水信息系统综合集成研究与应用

论文摘要

水信息系统综合集成是一个涉及水利工程、计算机科学和系统科学等交叉学科的前沿性研究,涉及业务领域较广、信息组织方式多种多样、体系结构种类繁多。水利系统是一个开放复杂巨系统,水信息系统是水利业务系统的高度抽象。本文结合国家863计划项目,在分析水利领域的信息应用特点、水信息系统集成复杂性问题的基础上,采用系统科学的思想方法,运用计算机和人工智能等先进的技术手段,建立水信息系统综合集成研讨厅,重点解决水信息系统通用性差、可扩展性差、功能单一、应用模式单一、系统独立、重复开发等问题。从构建复杂水利业务应用,到应用系统综合集成,论文取得的主要成果如下：(1)从系统复杂性和传统水信息应用系统,探讨了系统综合集成应用新模式在对水信息系统进行复杂性和传统水信息应用系统存在问题分析的基础上,从应用系统集成复杂性方面指出应用模式的重要性,建立综合集成应用模式是解决水信息系统综合集成的问题重要途径之一。新的应用模式是以集成平台与构件服务为核心,在综合集成研讨厅框架下,采用人机结合,人机相互启发,实现水信息系统的集成和个性化应用。(2)提出了水信息系统综合集成研讨厅的总体框架在系统科学理论的指导下,结合水利业务领域的实际需求,提出了水信息系统综合集成研讨厅的总体框架。总体框架包括：资源层、综合集成层和用户层。在综合集成层中,综合集成平台的功能框架和服务构件的描述模型是研究重点,对平台要求：通用化、实际化、友好化；对业务对象抽象要求：具体化、标准化、构件化；对应用开发要求：快速化、高效化、实用化。(3)应用多种技术和工具,实现了综合集成平台原型按照从定性到定量的综合集成思想,在水信息系统综合集成研讨厅总体框架要求下,具体设计并落实到了综合集成平台。平台是以水利系统为对象,采用构件、SOA、Web服务、服务组合以及知识图等关键技术来实现。采用平台可以解决水利领域数据集成、信息组织和知识管理等问题,在预警监视、信息服务和决策服务等方面有特点。特别是可以实现异构数据及信息源跨空间、跨时间的有效整合；不同应用(包括遗留应用)系统的集成；专家领导的决策会商等。(4)以Web服务为标准,把水利业务抽象为构件,设计和开发了水利服务构件库水利Web服务构件是对水利业务对象的抽取和分类,由水利构件描述模型描述业务标准,由Web服务标准确定构件软件的开发标准。按照标准就可以保证构件在综合集成平台上快速搭建水利业务应用,实现水利业务应用的个性化定制。(5)在新的应用模式下,开展了基于综合集成平台和基于构件的应用搭建在综合集成平台上搭建了以“降雨为主”的主题应用；以构件为核心的移动应用；结合三维可视化的洪水淹没原型系统等三个方面的应用尝试。应用实践证明,综合集成研讨厅是解决水信息系统集成复杂性的关键；平台和构件是灵活搭建水利应用的基础；丰富的可视化表现是先进技术综合应用的结果。水利信息化是一个过程,本论文研究仅是开始；水信息系统综合集成面临的复杂性、社会性和普遍性将促使我们继续深入工作；水信息系统综合集成上所做的尝试和初步应用让我们看到了光明。尽管在框架、平台和构件方面,本论文已奠定了基础,有了扩展的思路和途径,但是,面向服务的应用还要进一步检验,需要大规模的应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 水信息系统复杂性分析
• 1.1.1 从水利业务角度分析系统复杂性
• 1.1.2 从软件体系结构角度分析系统复杂性
• 1.1.3 从信息学角度分析系统复杂性
• 1.2 传统水信息系统存在的问题
• 1.3 相关问题研究进展
• 1.3.1 国外研究进展
• 1.3.2 国内研究进展
• 1.4 论文研究内容和技术路线
• 1.4.1 本文研究思路
• 1.4.2 本文的研究内容
• 1.4.3 论文的技术路线
• 1.4.4 论文研究框架
• 2 水信息系统综合集成应用模式
• 2.1 "还原论"及其局限性
• 2.2 综合集成理论概述
• 2.3 应用模式的重要性
• 2.3.1 解决业务领域涉及面广的需要
• 2.3.2 解决信息组织多样的需要
• 2.3.3 解决系统体系结构种类繁多的需要
• 2.3.4 解决系统用户需求不一和开发人员参差不齐的需要
• 2.4 综合集成应用模式的建立
• 2.4.1 综合集成应用模式
• 2.4.2 以平台为核心的应用模式
• 2.4.3 以构件为核心的应用模式
• 2.4.4 两种应用模式的关系
• 2.5 本章小结
• 3 水信息系统综合集成研讨厅的总体框架
• 3.1 总体框架
• 3.2 综合集成平台
• 3.2.1 人机交互接口
• 3.2.2 研讨厅支撑环境
• 3.2.3 知识处理与管理
• 3.2.4 通讯与传输管理
• 3.2.5 应用集成支持
• 3.2.6 决策报告生成与管理
• 3.2.7 系统维护
• 3.3 服务构件
• 3.3.1 构件基本概念
• 3.3.2 构件描述及构件模型
• 3.3.3 水利构件描述模型
• 3.3.4 水利构件部署模型
• 3.4 本章小结
• 4 综合集成平台设计与实现
• 4.1 平台总体设计
• 4.1.1 平台总体架构
• 4.1.2 应用开发架构
• 4.1.3 应用部署架构
• 4.2 平台支撑层设计与实现
• 4.2.1 Gnutella网搭建
• 4.2.2 P2P交互系统设计
• 4.3 平台资源层设计与实现
• 4.3.1 实时水雨情数据库设计
• 4.3.2 防汛管理数据库设计
• 4.4 平台综合集成层设计与实现
• 4.4.1 应用集成支持设计
• 4.4.2 研讨支持环境设计
• 4.4.3 基于iReport的决策报告生成与管理设计与实现
• 4.4.4 系统维护设计与实现
• 4.5 平台特点及意义
• 4.6 本章小结
• 5 水利构件设计与实现
• 5.1 水利构件抽取和分类
• 5.1.1 按水利业务领域层次结构分类
• 5.1.2 按粒度及应用组合分类
• 5.2 基于Web服务构件的实现技术
• 5.2.1 面向服务的体系结构
• 5.2.2 SOA参考模型
• 5.2.3 Web服务
• 5.3 服务构件实现
• 5.3.1 水利服务构件分析
• 5.3.2 服务构件开发UML图
• 5.3.3 水利服务构件开发标准
• 5.3.4 输入输出约束
• 5.3.5 开发步骤
• 5.4 本章小结
• 6 以平台为核心的主题应用实践
• 6.1 降雨主题确定
• 6.2 绘制知识图
• 6.2.1 "降雨为主"的主知识图
• 6.2.2 雨情主题子知识图
• 6.2.3 河道水情相关子知识图
• 6.2.4 水库水情相关子知识图
• 6.2.5 防汛管理及保障设施子知识图
• 6.3 Web服务构件定制和与知识图关联
• 6.3.1 流量过程线Web服务组合应用过程
• 6.3.2 地理信息定制构件
• 6.4 主题应用的运行界面
• 6.4.1 雨情主题运行界面
• 6.4.2 河道相关运行界面
• 6.4.3 水库相关运行界面
• 6.4.4 防汛管理及保障设施运行界面
• 6.5 本章小结
• 7 以构件为核心的移动应用实践
• 7.1 移动应用总体设计
• 7.1.1 管理子系统设计
• 7.1.2 WAP子系统设计
• 7.1.3 SMS子系统设计
• 7.1.4 实时雨情移动应用运行界面
• 7.2 扩展业务构件进行水利应用构建
• 7.3 本章小结
• 8 多种表现形式对综合集成应用模式支持的洪水淹没原型系统应用实践
• 8.1 洪水淹没模拟方法简述
• 8.1.1 水文模型
• 8.1.2 水力学模型
• 8.2 DEM的主要表示模型
• 8.3 基于四叉树的金字塔模型索引方法
• 8.3.1 线性四叉树的几个概念和约定
• 8.3.2 线性四叉树层次编码特性剖析
• 8.3.3 线性四叉树邻域的确定
• 8.3.4 边邻域、角邻域关系判定
• 8.3.5 基于金字塔模型的遥感显示应用实现
• 8.4 基于等高线的洪水淹没仿真
• 8.4.1 最大淹没范围的确定
• 8.4.2 淹没区等高线的生成
• 8.4.3 淹没区等高线的裁剪
• 8.4.4 等高线面积的计算
• 8.4.5 淹没区水体体积的计算
• 8.4.6 高程的反算
• 8.4.7 洪水淹没结果界面
• 8.5 本章小结
• 9 结论与展望
• 9.1 论文取得的主要成果
• 9.1.1 从系统复杂性和传统水信息应用系统,探讨了系统综合集成应用新模式
• 9.1.2 提出了水信息系统综合集成研讨厅的总体框架和开展了在新模式下的应用集成创新
• 9.1.3 应用多种技术和工具,实现了综合集成平台原型
• 9.1.4 以Web服务为标准,把水利业务抽象为构件,设计和开发了水利服务构件库
• 9.2 进一步研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A
• 一、博士期间发表的学术论文
• 二、博士期间参与的科研项目
• 附录B
• 一、水利服务构件开发标准
• 二、JELLY
• 三、输入的XML
• 四、输入的SCHEMA
• 五、输出的XML
• 六、输出的SCHEMA