水电厂图文管理系统功能结构探讨

2013-03-25冯雁敏

东北电力技术 2013年2期

冯雁敏，王千

(辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁沈阳 110006)

我国很多水电厂经历了手工绘图阶段，积累了种类繁多的工程图纸，图文档案的大量积累给资料的使用和存储带来了不便，图文管理系统 (Document Management System，简称DMS)成为解决现代企业管理图文资料的一种有效手段［1］。图文管理系统是指对大量图文资料进行科学管理的计算机软件，它基于网络环境，以大型分布式数据库为核心，利用计算机绘图技术、图纸扫描技术、图纸档案管理技术、数据库信息处理及管理技术、海量数据存储技术，最终形成拥有从图文档案数字化处理到用户及权限管理、借阅管理、数据库管理、运行日志管理等功能的图文自动化管理系统。为实现对水电厂图文档案资料的科学管理，提出了水电厂图文管理系统的总体结构及系统功能，并对系统建设关键技术，如系统模型结构、数据安全技术进行了探讨。

1 需求分析

我国水能资源丰富，蕴藏量和开发量均居世界前列。建国以来，我国修建了数以百计的大中型水电站，积累了大量工程图纸。限于当时计算机技术的发展水平，大部分的基建图纸是以手工绘制、采取晒蓝图形式的工程图纸，采用的索引方式多为卡片式，查阅起来很不方便。水电厂图文档案资料多样繁杂，纸制资料耗费大量资金，占据大量空间，且保管工作大量增加。随着水电站运行时间的增加，大部分图纸处于老化状态，多年的风化、腐蚀、磨损使部分图纸产生了不可恢复的损坏，损坏部分的准确性影响了工程技术人员查阅，只能通过重新描绘来修改图纸，且无法与实际应用联系到一起而形成联动资料，工作效率低。另外，纸制资料不便于长期保存，火灾、水灾及各种人为的损害均对图文资料的保存产生威胁。图文资料对水电厂的生产运行是非常重要的，只有图文管理系统才能从根本上解决以上问题。

建立图文管理系统存在其可行性:①技术可行性，计算机绘图技术、数据存储技术及数据库管理技术的迅速发展，使得利用计算机技术可建立起功能强大的图文管理系统;②经济可行性，系统只需较少的硬件投资，且磁性材料成本低于纸质材料，并可缩短图文资料管理作业流程、加速整合内部资源并提高工作效率，从而节省大量人力、财力、物力。

2 水电厂图文管理系统

2.1 总体设计

图文管理系统承担大量图文、档案等文件的数字化形式编辑、存储和管理等任务，以实现智能化查询、修改、使用和追溯，并提供维护管理系统和安全保密体系［2］。在图文管理系统建设初期就应确定其规划目标和设计原则。在设计中应考虑到系统管理员的职责、图文资料入库规定、文件修改更新流程及用户访问级别等要素。

2.1.1 规划目标

水电厂图文管理系统规划总目标是依据国家和行业相关规范，并结合水电厂实际情况，实现对图文档案资料进行收集整理、数字化处理、存储管理、检索借阅等一体化业务流程的计算机管理。将纸质图纸、档案绘制或扫描成数字文件，按检索要求归类后录入数据库保存，使之成为科学、规范的图文档案信息资源，并实现图文资料的采集、整合、存储、共享、利用及档案业务流程自动化管理，并提供相应的数据接口和操作规范［3］。在系统升级、权限控制、安全策略等方面要有完善的监管体制。

水电厂内部的企业网发展迅速，系统设计可采用客户端免维护的B/S模式，通过IE浏览器可实现对图文信息进行检索、浏览、下载、上传、打印及借阅管理等基本功能;可以远程注册用户并可审核用户权限;能和水电厂各部门及上级部门的相关业务系统有机衔接。

2.1.2 设计原则

水电厂图文管理系统建设应遵循以下原则。

a．规范性原则:系统开发建设须进行统一的规划设计，须遵循国家及行业相关标准，并结合项目需求，形成接口规范、数据规范、应用系统接入规范，以保证系统的统一性、完整性、可维护性和复用性。

b．可靠性原则:作为公众开放平台，图文管理系统应提供数据备份和恢复措施及统一完善的多级安全机制设置，避免系统数据遭到破坏，拒绝非法用户或合法用户越权操作，以保证长期大规模访问下系统运行的稳定性、可靠性。

c．实用性原则:根据管理者和用户的使用习惯，提供人性化的界面设置、业务流程设置、管理维护设置，以满足多种需要，做到简单、灵活、易用。

d．扩展性原则:系统应采用模块化、组件化、通用化的体系结构，并充分考虑与其他相关系统的接口和二次开发，在技术架构和设计模式上保证广泛的适应、灵活的扩展性和技术的延续性，以满足用户在数据及业务功能扩展方面的需求。

2.2 应用功能模块

图文管理系统参与者包括系统管理员、资料管理员和用户，各个角色承担不同的任务，系统功能示意图见图1。

图1 水电厂图文管理系统功能示意图

2.2.1 数字化处理模块

数字化处理是指将图纸用绘图软件重新生成数字文件，或用扫描仪进行扫描生成图像文件，然后对扫描后的电子文件进行OCR识别 (Optical Character Recognition，光学字符识别)，识别后的内容可以保存为PDF、DOC等文件，并对数字化文档进行编码及录入。

2.2.2 文件、档案管理模块

文件、档案管理模块是系统的核心组件，该模块功能包括:①信息录入与目录建设:按专业或部门生成资料目录并配置与所要输入存储的资料相适应的目录结构，按目录分类存放数字化文件;②信息存储:配置相应存储规模容量的服务器，完整记录接收到的图文档案内容、背景信息、结构和原数据等信息，并对其进行著录、数据挂接、编辑、分类，存储等操作;③数据联接:系统通过接口设置可接收其他系统传递的数据，并对接收的数据可进行著录、修改，以实现与其他系统中的数据传递与归档功能相结合及部分数据著录项目的人工与自动导入、导出;④文件、档案处理:包括状态显示、自动摘要、立卷和归档、损坏及丢失管理、销毁管理、报表打印等。

2.2.3 文件检索借阅模块

该模块提供多种检索文件途径，实现在线检索、单一条件检索、复合条件检索、模糊检索，允许跨字段、跨库检索。依据权限允许用户对检索到结果进行浏览、下载、打印、文件类型转换、保存等操作。

2.2.4 统计与报表模块

该模块提供对数据库中的文件及对文件的操作过程的各项统计功能，可输出为表格或图形等形式文件，报表的格式、内容可根据用户需求进行修改。

2.2.5 系统管理与维护模块

该模块功能包括以下方面:①用户及权限管理:根据不同用户进行不同角色授权，不同使用权限只能进行相应操作，以确保系统及图文资料的安全性;②数据库管理:为保障数据库安全，提供数据多种形式自动备份、遭遇异常情况报警与自动恢复等功能。提供数据转换接口和系统形成数据的标准格式，实现不同数据库之间进行数据转换;③系统日志管理:记录用户登录系统后的所有操作，实现对文件的查、阅等操作进行全过程监控并记录等系统日志管理;④外部接口维护:包括提供软、硬件接口及通信接口。

2.3 系统结构

图文管理系统采用三层系统结构体系:数据层、应用逻辑层和应用层，见图2。数据层应用数据库管理系统实现对系统数据的管理。应用逻辑层(中间层)通过空间数据库引擎和中间件将应用层提出的请求转化为对服务器数据层的请求，并将数据层返回的结果提交应用层。根据不同用户需要，将应用层分为三部分:系统管理员端、资料管理员端、用户端。系统管理员可进行系统维护、用户及数据库管理。资料管理员可对业务数据进行相关处理。用户通过浏览器实现图文档案查阅。

根据应用功能，图文管理系统包括以下9个子系统。

图2 图文管理系统系统结构图

a．图档数字化子系统。图档矢量化子系统主要利用绘图软件、工程图纸扫描仪、专业矢量化软件及图文识别软件实现纸质图文档案的数字化。

b．图档维护子系统。该子系统主要实现图档文件的插入、修改、删除及建立存储机制。根据项目的具体需求，建立一整套图档文件查询、调用、存储的机制，以保证图档文件的完整性和安全性。

c．图档管理子系统。图档数据包括图档基本信息表、图档维护信息表、用户权限表。该子系统主要完成图档文件路径管理，以保证图档查询、浏览、维护等功能。将图档实行目录式管理，并以文件形式存储。为便捷查询，在各大类的基础上，可按用户需求分为更细的小类，另外，在图档数据库中建立图档之间关联机制，以便在应用中实现图档间相关性操作。

d．借阅管理子系统。该子系统主要是应用数据库对图档检索相关的属性数据进行管理，同时对借阅登记进行数字化管理。为了使图档保证完整性和安全性，系统对每次借阅都进行了详细记载，管理员可随时查询每份图纸的确切位置。

e．图档借阅子系统。基于 WEB技术，在WEB服务器上建立图档浏览查询子系统。客户端只需求安装浏览器及相关插件就可以实现网上(包括远程)查阅图纸，实现图档多方式查询、图档阅览及放大、缩小、打印等功能。

f．统计报表子系统。该子系统主要是完成系统运行、图档分类、图档目录、图档属性、借阅情况、用户及其权限统计等方面的统计报表生成、保存、打印等功能。

g．网络管理子系统。系统以B/S(浏览器/服务器)结构组建，由数据库服务器、WEB服务器及客户端组成。在浏览器端只需有浏览器及图文浏览插件，系统将更多的任务交给服务器处理，以减少客户端负担并提高浏览速度。

h．数据库管理子系统。数据库管理子系统是整个系统数据流动的枢纽，需处理大量数据和实现多用户并发控制，同时保持数据完整性并提供许多高级管理和数据分配功能;具有充分的数据完整性保护功能，包括从复杂的事务处理支持和先进的安全性，到作为用户数据库的隐式部分支持用户事务规则的对象，在任何平台上快速有效的多任务和多线程处理的支持。数据库管理系统主要完成整个系统相关数据的管理和维护，主要包括:图档属性信息、用户信息、系统运行日志信息、检索借阅信息等、数据自动备份与恢复。

i．用户管理子系统。为提高水电厂图文档案数据及整个系统的安全性和完整性，该子系统需实现以下功能:①用户管理:用户管理包括用户相关属性管理，如姓名、职务、职称等，不同用户对应不同权限，也只能进行相应操作;②用户权限管理:权限管理包括纵横2个方面，纵向即为对文件的处理级别，不同权限对应不同范围的操作，横向即以部门或专业分，对于大多数用户来说，只允许查看与其相关图档。

3 关键技术探讨

3.1 系统模型结构

目前大多图文管理系统只是对表征文件的数据项提取出来作为成组数据提交给数据库管理系统实现数据库管理，这种系统在实现整个文件系统组织、编辑和调控功能方面有局限性，难于实现系统级维护和建立安全保密体系。

水电厂图文管理系统可基于模型结构进行设计。模型间的联系用树型结构来描述，其构造是多样的，可根据应用要求来组织。作为存储实体的模型由模型信封和若干模型文件组成。模型信封包括模型名称、模型状态标识、内部链接指针设置、授权信息等。每个模型节点可以包含一个或多个模型文件，也可以是空模型，用于建立下属文件的联系，然后将表征模型特性的参数集分离出来，作为成组数据，实现关系型数据库管理［4］。在模型层次结构中，按相对关系划分关系级，对于某一模型节点，其上一级称为父本节点，下一级称为子节点，由一级称为兄弟节点。顶层 (即树根)用于定义文件系统名，可同时构造多个文件系统，没有下属节点的底层称为树叶。每个模型节点对应一个参数集，由模型信封中的指针建立链接关系，由系统提供的关系型操作来实现。这种设计思想的优点是将系统的组织、管理、维护、调控功能以及安全保密体系基于模型系统实现，而将参数集独立出来建立数据库，以便参数集的查询检索、增删修改等操作可在数据库中实现，无需每次遍历整个模型系统的树状结构，提高了系统的灵活性和应用效率。但当对某个模型或参数集进行操作或系统遭到意外破坏时，可能破坏整个系统的完整性和正确性。为此，需提供系统维护手段:一是在对某一个存储实体操作时，系统本身对相关联的实体进行自动修正;二是提供一些验证操作，进行一致性检查，对查出的问题，可进行一些关系操作进行系统级维护［5］。

3.2 数据安全技术

病毒感染、网络犯罪和数据库故障使得数据安全问题日益突出，做好数据安全工作至关重要。数据安全是指保证数据的可用性、有效性和不受损害，包括数据的传输安全、保密安全和存储安全等。为保证水电厂图文管理系统数据安全要做好以下3个方面工作。

a．保证数据在网络传输中不被非法获取或修改。SSL协议位于TCP/IP协议与各种应用层协议之间，利用数据加密技术对通信内容进行高强度加密，确保数据在网络传输过程中不会被窃取或修改。在图文管理系统中，图文档案上传入库、部门审核和查询阅览等都在网络传输中实现，采用SSL协议实现信息自动加密发送，解密接收，即使数据被窃取也无法正常使用，从而保证数据在网络传输中的安全。

b．防止用户电脑中重要数据外泄。采用基于密钥的磁盘加密，使磁盘即使被窃取其信息也难以被读懂。数据加密和解密是透明的，加密磁盘只能在本地操作系统上使用。加密策略基于管理员集中管理，属于强制加密，数据在特定环境下才可使用，且严防数据被复制和通过网络外发，保证内部数据安全。

c．利用备份系统和数据恢复技术，及时恢复被破坏的数据，保证系统正常运行。对于数据库来说，需要复制的不仅是用户数据，还包括数据库组件。可采用双机热备份技术，使用多种备份方式相结合进行数据库备份，利用备份的数据或日志文件进行数据库恢复，提高数据库容灾能力，保证系统正常运行［6］。