水電廠圖文管理系統功能結構探討

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 (Document Management System，簡稱DMS)成為解決現代企業管理圖文資料的一種有效手段［1］。圖文管理系統是指對大量圖文資料進行科學管理的計算機軟件，它基于網絡環境，以大型分布式數據庫為核心，利用計算機繪圖技術、圖紙掃描技術、圖紙檔案管理技術、數據庫信息處理及管理技術、海量數據存儲技術，最終形成擁有從圖文檔案數字化處理到用戶及權限管理、借閱管理、數據庫管理、運行日志管理等功能的圖文自動化管理系統。為實現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的總體結構及系統功能，并對系統建設關鍵技術，如系統模型結構、數據安全技術進行了探討。

1 需求分析

我國水能資源豐富，蘊藏量和開發量均居世界前列。建國以來，我國修建了數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的發展水平，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，大部分圖紙處于老化狀態，多年的風化、腐蝕、磨損使部分圖紙產生了不可恢復的損壞，損壞部分的準確性影響了工程技術人員查閱，只能通過重新描繪來修改圖紙，且無法與實際應用聯系到一起而形成聯動資料，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生威脅。圖文資料對水電廠的生產運行是非常重要的，只有圖文管理系統才能從根本上解決以上問題。

建立圖文管理系統存在其可行性:①技術可行性，計算機繪圖技術、數據存儲技術及數據庫管理技術的迅速發展，使得利用計算機技術可建立起功能強大的圖文管理系統;②經濟可行性，系統只需較少的硬件投資，且磁性材料成本低于紙質材料，并可縮短圖文資料管理作業流程、加速整合內部資源并提高工作效率，從而節省大量人力、財力、物力。

2 水電廠圖文管理系統

2.1 總體設計

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

2.1.1 規劃目標

水電廠圖文管理系統規劃總目標是依據國家和行業相關規范，并結合水電廠實際情況，實現對圖文檔案資料進行收集整理、數字化處理、存儲管理、檢索借閱等一體化業務流程的計算機管理。將紙質圖紙、檔案繪制或掃描成數字文件，按檢索要求歸類后錄入數據庫保存，使之成為科學、規范的圖文檔案信息資源，并實現圖文資料的采集、整合、存儲、共享、利用及檔案業務流程自動化管理，并提供相應的數據接口和操作規范［3］。在系統升級、權限控制、安全策略等方面要有完善的監管體制。

水電廠內部的企業網發展迅速，系統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限;能和水電廠各部門及上級部門的相關業務系統有機銜接。

2.1.2 設計原則

水電廠圖文管理系統建設應遵循以下原則。

a． 規范性原則:系統開發建設須進行統一的規劃設計，須遵循國家及行業相關標準，并結合項目需求，形成接口規范、數據規范、應用系統接入規范，以保證系統的統一性、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，圖文管理系統應提供數據備份和恢復措施及統一完善的多級安全機制設置，避免系統數據遭到破壞，拒絕非法用戶或合法用戶越權操作，以保證長期大規模訪問下系統運行的穩定性、可靠性。

c． 實用性原則:根據管理者和用戶的使用習慣，提供人性化的界面設置、業務流程設置、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:系統應采用模塊化、組件化、通用化的體系結構，并充分考慮與其他相關系統的接口和二次開發，在技術架構和設計模式上保證廣泛的適應、靈活的擴展性和技術的延續性，以滿足用戶在數據及業務功能擴展方面的需求。

2.2 應用功能模塊

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

圖1 水電廠圖文管理系統功能示意圖

2.2.1 數字化處理模塊

數字化處理是指將圖紙用繪圖軟件重新生成數字文件，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)，識別后的內容可以保存為PDF、DOC等文件，并對數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構，按目錄分類存放數字化文件;②信息存儲:配置相應存儲規模容量的服務器，完整記錄接收到的圖文檔案內容、背景信息、結構和原數據等信息，并對其進行著錄、數據掛接、編輯、分類，存儲等操作;③數據聯接:系統通過接口設置可接收其他系統傳遞的數據，并對接收的數據可進行著錄、修改，以實現與其他系統中的數據傳遞與歸檔功能相結合及部分數據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。依據權限允許用戶對檢索到結果進行瀏覽、下載、打印、文件類型轉換、保存等操作。

2.2.4 統計與報表模塊

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

2.2.5 系統管理與維護模塊

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

2.3 系統結構

圖文管理系統采用三層系統結構體系:數據層、應用邏輯層和應用層，見圖2。數據層應用數據庫管理系統實現對系統數據的管理。應用邏輯層(中間層)通過空間數據庫引擎和中間件將應用層提出的請求轉化為對服務器數據層的請求，并將數據層返回的結果提交應用層。根據不同用戶需要，將應用層分為三部分:系統管理員端、資料管理員端、用戶端。系統管理員可進行系統維護、用戶及數據庫管理。資料管理員可對業務數據進行相關處理。用戶通過瀏覽器實現圖文檔案查閱。

根據應用功能，圖文管理系統包括以下9個子系統。

圖2 圖文管理系統系統結構圖

a． 圖檔數字化子系統。圖檔矢量化子系統主要利用繪圖軟件、工程圖紙掃描儀、專業矢量化軟件及圖文識別軟件實現紙質圖文檔案的數字化。

b． 圖檔維護子系統。該子系統主要實現圖檔文件的插入、修改、刪除及建立存儲機制。根據項目的具體需求，建立一整套圖檔文件查詢、調用、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。圖檔數據包括圖檔基本信息表、圖檔維護信息表、用戶權限表。該子系統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，在各大類的基礎上，可按用戶需求分為更細的小類，另外，在圖檔數據庫中建立圖檔之間關聯機制，以便在應用中實現圖檔間相關性操作。

d． 借閱管理子系統。該子系統主要是應用數據庫對圖檔檢索相關的屬性數據進行管理，同時對借閱登記進行數字化管理。為了使圖檔保證完整性和安全性，系統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。基于 WEB技術，在WEB服務器上建立圖檔瀏覽查詢子系統。客戶端只需求安裝瀏覽器及相關插件就可以實現網上(包括遠程)查閱圖紙，實現圖檔多方式查詢、圖檔閱覽及放大、縮小、打印等功能。

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

g． 網絡管理子系統。系統以B/S(瀏覽器/服務器)結構組建，由數據庫服務器、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． 數據庫管理子系統。數據庫管理子系統是整個系統數據流動的樞紐，需處理大量數據和實現多用戶并發控制，同時保持數據完整性并提供許多高級管理和數據分配功能;具有充分的數據完整性保護功能，包括從復雜的事務處理支持和先進的安全性，到作為用戶數據庫的隱式部分支持用戶事務規則的對象，在任何平臺上快速有效的多任務和多線程處理的支持。數據庫管理系統主要完成整個系統相關數據的管理和維護，主要包括:圖檔屬性信息、用戶信息、系統運行日志信息、檢索借閱信息等、數據自動備份與恢復。

i． 用戶管理子系統。為提高水電廠圖文檔案數據及整個系統的安全性和完整性，該子系統需實現以下功能:①用戶管理:用戶管理包括用戶相關屬性管理，如姓名、職務、職稱等，不同用戶對應不同權限，也只能進行相應操作;②用戶權限管理:權限管理包括縱橫2個方面，縱向即為對文件的處理級別，不同權限對應不同范圍的操作，橫向即以部門或專業分，對于大多數用戶來說，只允許查看與其相關圖檔。

3 關鍵技術探討

3.1 系統模型結構

目前大多圖文管理系統只是對表征文件的數據項提取出來作為成組數據提交給數據庫管理系統實現數據庫管理，這種系統在實現整個文件系統組織、編輯和調控功能方面有局限性，難于實現系統級維護和建立安全保密體系。

水電廠圖文管理系統可基于模型結構進行設計。模型間的聯系用樹型結構來描述，其構造是多樣的，可根據應用要求來組織。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、模型狀態標識、內部鏈接指針設置、授權信息等。每個模型節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系，然后將表征模型特性的參數集分離出來，作為成組數據，實現關系型數據庫管理［4］。在模型層次結構中，按相對關系劃分關系級，對于某一模型節點，其上一級稱為父本節點，下一級稱為子節點，由一級稱為兄弟節點。頂層 (即樹根)用于定義文件系統名，可同時構造多個文件系統，沒有下屬節點的底層稱為樹葉。每個模型節點對應一個參數集，由模型信封中的指針建立鏈接關系，由系統提供的關系型操作來實現。這種設計思想的優點是將系統的組織、管理、維護、調控功能以及安全保密體系基于模型系統實現，而將參數集獨立出來建立數據庫，以便參數集的查詢檢索、增刪修改等操作可在數據庫中實現，無需每次遍歷整個模型系統的樹狀結構，提高了系統的靈活性和應用效率。但當對某個模型或參數集進行操作或系統遭到意外破壞時，可能破壞整個系統的完整性和正確性。為此，需提供系統維護手段:一是在對某一個存儲實體操作時，系統本身對相關聯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，可進行一些關系操作進行系統級維護［5］。

3.2 數據安全技術

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

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

b． 防止用戶電腦中重要數據外泄。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。數據加密和解密是透明的，加密磁盤只能在本地操作系統上使用。加密策略基于管理員集中管理，屬于強制加密，數據在特定環境下才可使用，且嚴防數據被復制和通過網絡外發，保證內部數據安全。

c． 利用備份系統和數據恢復技術，及時恢復被破壞的數據，保證系統正常運行。對于數據庫來說，需要復制的不僅是用戶數據，還包括數據庫組件。可采用雙機熱備份技術，使用多種備份方式相結合進行數據庫備份，利用備份的數據或日志文件進行數據庫恢復，提高數據庫容災能力，保證系統正常運行［6］。

4 應用圖文管理系統優點

a． 提高圖文檔案信息安全性。圖文檔案的數字化使重要資料得以永久保存，可為水電廠生產運行提供更為準確、完整的數據;另外，系統中任一文件可由管理員針對任一用戶設定不同層極的權限，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，占據大量空間，且保管工作量較大，但是當圖文管理系統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果，大大提高相關部門的工作效率。

［1］ 張云龍，孫毅中．城市規劃管理圖文一體化辦公系統的設計［J］．測繪與空間地理信息，2006，29(1):85－87．

［2］ 馮 健．電子圖文管理探討［J］．太原重型機械學院學報，2004，25(9):77－78．

［3］ 田 吉，胡景春，盧小文．基于UML焊接圖文管理系統分析和設計［J］．黃山學院學報，2010，12(3):21－24．

［4］ 李澤強，胡淑濤．計算機X線數字成像設備圖文管理系統的開發與應用［J］．上海大學學報 (自然科學版)，2001，7(1):29－32．

［5］ 林保真，林 宏．基于模型結構的圖文管理系統 ［J］．計算機工程與設計，1992，6:46－52．

［6］ 王利軍，李永樹．工程圖文管理系統中數據安全性研究［J］．測繪工程，2010，19(2):16－19．