基于擴(kuò)展多叉樹的城市供水管網(wǎng)信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

喻 龍，劉棟梁，張 征

（華中科技大學(xué)自動化學(xué)院，湖北武漢430074）

0 引 言

本文建立在較為先進(jìn)的電子流量計(jì)和軟件開發(fā)工具的基礎(chǔ)上，旨在為供水管網(wǎng)的數(shù)字化提供一整套的解決方案，提高供水管網(wǎng)的管理水平［1，2］。該系統(tǒng)在進(jìn)行業(yè)務(wù)管理的同時(shí)，通過對管網(wǎng)進(jìn)行建模，還可以反映管網(wǎng)中流量計(jì)的運(yùn)行狀態(tài)，并通過分析流量和壓力數(shù)據(jù)來進(jìn)行漏損定位和控制。

1 系統(tǒng)需求分析

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展和Internet的發(fā)展，管理信息系統(tǒng)迅猛發(fā)展，廣泛并且成功地運(yùn)用于企業(yè)管理、系統(tǒng)開發(fā)、經(jīng)濟(jì)分析與規(guī)劃、決策與支持等各種方面［3－6］。

硬件上，傳感器技術(shù)也愈來愈趨于成熟，用于供水的自來水流量計(jì)不僅在精度上有很大提高，更重要的是流量計(jì)在嵌入式電路的基礎(chǔ)上有了更多新功能，比如數(shù)據(jù)的處理及存儲、數(shù)據(jù)的無線傳輸?shù)鹊龋?－9］。同時(shí)，軟件上的革新也給信息管理提供了更多可以選擇的方案，對于數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)挖掘有了更深的突破。這些技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了供水系統(tǒng)向著更高的自動化、智能化方向進(jìn)步［10，11］。

企業(yè)安裝的數(shù)字化流量計(jì)需要有一個(gè)穩(wěn)定的平臺來對數(shù)字流量計(jì)進(jìn)行管理，這就要求該系統(tǒng)必須提供至少3個(gè)方面的功能:

（1）能夠自動獲取數(shù)字流量計(jì)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；

（2）能夠監(jiān)測數(shù)據(jù)的異常并自動報(bào)警，同時(shí)分析管道的漏損并對其進(jìn)行監(jiān)測；

（3）提供對供水管網(wǎng)管理及用戶業(yè)務(wù)管理的平臺。在該平臺上，供水公司職員能夠?qū)┧芫W(wǎng)進(jìn)行日常管理，并且能夠?qū)ι婕暗母鞣N業(yè)務(wù)進(jìn)行管理，比如對用水客戶管理、打印統(tǒng)計(jì)報(bào)表等。

同時(shí)在系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)應(yīng)該注意以下問題:

（1）能夠兼顧管道升級過程。供水管網(wǎng)數(shù)字流量計(jì)的全部更替往往需要一個(gè)較長的周期，該過程要求能夠?qū)鹘y(tǒng)流量計(jì)進(jìn)行部分管理，同時(shí)，在系統(tǒng)開發(fā)時(shí)為將來系統(tǒng)升級留下足夠空間；

（2）保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完備性。異常監(jiān)測和檢測功能需求，對數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完備性提出了要求；

（3）保證系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性。安全性上，必須保證數(shù)據(jù)不被隨意更改；并保證非公開數(shù)據(jù)不被隨意泄露；因此必須設(shè)置一套權(quán)限管理模式，使得只有取得相應(yīng)級別權(quán)限的人才能進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)的瀏覽和編輯。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)擬從以下功能模塊進(jìn)行開發(fā):區(qū)域管理、數(shù)據(jù)獲取模塊、監(jiān)測及異常處理模塊、流量計(jì)管理模塊、流量統(tǒng)計(jì)分析模塊、用戶管理模塊。系統(tǒng)總體框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體框架

2.1 數(shù)據(jù)獲取模塊

數(shù)據(jù)是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，為了實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)的數(shù)字化，獲取流量計(jì)數(shù)據(jù)是首位。一般供水管網(wǎng)需要數(shù)字化必須選用具有自動發(fā)送數(shù)據(jù)功能的電子流量計(jì)，但為了兼容某些尚未改造的傳統(tǒng)流量計(jì)以及電子流量計(jì)數(shù)據(jù)意外缺失狀況，需要設(shè)置手動輸入方式和自動接收數(shù)據(jù)兩種方式。數(shù)據(jù)應(yīng)該包括流量數(shù)據(jù)和設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)（主電源和通信電源電量、信號強(qiáng)度等）。

（1）支持多協(xié)議的自動數(shù)據(jù)接收

目前實(shí)際應(yīng)用中的數(shù)字流量計(jì)一般都是通過GPRS網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)到因特網(wǎng)與服務(wù)器進(jìn)行連接發(fā)送數(shù)據(jù)，不同廠家的流量計(jì)涉及不同的通信協(xié)議，我們設(shè)計(jì)了兩種最常見的模式，如圖2所示。

圖2 支持多協(xié)議自動數(shù)據(jù)接收

第一種模式利用Socket套接字直接與流量計(jì)建立TCP連接。服務(wù)器在某一設(shè)定端口監(jiān)聽，收到一個(gè)連接請求，就開一個(gè)新線程進(jìn)行通信，并設(shè)置斷線重連機(jī)制。

第二種模式通過郵件形式進(jìn)行數(shù)據(jù)接收。流量計(jì)將數(shù)據(jù)以郵件文件形式發(fā)送到郵件服務(wù)器上，我們的數(shù)據(jù)接收程序通過POP3協(xié)議不斷從郵件服務(wù)器上收取數(shù)據(jù)，然后解析存入數(shù)據(jù)庫。

上述模塊擬采用Windows服務(wù)（Windows Service）進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。其優(yōu)點(diǎn)是將該服務(wù)設(shè)置為自啟動方式，一是可以避免程序因誤操作被關(guān)閉，二是能夠保證在機(jī)器重新啟動后，服務(wù)自動開啟運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性和完備性。

（2）手動數(shù)據(jù)錄入

手動數(shù)據(jù)的錄入就是允許工作人員通過手動方式輸入某個(gè)流量計(jì)某時(shí)刻的累計(jì)流量與瞬時(shí)流量，這樣可以將傳統(tǒng)非自動發(fā)送數(shù)據(jù)的流量計(jì)納入管理平臺，提高其在改造過程中的兼容性。手動輸入過程不可避免地存在人工輸入錯(cuò)誤，于是需要在數(shù)據(jù)存儲之前增加判斷功能。

2.2 監(jiān)測及異常處理模塊

異常監(jiān)測在實(shí)現(xiàn)形式上也可以采用Windows Service在后臺進(jìn)行定時(shí)不間斷計(jì)算檢測，并將相應(yīng)的異常信息提交給異常處理模塊進(jìn)行處理。

（1）簡單異常監(jiān)測

簡單異常主要包括以下方面:①瞬時(shí)流量超過報(bào)警閾值；②各流量計(jì)處的管道壓力不在正常值之內(nèi)；③設(shè)備主電源和通訊電源的剩余電量低于報(bào)警閾值，通訊信號強(qiáng)度小于信號強(qiáng)度報(bào)警閾值；④數(shù)據(jù)接收超時(shí)。

（2）分級漏損監(jiān)測

這里的漏損監(jiān)測主要是指暗漏，并非指爆管引起的瞬時(shí)流量達(dá)到報(bào)警閾值。漏損監(jiān)測主要是通過流量計(jì)的上下級關(guān)系，計(jì)算出上下級流量計(jì)之間的差值來判斷該上下級管道之間是否有漏損。

傳統(tǒng)的漏損監(jiān)測主要根據(jù)壓力、管徑等參數(shù)進(jìn)行建模來確定的，方法較為復(fù)雜，本系統(tǒng)首次嘗試?yán)矛F(xiàn)有的管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和流量、壓力來進(jìn)行漏損的分級檢測［12］。

目前供水管網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般有樹狀結(jié)構(gòu)和環(huán)狀結(jié)構(gòu)，如圖3所示，我們用帶有編號的圓黑點(diǎn)表示該支路上的流量計(jì)，箭頭表示水流方向。樹狀結(jié)構(gòu)一般存在于主干道上，對于這種簡單的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很容易建立流量計(jì)之間的上下級關(guān)系，從而構(gòu)建多叉樹。而對于拓?fù)鋸?fù)雜的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)可以進(jìn)行將環(huán)拆分為樹的方法構(gòu)建擴(kuò)展多叉樹［13］。

圖3 供水管網(wǎng)常見拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

在圖3的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)中，我們可以看到某些節(jié)點(diǎn)處父節(jié)點(diǎn)有多個(gè)，并非真正意義上的多叉樹，而是一種多父節(jié)點(diǎn)、多子節(jié)點(diǎn)的擴(kuò)展多叉樹。針對多個(gè)父節(jié)點(diǎn)的情況，我們按以下方式處理:將其中一個(gè)節(jié)點(diǎn)作為主父節(jié)點(diǎn)，剩下的作為其α型兄弟節(jié)點(diǎn)，用αBrother來表示，如圖3中虛線區(qū)域處為有兩父節(jié)點(diǎn)的分支，則可以將1號節(jié)點(diǎn)作為主節(jié)點(diǎn)，6號節(jié)點(diǎn)作為1號節(jié)點(diǎn)的αBrother；進(jìn)而用以下含有4個(gè)域的新的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)表示這種擴(kuò)展多叉樹節(jié)點(diǎn):

其中，數(shù)據(jù)域?yàn)榱髁坑?jì)相關(guān)信息的一個(gè)實(shí)體，Next＿αBrother＿Ptr表示指向下一個(gè)αBrother的指針，同樣FirstChild＿Ptr、NextBrother＿Ptr分別表示指向第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)的指針和指向下一個(gè)兄弟節(jié)點(diǎn)的指針。這種數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)擴(kuò)展性較好，不必考慮父節(jié)點(diǎn)或者子節(jié)點(diǎn)的個(gè)數(shù)。

那么上面的環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的樹表示如圖4所示，有了這種擴(kuò)展多叉樹，我們先通過一個(gè)流量計(jì)的Next＿αBrother＿Ptr指針一步步找到該節(jié)點(diǎn)所有的αBrother，然后根據(jù)FirstChild＿Ptr指針找到第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)，并根據(jù)該子節(jié)點(diǎn)的NextBrother＿Ptr指針一步步找到所有的子節(jié)點(diǎn)。例如圖4中的1號流量計(jì)根據(jù)Next＿αBrother＿Ptr指針一步步得到所有的αBrother:6號流量計(jì)，根據(jù)FirstChild＿Ptr指針找到第一個(gè)子節(jié)點(diǎn)4號流量計(jì)，然后根據(jù)4號流量計(jì)的NextBrother＿Ptr指針得到所有的1號流量計(jì)子節(jié)點(diǎn):4號和5號流量計(jì)，與圖3中的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一致。

圖4 圖3中的環(huán)狀管道的多叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

某時(shí)間段，以Flow表示本身累計(jì)流量，αBrother＿Flow表示αBrother類型的累計(jì)流量，Children＿Flow表示子流量計(jì)累積流量，最后按下式進(jìn)行計(jì)算

上式用來判斷計(jì)算上下級流量計(jì)之間的漏損，若漏損達(dá)到一定的閾值（式中的threshold），則進(jìn)行異常處理；然后分析該漏損分支中涉及到的各流量計(jì)的流量和壓力與平時(shí)平均值的變化度，來判斷最有可能發(fā)生漏損的線路，將分析結(jié)果交付給異常處理模塊進(jìn)行相關(guān)操作。這樣，就實(shí)現(xiàn)了流量計(jì)按照樹狀結(jié)構(gòu)的上下級關(guān)系進(jìn)行分級檢測漏損，縮小了漏損區(qū)域的判斷。

（3）實(shí)時(shí)監(jiān)控信息顯示

實(shí)時(shí)信息主要包括當(dāng)前流量信息、壓力信息、設(shè)備狀態(tài)信息、異常信息等，這些重要的實(shí)時(shí)信息必須在監(jiān)控界面上不斷刷新。

因?yàn)橄到y(tǒng)是B/S模式，HTTP協(xié)議是請求——應(yīng)答模式，用戶不請求頁面不更新，而監(jiān)控信息恰恰是服務(wù)器主動傳給瀏覽器的信息；傳統(tǒng)監(jiān)控頁面都是基于組態(tài)軟件的。

在該系統(tǒng)中，我們首次嘗試使用Web推送技術(shù)來實(shí)現(xiàn)監(jiān)控頁面的不刷新而數(shù)據(jù)動態(tài)實(shí)時(shí)更新，實(shí)現(xiàn)方式更加簡單，而且滿足不限地點(diǎn)不限時(shí)間直接利用瀏覽器對管網(wǎng)實(shí)時(shí)監(jiān)控。

為了實(shí)現(xiàn)監(jiān)控畫面的實(shí)時(shí)性，我們對于流量及狀態(tài)信息在給定定時(shí)器頻率下進(jìn)行實(shí)時(shí)推送更新，異常信息則通過異常處理模塊推送給實(shí)時(shí)顯示頁面。

（4）異常處理

異常處理是在異常發(fā)生時(shí)，向數(shù)據(jù)庫寫入異常，并實(shí)時(shí)將異常信息推送到監(jiān)控頁面，然后根據(jù)異常流量計(jì)的相關(guān)報(bào)警電話號碼，發(fā)送短信給相關(guān)負(fù)責(zé)人予以通知異常。然后線下處理異常，處理成功后返回系統(tǒng)平臺對異常狀態(tài)做“已解除”更新。

報(bào)警短信通知主要采用“短信Modem＋二次開發(fā)包”的方式，即購買短信Modem硬件設(shè)備和二次開發(fā)DLL動態(tài)鏈接庫，在我們的系統(tǒng)中直接調(diào)用短信開發(fā)包中的API接口。

2.3 流量計(jì)管理模塊

（1）添加流量計(jì)

添加流量計(jì)時(shí)，要添加流量計(jì)的以下信息:①基本信息:編號、備注信息、類型等；②地理信息:經(jīng)度、緯度、所屬區(qū)域；③報(bào)警相關(guān)信息:流量報(bào)警閾值、報(bào)警號碼、報(bào)警模式、電源電量報(bào)警閾值、通訊手機(jī)號碼、數(shù)據(jù)超時(shí)閾值；④級別:上一級流量計(jì)、級別。

（2）流量計(jì)管理

流量計(jì)管理主要是針對添加流量計(jì)時(shí)的各種參數(shù)進(jìn)行修改，以及流量計(jì)的刪除。流量計(jì)存在上下級之間的關(guān)系，所以刪除流量計(jì)就會面臨兩個(gè)選擇:①刪除該流量計(jì)及下級所有的流量計(jì)；②刪除該流量計(jì)，并對下級流量計(jì)進(jìn)行父節(jié)點(diǎn)調(diào)整。因此，需要設(shè)計(jì)兩種流量計(jì)的刪除方式以便操作者選擇。

（3）地圖顯示

為了方便管理者更加清晰地看到流量計(jì)在供水管道中的分布情況，必須提供一個(gè)類似地圖的可視化界面來顯示布局；為此，可以利用Google地圖API進(jìn)行開發(fā)或者購買相關(guān)GIS模塊進(jìn)行二次開發(fā)。

Google地圖API是開源形式，可以通過在Google地圖上制作出自己管道的實(shí)際鋪設(shè)線路，并根據(jù)所安裝的流量計(jì)的經(jīng)緯度來標(biāo)注流量計(jì)在地圖上的位置。該方式雖然經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，但開發(fā)起來并不方便，而且精準(zhǔn)度也不高。

采用購買GIS模塊進(jìn)行二次開發(fā)的方式，可以得到更好的瀏覽效果，并且在圖形交互方面更加方便。

2.4 流量統(tǒng)計(jì)分析模塊

（1）單個(gè)流量計(jì)流量統(tǒng)計(jì)

在數(shù)據(jù)庫中按照時(shí)間間隔進(jìn)行查詢，實(shí)現(xiàn)單臺流量計(jì)按小時(shí)、按天、按月流量統(tǒng)計(jì)，包括最小瞬時(shí)流量、最大瞬時(shí)流量、平均流量、時(shí)間段內(nèi)的區(qū)間流量。

（2）按區(qū)域流量統(tǒng)計(jì)

在按區(qū)域流量統(tǒng)計(jì)功能里，根據(jù)供水管網(wǎng)布局圖，通過觀察某個(gè)區(qū)域邊沿所有流量計(jì)，規(guī)定這些流量計(jì)哪些為流入哪些為流出來計(jì)算該區(qū)域的凈流入量。區(qū)域流量統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)主要是提供給領(lǐng)導(dǎo)層在決策時(shí)作參考，比如水量分配調(diào)度、加壓站配置點(diǎn)選址等。

（3）按營業(yè)所流量統(tǒng)計(jì)

按營業(yè)所流量統(tǒng)計(jì)，就是統(tǒng)計(jì)營業(yè)所管轄范圍內(nèi)，對所有客戶流量計(jì)的進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并且應(yīng)該包括該營業(yè)所的大用水客戶排名等相關(guān)信息。

（4）大用水客戶流量統(tǒng)計(jì)

該模塊中，提供一個(gè)界面顯示排名前N位的用水客戶及其用戶量，該排名設(shè)置按月排名和按年排名；讓管理者清楚地知道自己的大用戶客戶，為更好提供服務(wù)作參考。

（5）漏損統(tǒng)計(jì)

漏損統(tǒng)計(jì)分為以下幾個(gè)方面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析:①某時(shí)間段內(nèi)，所有上下級流量計(jì)漏損量統(tǒng)計(jì)，并按漏失嚴(yán)重程度排名；②某時(shí)間段內(nèi)，按某些區(qū)域統(tǒng)計(jì)漏失情況，包括總量及漏失率；③某時(shí)間段內(nèi)，各營業(yè)所管轄范圍內(nèi)的漏失量及漏失率。

（6）報(bào)表生成

報(bào)表生成主要是對各種統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行Excel表格生成，提供紙質(zhì)文檔；例如大用戶客戶月排名表、各個(gè)用戶的用水量及水費(fèi)單的生成。

2.5 用戶及權(quán)限管理模塊

用戶管理——角色管理——權(quán)限管理是本系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全的重要組成部分，它是以RBAC（role based access control）模型為基礎(chǔ)的，用來為系統(tǒng)提供權(quán)限驗(yàn)證支持［14，15］。傳統(tǒng)的RBAC模型主要是通過權(quán)限跟角色綁定，用戶通過承擔(dān)某種角色來獲得相應(yīng)的權(quán)限。但是該模型在處理涉及結(jié)構(gòu)復(fù)雜、人員眾多的系統(tǒng)的時(shí)候，由于該模型的細(xì)粒度過小，導(dǎo)致衍生的角色數(shù)量越來越多，權(quán)限和角色呈指數(shù)關(guān)系。并且，該模型不能附加其它的驗(yàn)證信息。

本系統(tǒng)涉及到眾多角色和權(quán)限，并且擁有較多的流量計(jì)，固在此采用分層角色和帶地理驗(yàn)證信息的擴(kuò)展RBAC模型來實(shí)現(xiàn)“分區(qū)分權(quán)”的管理思想。

（1）分層角色擴(kuò)展

采用如圖5的分層角色就能避免為所有的角色分別賦予權(quán)限，以圖5中的客戶經(jīng)理為例，只需要獲取其下級角色（流量統(tǒng)計(jì)查看員和客戶信息管理員）擁有的權(quán)限，它們并起來就客戶經(jīng)理擁有的權(quán)限；并且客戶經(jīng)理下的流量統(tǒng)計(jì)查看員也可以被業(yè)務(wù)經(jīng)理使用，這就使權(quán)限分配更加有條理，并且降低了冗余。

圖5 分層角色

（2）區(qū)域樹

區(qū)域管理是整個(gè)系統(tǒng)中至關(guān)重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。首先，必須建立區(qū)域與區(qū)域之間的上下級關(guān)系，形成區(qū)域樹；前面流量計(jì)地理信息中有所屬區(qū)域，為每個(gè)用戶設(shè)置一個(gè)管轄區(qū)域，根據(jù)這兩個(gè)區(qū)域的匹配來完成地理信息的驗(yàn)證。用戶訪問某個(gè)流量計(jì)數(shù)據(jù)的時(shí)候要判斷該流量計(jì)是否在該用戶的管轄范圍內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)了分區(qū)管理。例如管轄范圍為洪山區(qū)的用戶，能訪問的流量計(jì)必須是洪山區(qū)或其下屬區(qū)域。

（3）擴(kuò)展后RBAC模型

整個(gè)擴(kuò)展后的RBAC模型示意圖如圖6所示。

從圖6中可以看到用戶要訪問業(yè)務(wù)對象，必須通過分層角色得到其擁有的權(quán)限進(jìn)行驗(yàn)證和管轄區(qū)域進(jìn)行匹配。

1）添加一個(gè)用戶的具體流程為:①添加若干角色，并建立上下級關(guān)系；②為上下級中最底層角色綁定權(quán)限，即將該角色能夠訪問的頁面函數(shù)寫入數(shù)據(jù)庫；③管理員添加一個(gè)用戶賬號，為該用戶賬號附加一個(gè)角色，并添加其管轄區(qū)域，至此，該賬號具備了在該區(qū)域管理某些業(yè)務(wù)的權(quán)限。

2）用戶登錄系統(tǒng)后的具體驗(yàn)證過程:①獲取用戶的角色，若角色為最底層角色，則進(jìn)入（c），否則進(jìn)入②；②根據(jù)角色獲取該角色下的所有最底層角色；③根據(jù)用戶擁有的所有最底層角色，獲取所有的權(quán)限；④訪問某個(gè)流量計(jì)的某種權(quán)限的數(shù)據(jù)，先判斷是否擁有該權(quán)限，再判斷該流量計(jì)是否在該用戶的管轄范圍內(nèi)，二者同時(shí)滿足則允許訪問，否則拒絕訪問。

3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)庫主要的數(shù)據(jù)表包括以下實(shí)體:用戶（操作員）、角色、權(quán)限、流量計(jì)、流量、客戶。其中，權(quán)限實(shí)體主要作用是提供訪問的URL，從而控制對頁面或者方法的訪問；角色與權(quán)限為多對多的關(guān)系，為一個(gè)角色分配多個(gè)權(quán)限，并決定該角色能夠訪問哪些頁面，能夠進(jìn)行哪些操作；同時(shí)，同一個(gè)權(quán)限也可以賦予不同的角色。用戶與角色也是多對多的關(guān)系。一個(gè)用戶對應(yīng)多個(gè)角色，即一個(gè)操作員可以擁有多重身份。同理，一個(gè)角色也可以分配給多個(gè)用戶。同時(shí)，用戶與區(qū)域的關(guān)系也是多對多關(guān)系，即一個(gè)用戶可以管理多個(gè)區(qū)域，一個(gè)區(qū)域也可以分配給多個(gè)用戶進(jìn)行管理。此外，用戶還有一個(gè)特殊的用戶類型字段，該字段內(nèi)包括普通用戶和管理員兩項(xiàng)內(nèi)容，而管理員擁有最高權(quán)限。數(shù)據(jù)庫ER圖設(shè)計(jì)如圖7所示。

圖7 數(shù)據(jù)庫ER圖設(shè)計(jì)

在流量計(jì)管理方面，有相應(yīng)的漏損報(bào)警相關(guān)信息和地理位置信息，此外，還設(shè)有“FirstChild”和αBrother的字段，專門用來存儲該流量計(jì)的第一個(gè)子流量計(jì)的標(biāo)識符和αBrother流量的標(biāo)識符，建立2.2節(jié)中的擴(kuò)展多叉樹結(jié)構(gòu)。流量計(jì)與流量為一對多的關(guān)系，用流量實(shí)體來描述流量計(jì)在不同時(shí)刻的流量信息。此外，還有狀態(tài)信息表沒有列出，其用來描述不同時(shí)刻流量計(jì)的狀態(tài)。

從圖7可以清晰地看到設(shè)計(jì)的主要指導(dǎo)思想和幾個(gè)重要模塊的脈絡(luò)，為進(jìn)一步軟件實(shí)現(xiàn)指明了方向。

4 結(jié)束語

本文針對傳統(tǒng)城市供水管網(wǎng)管理落后的問題，提出了新的高效率、低成本的科學(xué)管理方案。通過對客戶需求的深入分析，首先提出系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)思路，再根據(jù)具體的功能要求，分別設(shè)計(jì)了區(qū)域管理模塊、數(shù)據(jù)獲取模塊、監(jiān)測及異常處理模塊、流量計(jì)管理模塊、流量統(tǒng)計(jì)分析模塊、用戶管理模塊，并在不同的模塊中給出了具體的設(shè)計(jì)方案。其中，文章主要的創(chuàng)新點(diǎn)在于:①提出了基于Windows Service的支持多協(xié)議的數(shù)據(jù)獲取方式；②在監(jiān)測與報(bào)警模塊中，對環(huán)狀網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了拆分，并提出了一種適合表示樹狀管道和環(huán)狀管道的擴(kuò)展的多叉樹數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，最終在該基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了分級漏損監(jiān)測；在監(jiān)控頁面上，利用Web推送技術(shù)來實(shí)現(xiàn)B/S模式下方便的實(shí)時(shí)監(jiān)控頁面實(shí)。③在保障數(shù)據(jù)安全的權(quán)限管理模塊中，對傳統(tǒng)的RBAC模型加入地理信息進(jìn)行擴(kuò)展，實(shí)現(xiàn)了“分區(qū)分權(quán)”的管理思想。

在后期的開發(fā)工作中，要充分考慮供水管網(wǎng)的升級改造，在軟件中留下足夠的擴(kuò)展接口。

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