供水IC卡水表管理系统需求分析及系统设计

钮祥莹

(天津市自来水集团有限公司，天津300040)

供水IC卡水表管理系统需求分析及系统设计

钮祥莹

(天津市自来水集团有限公司，天津300040)

针对供水企业IC卡水表的日常管理，详细分析了水表运营管理需求和用户的功能性需求，提出了IC卡水表运营管理系统的框架和总体业务框架，并按照层次结构做了详尽的分析和设计。

供水企业； IC卡； 预付费； 智能水表； 管理系统

随着城市供水面积不断增长,传统的人工抄表、按户收费工作方式已经不能适应庞大而复杂的供水收费管理。IC卡式水表正是在这个背景下应运而生的一种预付费智能型水表。它具有集自动供水、自动计量、自动收费、自动控制、显示报警等多种功能于一体的特点，无需人工抄表，避免了人工抄表上门收费给客户带来的诸多不便，在一定程度上解决了收费难的问题[1]。

目前，有150多万具IC卡水表分布在天津市的中心区域，并且IC卡水表被越来越多地安装在新建小区中，具有分布广泛、地点分散的特点。如何保证用户方便快捷地充值购水就成为IC卡水表管理系统亟需解决的首要问题。这就需要打破供水企业传统的按水表属地划分的业务管理方式，提供一套具有全市联网、跨区域充值售水功能的运营、管理系统。

1 系统需求分析

1.1 主要业务流程

1.1.1 新装发卡业务

首先由新装水表属地的水表管理部门在供水档案模板的副本中填写相关信息等内容，之后把模板副本交给开发商。开发商按照要求填写地址、户名、电话、用水类别等水表基本信息。

开发商将填写完基本新装信息的电子文件交回后，水表管理部门核对开发商填写的信息，是否与水表管理部门人员到现场核对实际水表安装的情况一致。同时，开发商为每具IC卡表向供水企业预购一定的水量，并把为用户垫付的购水费用缴纳给新装水表属地的水表管理部门。水表管理部门根据开发商为每具水表所购水量进行IC卡水表的新装发卡工作，其流程如图1所示。

图1 新装发卡流程Fig.1 Flow chart of newly installed IC card meter

供水企业在操作新装发卡等业务时只与开发商进行交接，并不与用户直接接触，系统数据文件和IC卡表购水卡都是成批处理，管理比较集中准确，不易发生问题，基本不会和用户产生纠纷。同时，预售一定的水量给用户，也能满足新购房用户的前期用水要求，使供水服务更人性化。

1.1.2 补漏户业务

开发商在与用户进行交接时，若有被遗漏的用户，用户可到供水企业营业厅进行补漏户业务办理，流程如图2所示。

图2 补漏户业务流程Fig.2 Flow chart for newly issued business

1.1.3 用户购水业务

用户在日常用水过程中，如发现IC卡表显示的水量余额较低或水表关阀停水，可到供水企业营业厅、售水点及合作企业网点进行购水，业务流程如图3所示。

图3 用户购水业务流程Fig.3 Flow chart of buying water for customer

1.1.4 更名过户业务

由于房屋产权变更等原因，用户可以到水表属地营业厅柜台办理更名过户业务，用户须凭身份证、房本、购房合同等相关的证件和文书在柜台进行办理。

1.1.5 补/换卡业务

用户在遇到水表IC卡丢失或损坏时，可到水表属地的营业厅柜台办理补/换卡业务。

1.2 系统的基本功能

① 用户信息及水表档案的管理，即处理档案新装、更名过户、水表落表等业务功能。

② 日常业务运营管理(包括充值售水和水表维修维护)，即处理售水、查询、用户报修、水表维修维护、换表、用户补卡等功能。

③ 用户用水情况和水表运行状态的跟踪巡查，即用户用水情况巡检、巡检数据分析、重点用户和质疑用户的复检等功能。

④ 软件系统的安全和运行维护管理，即系统运行权限管理和基于CPU智能卡的操作人员身份认证等功能。

1.3 非功能性需求

软件的非功能需求也称为约束或质量需求，是限制解决方案的需求，可进一步划分如下。

1.3.1 性能需求

系统支持在线的客户端在500个左右，并发按照10个客户端计算，系统响应时间指标：一般查询平均响应时间在3 s以内完成，基础报表平均响应时间在15 s内完成。

1.3.2 可维护性需求

页面要求美观大方，界面友好，布局合理，风格一致；有完备的灾难恢复模型，必须保证系统和数据的连续运行；使用指定的企业及数据库及应用服务器，确保系统稳定运行。

1.3.3 可靠性要求

全年无间断运行，系统故障或者检修必须有备用设备满足基本业务需求；不能出现系统应用运行时异常，软件的错误不能超过功能点的3%。软件的故障恢复时间不得大于4 h。

1.3.4 安全性需求

水表信息会涉及大量用户的姓名、住址、电话等隐私信息，系统运行数据对供水企业的营业业务运营也非常重要，因此系统需要较高的数据安全性。

2 系统设计

2.1 设计目标

通过采用数据库技术、网络技术、系统集成技术和信息安全技术，设计IC卡水表管理系统。推进IC卡表日常业务管理的信息化水平，以提高供水企业的用户服务质量，方便用户购水，减少因为购水不便造成的用水困难，进而提高水费回收率。

2.2 设计原则

2.2.1 实用性

实用与否关系到系统的存在价值和生命力，也是系统开发首先要遵循的原则。因此，系统设计应紧紧围绕IC卡水表管理具体的业务特点和业务流程，设计操作简便、结构合理、运转流畅、适应性强的信息管理系统。

2.2.2 先进性

在系统的总体架构上，要采用成熟可靠的技术，选用稳定的网络硬件产品。软件平台应选用主流产品，系统设计、软件开发需要遵照软件工程标准与管理规范，采用面向对象的理论和分布式、组件式开发技术，保障系统建设的高起点，充分发挥信息系统在管理工作中的作用。

2.2.3 稳定性

系统运行的稳定性是衡量系统建设成功与否的重要标志之一。为确保系统的稳定性，要求满足如下三个方面的要求。

① 系统在提交使用前，需要严格按照系统开发的质量控制标准进行测试，力争将系统的不稳定因素和系统缺陷降低到最低程度，保障系统高效稳定运转。

② 系统必须具备良好的容错能力，在发生不可预见故障的情况下，首先要保障数据的安全性，其次具备良好的恢复运行机制。

③ 对操作过程中的错误和可能出现的软、硬件故障，系统能够给出错误报告及处理方法的提示。

2.2.4 安全性

系统涉及用户的个人资料和账户情况等敏感信息，因此必须保证系统的安全性。数据的分布式管理、分级权限设定、数据保密措施、数据备份功能、系统操作日志、病毒防范手段等安全机制，都是系统安全性所要具备的重要功能。

2.2.5 开放性

系统的开发要具有一定的灵活性，能够保证和供水企业其他管理软件系统的数据共享和相互操作，并通过提供标准的软件接口来实现这一要求。

2.3 系统总体框架

IC卡水表管理系统从建设之初就充分考虑IC卡水表的管理和业务特点，针对每个重要环节设计有针对性的子系统。软件对每个业务环节所产生的数据进行严格管理，通过对业务数据的逻辑性和连贯性的约束，保证IC卡水表业务运转的准确、稳定和安全。系统的软件功能分为以下几个方面：

① 用户信息和水表档案的管理，包括新装、落表、复装、停用。

② 日常业务运营管理(包括充值售水和水表维修维护)，包括售水、查询、补卡、过户。

③ 用户用水情况和水表运行状态的跟踪巡查，包括巡检、巡检分析、重点户监控。

④ 软件系统的安全和运行维护管理，包括系统维护、人员权限管理、灾备策略管理。

2.4 系统逻辑视图

系统只有一个逻辑视图，该视图以图形方式说明关键的用例实现、子系统、包和类，包含了在构架方面具有重要意义的行为。逻辑视图在每次迭代过程中都会加以改进。系统的逻辑视图如图4所示，其中所展示的只是IC卡水表运营管理系统的基础构件。

从图4中可以看出，系统分别为不同应用环境的子系统提供不同的支持。应用层即表示层，包括基于C/S架构的本地应用，也就是富客户端应用；基于B/S架构的网络应用通常被描述成为瘦客户端应用；基于WinCE的嵌入式应用一般会在PDA智能手机等移动场景中使用。表示层负责帮助用户实现业务管理，主要提供UI功能，是最终用户能直接接触到的软件产品。

业务核心处理层提供IC卡水表业务的基础功能。基本业务被别封装在这个层面，通过类库或者服务的方式提供给表象层调用，负责从业务逻辑到数据逻辑的转换。核心处理层提供两种方式的用户接口，分别是基于本地部署的动态库接口和基于网络部署的WEB Service接口，WEB Service还为移动设备提供业务支持。

图4 系统逻辑视图Fig.4 Logical view of the system

数据库操作层是系统针对数据库的操作对象。核心处理层通过调用数据库操作层来完成对数据的读取、修改与存储工作，但是操作逻辑核心处理层不去管理，系统可以做到与数据引擎无关。不论供水企业选择哪种企业级数据库，只要修改数据库操作层即可，几乎不用修改核心业务和表示层就可以兼容新的数据库平台。

根据供水企业的现状，并且考虑系统规模投资和后期维护等方面，最终选择了基于Windows Server操作系统的SQL Server 2008企业版为数据库服务平台。

2.5 各个模块模型

2.5.1 用户及水表档案管理模块

首先将计划安装IC卡水表的新建小区的信息通过软件系统的小区管理模块录入到系统中，然后对与智能表绑定的每一具水表建立电子档案，并在水表安装后更新、完善相关信息。待现场水表质量检验合格且电子档案抽检结果准确后，管理部门根据编码规则给每一块新装水表分配注册号，并将注册号及其他相关的运营管理信息补充到电子档案中，完成水表新装前的数据准备工作。

通过IC卡水表管理系统软件的水表新装模块将水表电子档案文件中的数据导入到系统中，同时验证电子档案中的数据的逻辑合法性。

为水表卡片充值的同时打印用户用水卡片，待用户签好字的供水协议返还到供水企业，水表新装工作基本完成，进入到运营管理阶段。

2.5.2 日常运营业务管理模块

在运营管理阶段，可以通过IC卡水表管理系统软件的更名过户模块完成水表更名过户业务，在数据库中存储相关证明文件的电子副本，更新用户档案信息，并要求用户与供水企业签订新的供水协议。

日常业务运营是IC卡水表在运行中最经常发生的业务，主要包括售水充值和维修维护等。

① 售水充值

IC卡水表售水充值服务一般包括供水企业营业厅柜台售水、售水点售水、流动售水和第三方企业代理售水，基本可以保证IC卡水表用户的日常业务需要。系统针对不同的售水方式提供不同的客户端软件和服务。

营业厅和售水点通常有光纤城域网覆盖，网络环境较好，带宽能够得到保证，网络安全性也比较理想，所以软件采用C/S方式，可以受理大部分用户服务业务，能够提供购水充值、售水记录查询打印、更名过户受理、用户水表IC卡初始化、补卡等综合业务，是运营管理中业务办理种类最全、功能最丰富的模块。

流动售水采用笔记本配合移动APN无线网的方式，由营业人员携带售水专用的笔记本和无线上网卡设备，深入小区街道，现场给用户办理售水业务，数据通过无线网实时传回集团运营数据中心。由于目前企业用APN的速度基本是GPRS级别，带宽相对较小，所以移动售水模块只提供基本档案查询和售水功能，不能办理其他业务。

第三方企业代售水业务是为了弥补营业厅、售水点和流动售水的辐射范围局限性问题所建立的一套通用业务平台。第三方客户端可以通过调用通用平台的服务接口并使用供水企业授权的IC卡读写机具为用户提供售水服务，从而扩大售水覆盖范围，方便用户的购水充值。目前已与银行实现代理售水业务的办理，并可以支持跟更多的第三方企业合作。

第三方业务采用SDH数据专线的网络接入方式，带宽有保障，点到点的网络连接方式也在一定程度上保证了安全性。在确保系统的稳定和开放性同时，还需要兼顾核心数据的保密和安全，第三方平台采用三层式结构，在数据库服务器和客户端之间增加了业务处理服务器，在业务处理服务器和数据库服务器之间部署防火墙，防止非授权的数据访问请求直接数据库服务器。业务处理服务器对客户端只开放业务逻辑接口，把数据处理逻辑封装在服务器上。这样不仅可以方便第三方系统的客户端调用，还能最大限度保护中心的数据安全。

② 水表的维修维护

有别于机械式水表，IC卡水表的维修是一种被动式服务，往往在用户报修或是其他方式见到水表时，水表已经发生故障或损坏，由此造成与用户的供水纠纷和水量的流失。

为了解决这个问题，及时了解掌握用户的水表运行情况，IC卡水表管理系统软件需提供IC卡水表入户巡检功能模块。入户巡检包括计算机端和PDA端两部分程序，首先在计算机端将需要巡检的数据打包，然后将数据传送到PDA。入户巡检人员携带PDA到现场，将查看到的水表运行状态等相关数据录入到PDA上的软件系统中，并将数据传送回中心的数据服务器。PC端软件对采集的数据、用户购水记录等数据进行综合分析筛选，产生需要入户处理的问题表清单。经过管理人员确认后，生成入户维修工单，由维修人员到现场维修处理。

③ 软件系统的安全和运行维护管理

该模块包括系统用户管理、维修人员信息管理、巡检人员信息管理、基础类别数据维护、系统用户权限管理等相关功能，还包括软件系统运行环境设定、客户端系统自动更新等。

3 总结

经过前期需求调研、后期开发、系统部署安装、使用人员培训、试运行测试几个阶段，IC卡水表管理系统已在北方某直辖市的供水企业投产运行，目前系统运行情况稳定良好，正在为中心城区超过100万个家庭提供优质的用水服务。

[1] 建新. 智能IC卡在我国水表行业中的应用分析[J]. 金卡工程，2007，11(9):26-29.

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(本刊编辑部)

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

钮祥莹(1973- )， 男， 助理工程师， 主要从事供水营业管理工作。E⁃mail：niusoftware@sina．com

2016-07-26