（光学工程专业论文）弓网管理信息系统的开发与实现.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 接触网是电气化铁道的重要供电设备和行车设备，它必须保证不问断地给电 力机车供应工作电流；接触网本身也具有其特殊性。为了保证电气化铁路的高 效和安全运营，研制功能完善、基于b f s 架构的弓网管理信息系统十分有必要。 本文围绕弓网管理信息系统建设的全过程，对开发方案的确立、系统的分析 设计、系统的实现进行了详细论述，主要包括了以下内容： 首先简单介绍了弓网动态检测装置基本原理，并结合管理系统开发现状，对 b s 和c s 开发模式进行了优劣比较，确定了基于b s 体系的三层结构，确定 b s 体系结构后，然后又对开发平台技术进行了分析，选择了微软的n e t 开发 平台技术。 其次，对系统进行了详细的需求分析，同时提出了系统的建设目标，制定出 系统实现的技术方案，绘制了系统的数据流图，并在此基础上完成了系统b s 体系三层结构的框架和各个子系统的功能以及系统数据库的设计。 此外，还阐述了系统具体实现，并对系统的关键技术实现部分进行了探讨。 最后，对本文所做的工作进行总结，并对系统存在的问题以及下一步建设进 行展望分析。 本软件功能全面，结构清晰，界面友好。现场试运行表明，它具有较高的可 靠性、可操作性和可维护性，满足了用户的合理要求。 关键词：管理系统；软件工程；数据库；b s 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 l 页 _ ll_ 一 a b s tr a c t a st h ei m p o r t a n tp o w e rs u p p l ya n dr u n n i n ge q u i p m e n to fe l e c t r i f i e dr a i l w a y , c a t e n a r ym u s tg u a r a n t e es u p p l y i n gc u r r e n tt o e l e c t r i cl o c o m o t i v eu n i n t e r r u p t e d l y a n dc a t e n a r ya l s oh a si t so w np a r t i c u l a r i t y i no r d e rt ok e e pe l e c t r i f i e dr a i l w a yi n h i g h l ye f f i c i e n ta n ds a f eo p e r a t i o n ，i t sq u i t en e c e s s a r yt od e v e l o pam a n a g e m e n t i n f o r m a t i o ns y s t e mf o rp a n t o g r a p ha n dc a t e n a r yw i t hp e r f e c tf u n c t i o n sb a s e do n b ss t r u c t u r e f o c u s e do nt h ee n t i r ec o n s t r u c t i o np r o c e s so ft h em a n a g e m e n ti n f o r m a t i o n s y s t e mf o rp a n t o g r a p ha n dc a t e n a r y , ad e t a i l e dd i s c o u r s eo nt h ee s t a b l i s h m e n to f d e v e l o p i n gp l a n ，s y s t e ma n a l y s i sa n dd e s i g na n ds y s t e m r e a l i z a t i o na r em a d ei nt h i s p a p e r , w h i c hm a i n l yc o n s i s t so f t h ef o l l o w i n gc o n t e n t s f i r s t l y , i tb r i e f l yi n t r o d u c e st h eb a s i cp r i n c i p l eo ft h ed y n a m i cd e t e c t i n g d e v i c e f o rp a n t o g r a p ha n dc a t e n a r y 。a c c o r d i n gt om a n a g e m e n ts y s t e m sd e v e l o p i n gs t a t u s q u o i tm a k e sam e r i tc o m p a r i s o nb e t w e e nb sa n dc sm o d ea n df i n a l l yt h et r i - t i e r s t r u c 饥1 r eb a s e do nt h eb si sc o n f i r m e d a f t e rt h a t ，i tc h o o s e sm i c r o s o f t sn e t d e v e l o p i n gp l a t f o r mt e c h n o l o g ya f t e rt h er e a s o n a b l ea n a l y s i s s e c o n d l y , i tm a k e sa d e t a i l e dr e q u i r e m e n ta n a l y s i sf o rt h es y s t e m a tt h es a m e t i m e ，t h es y s t e m sc o n s t r u c t i o ng o a l ，t e c h n o l o g yp l a na n dd a t af l o wd i a g r a m a r ea l s o w o r k e do u th e r e b a s e do nt h e m ，t h ef r a m e w o r ko ft r i - t i e rs t r u c t u r eb a s e do nb s ， e v e r ys u b s y s t e m sf u n c t i o n sa n dt h ed e s i g no fs y s t e m d a t a b a s ea r ec o m p l e t e d t a k ea b o v ea l saf o u n d a t i o n ，t h i sp a p e re x p o u n d st h es y s t e m s c o n c r e t e r e a l i z a t i o na n da l s om a k e sad i s c u s s i o no nt h ek e yt e c h n o l o g yr e a l i z a t i o no ft h e s y s t e m f i n a l l y , t h i sp a p e rs u m su pa l lt h ew o r k d o n ea n dm a k e sap r o s p e c ta n a l y s i so n t h ep r o b l e m st ob es o l v e di nt h es y s t e ma n di t sc o n s t r u c t i o nf o rt h en e x t t h i ss o f t w a r ef e a t u r e sac o m p r e h e n s i v ef u n c t i o n ，s t r u c t u r a lc l a r i t ya n df r i e n d l y i n t e r f a c e t h r o u g ht h et r i a lr u n n i n go ns p o t ，t h i ss o f t w a r ei sp r o v e dt o b eo fh i g h r e l i a b i l i t y , o p e r a b i l i t ya n dm a i n t a i n a b i l i t yw h i c hm e e tt h e r e a s o n a b l ed e m a n d so ft h e u s e r s k e yw o r d s ：m a n a g e m e n ts y s t e m ；s o f t w a r ee n g i n e e r i n g ；d a t a b a s e ；b s 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规 定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和 电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将 本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影 印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密影使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ”) 学位论文作者签名：司1 毛 日期z ，7 坪，2p 目 i 指导老师签名： 日期：m f ，囊 沁i 岵 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进 行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本 文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 本系统是在详细分析接触网检测管理内容的基础上，提出了优 化的管理流程，并结合先进的信息技术研发的管理信息系统，大 大提高了工作效率，是管理手段的一项创新。 2 用“电子工单”完成各工序问的任务传递，取消了纸介质信息 在检测线上的流动，实现了检测管理的自动化与无纸化。 3 在数据分页方面，将分页导航功能与数据显示功能完全独立开 来，代码复用率高，大大提高了数据查询效率。 4 系统具有实用性、开放性、先进性、安全性及可推广性。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 第1 章绪论 1 1 系统开发背景及意义 铁路是我国国民经济发展的基础，随着国民经济的快速发展，对铁路运输的 要求也日益增长，铁路现有的运输能力已经很难满足需要，从1 9 9 7 年开始进行 了6 次大规模提速。电气化铁路具有高效、重载和对环境污染小等优点，是高 速铁路发展的重要途径之一，也是目前铁路旧线路改造和新线路建设的首选。 从1 9 6 1 年8 月首次建成第一条电气化铁路一宝凤段并投入运行到现在，己经有 4 0 多年的历史。随着铁路电气化程度的不断加深，提高铁路供电系统的质量、 效率和可靠性，对铁路向高速重载方向发展具有重要的现实意义。 接触网是电气化铁路的主要供电装置之一，受电弓与接触网的滑动接触将电 能传给电力机车。接触线和受电弓之间接触良好与否，是保证电力机车取流质 量好坏的关键。接触网沿铁路线路架设，是户外供电装置，工作环境恶劣，经 常受到冰、风等恶劣气象条件的影响，在高速运行的情况下，弓网系统出现任 何偏差，都有可i i i i 发弓网故障，而接触网投资大，无备用，一旦发生故障， 将中断行车，影响运输生产。因此，为保证电气化铁路的安全运行，保证可靠 供电，在电气化铁路的施工和日常运营中，必须加强对接触网各项机械电气参 数的检测，以便防患于未然，保证接触网处于良好的工作状态n 副。 总之，接触网是电气化铁道的重要供电设备和行车设备，它必须保证不问 断地为电力机车供应工作电流；接触网本身也具有其特殊性，比如无备用、露 天架设、工作环境恶劣等；而且现在铁路为了适应国民经济建设的迫切需要， 正在逐渐向高速发展，可以预见，电气化铁路将全面向高速发展。因此，为了 保证电气化铁路地高效和安全运营，接触网必须保持良好的运行状态，而为了 保持接触网的良好运行状态，就要对接触网进行经常性的维护和调整，而这又 需要对接触网进行经常性地检测，以便提供维护和调整的依据。另一方面，人 工对接触网进行检测难度大、测量不准确、工作量大、工作效率低。所以，为 了保证电气化铁路地高效和安全运营，研制和运用自动化程度高、检测精度高、 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 能在高速运行状态下对接触网进行检测的设备以及功能全面、性能优良、操作 方便的配套弓网管理信息系统，来代替人工检测工作，随后根据检测结果进行 接触网的维护和调整，显得迫在眉睫。 基于以上背景并结合铁路局的具体需要，提出了本研究课题。 本文所述的弓网管理信息系统是弓网状态动态检测装置的一个软件子系统， 对实时检测子系统传输过来的参数检测数据进行一系列实时的事后的处理，检 测结果可以按照用户可选择的多种条件，以多种方式显示、存贮、统计、对比、 报表、打印和回放。这些经过系统处理后的报表结果不但可以正确反映接触网 的运行状态，为接触网的维护和调整提供科学依据，而且还可以为高速受流分 析和弓网系统的优化设计提供重要的试验数据和参考。 1 2 接触网检测的历史与现状 由于接触网在电气化铁道牵引供电系统中的重要性和特殊性，人们对接触 网检测技术进行了很多研究，而且取得了较好的研究成果，形成了系列产品并 得到广泛应用。 国外开始研究接触网检测技术可以追溯n - 十世纪四十年代，至今已有六 十年的历史。最初只是研制接触网参数的单项测量装置，到了二十世纪五十年 代才开始研制整车。日本、德国、法国及前苏联等国均已研制出不同型号的检 测车，其中尤以日本开发的系列接触网检测车最具代表性。这些检测车根据不 同的要求既有用来为现场运行服务的常规接触网参数测量，也有用来为研究高 速运行时弓网特性所需的参数测量。现在日本的接触网检测车突出检测弓网离 线、接触网磨耗，德国突出检测弓网接触压力，法国突出检测弓网动态弹性。 1 9 9 1 年日本急行电铁公司拥有了集接触网检测、信号检测和无线电检测于一 身的新型电气检测车，该车可以在l o o k m h 速度下检测接触网的高度、拉出值、 定位器坡度、离线、硬点、支柱号、跨距等参数。东京交通局1 9 9 1 年研制的接 触网检测车装有磨耗、拉出值、硬点、位置等参数的检测装置。法国国铁研制 的新型接触网检测车可以测试接触网静态几何特性，也可以试验受电弓与接触 网的动态情况，该车采用y 3 2 e i s 型转向架，可在2 7 0 k m h 的运行速度下检测接 触网线高度和拉出值。匈牙利研制了在高速运行情况下对接触线静态位置和受 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 电弓滑行轨迹进行检测的设备，它采用非接触式图像处理技术，可在1 6 0 k m h 的运行速度下对接触网的动态参数进行检测。德国的接触网检测车只检测高速 情况下的弓网接触压力，以便对接触悬挂和受电弓两者之间的关系进行评判。 奥地利生产的接触网检测车采用非接触方式测量弓网接触压力等参数。h 1 国内二十世纪六十年代初，就有铁道部铁道科学研究院开始研究接触网检测 技术，至今也有四十年的历史。二十世纪七十年代后期，成都铁路局和原西安 铁路局也参加到研究接触网检测设备的行列。我国自行研究开发接触网检测车 始于二十世纪八十年代，简单的检测设备安装在经过改造的客车车体上，主要 检测接触线高度和拉出值等参数。二十世纪九十年代，随着电气化铁道的发展 及检测技术的提高，接触网检测设备也有了长足的进步。西南交通大学从二十 世纪八十年代开始研究接触网检测技术，并与其他单位合作陆续开发了j j c 一1 型、j j c - 2 型、j j c - 3 型接触网检测车，在多年的现场应用中取得了较好的效果。 这些不同型号的接触网检测车的检测系统功能相差不大，只是检测车车体本身 有较大区别u 训。 j j c - 1 型由豪华型软卧车体和检测设备两部分组成，不带动力，和客车联挂 编组运行，一般加挂于客车的尾部。j j c - 2 型由车体和检测设备两部分组成， 车体为不带动力的轨道车辆，需要牵引车拖动运行，运行速度不超过l l o k m h 。 j j c - 3 型是在j j c 一2 型的基础上增加动力演化成的，它是中国国情与中国路情 相结合的产物，检测速度能达到1l o k m h ，对车辆进行改造后可达到1 4 0 k m h 。 而本文所述的弓网动态检测装置，是利用运营电力机车进行弓网故障的动态 检测，更重要的是，它具备与检测系统配套的、高效的、功能全面的数据处理 软件系统，即本文所论述的弓网管理信息系统。本管理信息系统与其配套的检 测系统能突破上述其他接触网检测车的一些局限性，满足电气化铁路新发展形 势下的新要求，具有广阔的应用前景。 1 3 本文的设计内容和方法 本文详细论述的是弓网管理信息系统的分析，设计与实现。这里所指的“信 息”有两大类：其一，检测接触网所必需的基础资料数据，包括线路数据、站 区数据、隧道数据、支柱数据、设备参数数据、供电段数据、供电车间数据和 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 网工区数据；其二，反映接触网运行状态的技术参数的检测结果，它们是运营 机车对接触网检测时，由检测前置系统传送过来的参数检测数据及故障视频， 通过网络传输到内网服务器中，并进行相关处理后的数据；其三，接触网故障 反馈信息，它们是指网工区根据报表中检测结果，对各个故障逐个核修，并予 以反馈。 在设计过程中，自始至终以软件工程思想为指导，采用软件工程技术，力 求本软件系统在功能和性能上符合设计要求，力求软件结构良好，力求软件文 档齐全。按照以上思路，本文共分为五章。第一章是本绪论，讨论研制本系统 的原因、国内外研究历史和现状、本系统的研究方法和内容。第二章介绍在本 软件开发过程中所采用的相关技术背景。第三章、第四章对弓网管理信息系统 进行了系统分析，包括系统目标，系统用户需求，数据流图及网络部署图，得 出了系统的解决方案，并把整个软件系统划分为5 个相对独立的模块：基础数据 录入模块、检测数据查询模块、故障反馈模块、设备管理模块和系统管理模块。 第五章以软件工程思想为指导，采用软件工程技术，按照总体设计、详细设计 编码与测试顺序分别详细论述各个模块的具体实现。最后是结论部分，对开发 的弓网管理信息系统的特点和不足等进行总结，并且指出了以后改进和努力的 方向。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 第2 章系统相关技术背景 2 1 弓网检测装置概述 2 1 1 检测装置主要功能 “弓网状态动态检测装置”( 以下简称“装置 ) ，是一种安装在机车上的接 触网状态动态参数定量、半定量自动检测装置。该“装置对接触网导线拉出 值、硬点冲击、导线高度等参数进行动态实时检测，并记录对应的公里标；当 这些参数的检测值超过预设门槛值时，“装置”自动记录超限数据信息和故障前 后几秒钟内的弓网状态图像，并经过g p r s 无线传输方式把故障信息及时传输给 地面工作站，经内网服务器的分析处理，使接触网运行状态得到实时、有效的 监控。“装置”的主要功能包括： ( 1 ) 对接触导线拉出值超限的自动检测。 ( 2 ) 对受电弓所受硬点冲击超限的自动检测。 ( 3 ) 对接触网导线高度超限( 或全程) 的自动检测。 ( 4 ) 对弓网运行状态故障点数据和图像的实时无线传输。 ( 5 ) 对弓网状态的实时监视。 ( 6 ) 对弓网状态的全程( 或故障点) 录像。 ( 7 ) 对高电压侧供电电池的自动充电控制。 ( 8 ) 自动记录故障点的机车运行信息，如公里标、机车运行速度等。 ( 9 ) 数据图像的转储、地面软件分析、数据保存及信息共享。 2 1 2 检测装置基本原理 “装置”的检测原理如图2 - 1 所示：在机车运行中，由浮充电换能器将高 压导电杆交变电流产生的磁能转换为电能，并给拉出值传感器、硬点冲击传感 器和数据发射机等提供工作电源。当传感器检测到拉出值、硬点冲击超限时， 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 其信号经数据发射机以光信号形式发送给位于低电压侧的数据接收机。 数据接收机则由数据采集处理主机提供d c l 2 v 的工作电源，当接收机接收 到数据发射机的光信号时则转换为电信号，其信号通过信号电缆传输给机车内 的数据采集处理主机，数据采集处理主机再通过信号电缆传输给t a x 2 装置的 “弓网检测单元”。而导高检测传感器位于车顶低电压侧，由t a x 2 装置的“弓 网检测单元 提供d c l 5 v 的电源，当传感器检测到接触网导线超限时。其信号 则直接通过信号电缆传输给机车内的t a x 2 装置的“弓网检测单元”。t a x 2 装置 的“通讯记录单元”通过r s - 4 8 5 通讯接口采集“机车运行监控装置”的基本信 息( 时间、公里标、速度、机车号、车次和司机号等) ，与弓网故障信号理主机 传输的信号经过处理后存储记录。当有故障发生时，t a x 2 装置的“弓网检测单 元”捕获到故障信息，并实时发送给图像分析处理主机，图像分析处理主机自 动截取发生故障前后几秒钟的弓网状态图像，并保存到硬盘上。 在“弓网检测单元”中记录的故障数据和图像分析处理主机中记录的图像 信息可以在机车回段后分别用转储器和移动硬盘转储导入地面客户端软件分 析，也可以在机车运行过程中，把检测到的拉出值、硬点、导高等故障信息通 过g p r sm o d e m 将这些数据和图像发送到g p r s 网络。经g p r s 网络传输给互联网， 再由地面服务器通过a d s l 直接连接上互联网，接收故障信息及图像数据。地 面服务器位于公众网( 俗称外网) ，该服务器通过隔离设备将故障数据和图像传 输到局内网服务器 机车车顶两端摄像机的视频信号送到车内司机室的图像分析主机，由图像 分析处理主机采集处理后分别传输给i 、i i 端的监视器，在司机室内任一端通 过监视器可观察到两端的弓网状态。同时，为保证机车在夜间和隧道内行驶时， 观察到清晰的弓网画面，在车顶i 、i i 位端安装照明灯，机车i 位端的前大灯 开关控制i i 位端的照明 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 i 端 端 车顶高电压部 图2 1弓网状态动态检测装置组成示意图 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 2 2 管理信息系统概述 传统的管理信息系统( m i s ) 源于2 0 世纪6 0 年代，它是随着数据库技术、 数据通讯和现代网络技术的飞速发展而产生的，以综合信息管理为目的。到八 十年代，现代意义上的具有决策功效的管理信息系统才逐渐形成。 随着管理信息系统建设规模越来越大，开发协调工作和系统维护工作将越 来越繁琐，在建设和开发过程中逐步开始引入一些已经成型的软件工程理论和 一些新的方法和技术，可以有效地避免建设“危机”，减少失败，提高建设质量。 在很长的一段时期内，i m s 系统建设和软件开发过程都是依据各自的一套理论 和方法，忽视了软件工程方法的应用，因此造成了一些软件开发的失败。 2 2 1 管理信息系统开发模式概述 管理信息系统通常采用客户机n 务器( c s ) 或浏览器服务器( b s ) 模 式开发，有一些系统也采用c s 与b s 混合的模式口7 1 。 1 c s 模式 c s 模式是一种分布式计算模式，它的优势在于广泛地采用了网络技术， 将系统中的各部分任务分配给分布在网络上担任不同角色的计算机，它把较复 杂的计算和管理任务交给网络上的高档机器一服务器( s e r v e r ) ，而把一些频繁与 用户打交道的任务交给前端较简单的计算机一客户机( c l i e n t ) ，通过这种模式完 全实现了网络上信息资源的共享。 c s 系统将应用程序分为两大部分：一部分是由多个用户共享的信息与功 能，这部分称为服务器；另一部分是为每个用户所专有，称为客户部分。客户 部分负责执行前台功能，如管理用户接口、数据处理和报告请求等；而服务器 部分执行后台服务，如管理共享外设、控制对共享数据库的操纵、接受并应答 客户机的请求等。这种体系结构由多台计算机分别执行，使它们有机地结合在 一起，协同完成整个系统的应用，从而达到系统中软、硬件资源最大限度的利 用。 c s 应用系统基本运行关系体现为“请求响应”的应答模式。每当用户需 要访问服务器时就由客户机发出“请求 ，服务器接受“请求并“响应”，然 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 后执行相应的服务，把执行结果送回客户机，由它进一步处理后再提交给用户。 c s 两层模式中，显示逻辑( 表示层) 和事务处理逻辑( 功能层) 均被放 在客户端，数据处理逻辑和数据库放在服务器端，从而使客户端变的很“胖”， 成为胖客户机，服务器端的任务相对较轻，成为瘦服务器。两层c s 系统结构 如图2 - 2 所示。 客户机 服务器 姓 漆求 攀务数姑 ( = 缵 处群 处理 a1-攒-生一 逻 辚 逻辚晌成逻辚 图2 - 2c s 两层结构图 2 b s 模式 b s 模式实质上也是一种c s 结构，它是由传统的二层c s 结构发展而来 的三层c s 结构在w e b 上应用的特例。b s 模式是随着i n t e r n e t 的广泛应 用，以及基于i n t e r n e t 的企业网络的发展应运而生的。 在b s 的系统中，用户可以通过浏览器向分布在网络上的许多服务器发出 请求。b s 结构极大地简化了客户机的工作。客户机上只需安装、配置少量的 客户端软件即可，服务器将担负更多的工作，对数据库的访问和应用程序的执 行将在服务器上完成。 2 2 2b s 模式三层体系结构 在b s 体系结构中，逻辑上将应用系统分为表示层( p r e s e n t a t i o n ) 、功能 层( b u s i n e s sl o g i c ) 、数据层( d a t as e r v i c e ) ，且这三层被分割成三个相对独 立的单元。 ( 1 ) 表示层 表示层即w e b 浏览器，它是用户和信息系统的界面，用户通过表示层调用 系统中的应用，访问系统数据。表示层的主要功能如下： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 认证与授权：认证是用户在信息域中应用数据的前提。用户登陆信息域后， 首先需要经过认证，在核定其身份后，根据用户权限，确定该用户在信息 域中可以访问的数据和可以使用的应用，通过基于角色的个性化页面为其 提供服务。认证也是保证信息安全的前提。 信息集成：对用户有权使用的信息，在用户的页面中进行集成，以方便用 户的使用。信息集成包括对用户可使用的数据的集成和用户可调用的应用 的集成。 令搜索：信息搜索是用户在信息域中发现信息、搜寻信息的有效手段。表示 层统一为用户提供简洁易用的界面，在应用层则采用统一的应用调用机制 和数据访问机制，根据用户权限，实现应用和数据的集成。 在表示层中包含系统的显示逻辑，位于客户端。它的任务是由w e b 浏览器 向w e b 服务器提出服务请求，w e b 服务器对用户身份进行验证后用t c p i p 协议把所需的主页传送给客户端，客户机接受传来的主页文件，并把它显示在 w e b 浏览器上。 ( 2 ) 应用层 应用层是实现各类业务逻辑的部分，是整个系统架构的关键，位于w e b 服 务器端。它的任务是接受用户的请求，首先需要执行相应的扩展应用程序与数 据库进行连接，通过s q l 等方式向数据库服务器提出数据处理申请，而后台 数据库将数据处理的结果提交给w e b 服务器，再由w e b 服务器传送回客户 端。该层被纵向划分为若干个子系统，每个子系统又被划分为许多的应用，每 个应用对应于现实域中的一个业务流程，对数据层和表示层具有统一的调用接 口，所以应用层是具有标准接口的、面向业务过程的各项应用的集合。 ( 3 ) 数据层 在数据层中包含系统的数据处理逻辑，位于数据库服务器端。它的任务是接 受w e b 服务器对数据操纵的请求，实现对数据库查询、修改、更新等功能， 把运行结果提交给w e b 服务器。数据层是整个信息系统的核心。该层需具备 海量的数据存储功能、数据管理功能和数据服务功能。 在三层b s 结构中，客户机把事务处理逻辑部分分给了w e b 服务器，不 再负责处理复杂计算机和数据访问等关键事务，只负责显示部分，使客户机一 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 下子“苗条 了许多。同时维护人员不再为程序的维护工作奔波于每个客户机 之间，而把主要精力放在功能服务器上程序的更新上。这种三层结构层与层之 间相互独立，任何一层的改变不影响其它层的功能，从根本上克服了传统的二 层c s 体系结构的缺陷。三层b s 结构如图2 3 所示。 浏览器w e b 服务器数据库服务器 谴事务 请求 j 请求 数搬 ( ) 刀i处理l i 、 逻逻辑 处理 数据库 辑 逻辑 i _ 一 晌 赶 响心 图2 - 3b s 三层结构 2 2 3c s 模式与b s 模式的优缺点分析 ( 1 ) c s 模式的优缺点 传统的两层客户n 务器( c s ) 模式比较适合于小规模、用户较少、单一数 据库且在安全、快速的网络环境下( 例如局域网) 运行。但是随着系统规模不断 扩大、复杂性越来越高，且在多用户、多数据库、非安全性的网络环境下，c s 模式存在着软硬件组合、集成能力有限，升级维护困难，可扩展性差等缺点。 ( 2 ) b s 模式的优点 ( 1 ) 良好的灵活性和可扩展性。对于环境和应用条件经常变动的情况，只要对 应用层实施相应的改变，就能够达到目的。 ( 2 ) 可共享性。单个应用服务器可以为处于不同平台的客户应用程序提供服 务，在很大程度上节省了开发时间和资金投入。 ( 3 ) 较好的安全性。在这种结构中，客户应用程序不能直接访问数据，应用服 务器不仅可控制哪些数据被改变和被访问，而且还可控制数据的改变和访问方 式。 ( 4 ) 增强了企业对象的重复可用性。“企业对象是指封装了企业逻辑程序代 码，能够执行特定功能的对象。随着组件技术的发展，这种可重用的组件模式 越来越为软件开发所接受。 西南交通大学硕士研究生学位论文第12 页 ( 5 ) 三层模式成为真正意义上的“瘦客户端”，从而具备了很高的稳定性、延 展性和执行效率。 ( 6 ) 三层模式可以将服务集中在一起管理，统一服务于客户端，从而具备了良 好的容错能力和负载平衡能力。 ( 3 ) c s 与b s 体系结构的功能比较 b s 体系结构与c s 体系结构相比，不仅具有c s 的所有优点，而且又具 有c s 所没有的独特优势。其功能比较如表2 1 所示。 表2 - 1b s 与c s 体系结构功能比较 项目c sb s 标准只要在内部同意的标准即可， 开放的，非专用的，经过标准化组织确定的标 应用往往是专用的准，具有通用性和跨平台性 开发与 必须开发出专用的客户端软只需在客户端装有通用的浏览器即可，维护 维护成件，安装、配置、升级都要在和升级都在服务器端进行，客户端不做任何改 本所有客户机上实施，浪费人和变，大大降低了开发与维护成本，用户界面都 物力 统一在浏览器上，易于使用，界面友好，使用 其他软件，不需要再学习。 界面和用客户界面由客户端软件决 用户界面都统一在浏览器上，易于使用，界面 使用定，使用方法和界面各不相同，友好，使用其他软件，不需要再学习。 每推广一种c s 系统，用户都 要从头学起 客户端客户端具有显示和处理数据的客户端不负责数据库的存取和复杂的计算等， 功能，对客户端要求很高，是只进行显示，大大降低了对客户端的要求是一 一个“胖”客户机个“瘦”客户机 灵活性系统的三部分模块中只要有一系统的三部分模块相互独立，其中一部分改变 部分改变，就要关联到其他部不会影响其他部分，系统改变，可用不同厂家 分模块的变动使系统升级难。 的产品组成性能更佳的系统。 安全性客户机直接与数据库服务器连系统在客户机上与数据库服务器之间增加了 接，用户可轻易的改变服务器一层w e b 服务器，客户机无法直接操纵数据 上的数据系统安全性不好保证库，有效的防j 卜非法入侵。 西南交通大学硕士研究生学位论文第13 页 b s 模式是随着i n t e r n e t 发展起来的一种网络服务应用系统结构，它可以 使用v i s u a lb a s i c 、v i s u a lc # 、a s p 、p h p 、a s p n e t 和j a v a 等众多功能强 大的开发工具或语言开发网络应用程序，服务器上使用后台数据库保存用户数 据。b s 结构的管理信息系统在技术上已经相当成熟，为广大程序开发人员所 采用。 本文所论述的弓网管理信息系统主要采用b s 模式，本系统的三层结构如 2 3 开发平台概述 2 3 1 开发工具选择 m i c r o s o f t 公司的n e t 技术和s u n 公司的j 2 e e 技术是目前的企业w e b 服务平台市场的两个最重要的应用框架。j 2 e e 平台在过去几年里一直引领着企 西南交通大学硕士研究生学位论文第14 页 业应用的潮流，相对于j 2 e e 技术，n e t 是一个新生事物，它在2 0 0 0 年7 月 才被推出，但是n e t 平台一经推出就吸引着众多i t 企业和开发人员的注意 力，n e t 技术已经成为j 2 e e 技术强有力的竞争对手。 j 2 e e ( j a v e 2 企业版) 是一组规范集，每一个规范规定了j a v a 技术应当如何 提供一种类型的功能。j 2 e e 平台为基于多层分布式应用模型上的j a v a 应用的 设计、开发、装配和部署提供了一个完整的框架。j 2 e e 规范为开发应用和企业 系统集成定义了数目众多的应用编程接口( a p i ) 和多种应用编程模型。 最新的j2ee 规范包括e j b 2 0 ，j 2 e ec o n n e c t o r a r c h i t e c t u r e l 0 ， j d b c 2 0 ，j s p l 2 ，s e r v l e t 2 3 ，j t a1 0 1 ，j a v ar m i1 0 ，r m i i i o p1 0 ，j a r s 1 0 ，j a v a m a i l l 1 ，j a x p1 1 等。j 2 e e 本身是一个标准，而不是一个现成的 产品。 两者的相似性 1 ) 都采用更易于重用别人创建的代码组件的程序设计模型，通过向开发者提 供己有的组件，消除了重写底层例程的必要，从而提高开发者的开发效率。 2 ) 都通过消除或减少对c 这样的开发语言的易出错结构的使用，以及使用 强迫对所有代码组件间的交互点作清晰定义的编程模型，增强了软件的可靠性。 3 ) 都有一个受控的运行时环境，它不但将源代码转换成中间语言，而且将这 些中间语言编译成本地的可执行代码。 4 ) 都有垃圾自动回收机制、动态类加载和异常处理等。 5 ) 都倡导和支持基于组件的设计、多态性、继承和接口等，也提供基础类库 来执行i o ，x m l 处理、带有连接池的数据库接入、文本操作与网页脚本编写等。 6 ) 都经过特有的销售商的产品进行发布。 7 ) 都和第三方的产品一起工作，例如，在后端数据库领域，n e t 和基于j 2 e e 的应用程序都能和o r a c l e ，s q ls e r v e r 、d b 2 等数据库进行交互。 8 ) 类库都向应用程序开发者提供预先写好的功能，包括：编码服务，网络服 务，系统管理服务，服务器服务，以及连结外部源的服务。 9 ) 都用于运行在w e b 服务器上的动态w e b 页的开发环境。 1 0 ) 都同时支持c s 模式和b s 模式 两者的不同点： 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 1 ) 虚拟机：n e t 的虚拟机称作c o m m o nl a n g u a g er u n ti m e ( c l r ) ，j 2 e e 使 用j a v av i r t u a lm a c h i n e ( j v m ) 。 2 ) 语言支持：n e t 支持c # n e t ，v b n e t ，v c + + n e t 等语言，j 2 e e 是 单一语言平台。 3 ) 编译方式：n e t 编译器将源代码编译成中间代码( i l ) ，在执行时，中间语 言被即时编译器( j i t ) 编译成特定平台的止进制代码；j 2 e e 将源代码编译成字 节代码( b y t ec o d e ) ，执行时，字节代码则通过j v m 解释执行，完成各自语言 的指令功能。n e t 代码的执行速度较之j a v a 有明显的优势。 4 ) 跨平台性：n e t 技术承诺实现跨平台，但应该承认目前在这方面是做的 不够的；j 2 e e 是跨平台的，这一特性优于n e t 。 5 ) 基于桌面的应用程序开发：n e t 和j 2 e e 都提出了基于桌面的应用程序 开发组件，n e t 的是w i n f o r m s ，j 2 e e 的是j a v aa p p li c a t i o n w i n f o r m s 依 赖微软桌面系统的大然优势，不管在交互速度还是在界面的表现性能上都较 j a v aa p p l i c a t i o n 稍胜一筹。 6 ) 基于浏览器的w e t 应用开发：n e t 和j 2 e e 都提出了基于浏览器的w e b 应用的开发组件，n e t的是a s p n e t ，j 2 e e的是j a v a s e r v l e t j s p ，s e r v l e t j s p 与a s p n e t 是目前企业在“瘦客户端”应用的重点。 两者都基于h t t p 请求响应模型，通过h t m l 浏览器页面完成用户交互。a s p n e t 在底层通过编译执行获得了相当高的处理速度，和在服务器方控件的浏览 器自适应能力。 7 ) 组件建立方式：n e t 组件是建立在新型的c o m 服务之上，通过元数据 支持自描述性的组件开发、x c o p y 部署以及多版本共存，而无需注册表和描述 文件：j 2 e e 的组件是e j b ，它是一个成熟的、得到业界广泛支持的大型企业级 组件框架，e j b 的核心是容器，容器是一个为组件提供服务的运行时环境，负 责为组件提供诸如事务处理、持久性、安全性、组建状态自动化管理等服务， 它分离了商业逻辑和系统底层逻辑，使开发人员的工作大为简化。 8 ) 数据库连接存取模型：n e t 通过a d o n e t 组件实现，a d o n e t ，可以 与许多类型的对象交互，不仅有存储在数据库中的数据，还有存储在电子邮件 服务器、文本文件、应用程序文档和x m l 中的数据；j 2 e e 通过j d b c 组件实 西南交通大学硕士研究生学位论文第16 页 现。 9 ) 对x m l 技术的整合：n e t 对丁x m l 的整合很好。x m l 是在j 2 e e 诞生 之后出现的技术，所以j 2 e e 后来才把x m l 整合进来的，所以对x m l 的整合 程度不够。 1 0 ) 数据库连接池：n e tf r a m e w o r k ，是根据需要自动建立和管理这些连接 池的；而在j 2 e e 模型中，连接池必须被明确配置和管理。 1 1 ) 部署的简便性：在n e t 中，要部署一个应用程序，管理员只需要拷贝 文件。而在j 2 e e 中，管理员必须将很多编译文件和j a r ，w a r 以及e a r 绑定， 然后由一个特定的服务器部署工具中解开并运行它们，接着拷贝结果档案。这 个多步部署过程意味着典型的编辑编译调试循环被大大延长了。此外，由于 动态加载类过程中的一些变化，更新一个简单的类常常需要重新启动基于j 2 e e 的服务器。 1 2 ) 宽度和广度：n e t 包括代码、产品、工具和构架，利用网络上全部的 计算资源，包括各个人电脑和服务器等。n e t 使所有的这些设备能经过标准 通讯协议全部连接在一起，即所谓的“x m lw e b 服务7 7 0 n e t 模型是广泛的分 布式计算，它和许多代码互相通讯并交换信息。j 2 e e 是面向服务器的模型，它 并不开发网络上的智能和计算功能。总的来说，基于j 2 e e 的产品只支持服务 器端的应用程序。j 2 e e 一般把p c 只看作是一个h t m l 的浏览器，而将这些设 备认为是哑终端。至于x m lw e b 服务，现有的协议标准支持分布式的计算，现 有版本的j 2 e e 规范并没有提到x m lw e b 服务的问题， 但是基于j 2 e e 的产品在添加了附加装置后也可以支持x m lw e b 服务。然 而，添加附加装置也就意味着有严格的限制。例如，还不清楚现有的规范是否 允许e j b 调用w e b 服务，虽然w e b 服务的组件能调用一些e j b 程序。 通过上述比较并结合现场应用，我们选择n e t 为本课题的开发平台。 2 3 2 系统开发环境 ( 1 ) 服务器端 操作系统：m i c r o s o f tw i n d o w ss e r v e r2 0 0 0 2 0 0 3 w e b 服务器：m i c r o s o f t i i s5 0 或更高 西南交通大学硕士研究生学位论文第17 页 数据库服务器：s q ls e r v e r2 0 0 0 2 0 0 5 ( 2 ) 客户端 操作系统：w i n d o w s 系列，l i n u x 系列 浏览器：支持常用的浏览器 ( 3 ) 系统开发工具 ii s 6 0 ( n e tf r a m e w o r k 2 0 ) v i