、检修井点等。
设计供水管网数据是规划设计的结果，其种类与现状管网基本一致，但信息不如现状管网详细。
保存设计管网的目的一方面是为便于方案的查阅与修改，另一方面是便于提供资料指导施工，还有是可以为管网竣工的验收依提供据。
基础地形图包括建筑物、道路等信息，它一方面为研究和设计供水管网提供了最基本的数据，另一方面为添加供水管网提供了地理坐标参考。
三.2.1.2属性数据库
属性数据库主要由供水管网属性数据、管网维修信息和系统信息组成。
供水管网属性数据由管线和管线上的阀门、消防栓等设备的属性数据组成。
管线包括管线编号、坡度、管径、管材、埋设日期等属性，管点包括管点编号、管点坐标、埋深、高程、地址、节点类型等属性，阀门包括阀门编号、阀门坐标、阀门类型、埋深、高程、地址、型号、规格、厂家等属性，水表可包括接水点编号、用户编号、用户类型、类型、口径、位置、用水量、安装日期等属性。
三.2.2数据库表设计
数据库设计主要包括空间数据库和属性数据库，其中主要分类为基础地形图数据、供水管网图形数据、供水管网设备属性数据等，具体图层内容如下所示：
三.2.2.1元数据设计
元数据设计的必要性
元数据是关于数据的数据，是数字信息组织和处理的基本工具，为各种形态的数字化信息单元和资源集合提供了规范、普遍的描述标准和方法。
对于元数据的解读，各个领域由于对元数据应用的侧重点各不相同，对元数据的定义也各不相同。
在本次项目中，元数据是描述管网对象的类型、内容、结构及其整个生命周期过程并可为计算机及其网络系统自动辨析、分解、提取和分析归纳的数据。
它既可用于保障相关管网设施设备对象的真实性、完整性、一致性、关联性和长期有效性；又可帮助对分布式网络环境下的成果数据进行有效的集成管理和协助提供集成服务，更是构建管网综合成果数据库体系必不可少的工具。
元数据设计要点
鉴于前述有关元数据的概念与目标，元数据首先是描述管网综合成果数据和保障管网综合成果数据真实性的工具，同时，它也是对管网综合成果数据信息的基本组织方法。
因此，元数据可以为各层次内容提供规范的定义、描述、交换与解析机制；为分布式异构系统提供互操作和无缝集成的纽带；为计算机及其网络系统自动辨析、分解、提取和分析归纳管网综合成果数据提供有力的工具。
元数据设计原则
建立完备的管网管理元数据，必须依赖科学合理的设计原则。
在管网管理数据管理中，元数据不仅包括对管网数据的描述，也就是说，元数据不再仅仅作为内容对象的工具，而且也是基本的信息组织和系统组织的方法。
鉴于这种概念和目标，面对复杂的、开放的、分布和异构的网络环境，有效设计和应用管网管理元数据的原则应如下述：
推导性原则
元数据是管网数据管理的最重要工具，必须依据有关理论和业务需求进行推导。
因而编制管网元数据标准必须以GB/T19710-2005《地理信息元数据国家标准》作为指导思想，结合管网中实际工作经验和需求，将其浓缩为科学合理的管网管理数据管理程序，再进一步升华为UML建模依据。
只有如此，才能编制出真正科学、实用、有效的管网管理元数据标准。
模块化原则
由于适应未来应用需求的多样化，为针对不同的描述和应用目的，在设计管网管理元数据时往往需要将元数据分为多种类型、从不同的侧重点去满足不同的需求，为此必须采用模块化原则。
就是“按照所描述的信息系统内容，将管网管理元数据划分为针对不同层次、功能或应用的逻辑模块，分别对不同内容进行描述，以满足不同的逻辑功能和应用需要”。
一方面，每个模块可以作为独立的元数据，支持专门的功能；同时也可以按照应用需要，与其他元数据模块进行组合，形成新的应用元数据；另一方面，模块化可以使每个元数据模块具备Plug-in-play的能力，也可以复用关于元数据元素的定义和描述方法，从而增加不同应用元数据间的互操作性。
一致性原则
在管网管理元数据设计过程中，尽量注意与现有的国家标准、行业标准或者其他政府标准、国际标准相一致。
随着元数据技术和XML技术的广泛应用，现实环境中已经存在多种元数据标准，例如有信息发现和确认（如DC）、资源描述（如DC、VARCore）、资源集合描述（如EAD）、资源利用管理、系统功能或过程控制等多种标准。
它们大多已成为行业、国家或国际标准而被广泛应用，而且目前已积累了大量的元数据资源。
因此为保障信息组织的一致性，在元数据设计中必须遵循一致性原则。
可扩展性原则
整个管网管理元数据体系和每个元数据模块都应该可以扩展，保留细化元数据元素的空间以适应未来需求的变化，并可通过复用、嵌接、扩展、细化、修改等方式，根据应用需求灵活地构建和扩展已有的元数据。
稳定性原则
管网管理元数据标准的制定既要根据目前的需要，也要充分考虑将来的发展，避免过多的修改。
通常在设计管网管理元数据时，将那些基本的、共同的、必需的内容定义为一个核心元素集，核心元素应能够保障应用需求的基本功能，具有相对的稳定性。
互操作原则
体现在对异构系统间互操作能力的支持，不仅可以为自己的应用系统所操作，而且可以为其他组织或机构的应用系统所操作；不仅可在不同系统实现同一元数据标准间的数据的传输、交换或转换，而且可在不同元数据标准间实现数据的传输、交换或转换。
通常在元数据的具体应用上，互操作性表现为易转换性，即在所携信息损失最小的前提下，方便地将管网管理元数据转换为其他系统常用的元数据标准。
要实现这些功能，在管网管理元数据标准设计过程中必须慎重考虑元素语义和元素结构的准确定义，其中语义定义尤为重要。
递归性原则
即要求逐层描述元数据的原则。
元数据本身往往被视为一种信息内容对象。
在复杂的信息环境中，这些元数据通常会被另外的元数据标准加以描述。
这种要求元数据能被逐层加以抽取、描述、定义、确认和验证，而每一层又都具有独立的元素，并且系统能够通过追溯元数据来了解元数据是如何被一层层抽取、定义和描述。
它可用以支持对元数据的自动识别和解析功能。
在管网管理数据管理中，递归性原则是保障管网管理数据有机关联性必不可少的原则。
开放性原则
要求管网管理元数据标准的设计具有开放性，以适应不同的信息来源和信息种类。
一旦有新的信息来源或信息种类产生，系统就可以设计相关的元数据标准作为这些内容的存储容器。
元数据层级设计
通过UML建模工具Visio2007，我们可以对管网管理元数据进行可视化设计。
也能方便日后对模型的修改维护。
依据以上设计原则，将元数据分为以下三个层次：
（1）要素对象级元数据
主要描述和管理管网数据实体要素从数据采集、生产、加工、流转、使用等一系列生命周期过程中产生的信息。
要素对象级元数据大量信息应当从其生命周期个环节上自动抽取，如创建时间、修改时间、维护人员信息等。
要素对象级元数据的相关表命名规则为：
“MF_”+“模块分类内容”，
如MF_CONTENT表示要素对象级元数据内容信息。
下图为管网数据要素对象级元数据的模块划分：
（2）要素类级元数据
主要描述要素类（包含若干实体要素的集合，如阀门、辖区等）中一些共性特征的元数据。
要素类级元数据包含可由要素对象级元数据通过系统自动抽取的必要信息，也包含与业务数据无关、设计完成后即确定的元数据。
如图层结构、字段描述等信息。
要素类级元数据的相关表命名规则为：
“MC_”+“模块分类内容”，
如MC_CONTENT表示要素类级元数据内容信息。
下图为管网管理要素类级元数据的模块划分：
（3）要素数据集级元数据
主要描述要素数据集（包含若干要素类的集合）中一些共性特征的元数据。
要素集级元数据包含可由要素类级元数据通过系统自动抽取的必要信息，也包含部分需要后期录入的描述性元数据。
如各类数据报告、说明等信息。
要素数据集级元数据的相关表命名规则为：
“MD_”+“模块分类内容”，如MD_CONTENT表示要素数据集级元数据内容信息。
下图为管网管理要素集数据级元数据的模块划分：
元数据结构化语义设计
元数据语义结构是对元数据元素具体描述方法的规定，尤其是描述元素时所采用的标准和著录细则。
比如规定对日期的著录，是采用国家标准，还是采用圆点或者斜线隔开的办法；元素遇到的可能值或默认值等等。
语义结构定义是保障元数据元素内容完整性、一致性的重要手段。
元数据语法结构定义了元数据的格式结构及其描述方式。
对元数据格式结构的定义在国际上通常采用DTD或XMLSchema来完成；元数据的描述方式则采用XML语言。
元数据的抽取方案设计
当使用采集处理软件进行数据录入、修改、删除等编辑操作时，系统自动从操作日志表、系统安全权限信息提取相关内容填充要素对象级元数据，并允许用户人工输入部分内容。
当要素对象级元数据发生变化后，相应要素类级元数据、要素数据集级元数据也相应从下级自动抽取、概括相关内容以充实本级内容。
抽取流程如下图所示：
图元数据抽取方案
三.2.2.2基础地形数据层
行政区界层――含行政区划名称信息
水系信息层――含水系名称信息
道路边线层――封闭道路
道路中心线――含道路代码、道路名称等属性信息
建筑轮廓层――封闭建筑物轮廓
高程点图层――含高程点数据
地名数据层――主要地名，辅助定位
注记层――文字注记，辅助定位
城市绿地层――含主要的公园、绿地等信息
特征地物层——标志性建筑、典型地物等，辅助定位。
其他地物层——综合生成标准地形图。
1:
500、1:
1000、1:
2000比例图幅格网层――即图符索引图层
三.2.2.3供水管网图形数据设计
包括管线管段信息层、管网节点信息层（比如阀门、接水阀、三通、闷头、消火栓等）、管网设备信息层（比如测压点、测流点、监视表）、站址分布信息层（水厂分布、泵站分布、加压站分布）。
三.2.2.4供水管网设备属性数据设计
设备属性数据设计采用数据字典的方法，依照具体对象进行详细的设计。
为了保证GIS中图形与属性数据的一一对应关系，在各种设备关键字编码设计时，遵循关键字唯一性原则。
为了高效地访问和处理数据，设备属性数据统一贮存在外部数据库中。
三.2.2.5供水实时监测数据设计
包括水厂、加压站等地的流量、管网压力、水质及泵站机组工况等数据。
三.2.2.6空间数据管理模型设计
1建模需求
面向对象的空间数据模型是用面向对象的方法来描述现实世界的逻辑组织、对象间限制、联系等的模型，是面向对象技术和GIS相结合的产物。
面向对象的空间数据模型认为人们感知的客观世界是一个由众多类型不同的地理实体组成的整体世界，而不是人为分割的、僵化的对象层，但由于分层能够为GIS管理和显示地理对象提供极大的方便，因此我们在基本分层的基础上，特别提出复合对象集的概念，以此来表达和实现整体GIS数据模型的整体思想。
Geodatabase是一个面向对象的空间数据模型，它将现实世界抽象若干对象类（Objectclass），每个对象类都有其属性、行为和规则，相同属性集、行为和规则的空间对象集合体现为要素类（FeatureClass），相同空间参考特征的要素类集合体现为要素数据集（FeatureDataset）。
Geodatabase中含有各种不同的地理对象类型，包括简单对象、地理要素、网络要素、注记要素以及其他更专业的要素类型，允许用户定义对象间的关系，并通过规则来维护对象间的参照和拓扑完整性。
在管网数据库中，各种专题数据间往往不是独立无关的，而是存在空间和属性的多方位关系。
如果以割裂的图层去存储与管理各种管网专题则不能描述要素间的关系，难以从整体角度对整个管网区域等管理单元进行整体分析，也很难完成管网拓扑分析等专业网络分析。
相对而言，参照Geodatabase的面向对象思想建设管网空间数据模型，有利于从整体层面对数据进行管理与维护，能够完成基于数据模型的更多分析功能，从而发挥空间数据库的更大作用。
2Geodatabase数据模型
Geodatabase是面向对象的空间数据管理模式，是当前国际上GIS发展的最新一代的数据结构。
它在综合了上几代数据管理模式优点的基础上，进一步提高了空间数据管理的结构化程度，通过建立完整统一的数据模型，实现了对象几何图形特征与对象属性特征、对象个体特征与对象关系特征、对象当前时态特征和历史时态特征、对象实体数据和元数据的一体化管理，极大地提高了空间数据管理的结构化程度，可有效地满足未来数据管理维护便捷性和数据应用的灵活性的双重需要。
Geodatabase支持面向对象的矢量和栅格数据。
在该模型中，实体表示为具有属性、行为和关系的对象；支持内建于系统中的各种不同的地理对象类型。
这些对象类型包括简单对象、地理要素、网络要素、注记要素以及其他更专业的要素类型，如下图所示。
该模型允许用户定义对象间的关系，并通过规则来维护对象间的参照和拓扑完整性。
通过定义这种面向对象的空间数据模型，用户面对的不再是与业务没有关系，抽象的点、线、面等数据，而是直接操作大家所熟悉的对象，例如管网、水厂、泵站、阀门等体系对象。
图空间数据模型发展历程
图Geodatabase数据模型结构
3模型设计方法
空间数据模型的建设一般步骤为：
要素类划分、要素间关系确定、空间数据入库顺序确定、UML设计空间数据模型、生成GIS空间数据结构五部分组成，如下图所示。
我公司已经基于Geodatabse完成此次模型的设计原型，模型设计的具体步骤如下：
图空间数据模型建设
要素类设计
Geodatabase允许用户使用CASE工具以UML图表方式生成对象模式，为用户提供接口来创建和编辑面向用户的空间对象。
这些定义对象从存在的Esri数据对象继承行为。
这些用户利用C++越过或者追加行为到从Esri对象继承的对象行为中。
ArcGIS为用户提供接口来创建和编辑下列对象：
数据库，数据集，要素类，关系类，表格，几何网络，属性数据，属性规则，关系规则，连通规则，注记要素类和子类。
要素间关系设计
通过定义这种面向对象的空间数据模型，用户面对的不再是与业务没有关系，抽象的点、线、面等数据，而是直接操作大家所熟悉的对象，例如管网、水厂、泵站、阀门等体系对象。
图:
Geodatabase中关系类及关系表结构
时态库设计-基于对象版本管理的空间数据更新机制
为兼顾本次项目建设初始成果数据建库和未来数据持续维护与更新管理的需要，实现成果空间数据的时态建库是必需考虑并实现的目标。
鉴于未来构建在成果空间数据库基础上的各应用系统对数据的时效性要求很高，因此必须建立持续有效的数据实时更新机制，保证该数据的常用常新。
同时还有赖于GIS数据库的版本管理功能，既满足常用数据的高频次访问效率又能兼顾历史数据按时序回溯等应用需求。
要最大限度地发挥成果的应用价值和使用的便捷性要求，在模型设计阶段就需要解决成果空间数据库的时态管理问题。
GIS数据处理流程和数据共享过程的有别于传统关系型数据库的短事务处理机制，需要专门设计一个有效的长事务处理机制，以空间数据库版本管理方式将GIS的长事务处理映射到关系数据库的短事务处理上面，从而对多用户编辑，空间
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