上海信息管線綜合管理系統軟件設計與實現

顧祖海

[摘? ? 要] 目前上海市的經濟進入一個全新的發展階段，信息技術推動整體經濟的發展，信息基礎設施和信息傳輸網絡的建設非常重要，為此上海市信息委員會提出城市信息管線信息綜合平臺開發項目，著重解決傳統手段難以解決的城市信息基礎設施建設與管理中的瓶頸問題。基于上述背景，本文對該信息管理系統的軟件設計及實現進行論述。首先概述相應的技術基礎，然后從總體架構、數據庫子系統和主要業務流程等方面討論該系統的軟件設計，最后從軟件系統的實施、升級維護、以及試運行測試等方面討論了該軟件系統的實現，并從該系統的功能特點及開發方法方面總結全文。

[關鍵詞] 資產信息管理; 視圖信息管理; 空間信息管理

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2019. 13. 065

[中圖分類號] G203? ? [文獻標識碼]? A? ? ? [文章編號]? 1673 - 0194（2019）13- 0152- 05

1? ? ? 概? ? 述

1.1? ?開發背景

為實現信息技術對上海市整體經濟的積極促進作用，對信息基礎設施和信息傳輸網絡實現高效管理極其重要。信息管線建設與維護需要含有復雜的空間信息和海量的屬性信息，即信息管線之間存在著大量的設備節點和節點間復雜的連接關系，在對信息管線項目進行設計、施工和維護時都會遇到一些共同的實際問題，例如信息管線是什么，信息管線在哪里，怎么配置，怎樣連接和與誰連接，從一個管線設備到另一個設備如何確定路由，獲取的這些信息如何輔助業務工作和管理等。對這些問題依靠傳統的手工作業和分析手段遠遠不能滿足發展的要求。基于此，由上海市信息管線有限公司提出建設一個先進的資產和資源管理系統。

整個管線信息平臺的軟件工程開發實施以PMBOK項目管理框架作為理論指導，注重過程的規范和執行力，項目管理和開發過程遵循ISO 9001-2008質量體系模型標準，最終工程質量獲得實質性的改進。在工程項目建設過程中啟用源代碼管理機制，缺陷追蹤管理機制和項目進度管理等一系列先進的項目管理工具和技術進行項目的配置管理，同時也作為工程質量控制的重要手段。該工程開發從需求調查分析、系統總體設計、詳細設計及系統的實施與維護，都制定具體的規范，用以指導系統建設。

1.2? ?面向對象方法簡介

面向對象方法基于對現實實體的分類表達以及建立類與類之間的關系，如繼承關系、組合關系等類型，通過將信息系統表達為一組類的實例及對象之間相互作用的動態實體來構建復雜軟件系統[1-2]。基于類和接口的信息封裝原理實質性地簡化了對象的表達，使軟件系統能夠構建于基于對象的單元組織之上，以此來實現軟件系統的內在穩定性和可重用性[3]。

面向對象技術既應用于軟件的設計與編程層面，也應用于軟件系統的開發與管理過程。編程層面，面向對象編程語言通過在語言層次上引進類和對象定義機制為程序員提供一組面向任務單元的表達機制[4]，同時通過引進對象接口的定義機制使程序員可以將對象的外部行為的說明性語義與對象內部對功能的操作性語義分離，在保持外部說明性語義穩定不變的情況下可以變更內部的操作性實現，在對象的層次上有力地支持軟件重用[5]。

2? ? ? 軟件設計

2.1? ?軟件總體方案及特點

該管理信息平臺是以數據庫服務器為核心的分布式系統，基于通用關系數據庫Oracle進行設計和開發并通過客戶端功能控件開發實現可重用和易配置的功能單元，在整體上具有以下幾大特點。

（1）具有強大和易用的空間信息環境;

（2）系統在內部實現集約高效的數據模型，模型中網絡模型的性能高、容量大;

（3）支持靈活、自由的擴展與部署;

（4）該系統上實現的開放和實用的空間分析工具支持常用分析邏輯與功能外還包括：基于網絡分析進行營銷中路由設計與成本計算功能;基于線性參考進行動態故障點分析與應急搶修功能;對時態數據的創建、管理和可視化功能可用于深層次分析功能;

（5）該系統在面向用戶方面強調輕松、便捷的用戶體驗，數據輸入和分析自動化程度大幅提升，更加具備生產能力;

（6）該信息平臺統一實現標準化和規范化的業務應用，使系統中各個應用模塊化、業務流程之間的流轉制度化、工作管理中內容定義和使用標準化。

圖1所示為該軟件平臺的整體功能分布和主要用戶角色的訪問關系。

2.2? ?系統數據庫設計

該系統的數據庫子系統基于通用關系數據庫平臺來開發，同時考慮對空間數據模型的存取擴展處理。目前的主流數據庫系統都支持對空間信息的表示和訪問存取，該信息系統具體選擇Oracle及其SpaceEngine擴展模塊來實現對空間數據的統一管理，通過PL-SQL及其針對空間信息的擴展接口函數來統一實現對該信息平臺內部數據模型的處理以及平臺內部的業務邏輯管理。數據庫設計的E-R模型如圖2所示。

2.3? ?臺賬信息管理

資產管理類功能一方面面向資產管理事務本身，另一方面與公司現有財務信息系統接口使系統在整體上共享資產賬務信息。該信息系統內的管線及設備臺賬信息管理模塊的功能針對管線及通信設備的定期維護及測試事務的信息記錄。該模塊對每臺設備從投入運行以來的每次檢修、試驗-測試存儲相應的技術檔案和試驗數據，包括檢測類型、負責人、時間、試驗規范、試驗參數、完整的實驗數據組、技術評價和狀況等級等以及附屬技術文件的檔案編目索引號等信息。

在圖3所示該模塊的管線設備運行維護事務管理流程中，設計方案將該業務處理流程的流轉事務類對象進一步分為事件對象、中間狀態和同步對象、消息隊列對象。考慮到信息管線與通信設備由各項組件組成，每項組件在該系統中與設備對象類似的方法建立完整的臺賬信息，每個組件對象作為一個實體也分配預期類型相應的技術屬性如型號、規格、運行參數等、商務屬性如供應商、價格、合同文件等和管理屬性如折舊周期、運行費率、維修記錄和運行記錄等，以此形成該平臺對設備組件的結構化信息管理功能。

2.4? ?視圖管理

視圖管理子系統需要實現的功能主要分為面向管線對象和節點設備對象的不同類型的事務處理。該子系統實現的對象信息編輯功能可對管線、節點、設備、站所、注記、背景等編輯，此外還提供了操作的歷史軌跡的訪問與恢復功能。該綜合管理平臺的視圖管理功能一方面為用戶提供直觀的二維圖形界面，同時通過在地理視圖管理功能使系統相應提供統一的信息接口來對該平臺所管理的管網、管線及設備等進行圖形化操作，支持用戶將數據錄入地理信息系統并由空間數據庫子系統進行管理。

2.5? ?成本信息管理

該管線信息平臺的成本信息管理模塊的功能一方面以管線設備本身的運行維護費用作為成本對象直接成本計算，同時以管線銷售和出租項目作為成本對象完成管線設備管理成本的合理分配計算即間接成本計算。為此該成本管理模塊在其內部數據庫完整記錄每臺設備在每項管理事務上的各項支出成本，因此該系統能夠通過統計計算出管線設備在任何時間段內的實際運行維護管理的直接成本。通過管線設備的運行維護記錄數據和故障處理數據、性能效率數據等定量的成本因素合理計算出設備維護事務的間接附加成本，兩者完整地構成每臺管線設備的實際運行維護成本。

圖4表示出管線設備營銷成本管理與運行維護成本處理流程。在管線資源的營銷成本計算方面，系統支持營銷管理部門的銷售經理對每項銷售合同計算合同中信息管網路由和成本，例如50千米纖芯單位級光路合同中的一個環型和總線型網絡的銷售成本計算，該平臺系統基于空間維度的網絡分析完成成本計算并且能夠快速調整參數后對多種銷售方案進行計算，為用戶提供多個方案來對比和參考，為最終客戶生成精確的量化報表參考。

2.6? ?管線路由信息管理

路由信息管理功能面向網絡資源優化目標，針對信息管網建設和通信路由配置對管線規劃、管線設施建設、設備入庫、管線與設備資源查詢與統計、管線資源銷售、運行維護到后期廢棄資源管理實現一體化的集中管理。

優化的管網模型基于空間維度的對象組織是表達數據結構的核心，用來解決數據冗余和系統效率問題的數據模型，在網絡數據表達和網絡空間分析等方面起著極其關鍵的作用。在參考空間信息模型的基礎上設計基于空間維度和網絡設施之間的高級拓撲關系和邏輯關系的優化的管網模型。與通用的網絡空間模型相比，考慮管道與光纜業務的銜接、規劃工程和現狀工程的結合，人井、接頭包、ODF等多種節點設備的融合，克服了同行業中對于多線路共線鋪設的冗余數據情況，同時實現空間資源信息、物理基礎設施信息、業務管理信息、管線管理信息的集約化信息處理，提高了海量地圖數據及管線數據的存儲與管理的效率。

3? ? ? 軟件實現

3.1? ?總體實施方案

該管理信息平臺是以數據庫服務器為核心的分布式系統，基于通用關系數據庫Oracle 10進行設計和開發并通過客戶端控件開發實現可重用和易配置的功能單元。該信息系統的數據庫子系統基于通用關系數據庫平臺來開發，同時考慮對空間數據模型的存取擴展處理。目前的主流數據庫系統都支持對空間信息的表示和訪問存取，該信息系統具體選擇Oracle及其SpaceEngine擴展模塊來實現對空間數據的統一管理，通過PL-SQL及其針對空間信息的擴展接口函數來統一實現對該信息平臺內部數據模型的處理以及平臺內部的業務邏輯管理。

3.2? ?系統登錄

當該綜合管線信息管理系統的客戶端窗口啟動時，系統會彈出如圖5所示的登錄界面，要求用戶輸入用戶和密碼。用戶輸入正確的用戶名和密碼后按鼠標左鍵點擊確認按鈕或回車鍵后就進入該系統的業務導航窗口，系統主界面如圖6所示。

3.3? ?主要功能模塊

3.3.1? ?管線設備臺賬管理

管線設備臺賬信息管理模塊的功能主要基于該系統的數據庫子系統來編程實現，通過SQL存儲程序實現各種類型的管線設備數據創建即數據表的插入和更新處理，如管線設備臺賬信息處理、設備分類信息處理、備件信息處理等。所實現的存儲程序一部分被與用戶在頁面窗口進行交互的控件直接調用，另一部分在業務處理進程中被觸發調用，但基本機制都是通過在建立數據庫連接會話后傳輸數據庫服務器的存儲程序調用指令來完成并返回輸出。

3.3.2? ?視圖管理

該系統的軟件實現將系統視圖分為基礎地理視圖層、管網信息視圖層和工程管理視圖層三類圖層，用戶可通過選擇圖層前面的小燈泡的開閉，對相應的圖層進行顯示控制。小燈泡變亮表示該圖層顯示，變暗表示圖層不顯示。點擊圖層名前面的“+”號可以展開視圖層中的下一級設備。

3.3.3? ?路由信息管理

本系統通過路由分析及資源管理工具來支持網絡工程師用戶對現有通道和光纖進行靜態路由信息的分析并且對分析計算得出的結果進行資源分配和保存。網絡工程師用戶在選擇路由分析工具后可以打開路由分析窗口和工具。在路由分析窗口中選擇要分析的類型并輸入需要的剩余資源數，然后使用標記接點工具在圖上標記路由分析的接點，點擊分析路由，分析出的結果在圖上顯示。路由信息管理功能面向網絡資源優化目標，針對信息管網建設和通信路由配置對管線規劃、管線設施建設、設備入庫、管線與設備資源查詢與統計、管線資源銷售、運行維護到后期廢棄資源管理實現一體化的信息管理。

3.3.4? ?成本信息管理

該通信管線信息管理系統對管線設備運行與維護的成本費用統計基于管線設備的故障維修時間、維護作業的類型和工時、故障設備的編號和管線節點號、故障和維護任務工單號等信息。運行維護信息的統計功能還統計全部技術服務記錄與測試數據中能夠通過數據庫系統歸結特定管線設備的故障事件。在管線設施運行維護計費分析方面，該系統根據最終用戶業務合作的量、區域、年限的差異，針對不同管段進行成本費用分析，不同的管道的運維費用不同，管線資源運營成本的準確統計基于數據庫子系統所記錄的完整的間接成本費用數據與成本分配費率。

4? ? ? 系統測試與運行維護

4.1 測試和試運行

該信息系統在測試與試運行階段不僅完成針對模塊用例的單元測試，而且針對各類系統故障建立處理預案，對系統運行故障的處理流程如圖7所示。

例如，在管線及設備資產的臺賬統計模塊中，測試小組根據需求分析確定該功能的測試樣本數據（以往EXCEL文件數據）和相應具有的統計輸出，同時根據EXCEL計算的數據對比確認該功能確實正確。

該軟件系統目前接受實際工程項目信息管理的試運行測試，以光纜項目應用中，以新建通道和人井功能為例，基于該系統用戶首先根據工程圖在圖上相同位置繪制出對應的通道和人井并保存數據。接下來用戶定義管孔子孔方案，通過該系統逐項定義新建通道的管孔及其子孔方案。

4.2? ?系統升級與維護管理

在軟件系統的配置管理方面，開發組件里提供完整的配置說明文檔，用戶在使用過程中記錄配置管理有獨立的配置文件，設有配置管理員進行系統升級與維護的統一管理。在升級模式方面，該信息系統選擇客戶/服務器結構作為管理信息系統平臺模式，就應該想辦法解決客戶端應用程序自動升級的問題。在這個系統中我們提出一種智能升級的解決方法.該升級系統由數據庫、用戶端、文件上傳端和伺服端組成。

運行的安全性和可靠性主要從以下方面進行約束：該系統的安全策略包括網絡邊界防護、主機保護和系統加固、數據交換緩沖區、身份認證管理、防病毒解決方案、系統災難恢復、數據備份和恢復策略、數據定期恢復測試、定期安全測試和監控與日志機制。安全管理任務包括人員安全，數據安全，機房安全等管理，主要從制度和組織架構上進行。

5? ? ? 結? ? 論

該系統的統一開發理念是面向資產和資源基于生命周期的時空歷史管理。資產和資源基于生命周期的時空歷史管理，將工程的周期管理和空間數據的時空歷史變化相融合，提出并實現了多版本通信網絡資源信息關聯整合和時空數據的專題動態可視化，通過配置管理實現不同歷史數據對用戶的分層組織和顯示。

在該信息平臺的開發中運用了不少新概念和新方法，例如在設備和機房端口模擬管理方面，針對各種線路、設備、管網資源的項目進行設計、施工和維護時都會遇到的共同問題，即存在著大量的設備節點和節點間復雜的連接關系，對用戶既難于理解又不便管理，對此在深入研究空間信息模型概念的基礎上，設計出了一套集圖形、關系和信息為一體的圖形模擬控件。該種方式可以管理機房機柜、光交箱、接頭包等設備，模擬設備端口的可視化截面，實現各種綜合布線設備如ODF架、DDF架、光纖、電纜、配纖、桿路、管道、配線箱、配線架、端口、鏈路的集成管理問題。

總之，該系統對信息管線建設與維護需要的復雜的空間信息和海量數據實現了集中管理信息，在試運行中對用戶表現出良好的使用效率與功能業務支持。

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