水電廠圖文管理系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)探討

馮雁敏，王 千

(遼寧省電力有限公司電力科學研究院，遼寧 沈陽 110006)

我國很多水電廠經(jīng)歷了手工繪圖階段，積累了種類繁多的工程圖紙，圖文檔案的大量積累給資料的使用和存儲帶來了不便，圖文管理系統(tǒng) (Document Management System，簡稱DMS)成為解決現(xiàn)代企業(yè)管理圖文資料的一種有效手段［1］。圖文管理系統(tǒng)是指對大量圖文資料進行科學管理的計算機軟件，它基于網(wǎng)絡環(huán)境，以大型分布式數(shù)據(jù)庫為核心，利用計算機繪圖技術(shù)、圖紙掃描技術(shù)、圖紙檔案管理技術(shù)、數(shù)據(jù)庫信息處理及管理技術(shù)、海量數(shù)據(jù)存儲技術(shù)，最終形成擁有從圖文檔案數(shù)字化處理到用戶及權(quán)限管理、借閱管理、數(shù)據(jù)庫管理、運行日志管理等功能的圖文自動化管理系統(tǒng)。為實現(xiàn)對水電廠圖文檔案資料的科學管理，提出了水電廠圖文管理系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)功能，并對系統(tǒng)建設關(guān)鍵技術(shù)，如系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)安全技術(shù)進行了探討。

1 需求分析

我國水能資源豐富，蘊藏量和開發(fā)量均居世界前列。建國以來，我國修建了數(shù)以百計的大中型水電站，積累了大量工程圖紙。限于當時計算機技術(shù)的發(fā)展水平，大部分的基建圖紙是以手工繪制、采取曬藍圖形式的工程圖紙，采用的索引方式多為卡片式，查閱起來很不方便。水電廠圖文檔案資料多樣繁雜，紙制資料耗費大量資金，占據(jù)大量空間，且保管工作大量增加。隨著水電站運行時間的增加，大部分圖紙?zhí)幱诶匣癄顟B(tài)，多年的風化、腐蝕、磨損使部分圖紙產(chǎn)生了不可恢復的損壞，損壞部分的準確性影響了工程技術(shù)人員查閱，只能通過重新描繪來修改圖紙，且無法與實際應用聯(lián)系到一起而形成聯(lián)動資料，工作效率低。另外，紙制資料不便于長期保存，火災、水災及各種人為的損害均對圖文資料的保存產(chǎn)生威脅。圖文資料對水電廠的生產(chǎn)運行是非常重要的，只有圖文管理系統(tǒng)才能從根本上解決以上問題。

建立圖文管理系統(tǒng)存在其可行性:①技術(shù)可行性，計算機繪圖技術(shù)、數(shù)據(jù)存儲技術(shù)及數(shù)據(jù)庫管理技術(shù)的迅速發(fā)展，使得利用計算機技術(shù)可建立起功能強大的圖文管理系統(tǒng);②經(jīng)濟可行性，系統(tǒng)只需較少的硬件投資，且磁性材料成本低于紙質(zhì)材料，并可縮短圖文資料管理作業(yè)流程、加速整合內(nèi)部資源并提高工作效率，從而節(jié)省大量人力、財力、物力。

2 水電廠圖文管理系統(tǒng)

2.1 總體設計

圖文管理系統(tǒng)承擔大量圖文、檔案等文件的數(shù)字化形式編輯、存儲和管理等任務，以實現(xiàn)智能化查詢、修改、使用和追溯，并提供維護管理系統(tǒng)和安全保密體系［2］。在圖文管理系統(tǒng)建設初期就應確定其規(guī)劃目標和設計原則。在設計中應考慮到系統(tǒng)管理員的職責、圖文資料入庫規(guī)定、文件修改更新流程及用戶訪問級別等要素。

2.1.1 規(guī)劃目標

水電廠圖文管理系統(tǒng)規(guī)劃總目標是依據(jù)國家和行業(yè)相關(guān)規(guī)范，并結(jié)合水電廠實際情況，實現(xiàn)對圖文檔案資料進行收集整理、數(shù)字化處理、存儲管理、檢索借閱等一體化業(yè)務流程的計算機管理。將紙質(zhì)圖紙、檔案繪制或掃描成數(shù)字文件，按檢索要求歸類后錄入數(shù)據(jù)庫保存，使之成為科學、規(guī)范的圖文檔案信息資源，并實現(xiàn)圖文資料的采集、整合、存儲、共享、利用及檔案業(yè)務流程自動化管理，并提供相應的數(shù)據(jù)接口和操作規(guī)范［3］。在系統(tǒng)升級、權(quán)限控制、安全策略等方面要有完善的監(jiān)管體制。

水電廠內(nèi)部的企業(yè)網(wǎng)發(fā)展迅速，系統(tǒng)設計可采用客戶端免維護的B/S模式，通過IE瀏覽器可實現(xiàn)對圖文信息進行檢索、瀏覽、下載、上傳、打印及借閱管理等基本功能;可以遠程注冊用戶并可審核用戶權(quán)限;能和水電廠各部門及上級部門的相關(guān)業(yè)務系統(tǒng)有機銜接。

2.1.2 設計原則

水電廠圖文管理系統(tǒng)建設應遵循以下原則。

a． 規(guī)范性原則:系統(tǒng)開發(fā)建設須進行統(tǒng)一的規(guī)劃設計，須遵循國家及行業(yè)相關(guān)標準，并結(jié)合項目需求，形成接口規(guī)范、數(shù)據(jù)規(guī)范、應用系統(tǒng)接入規(guī)范，以保證系統(tǒng)的統(tǒng)一性、完整性、可維護性和復用性。

b． 可靠性原則:作為公眾開放平臺，圖文管理系統(tǒng)應提供數(shù)據(jù)備份和恢復措施及統(tǒng)一完善的多級安全機制設置，避免系統(tǒng)數(shù)據(jù)遭到破壞，拒絕非法用戶或合法用戶越權(quán)操作，以保證長期大規(guī)模訪問下系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性、可靠性。

c． 實用性原則:根據(jù)管理者和用戶的使用習慣，提供人性化的界面設置、業(yè)務流程設置、管理維護設置，以滿足多種需要，做到簡單、靈活、易用。

d． 擴展性原則:系統(tǒng)應采用模塊化、組件化、通用化的體系結(jié)構(gòu)，并充分考慮與其他相關(guān)系統(tǒng)的接口和二次開發(fā)，在技術(shù)架構(gòu)和設計模式上保證廣泛的適應、靈活的擴展性和技術(shù)的延續(xù)性，以滿足用戶在數(shù)據(jù)及業(yè)務功能擴展方面的需求。

2.2 應用功能模塊

圖文管理系統(tǒng)參與者包括系統(tǒng)管理員、資料管理員和用戶，各個角色承擔不同的任務，系統(tǒng)功能示意圖見圖1。

圖1 水電廠圖文管理系統(tǒng)功能示意圖

2.2.1 數(shù)字化處理模塊

數(shù)字化處理是指將圖紙用繪圖軟件重新生成數(shù)字文件，或用掃描儀進行掃描生成圖像文件，然后對掃描后的電子文件進行OCR識別 (Optical Character Recognition，光學字符識別)，識別后的內(nèi)容可以保存為PDF、DOC等文件，并對數(shù)字化文檔進行編碼及錄入。

2.2.2 文件、檔案管理模塊

文件、檔案管理模塊是系統(tǒng)的核心組件，該模塊功能包括:①信息錄入與目錄建設:按專業(yè)或部門生成資料目錄并配置與所要輸入存儲的資料相適應的目錄結(jié)構(gòu)，按目錄分類存放數(shù)字化文件;②信息存儲:配置相應存儲規(guī)模容量的服務器，完整記錄接收到的圖文檔案內(nèi)容、背景信息、結(jié)構(gòu)和原數(shù)據(jù)等信息，并對其進行著錄、數(shù)據(jù)掛接、編輯、分類，存儲等操作;③數(shù)據(jù)聯(lián)接:系統(tǒng)通過接口設置可接收其他系統(tǒng)傳遞的數(shù)據(jù)，并對接收的數(shù)據(jù)可進行著錄、修改，以實現(xiàn)與其他系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)傳遞與歸檔功能相結(jié)合及部分數(shù)據(jù)著錄項目的人工與自動導入、導出;④文件、檔案處理:包括狀態(tài)顯示、自動摘要、立卷和歸檔、損壞及丟失管理、銷毀管理、報表打印等。

2.2.3 文件檢索借閱模塊

該模塊提供多種檢索文件途徑，實現(xiàn)在線檢索、單一條件檢索、復合條件檢索、模糊檢索，允許跨字段、跨庫檢索。依據(jù)權(quán)限允許用戶對檢索到結(jié)果進行瀏覽、下載、打印、文件類型轉(zhuǎn)換、保存等操作。

2.2.4 統(tǒng)計與報表模塊

該模塊提供對數(shù)據(jù)庫中的文件及對文件的操作過程的各項統(tǒng)計功能，可輸出為表格或圖形等形式文件，報表的格式、內(nèi)容可根據(jù)用戶需求進行修改。

2.2.5 系統(tǒng)管理與維護模塊

該模塊功能包括以下方面:①用戶及權(quán)限管理:根據(jù)不同用戶進行不同角色授權(quán)，不同使用權(quán)限只能進行相應操作，以確保系統(tǒng)及圖文資料的安全性;②數(shù)據(jù)庫管理:為保障數(shù)據(jù)庫安全，提供數(shù)據(jù)多種形式自動備份、遭遇異常情況報警與自動恢復等功能。提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口和系統(tǒng)形成數(shù)據(jù)的標準格式，實現(xiàn)不同數(shù)據(jù)庫之間進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換;③系統(tǒng)日志管理:記錄用戶登錄系統(tǒng)后的所有操作，實現(xiàn)對文件的查、閱等操作進行全過程監(jiān)控并記錄等系統(tǒng)日志管理;④外部接口維護:包括提供軟、硬件接口及通信接口。

2.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

圖文管理系統(tǒng)采用三層系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系:數(shù)據(jù)層、應用邏輯層和應用層，見圖2。數(shù)據(jù)層應用數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)的管理。應用邏輯層(中間層)通過空間數(shù)據(jù)庫引擎和中間件將應用層提出的請求轉(zhuǎn)化為對服務器數(shù)據(jù)層的請求，并將數(shù)據(jù)層返回的結(jié)果提交應用層。根據(jù)不同用戶需要，將應用層分為三部分:系統(tǒng)管理員端、資料管理員端、用戶端。系統(tǒng)管理員可進行系統(tǒng)維護、用戶及數(shù)據(jù)庫管理。資料管理員可對業(yè)務數(shù)據(jù)進行相關(guān)處理。用戶通過瀏覽器實現(xiàn)圖文檔案查閱。

根據(jù)應用功能，圖文管理系統(tǒng)包括以下9個子系統(tǒng)。

圖2 圖文管理系統(tǒng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

a． 圖檔數(shù)字化子系統(tǒng)。圖檔矢量化子系統(tǒng)主要利用繪圖軟件、工程圖紙掃描儀、專業(yè)矢量化軟件及圖文識別軟件實現(xiàn)紙質(zhì)圖文檔案的數(shù)字化。

b． 圖檔維護子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要實現(xiàn)圖檔文件的插入、修改、刪除及建立存儲機制。根據(jù)項目的具體需求，建立一整套圖檔文件查詢、調(diào)用、存儲的機制，以保證圖檔文件的完整性和安全性。

c． 圖檔管理子系統(tǒng)。圖檔數(shù)據(jù)包括圖檔基本信息表、圖檔維護信息表、用戶權(quán)限表。該子系統(tǒng)主要完成圖檔文件路徑管理，以保證圖檔查詢、瀏覽、維護等功能。將圖檔實行目錄式管理，并以文件形式存儲。為便捷查詢，在各大類的基礎(chǔ)上，可按用戶需求分為更細的小類，另外，在圖檔數(shù)據(jù)庫中建立圖檔之間關(guān)聯(lián)機制，以便在應用中實現(xiàn)圖檔間相關(guān)性操作。

d． 借閱管理子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要是應用數(shù)據(jù)庫對圖檔檢索相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)進行管理，同時對借閱登記進行數(shù)字化管理。為了使圖檔保證完整性和安全性，系統(tǒng)對每次借閱都進行了詳細記載，管理員可隨時查詢每份圖紙的確切位置。

e． 圖檔借閱子系統(tǒng)?；?WEB技術(shù)，在WEB服務器上建立圖檔瀏覽查詢子系統(tǒng)。客戶端只需求安裝瀏覽器及相關(guān)插件就可以實現(xiàn)網(wǎng)上(包括遠程)查閱圖紙，實現(xiàn)圖檔多方式查詢、圖檔閱覽及放大、縮小、打印等功能。

f． 統(tǒng)計報表子系統(tǒng)。該子系統(tǒng)主要是完成系統(tǒng)運行、圖檔分類、圖檔目錄、圖檔屬性、借閱情況、用戶及其權(quán)限統(tǒng)計等方面的統(tǒng)計報表生成、保存、打印等功能。

g． 網(wǎng)絡管理子系統(tǒng)。系統(tǒng)以B/S(瀏覽器/服務器)結(jié)構(gòu)組建，由數(shù)據(jù)庫服務器、WEB服務器及客戶端組成。在瀏覽器端只需有瀏覽器及圖文瀏覽插件，系統(tǒng)將更多的任務交給服務器處理，以減少客戶端負擔并提高瀏覽速度。

h． 數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)庫管理子系統(tǒng)是整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)流動的樞紐，需處理大量數(shù)據(jù)和實現(xiàn)多用戶并發(fā)控制，同時保持數(shù)據(jù)完整性并提供許多高級管理和數(shù)據(jù)分配功能;具有充分的數(shù)據(jù)完整性保護功能，包括從復雜的事務處理支持和先進的安全性，到作為用戶數(shù)據(jù)庫的隱式部分支持用戶事務規(guī)則的對象，在任何平臺上快速有效的多任務和多線程處理的支持。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要完成整個系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)的管理和維護，主要包括:圖檔屬性信息、用戶信息、系統(tǒng)運行日志信息、檢索借閱信息等、數(shù)據(jù)自動備份與恢復。

i． 用戶管理子系統(tǒng)。為提高水電廠圖文檔案數(shù)據(jù)及整個系統(tǒng)的安全性和完整性，該子系統(tǒng)需實現(xiàn)以下功能:①用戶管理:用戶管理包括用戶相關(guān)屬性管理，如姓名、職務、職稱等，不同用戶對應不同權(quán)限，也只能進行相應操作;②用戶權(quán)限管理:權(quán)限管理包括縱橫2個方面，縱向即為對文件的處理級別，不同權(quán)限對應不同范圍的操作，橫向即以部門或?qū)I(yè)分，對于大多數(shù)用戶來說，只允許查看與其相關(guān)圖檔。

3 關(guān)鍵技術(shù)探討

3.1 系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)

目前大多圖文管理系統(tǒng)只是對表征文件的數(shù)據(jù)項提取出來作為成組數(shù)據(jù)提交給數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫管理，這種系統(tǒng)在實現(xiàn)整個文件系統(tǒng)組織、編輯和調(diào)控功能方面有局限性，難于實現(xiàn)系統(tǒng)級維護和建立安全保密體系。

水電廠圖文管理系統(tǒng)可基于模型結(jié)構(gòu)進行設計。模型間的聯(lián)系用樹型結(jié)構(gòu)來描述，其構(gòu)造是多樣的，可根據(jù)應用要求來組織。作為存儲實體的模型由模型信封和若干模型文件組成。模型信封包括模型名稱、模型狀態(tài)標識、內(nèi)部鏈接指針設置、授權(quán)信息等。每個模型節(jié)點可以包含一個或多個模型文件，也可以是空模型，用于建立下屬文件的聯(lián)系，然后將表征模型特性的參數(shù)集分離出來，作為成組數(shù)據(jù)，實現(xiàn)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理［4］。在模型層次結(jié)構(gòu)中，按相對關(guān)系劃分關(guān)系級，對于某一模型節(jié)點，其上一級稱為父本節(jié)點，下一級稱為子節(jié)點，由一級稱為兄弟節(jié)點。頂層 (即樹根)用于定義文件系統(tǒng)名，可同時構(gòu)造多個文件系統(tǒng)，沒有下屬節(jié)點的底層稱為樹葉。每個模型節(jié)點對應一個參數(shù)集，由模型信封中的指針建立鏈接關(guān)系，由系統(tǒng)提供的關(guān)系型操作來實現(xiàn)。這種設計思想的優(yōu)點是將系統(tǒng)的組織、管理、維護、調(diào)控功能以及安全保密體系基于模型系統(tǒng)實現(xiàn)，而將參數(shù)集獨立出來建立數(shù)據(jù)庫，以便參數(shù)集的查詢檢索、增刪修改等操作可在數(shù)據(jù)庫中實現(xiàn)，無需每次遍歷整個模型系統(tǒng)的樹狀結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的靈活性和應用效率。但當對某個模型或參數(shù)集進行操作或系統(tǒng)遭到意外破壞時，可能破壞整個系統(tǒng)的完整性和正確性。為此，需提供系統(tǒng)維護手段:一是在對某一個存儲實體操作時，系統(tǒng)本身對相關(guān)聯(lián)的實體進行自動修正;二是提供一些驗證操作，進行一致性檢查，對查出的問題，可進行一些關(guān)系操作進行系統(tǒng)級維護［5］。

3.2 數(shù)據(jù)安全技術(shù)

病毒感染、網(wǎng)絡犯罪和數(shù)據(jù)庫故障使得數(shù)據(jù)安全問題日益突出，做好數(shù)據(jù)安全工作至關(guān)重要。數(shù)據(jù)安全是指保證數(shù)據(jù)的可用性、有效性和不受損害，包括數(shù)據(jù)的傳輸安全、保密安全和存儲安全等。為保證水電廠圖文管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)安全要做好以下3個方面工作。

a． 保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳輸中不被非法獲取或修改。SSL協(xié)議位于TCP/IP協(xié)議與各種應用層協(xié)議之間，利用數(shù)據(jù)加密技術(shù)對通信內(nèi)容進行高強度加密，確保數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳輸過程中不會被竊取或修改。在圖文管理系統(tǒng)中，圖文檔案上傳入庫、部門審核和查詢閱覽等都在網(wǎng)絡傳輸中實現(xiàn)，采用SSL協(xié)議實現(xiàn)信息自動加密發(fā)送，解密接收，即使數(shù)據(jù)被竊取也無法正常使用，從而保證數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳輸中的安全。

b． 防止用戶電腦中重要數(shù)據(jù)外泄。采用基于密鑰的磁盤加密，使磁盤即使被竊取其信息也難以被讀懂。數(shù)據(jù)加密和解密是透明的，加密磁盤只能在本地操作系統(tǒng)上使用。加密策略基于管理員集中管理，屬于強制加密，數(shù)據(jù)在特定環(huán)境下才可使用，且嚴防數(shù)據(jù)被復制和通過網(wǎng)絡外發(fā)，保證內(nèi)部數(shù)據(jù)安全。

c． 利用備份系統(tǒng)和數(shù)據(jù)恢復技術(shù)，及時恢復被破壞的數(shù)據(jù)，保證系統(tǒng)正常運行。對于數(shù)據(jù)庫來說，需要復制的不僅是用戶數(shù)據(jù)，還包括數(shù)據(jù)庫組件?？刹捎秒p機熱備份技術(shù)，使用多種備份方式相結(jié)合進行數(shù)據(jù)庫備份，利用備份的數(shù)據(jù)或日志文件進行數(shù)據(jù)庫恢復，提高數(shù)據(jù)庫容災能力，保證系統(tǒng)正常運行［6］。

4 應用圖文管理系統(tǒng)優(yōu)點

a． 提高圖文檔案信息安全性。圖文檔案的數(shù)字化使重要資料得以永久保存，可為水電廠生產(chǎn)運行提供更為準確、完整的數(shù)據(jù);另外，系統(tǒng)中任一文件可由管理員針對任一用戶設定不同層極的權(quán)限，以提高圖文檔案信息的安全性、完整性、保性。

b． 降低工作成本。目前，水電廠的圖紙、檔案大多是以紙張類型存在，紙制資料耗費大量資金，占據(jù)大量空間，且保管工作量較大，但是當圖文管理系統(tǒng)以電子檔案類型來管理這些文件時，可以大大降低工作成本。

c． 提高圖文檔案管理自動化水平。圖紙檔案以數(shù)字化形式存儲，查詢方便，修改靈活，修改歷史過程記錄清楚。另外，一個文件一旦被修改，它的更新版本就可立即被所有用戶使用。在工作流程中，一旦上一階段的工作完成，下一階段的用戶便會立即自動取得這份工作結(jié)果，大大提高相關(guān)部門的工作效率。

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