供水IC卡水表管理系統(tǒng)需求分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鈕祥瑩

(天津市自來水集團(tuán)有限公司，天津300040)

供水IC卡水表管理系統(tǒng)需求分析及系統(tǒng)設(shè)計(jì)

鈕祥瑩

(天津市自來水集團(tuán)有限公司，天津300040)

針對供水企業(yè)IC卡水表的日常管理，詳細(xì)分析了水表運(yùn)營管理需求和用戶的功能性需求，提出了IC卡水表運(yùn)營管理系統(tǒng)的框架和總體業(yè)務(wù)框架，并按照層次結(jié)構(gòu)做了詳盡的分析和設(shè)計(jì)。

供水企業(yè)； IC卡； 預(yù)付費(fèi)； 智能水表； 管理系統(tǒng)

隨著城市供水面積不斷增長,傳統(tǒng)的人工抄表、按戶收費(fèi)工作方式已經(jīng)不能適應(yīng)龐大而復(fù)雜的供水收費(fèi)管理。IC卡式水表正是在這個背景下應(yīng)運(yùn)而生的一種預(yù)付費(fèi)智能型水表。它具有集自動供水、自動計(jì)量、自動收費(fèi)、自動控制、顯示報(bào)警等多種功能于一體的特點(diǎn)，無需人工抄表，避免了人工抄表上門收費(fèi)給客戶帶來的諸多不便，在一定程度上解決了收費(fèi)難的問題[1]。

目前，有150多萬具IC卡水表分布在天津市的中心區(qū)域，并且IC卡水表被越來越多地安裝在新建小區(qū)中，具有分布廣泛、地點(diǎn)分散的特點(diǎn)。如何保證用戶方便快捷地充值購水就成為IC卡水表管理系統(tǒng)亟需解決的首要問題。這就需要打破供水企業(yè)傳統(tǒng)的按水表屬地劃分的業(yè)務(wù)管理方式，提供一套具有全市聯(lián)網(wǎng)、跨區(qū)域充值售水功能的運(yùn)營、管理系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)需求分析

1.1 主要業(yè)務(wù)流程

1.1.1 新裝發(fā)卡業(yè)務(wù)

首先由新裝水表屬地的水表管理部門在供水檔案模板的副本中填寫相關(guān)信息等內(nèi)容，之后把模板副本交給開發(fā)商。開發(fā)商按照要求填寫地址、戶名、電話、用水類別等水表基本信息。

開發(fā)商將填寫完基本新裝信息的電子文件交回后，水表管理部門核對開發(fā)商填寫的信息，是否與水表管理部門人員到現(xiàn)場核對實(shí)際水表安裝的情況一致。同時，開發(fā)商為每具IC卡表向供水企業(yè)預(yù)購一定的水量，并把為用戶墊付的購水費(fèi)用繳納給新裝水表屬地的水表管理部門。水表管理部門根據(jù)開發(fā)商為每具水表所購水量進(jìn)行IC卡水表的新裝發(fā)卡工作，其流程如圖1所示。

圖1 新裝發(fā)卡流程Fig.1 Flow chart of newly installed IC card meter

供水企業(yè)在操作新裝發(fā)卡等業(yè)務(wù)時只與開發(fā)商進(jìn)行交接，并不與用戶直接接觸，系統(tǒng)數(shù)據(jù)文件和IC卡表購水卡都是成批處理，管理比較集中準(zhǔn)確，不易發(fā)生問題，基本不會和用戶產(chǎn)生糾紛。同時，預(yù)售一定的水量給用戶，也能滿足新購房用戶的前期用水要求，使供水服務(wù)更人性化。

1.1.2 補(bǔ)漏戶業(yè)務(wù)

開發(fā)商在與用戶進(jìn)行交接時，若有被遺漏的用戶，用戶可到供水企業(yè)營業(yè)廳進(jìn)行補(bǔ)漏戶業(yè)務(wù)辦理，流程如圖2所示。

圖2 補(bǔ)漏戶業(yè)務(wù)流程Fig.2 Flow chart for newly issued business

1.1.3 用戶購水業(yè)務(wù)

用戶在日常用水過程中，如發(fā)現(xiàn)IC卡表顯示的水量余額較低或水表關(guān)閥停水，可到供水企業(yè)營業(yè)廳、售水點(diǎn)及合作企業(yè)網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行購水，業(yè)務(wù)流程如圖3所示。

圖3 用戶購水業(yè)務(wù)流程Fig.3 Flow chart of buying water for customer

1.1.4 更名過戶業(yè)務(wù)

由于房屋產(chǎn)權(quán)變更等原因，用戶可以到水表屬地營業(yè)廳柜臺辦理更名過戶業(yè)務(wù)，用戶須憑身份證、房本、購房合同等相關(guān)的證件和文書在柜臺進(jìn)行辦理。

1.1.5 補(bǔ)/換卡業(yè)務(wù)

用戶在遇到水表IC卡丟失或損壞時，可到水表屬地的營業(yè)廳柜臺辦理補(bǔ)/換卡業(yè)務(wù)。

1.2 系統(tǒng)的基本功能

① 用戶信息及水表檔案的管理，即處理檔案新裝、更名過戶、水表落表等業(yè)務(wù)功能。

② 日常業(yè)務(wù)運(yùn)營管理(包括充值售水和水表維修維護(hù))，即處理售水、查詢、用戶報(bào)修、水表維修維護(hù)、換表、用戶補(bǔ)卡等功能。

③ 用戶用水情況和水表運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤巡查，即用戶用水情況巡檢、巡檢數(shù)據(jù)分析、重點(diǎn)用戶和質(zhì)疑用戶的復(fù)檢等功能。

④ 軟件系統(tǒng)的安全和運(yùn)行維護(hù)管理，即系統(tǒng)運(yùn)行權(quán)限管理和基于CPU智能卡的操作人員身份認(rèn)證等功能。

1.3 非功能性需求

軟件的非功能需求也稱為約束或質(zhì)量需求，是限制解決方案的需求，可進(jìn)一步劃分如下。

1.3.1 性能需求

系統(tǒng)支持在線的客戶端在500個左右，并發(fā)按照10個客戶端計(jì)算，系統(tǒng)響應(yīng)時間指標(biāo)：一般查詢平均響應(yīng)時間在3 s以內(nèi)完成，基礎(chǔ)報(bào)表平均響應(yīng)時間在15 s內(nèi)完成。

1.3.2 可維護(hù)性需求

頁面要求美觀大方，界面友好，布局合理，風(fēng)格一致；有完備的災(zāi)難恢復(fù)模型，必須保證系統(tǒng)和數(shù)據(jù)的連續(xù)運(yùn)行；使用指定的企業(yè)及數(shù)據(jù)庫及應(yīng)用服務(wù)器，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。

1.3.3 可靠性要求

全年無間斷運(yùn)行，系統(tǒng)故障或者檢修必須有備用設(shè)備滿足基本業(yè)務(wù)需求；不能出現(xiàn)系統(tǒng)應(yīng)用運(yùn)行時異常，軟件的錯誤不能超過功能點(diǎn)的3%。軟件的故障恢復(fù)時間不得大于4 h。

1.3.4 安全性需求

水表信息會涉及大量用戶的姓名、住址、電話等隱私信息，系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)對供水企業(yè)的營業(yè)業(yè)務(wù)運(yùn)營也非常重要，因此系統(tǒng)需要較高的數(shù)據(jù)安全性。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)

通過采用數(shù)據(jù)庫技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、系統(tǒng)集成技術(shù)和信息安全技術(shù)，設(shè)計(jì)IC卡水表管理系統(tǒng)。推進(jìn)IC卡表日常業(yè)務(wù)管理的信息化水平，以提高供水企業(yè)的用戶服務(wù)質(zhì)量，方便用戶購水，減少因?yàn)橘徦槐阍斐傻挠盟щy，進(jìn)而提高水費(fèi)回收率。

2.2 設(shè)計(jì)原則

2.2.1 實(shí)用性

實(shí)用與否關(guān)系到系統(tǒng)的存在價(jià)值和生命力，也是系統(tǒng)開發(fā)首先要遵循的原則。因此，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)緊緊圍繞IC卡水表管理具體的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和業(yè)務(wù)流程，設(shè)計(jì)操作簡便、結(jié)構(gòu)合理、運(yùn)轉(zhuǎn)流暢、適應(yīng)性強(qiáng)的信息管理系統(tǒng)。

2.2.2 先進(jìn)性

在系統(tǒng)的總體架構(gòu)上，要采用成熟可靠的技術(shù)，選用穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)硬件產(chǎn)品。軟件平臺應(yīng)選用主流產(chǎn)品，系統(tǒng)設(shè)計(jì)、軟件開發(fā)需要遵照軟件工程標(biāo)準(zhǔn)與管理規(guī)范，采用面向?qū)ο蟮睦碚摵头植际健⒔M件式開發(fā)技術(shù)，保障系統(tǒng)建設(shè)的高起點(diǎn)，充分發(fā)揮信息系統(tǒng)在管理工作中的作用。

2.2.3 穩(wěn)定性

系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性是衡量系統(tǒng)建設(shè)成功與否的重要標(biāo)志之一。為確保系統(tǒng)的穩(wěn)定性，要求滿足如下三個方面的要求。

① 系統(tǒng)在提交使用前，需要嚴(yán)格按照系統(tǒng)開發(fā)的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測試，力爭將系統(tǒng)的不穩(wěn)定因素和系統(tǒng)缺陷降低到最低程度，保障系統(tǒng)高效穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

② 系統(tǒng)必須具備良好的容錯能力，在發(fā)生不可預(yù)見故障的情況下，首先要保障數(shù)據(jù)的安全性，其次具備良好的恢復(fù)運(yùn)行機(jī)制。

③ 對操作過程中的錯誤和可能出現(xiàn)的軟、硬件故障，系統(tǒng)能夠給出錯誤報(bào)告及處理方法的提示。

2.2.4 安全性

系統(tǒng)涉及用戶的個人資料和賬戶情況等敏感信息，因此必須保證系統(tǒng)的安全性。數(shù)據(jù)的分布式管理、分級權(quán)限設(shè)定、數(shù)據(jù)保密措施、數(shù)據(jù)備份功能、系統(tǒng)操作日志、病毒防范手段等安全機(jī)制，都是系統(tǒng)安全性所要具備的重要功能。

2.2.5 開放性

系統(tǒng)的開發(fā)要具有一定的靈活性，能夠保證和供水企業(yè)其他管理軟件系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享和相互操作，并通過提供標(biāo)準(zhǔn)的軟件接口來實(shí)現(xiàn)這一要求。

2.3 系統(tǒng)總體框架

IC卡水表管理系統(tǒng)從建設(shè)之初就充分考慮IC卡水表的管理和業(yè)務(wù)特點(diǎn)，針對每個重要環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)有針對性的子系統(tǒng)。軟件對每個業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格管理，通過對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的邏輯性和連貫性的約束，保證IC卡水表業(yè)務(wù)運(yùn)轉(zhuǎn)的準(zhǔn)確、穩(wěn)定和安全。系統(tǒng)的軟件功能分為以下幾個方面：

① 用戶信息和水表檔案的管理，包括新裝、落表、復(fù)裝、停用。

② 日常業(yè)務(wù)運(yùn)營管理(包括充值售水和水表維修維護(hù))，包括售水、查詢、補(bǔ)卡、過戶。

③ 用戶用水情況和水表運(yùn)行狀態(tài)的跟蹤巡查，包括巡檢、巡檢分析、重點(diǎn)戶監(jiān)控。

④ 軟件系統(tǒng)的安全和運(yùn)行維護(hù)管理，包括系統(tǒng)維護(hù)、人員權(quán)限管理、災(zāi)備策略管理。

2.4 系統(tǒng)邏輯視圖

系統(tǒng)只有一個邏輯視圖，該視圖以圖形方式說明關(guān)鍵的用例實(shí)現(xiàn)、子系統(tǒng)、包和類，包含了在構(gòu)架方面具有重要意義的行為。邏輯視圖在每次迭代過程中都會加以改進(jìn)。系統(tǒng)的邏輯視圖如圖4所示，其中所展示的只是IC卡水表運(yùn)營管理系統(tǒng)的基礎(chǔ)構(gòu)件。

從圖4中可以看出，系統(tǒng)分別為不同應(yīng)用環(huán)境的子系統(tǒng)提供不同的支持。應(yīng)用層即表示層，包括基于C/S架構(gòu)的本地應(yīng)用，也就是富客戶端應(yīng)用；基于B/S架構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用通常被描述成為瘦客戶端應(yīng)用；基于WinCE的嵌入式應(yīng)用一般會在PDA智能手機(jī)等移動場景中使用。表示層負(fù)責(zé)幫助用戶實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)管理，主要提供UI功能，是最終用戶能直接接觸到的軟件產(chǎn)品。

業(yè)務(wù)核心處理層提供IC卡水表業(yè)務(wù)的基礎(chǔ)功能。基本業(yè)務(wù)被別封裝在這個層面，通過類庫或者服務(wù)的方式提供給表象層調(diào)用，負(fù)責(zé)從業(yè)務(wù)邏輯到數(shù)據(jù)邏輯的轉(zhuǎn)換。核心處理層提供兩種方式的用戶接口，分別是基于本地部署的動態(tài)庫接口和基于網(wǎng)絡(luò)部署的WEB Service接口，WEB Service還為移動設(shè)備提供業(yè)務(wù)支持。

圖4 系統(tǒng)邏輯視圖Fig.4 Logical view of the system

數(shù)據(jù)庫操作層是系統(tǒng)針對數(shù)據(jù)庫的操作對象。核心處理層通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫操作層來完成對數(shù)據(jù)的讀取、修改與存儲工作，但是操作邏輯核心處理層不去管理，系統(tǒng)可以做到與數(shù)據(jù)引擎無關(guān)。不論供水企業(yè)選擇哪種企業(yè)級數(shù)據(jù)庫，只要修改數(shù)據(jù)庫操作層即可，幾乎不用修改核心業(yè)務(wù)和表示層就可以兼容新的數(shù)據(jù)庫平臺。

根據(jù)供水企業(yè)的現(xiàn)狀，并且考慮系統(tǒng)規(guī)模投資和后期維護(hù)等方面，最終選擇了基于Windows Server操作系統(tǒng)的SQL Server 2008企業(yè)版為數(shù)據(jù)庫服務(wù)平臺。

2.5 各個模塊模型

2.5.1 用戶及水表檔案管理模塊

首先將計(jì)劃安裝IC卡水表的新建小區(qū)的信息通過軟件系統(tǒng)的小區(qū)管理模塊錄入到系統(tǒng)中，然后對與智能表綁定的每一具水表建立電子檔案，并在水表安裝后更新、完善相關(guān)信息。待現(xiàn)場水表質(zhì)量檢驗(yàn)合格且電子檔案抽檢結(jié)果準(zhǔn)確后，管理部門根據(jù)編碼規(guī)則給每一塊新裝水表分配注冊號，并將注冊號及其他相關(guān)的運(yùn)營管理信息補(bǔ)充到電子檔案中，完成水表新裝前的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備工作。

通過IC卡水表管理系統(tǒng)軟件的水表新裝模塊將水表電子檔案文件中的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到系統(tǒng)中，同時驗(yàn)證電子檔案中的數(shù)據(jù)的邏輯合法性。

為水表卡片充值的同時打印用戶用水卡片，待用戶簽好字的供水協(xié)議返還到供水企業(yè)，水表新裝工作基本完成，進(jìn)入到運(yùn)營管理階段。

2.5.2 日常運(yùn)營業(yè)務(wù)管理模塊

在運(yùn)營管理階段，可以通過IC卡水表管理系統(tǒng)軟件的更名過戶模塊完成水表更名過戶業(yè)務(wù)，在數(shù)據(jù)庫中存儲相關(guān)證明文件的電子副本，更新用戶檔案信息，并要求用戶與供水企業(yè)簽訂新的供水協(xié)議。

日常業(yè)務(wù)運(yùn)營是IC卡水表在運(yùn)行中最經(jīng)常發(fā)生的業(yè)務(wù)，主要包括售水充值和維修維護(hù)等。

① 售水充值

IC卡水表售水充值服務(wù)一般包括供水企業(yè)營業(yè)廳柜臺售水、售水點(diǎn)售水、流動售水和第三方企業(yè)代理售水，基本可以保證IC卡水表用戶的日常業(yè)務(wù)需要。系統(tǒng)針對不同的售水方式提供不同的客戶端軟件和服務(wù)。

營業(yè)廳和售水點(diǎn)通常有光纖城域網(wǎng)覆蓋，網(wǎng)絡(luò)環(huán)境較好，帶寬能夠得到保證，網(wǎng)絡(luò)安全性也比較理想，所以軟件采用C/S方式，可以受理大部分用戶服務(wù)業(yè)務(wù)，能夠提供購水充值、售水記錄查詢打印、更名過戶受理、用戶水表IC卡初始化、補(bǔ)卡等綜合業(yè)務(wù)，是運(yùn)營管理中業(yè)務(wù)辦理種類最全、功能最豐富的模塊。

流動售水采用筆記本配合移動APN無線網(wǎng)的方式，由營業(yè)人員攜帶售水專用的筆記本和無線上網(wǎng)卡設(shè)備，深入小區(qū)街道，現(xiàn)場給用戶辦理售水業(yè)務(wù)，數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)實(shí)時傳回集團(tuán)運(yùn)營數(shù)據(jù)中心。由于目前企業(yè)用APN的速度基本是GPRS級別，帶寬相對較小，所以移動售水模塊只提供基本檔案查詢和售水功能，不能辦理其他業(yè)務(wù)。

第三方企業(yè)代售水業(yè)務(wù)是為了彌補(bǔ)營業(yè)廳、售水點(diǎn)和流動售水的輻射范圍局限性問題所建立的一套通用業(yè)務(wù)平臺。第三方客戶端可以通過調(diào)用通用平臺的服務(wù)接口并使用供水企業(yè)授權(quán)的IC卡讀寫機(jī)具為用戶提供售水服務(wù)，從而擴(kuò)大售水覆蓋范圍，方便用戶的購水充值。目前已與銀行實(shí)現(xiàn)代理售水業(yè)務(wù)的辦理，并可以支持跟更多的第三方企業(yè)合作。

第三方業(yè)務(wù)采用SDH數(shù)據(jù)專線的網(wǎng)絡(luò)接入方式，帶寬有保障，點(diǎn)到點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)連接方式也在一定程度上保證了安全性。在確保系統(tǒng)的穩(wěn)定和開放性同時，還需要兼顧核心數(shù)據(jù)的保密和安全，第三方平臺采用三層式結(jié)構(gòu)，在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器和客戶端之間增加了業(yè)務(wù)處理服務(wù)器，在業(yè)務(wù)處理服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間部署防火墻，防止非授權(quán)的數(shù)據(jù)訪問請求直接數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。業(yè)務(wù)處理服務(wù)器對客戶端只開放業(yè)務(wù)邏輯接口，把數(shù)據(jù)處理邏輯封裝在服務(wù)器上。這樣不僅可以方便第三方系統(tǒng)的客戶端調(diào)用，還能最大限度保護(hù)中心的數(shù)據(jù)安全。

② 水表的維修維護(hù)

有別于機(jī)械式水表，IC卡水表的維修是一種被動式服務(wù)，往往在用戶報(bào)修或是其他方式見到水表時，水表已經(jīng)發(fā)生故障或損壞，由此造成與用戶的供水糾紛和水量的流失。

為了解決這個問題，及時了解掌握用戶的水表運(yùn)行情況，IC卡水表管理系統(tǒng)軟件需提供IC卡水表入戶巡檢功能模塊。入戶巡檢包括計(jì)算機(jī)端和PDA端兩部分程序，首先在計(jì)算機(jī)端將需要巡檢的數(shù)據(jù)打包，然后將數(shù)據(jù)傳送到PDA。入戶巡檢人員攜帶PDA到現(xiàn)場，將查看到的水表運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)數(shù)據(jù)錄入到PDA上的軟件系統(tǒng)中，并將數(shù)據(jù)傳送回中心的數(shù)據(jù)服務(wù)器。PC端軟件對采集的數(shù)據(jù)、用戶購水記錄等數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析篩選，產(chǎn)生需要入戶處理的問題表清單。經(jīng)過管理人員確認(rèn)后，生成入戶維修工單，由維修人員到現(xiàn)場維修處理。

③ 軟件系統(tǒng)的安全和運(yùn)行維護(hù)管理

該模塊包括系統(tǒng)用戶管理、維修人員信息管理、巡檢人員信息管理、基礎(chǔ)類別數(shù)據(jù)維護(hù)、系統(tǒng)用戶權(quán)限管理等相關(guān)功能，還包括軟件系統(tǒng)運(yùn)行環(huán)境設(shè)定、客戶端系統(tǒng)自動更新等。

3 總結(jié)

經(jīng)過前期需求調(diào)研、后期開發(fā)、系統(tǒng)部署安裝、使用人員培訓(xùn)、試運(yùn)行測試幾個階段，IC卡水表管理系統(tǒng)已在北方某直轄市的供水企業(yè)投產(chǎn)運(yùn)行，目前系統(tǒng)運(yùn)行情況穩(wěn)定良好，正在為中心城區(qū)超過100萬個家庭提供優(yōu)質(zhì)的用水服務(wù)。

[1] 建新. 智能IC卡在我國水表行業(yè)中的應(yīng)用分析[J]. 金卡工程，2007，11(9):26-29.

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(本刊編輯部)

Demand analysis and system design of management system for water supply IC card meter

Niu Xiangying

(TianjinWaterworksGroupCo.,Ltd.,Tianjin300040,China)

Aiming at the routine management of IC card meters of water supply enterprise, operation, management and functional demand of users were analyzed. The frames of operation management system of IC card meters and general business were proposed, detail analysis and design were completed according to hierarchical structure.

water supply enterprise; IC card; prepayment; intelligent water meter;management system

TU991.63

B

1673-9353(2016)06-0039-05

10.3969/j.issn.1673-9353.2016.06.010

鈕祥瑩(1973- )， 男， 助理工程師， 主要從事供水營業(yè)管理工作。E?mail：niusoftware@sina．com

2016-07-26