基于WCF的分布式灌区水情监测系统设计与实现

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摘要:结合全国各个灌区的地理分布状况以及各个灌区水情数据的独立性和差异性,系统采用B/S架构,利用WCF网络服务对各个灌区的水情数据进行系列提取、分析、计算及传送,设计一个及时、准确、直观、功能齐全的全国灌区渠道水情监测系统。系统实现全国各个灌区渠道水情数据的归总查询、监视、以及预警功能。

关键词:B/S;WCF;分布式;服务;水情监测

中图分类号:TP311文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)09-2172-03

Design and Realization of Distributed Irrigation Water Information Monitoring System Based on the WCF

HE Qun-yi, YUN Wei-guo, GOU Ting

(Dept. of Information and Control Engineering College,Xi'an University of Architecture and Technology, Xi'an 710055, China)

Abstract: Combining the geographic distribution Status of irrigation districts and the independence and diversity of water information data in every irrigation districts in our country, the system was designed and developed by using Browse/Server construction, it is using WCF web services to extract, analyze, calculate and transmit every irrigation district's water information data, then designed a timely, accurate, intuitive, fully functional water information monitoring system of the national irrigation district. This system implements the functions of querying, monitoring, publishing, and early warning in every irrigation district Hydrologic data of the country.

Key words: B/S; WCF; distributed; server; water information monitoring

中国是一个农业大国,国家对农业以及农业的水利化建设非常重视。随着信息产业的发展,各个地区,全国各个灌区均进行着不同程度的水利信息化建设,并取得了相当的成效。水利信息化对地区性防汛抗旱、灌溉用水的分配与调度、灌溉管理、农田灌溉的实时实施、水资源的节约利用和可持续发展起着重大的作用,同时也为各个灌区增加了经济效益,能为国家获得更多的税收,实现国家、灌区和农民“三赢”。

目前,全国灌区的信息化建设还处于建设发展之中,灌区的信息化建设大都只局限于本灌区之内,并没有建立起一套成熟、统一的管理与调度系统。水利部农水司无法及时的获取全国各个灌区的灌溉水情数据,无法及时、实时、有效的监视、管理各个灌区的运行情况以及各灌区水情状况。因此,这就迫切需要设计并开发一套建立在全国各个灌区之上的灌区水情监测总系统,已备水利部农水司相关部门使用。

1 系统分析

灌区水情监测系统是一种监测灌区内雨量及渠道、水位、流量等水情信息的实时系统,并能够监视灌区内各级渠道灌溉用水的调度与分配情况。全国灌区水情监测总系统要求能够实现全国各个灌区水情数据的分类及汇总显示,实现国家对全国各个灌区的监视与管理。

由于全国各个灌区分散在全国各地,各个灌区信息化建设的情况也有所不同,因此,各个灌区的水情数据各有差异,各灌区的数据库平台、数据库设计和数据编码也各不一样。这就使得系统的设计必须要考虑跨地域、跨平台性,并要设计并建立一个统一的规范来提取、分析计算、汇总各个灌区的水情数据,最终以统一的规范将所需水情信息出来,以备相关人员查看和管理。

2 系统设计与结构

本系统是一个基于wcf的大型分布式水情监测系统,系统采用B/S架构,以WCF作为通讯介质,整个系统由一个中心信息处理系统(中心网站)和若干个WCF服务组成。WCF服务用于提取各个灌区的水情数据并进行系列处理,最终以规范的格式将需要的数据信息发送给中心系统;中心系统根据用户需要向WCF服务发送相应数据请求,并接收从各个灌区WCF服务发送过来的数据,根据需要在进行系列处理、汇总,并最终以列表、曲线图、柱状图、报表等形式出来。基于全国各个灌区都已经接入因特网,这就为数据的整体采集汇总提供了可靠的条件。

2.1 WCF基本原理

WCF[2]是.NET3.0的核心技术之一,是微软统一的编程模型和运行时,用于使用托管代码来构建 Web 服务应用程序。WCF整合了.NET平台下所有和分布式系统有关的技术,如.NET Remoting、A SMX、WSE 、Enterprise Service和MSMQ等。扩展了.NET框架构建安全、可靠和事务式Web 服务的功能,可实现跨平台交互操作。WCF的传输机制如图1所示。从图1中可以看出WCF最基本的元素是由A、B、C组成的,其中A 代表地址、B 代表绑定、C 代表契约。地址指的是 WCF 的服务器地址。绑定指定了服务端与客户端进行交互的方式,WCF提供了多种绑定方式来应对不同的网络和应用环境下分布式访问的需求,如 basic HttpBinding、net TcpBinding、wsHttpBinding、web HttpBinding 等。契约则表示服务器所能提供的服务。一个契约可以支持多种绑定,一种绑定也可以适合多个契约,同一个契约和绑定又可以在多个地址上被激活。

A、B、C构成了WCF的端点,端点构成了WCF的通信入口。一个服务可以同时有多个端点共存,互不冲突。一个端点可以用来实现基SOAP协议的互操作,另一个端点通过 TCP 协议以二进制编码方式呈现同一个服务,其他的端点提供如 MSMQ 的消息队列来加强系统间的消息传递。总之,使用所有WCF能提供的绑定方式,开发人员可以来满足各种应用程序的需要。

3.2 建立WCF服务

WCF服务建立于各个灌区数据服务器上,只负责本灌区水情数据的提取、计算并最终以统一规范的格式传送给水情监测中心信息处理系统。

由于各个灌区数据库设计和数据编码格式各有差异,数据平台也可能不一样,因此,WCF服务的设计要充分考虑程序的适应性问题。如果给每个灌区单独设计WCF服务,由于全国的灌区数量太多,这就大大增加了系统开发的工作量,增大了开发成本,而且也不利于系统的后期维护。因此,我们需要设计一个适应性很强的服务程序,来满足系统的需要。

基于设计需要,WCF服务系统使用XML文件来管理数据查询。建立XML文档,用于存储各个查询所需访问的数据表以及各表的列。当要进行某项数据查询时,程序首先访问相应XML文档,读取与当前查询对应的节点信息,然后再根据获取的信息生成动态查询语句,这样就可以不用考虑数据库的设计和数据编码问题。而数据访问方式,使用OleDb数据访问层,OleDb适应对各种数据库的访问,这样,就撇开了各个灌区的数据库平台差异性问题。数据查询时,在将数据以规范的格式输出。

使用XML文件来管理数据查询,使WCF服务系统有了更强的适应性。我们可以很方便地对XML节点进行添加、修改、删除等操作,服务系统自带XML数据管理器,提供简单的用户界面,方便各个灌区将其特定的数据查询信息存储与指定的XML文档中。因此,对于单个灌区而言,在安装WCF服务系统时,只需要修改相应的XML文档即可,服务程序不用改变。

3.3 建立中心信息处理系统

中心信息处理系统与各个灌区的WCF服务进行对接绑定,负责将从各个灌区获取的水情数据进行系列处理、汇总、。中心系统功能结构如下:

3.3.1 实时水位流量监视

实时水位流量监视主要包括对灌区相应河道、水库以及灌区渠道的水位、流速及流量信息进行实时监视,并根据实际情况设定预警线,实现一定的预警功能。由于全国灌区数量太多,系统实现条件查询,既可以全局总览,又可以缩小范围进行局部监视。

3.3.2 历史数据查询

历史数据查询包括:时段水量统计、历史水位流量查询、时段雨量统计、渠道需水信息查询。所有模块均实现模糊查询。

1)时段水量统计

时段水量统计是统计灌区或灌区渠道某时段的配水总量,以列表和柱状图的形式。

2)历史水位流量查询

历史水位流量查询是查询某时段灌区相应河道、水库以及灌区渠道的水位、流速及流量信息,以列表和曲线图的形式

3)时段雨量统计

时段雨量统计是统计灌区或灌区渠道某时段的降雨总量,以列表和柱状图的形式。

4)渠道需水信息查询

渠道需水信息查询是根据灌区各级渠道所对应的农田需水情况而统计的需水请求信息,以列表和柱状图的形式。

3.3.3 系统管理

系统管理主要是对用户的角色和权限进行系列管理,以维护系统的安全性。

3.3.4 系统功能框架图

系统功能框架图如图2所示。

3.4 系统结构模型图

系统结构模型图如图3所示。

3.5 系统优点

一个中心系统,多个WCF服务,解决了全国灌区的分散和数据差异性等问题;各个灌区数据独立同步处理,解决了因全国灌区水情数据过大而造成的查询延时问题,提高了整个系统的数据查询效率;由于各个灌区的WCF服务相对独立,因此,单个灌区的数据错误或服务中断不会对其他灌区的数据查询造成影响,不会影响整个系统的运行,提高了系统的稳定性,有利于系统的分点维护;WCF提供跨平台的接口,适用于不同开发环境和编程语言,增强了系统的可扩展性。

4 结束语

将WCF技术引入Web系统开发,提高了系统的适应性、可扩展性、稳定性和运行效率,B/S架构更方便用户随时随地浏览查看。基于WCF的分布式全国灌区水情监测系统,快速高效的实现了全国各个灌区渠道水情数据的归总查询、监视、以及预警功能,为国家水利部农水司相关部门对全国各个地区的农村水利管理提供科学、统一、可靠的信息,同时也对国家防汛抗旱的决策指挥起一定的参谋作用。

参考文献:

[1] 麦克唐纳博思工作室 3.5高级程序设计[M].2版.北京:人民邮电出版社,2008.

[2] 陈德权,邬群勇,王钦敏.基于WCF的分布式地理信息系统研究[J].测绘信息与工程,2008(3).

[3] 闫冰.基于WCF的分布式应用开发[J].电脑知识与技术,2008(19).

[4] 孙志宝.鸳鸯灌区水情监测信息自动化系统开发应用研究[J].发展,2006(9).

[5] 黄孔海,邱超,虞开森,等.基于WebGIS的实时水情信息与预警系统的设计与实现[J].水文,2006(4).