供水IC卡水表管理系統需求分析及系統設計

鈕祥瑩

(天津市自來水集團有限公司，天津300040)

供水IC卡水表管理系統需求分析及系統設計

鈕祥瑩

(天津市自來水集團有限公司，天津300040)

針對供水企業IC卡水表的日常管理，詳細分析了水表運營管理需求和用戶的功能性需求，提出了IC卡水表運營管理系統的框架和總體業務框架，并按照層次結構做了詳盡的分析和設計。

供水企業； IC卡； 預付費； 智能水表； 管理系統

隨著城市供水面積不斷增長,傳統的人工抄表、按戶收費工作方式已經不能適應龐大而復雜的供水收費管理。IC卡式水表正是在這個背景下應運而生的一種預付費智能型水表。它具有集自動供水、自動計量、自動收費、自動控制、顯示報警等多種功能于一體的特點，無需人工抄表，避免了人工抄表上門收費給客戶帶來的諸多不便，在一定程度上解決了收費難的問題[1]。

目前，有150多萬具IC卡水表分布在天津市的中心區域，并且IC卡水表被越來越多地安裝在新建小區中，具有分布廣泛、地點分散的特點。如何保證用戶方便快捷地充值購水就成為IC卡水表管理系統亟需解決的首要問題。這就需要打破供水企業傳統的按水表屬地劃分的業務管理方式，提供一套具有全市聯網、跨區域充值售水功能的運營、管理系統。

1 系統需求分析

1.1 主要業務流程

1.1.1 新裝發卡業務

首先由新裝水表屬地的水表管理部門在供水檔案模板的副本中填寫相關信息等內容，之后把模板副本交給開發商。開發商按照要求填寫地址、戶名、電話、用水類別等水表基本信息。

開發商將填寫完基本新裝信息的電子文件交回后，水表管理部門核對開發商填寫的信息，是否與水表管理部門人員到現場核對實際水表安裝的情況一致。同時，開發商為每具IC卡表向供水企業預購一定的水量，并把為用戶墊付的購水費用繳納給新裝水表屬地的水表管理部門。水表管理部門根據開發商為每具水表所購水量進行IC卡水表的新裝發卡工作，其流程如圖1所示。

圖1 新裝發卡流程Fig.1 Flow chart of newly installed IC card meter

供水企業在操作新裝發卡等業務時只與開發商進行交接，并不與用戶直接接觸，系統數據文件和IC卡表購水卡都是成批處理，管理比較集中準確，不易發生問題，基本不會和用戶產生糾紛。同時，預售一定的水量給用戶，也能滿足新購房用戶的前期用水要求，使供水服務更人性化。

1.1.2 補漏戶業務

開發商在與用戶進行交接時，若有被遺漏的用戶，用戶可到供水企業營業廳進行補漏戶業務辦理，流程如圖2所示。

圖2 補漏戶業務流程Fig.2 Flow chart for newly issued business

1.1.3 用戶購水業務

用戶在日常用水過程中，如發現IC卡表顯示的水量余額較低或水表關閥停水，可到供水企業營業廳、售水點及合作企業網點進行購水，業務流程如圖3所示。

圖3 用戶購水業務流程Fig.3 Flow chart of buying water for customer

1.1.4 更名過戶業務

由于房屋產權變更等原因，用戶可以到水表屬地營業廳柜臺辦理更名過戶業務，用戶須憑身份證、房本、購房合同等相關的證件和文書在柜臺進行辦理。

1.1.5 補/換卡業務

用戶在遇到水表IC卡丟失或損壞時，可到水表屬地的營業廳柜臺辦理補/換卡業務。

1.2 系統的基本功能

① 用戶信息及水表檔案的管理，即處理檔案新裝、更名過戶、水表落表等業務功能。

② 日常業務運營管理(包括充值售水和水表維修維護)，即處理售水、查詢、用戶報修、水表維修維護、換表、用戶補卡等功能。

③ 用戶用水情況和水表運行狀態的跟蹤巡查，即用戶用水情況巡檢、巡檢數據分析、重點用戶和質疑用戶的復檢等功能。

④ 軟件系統的安全和運行維護管理，即系統運行權限管理和基于CPU智能卡的操作人員身份認證等功能。

1.3 非功能性需求

軟件的非功能需求也稱為約束或質量需求，是限制解決方案的需求，可進一步劃分如下。

1.3.1 性能需求

系統支持在線的客戶端在500個左右，并發按照10個客戶端計算，系統響應時間指標：一般查詢平均響應時間在3 s以內完成，基礎報表平均響應時間在15 s內完成。

1.3.2 可維護性需求

頁面要求美觀大方，界面友好，布局合理，風格一致；有完備的災難恢復模型，必須保證系統和數據的連續運行；使用指定的企業及數據庫及應用服務器，確保系統穩定運行。

1.3.3 可靠性要求

全年無間斷運行，系統故障或者檢修必須有備用設備滿足基本業務需求；不能出現系統應用運行時異常，軟件的錯誤不能超過功能點的3%。軟件的故障恢復時間不得大于4 h。

1.3.4 安全性需求

水表信息會涉及大量用戶的姓名、住址、電話等隱私信息，系統運行數據對供水企業的營業業務運營也非常重要，因此系統需要較高的數據安全性。

2 系統設計

2.1 設計目標

通過采用數據庫技術、網絡技術、系統集成技術和信息安全技術，設計IC卡水表管理系統。推進IC卡表日常業務管理的信息化水平，以提高供水企業的用戶服務質量，方便用戶購水，減少因為購水不便造成的用水困難，進而提高水費回收率。

2.2 設計原則

2.2.1 實用性

實用與否關系到系統的存在價值和生命力，也是系統開發首先要遵循的原則。因此，系統設計應緊緊圍繞IC卡水表管理具體的業務特點和業務流程，設計操作簡便、結構合理、運轉流暢、適應性強的信息管理系統。

2.2.2 先進性

在系統的總體架構上，要采用成熟可靠的技術，選用穩定的網絡硬件產品。軟件平臺應選用主流產品，系統設計、軟件開發需要遵照軟件工程標準與管理規范，采用面向對象的理論和分布式、組件式開發技術，保障系統建設的高起點，充分發揮信息系統在管理工作中的作用。

2.2.3 穩定性

系統運行的穩定性是衡量系統建設成功與否的重要標志之一。為確保系統的穩定性，要求滿足如下三個方面的要求。

① 系統在提交使用前，需要嚴格按照系統開發的質量控制標準進行測試，力爭將系統的不穩定因素和系統缺陷降低到最低程度，保障系統高效穩定運轉。

② 系統必須具備良好的容錯能力，在發生不可預見故障的情況下，首先要保障數據的安全性，其次具備良好的恢復運行機制。

③ 對操作過程中的錯誤和可能出現的軟、硬件故障，系統能夠給出錯誤報告及處理方法的提示。

2.2.4 安全性

系統涉及用戶的個人資料和賬戶情況等敏感信息，因此必須保證系統的安全性。數據的分布式管理、分級權限設定、數據保密措施、數據備份功能、系統操作日志、病毒防范手段等安全機制，都是系統安全性所要具備的重要功能。

2.2.5 開放性

系統的開發要具有一定的靈活性，能夠保證和供水企業其他管理軟件系統的數據共享和相互操作，并通過提供標準的軟件接口來實現這一要求。

2.3 系統總體框架

IC卡水表管理系統從建設之初就充分考慮IC卡水表的管理和業務特點，針對每個重要環節設計有針對性的子系統。軟件對每個業務環節所產生的數據進行嚴格管理，通過對業務數據的邏輯性和連貫性的約束，保證IC卡水表業務運轉的準確、穩定和安全。系統的軟件功能分為以下幾個方面：

① 用戶信息和水表檔案的管理，包括新裝、落表、復裝、停用。

② 日常業務運營管理(包括充值售水和水表維修維護)，包括售水、查詢、補卡、過戶。

③ 用戶用水情況和水表運行狀態的跟蹤巡查，包括巡檢、巡檢分析、重點戶監控。

④ 軟件系統的安全和運行維護管理，包括系統維護、人員權限管理、災備策略管理。

2.4 系統邏輯視圖

系統只有一個邏輯視圖，該視圖以圖形方式說明關鍵的用例實現、子系統、包和類，包含了在構架方面具有重要意義的行為。邏輯視圖在每次迭代過程中都會加以改進。系統的邏輯視圖如圖4所示，其中所展示的只是IC卡水表運營管理系統的基礎構件。

從圖4中可以看出，系統分別為不同應用環境的子系統提供不同的支持。應用層即表示層，包括基于C/S架構的本地應用，也就是富客戶端應用；基于B/S架構的網絡應用通常被描述成為瘦客戶端應用；基于WinCE的嵌入式應用一般會在PDA智能手機等移動場景中使用。表示層負責幫助用戶實現業務管理，主要提供UI功能，是最終用戶能直接接觸到的軟件產品。

業務核心處理層提供IC卡水表業務的基礎功能。基本業務被別封裝在這個層面，通過類庫或者服務的方式提供給表象層調用，負責從業務邏輯到數據邏輯的轉換。核心處理層提供兩種方式的用戶接口，分別是基于本地部署的動態庫接口和基于網絡部署的WEB Service接口，WEB Service還為移動設備提供業務支持。

圖4 系統邏輯視圖Fig.4 Logical view of the system

數據庫操作層是系統針對數據庫的操作對象。核心處理層通過調用數據庫操作層來完成對數據的讀取、修改與存儲工作，但是操作邏輯核心處理層不去管理，系統可以做到與數據引擎無關。不論供水企業選擇哪種企業級數據庫，只要修改數據庫操作層即可，幾乎不用修改核心業務和表示層就可以兼容新的數據庫平臺。

根據供水企業的現狀，并且考慮系統規模投資和后期維護等方面，最終選擇了基于Windows Server操作系統的SQL Server 2008企業版為數據庫服務平臺。

2.5 各個模塊模型

2.5.1 用戶及水表檔案管理模塊

首先將計劃安裝IC卡水表的新建小區的信息通過軟件系統的小區管理模塊錄入到系統中，然后對與智能表綁定的每一具水表建立電子檔案，并在水表安裝后更新、完善相關信息。待現場水表質量檢驗合格且電子檔案抽檢結果準確后，管理部門根據編碼規則給每一塊新裝水表分配注冊號，并將注冊號及其他相關的運營管理信息補充到電子檔案中，完成水表新裝前的數據準備工作。

通過IC卡水表管理系統軟件的水表新裝模塊將水表電子檔案文件中的數據導入到系統中，同時驗證電子檔案中的數據的邏輯合法性。

為水表卡片充值的同時打印用戶用水卡片，待用戶簽好字的供水協議返還到供水企業，水表新裝工作基本完成，進入到運營管理階段。

2.5.2 日常運營業務管理模塊

在運營管理階段，可以通過IC卡水表管理系統軟件的更名過戶模塊完成水表更名過戶業務，在數據庫中存儲相關證明文件的電子副本，更新用戶檔案信息，并要求用戶與供水企業簽訂新的供水協議。

日常業務運營是IC卡水表在運行中最經常發生的業務，主要包括售水充值和維修維護等。

① 售水充值

IC卡水表售水充值服務一般包括供水企業營業廳柜臺售水、售水點售水、流動售水和第三方企業代理售水，基本可以保證IC卡水表用戶的日常業務需要。系統針對不同的售水方式提供不同的客戶端軟件和服務。

營業廳和售水點通常有光纖城域網覆蓋，網絡環境較好，帶寬能夠得到保證，網絡安全性也比較理想，所以軟件采用C/S方式，可以受理大部分用戶服務業務，能夠提供購水充值、售水記錄查詢打印、更名過戶受理、用戶水表IC卡初始化、補卡等綜合業務，是運營管理中業務辦理種類最全、功能最豐富的模塊。

流動售水采用筆記本配合移動APN無線網的方式，由營業人員攜帶售水專用的筆記本和無線上網卡設備，深入小區街道，現場給用戶辦理售水業務，數據通過無線網實時傳回集團運營數據中心。由于目前企業用APN的速度基本是GPRS級別，帶寬相對較小，所以移動售水模塊只提供基本檔案查詢和售水功能，不能辦理其他業務。

第三方企業代售水業務是為了彌補營業廳、售水點和流動售水的輻射范圍局限性問題所建立的一套通用業務平臺。第三方客戶端可以通過調用通用平臺的服務接口并使用供水企業授權的IC卡讀寫機具為用戶提供售水服務，從而擴大售水覆蓋范圍，方便用戶的購水充值。目前已與銀行實現代理售水業務的辦理，并可以支持跟更多的第三方企業合作。

第三方業務采用SDH數據專線的網絡接入方式，帶寬有保障，點到點的網絡連接方式也在一定程度上保證了安全性。在確保系統的穩定和開放性同時，還需要兼顧核心數據的保密和安全，第三方平臺采用三層式結構，在數據庫服務器和客戶端之間增加了業務處理服務器，在業務處理服務器和數據庫服務器之間部署防火墻，防止非授權的數據訪問請求直接數據庫服務器。業務處理服務器對客戶端只開放業務邏輯接口，把數據處理邏輯封裝在服務器上。這樣不僅可以方便第三方系統的客戶端調用，還能最大限度保護中心的數據安全。

② 水表的維修維護

有別于機械式水表，IC卡水表的維修是一種被動式服務，往往在用戶報修或是其他方式見到水表時，水表已經發生故障或損壞，由此造成與用戶的供水糾紛和水量的流失。

為了解決這個問題，及時了解掌握用戶的水表運行情況，IC卡水表管理系統軟件需提供IC卡水表入戶巡檢功能模塊。入戶巡檢包括計算機端和PDA端兩部分程序，首先在計算機端將需要巡檢的數據打包，然后將數據傳送到PDA。入戶巡檢人員攜帶PDA到現場，將查看到的水表運行狀態等相關數據錄入到PDA上的軟件系統中，并將數據傳送回中心的數據服務器。PC端軟件對采集的數據、用戶購水記錄等數據進行綜合分析篩選，產生需要入戶處理的問題表清單。經過管理人員確認后，生成入戶維修工單，由維修人員到現場維修處理。

③ 軟件系統的安全和運行維護管理

該模塊包括系統用戶管理、維修人員信息管理、巡檢人員信息管理、基礎類別數據維護、系統用戶權限管理等相關功能，還包括軟件系統運行環境設定、客戶端系統自動更新等。

3 總結

經過前期需求調研、后期開發、系統部署安裝、使用人員培訓、試運行測試幾個階段，IC卡水表管理系統已在北方某直轄市的供水企業投產運行，目前系統運行情況穩定良好，正在為中心城區超過100萬個家庭提供優質的用水服務。

[1] 建新. 智能IC卡在我國水表行業中的應用分析[J]. 金卡工程，2007，11(9):26-29.

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(本刊編輯部)

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

鈕祥瑩(1973- )， 男， 助理工程師， 主要從事供水營業管理工作。E?mail：niusoftware@sina．com

2016-07-26