1、基于嵌入式防汛抗旱决策支持系统项目可行性研究报告基于嵌入式防汛抗旱决策支持系统项目可行性研究报告目 录一、选题的必要性 11、项目所处技术领域产业政策 12、项目所处技术领域技术发展现状 13、项目技术先进性，对相关领域技术进步的推动作用 24、项目目前进展情况 2二、技术方案论述 31、项目技术关键点或创新点论述 32、项目技术方案论述 32.1、本项目主要研究的技术内容 42.2、项目的开发方法及开发工具 93、项目技术质量指标 113.1、项目产品主要技术性能指标 113.2、项目执行标准 114、分阶段描述项目执行过程中各阶段目标 125、项目经费预算情况 135.1、项目投资与资金筹
2、措表 135.2、项目拟购设备清单 145.3、申请科技三项经费使用预算表 15三、项目实施支撑条件 161、项目技术来源 162、项目实验、检测条件 163、项目申请单位人才资源情况 164、项目组人员专业结构、职称结构 175、项目新增投资筹集情况 18四、项目预期经济效益 181、预期市场需求 182、预期盈利水平 183、预期产业化前景 194、项目实施风险分析 20五、项目预计社会效益、环境效益 201、对社会发展的作用 202、对资源利用情况 213、对人才培养情况 214、环境影响及效益 21一、选题的必要性1、项目所处技术领域产业政策该项目采用移动手持设备嵌入式软件开发技术，是
3、软件开发的热门领域。我国政府已充分认识到嵌入式软件的重要作用，2004年国家发改委、科技部、商务部联合颁布的当前优先发展的高技术产业化重点领域指南，就把嵌入式软件产业作为国家发展的一个重要领域。项目采用目前成熟的无线网络：GPRS或CDMA作为数据传输媒介。 随着3G时代的即将来临，无线移动通讯网络运用的推广和深化是国家信息化产业的重要目标。江西省2007年科技计划项目把面向移动终端的嵌入式软件开发纳入到科技支撑计划里面。2、项目所处技术领域技术发展现状随着移动手持设备应用的逐渐升温，该领域运用的技术发展是日新月异。首先该技术基于的操作系统有多种，包括传统的Palm OS、后来居上的WinCE
4、、以及大部分底端手机采用的Symbian OS和逐渐流行的嵌入式Linux系统等，这些大的操作系统生产厂商为争夺市场份额，推陈出新，系统的功能也不断增强，为在此基础上快速开发复杂的应用程序成为可能。其次移动手持设备（OEM）生产厂家为了迎合消费者，基于以上嵌入式操作系统推出的产品更新换代也很迅速，这些产品的提供的功能已经远远超出了传统手机语音和短信通讯的范畴，逐渐渗透到娱乐、商务、信息服务、工业控制等多个领域。由此产生的基于移动手持设备的嵌入式软件开发的市场需求巨大，进而推动了该领域软硬件技术的发展。运用现有的第二代无线通讯网络(GPRS/CDMA)进行网络数据传输，传输速率和稳定性能满足现有
5、业务的需要。该项目运用于水利行业的防汛抗旱决策支持领域，随着水利行业信息化脚步的加快，先后有多套防汛抗旱决策支持系统面世，该行业的业务技术已发展的比较成熟，为在嵌入式设备上的实现该类系统奠定了基础。3、项目技术先进性，对相关领域技术进步的推动作用本项目定位在面向移动终端的嵌入式行业应用软件开发上。为提高产品的可通用性，项目推出多个版本，支持包括基于WinCE或Linux系统的PDA(Personal Digital Assistant)、智能手机和其他支持Java的底端手机等。并把地理信息系统(GIS)运用到项目中，在部分高端移动终端设备上系统提供水利行业的GIS应用。项目的业务逻辑用WEB
6、Service实现，系统采用面向服务架构(SOA)，符合分布式系统的要求，提高了数据安全性和产品的可扩展性和平台无关性。项目采用的技术和开发方法是主流的、先进的。 现有的水利行业的防汛抗旱决策支持领域的操作都是局限于目前“有线”的网络指挥平台，需要防汛抗旱决策人员在自己的办公室或是会商室来进行指挥、决策、调度、而对相关人员出差、外出等不在办公室的时候想要实时关注最新的实时汛情信息，在这样的情况下就有了比较大的困难。同时，汛期期间发生重大汛情时，防汛抗旱值守人员或有关部门领导经常打电话了解一些实时信息，如江河水位、台风位置等等；防汛抗旱办公室领导和有关工作人员也需要主动了解信息，并将一些汛情信号
7、告知有关部门和防汛抗旱指挥部领导。随着防汛抗旱工作对这种移动业务的迫切要求，需要一种“无线”的平台来弥补目前已经建成的“有线”平台在移动业务中的不便。该项目针对这种情况，为防汛抗旱提供基于移动终端的解决方案，为水利行业信息化技术的纵深发展起到了推动作用。4、项目目前进展情况本产品从筹划至今，已经过反复论证和调研。在产品的第一个版本稳定运行的基础上，相继完成了第二个替代版本的开发，并进入内部测试阶段。第二个版本很大程度上满足了用户的需求。随着第二个版本V1.2的推出，结合用户的反馈信息，在此基础上做扩展，包括集成GIS应用，即可形成有市场竞争力的第三个版本V2.0的产品。二、技术方案论述1、项目
8、技术关键点或创新点论述该项目采用面向移动终端的嵌入式系统的开发方法，把这些决策支持系统集成到携带方便的PDA(个人数字助理)、智能手机或其他手持设备上，以成熟、稳定、覆盖面广的公共无线网络为载体，使用户随时随地能了解最新的水情、雨情、台风、气候等多方面的水文信息，提供多种图文分析结果和报警功能，为防汛抗旱决策者提供第一手资料，为防汛赢得宝贵时间；最终输出产品要充分考虑到手持终端设备在处理器速度、存储容量、电源等性能方面较多限制，加之目前的公共无线网络的数据业务，如GPRS、CDMA网络等都按数据流量计费，而且网络接入速度慢，因此应采用合理的设计模式，才能被用户接受；关键技术点和创新点包括：A)
9、系统采用嵌入式开发方法，支持多种手持终端设备：包括基于WinCE、Linux系统的PDA和智能手机、以及支持Java的普通手机；B)涵盖防汛抗旱决策支持系统的多种功能，包括实时水雨情、遥测水文数据、气象卫星云图、台风路径、天气预报等数据分析功能；C)系统采用C/S(客户端/服务器）的设计模式，以WEB Service的方式提供数据服务；D)地理信息系统(GIS)在移动终端设备上的运用。E)采用GPRS/GSM Modem设备实现防汛抗旱短信息报警功能。2、项目技术方案论述项目采用现有主流、可靠、成熟的技术。包括基于WinCE系统的嵌入式软件开发、基于J2ME框架的软件技术开发、基于Linux的
10、嵌入式开发方法、嵌入式GIS的应用、WEB Service技术。2.1、本项目主要研究的技术内容A)基于WinCE系统的嵌入式软件开发Windows CE是微软为嵌入式设备打造的通用操作系统，不象其它的微软 Windows 操作系统，Windows CE 并不是代表一个标准的相同的对所有平台适用的软件。为了足够灵活以达到适应广泛产品需求, Windows CE 采用标准模式，可以通过设计一层位于内核和硬件之间代码来用设定硬件平台，从而使产品定制。微软Windows CE 被设计成针对小型设备(它是典型的拥有有限内存的无磁盘系统)的通用操作系统。Windows CE 可以通过设计一层位于内核和硬
11、件之间代码来用设定硬件平台，这即硬盘压缩层(HAL)，(为 OEMC （原始设备制造)适应层，即 OAL； 内核压缩层，即 KAL)区别于其它的微软 Windows 操作系统，Windows CE 并不是代表一个标准的相同的对所有平台适用的软件。为了足够灵活以达到适应广泛产品需求, Windows CE 采用标准模式，这就意味着，它能够由一系列软件模式做出选择，从而使产品定制。另外，一些可利用模式也可作为其组成部分，这意味着这些模式能够通过从一套可利用的组份做出选择，从而成为标准模式，通过选择，能够达到系统要求的最小模式， OEM 能够减少存储脚本和操作系统的运行。Windows CE 关于
12、VS 开发系统嵌入式工具包，提供系统库、工具、文本和样本代码，以使 OEMS 能够对特定的硬件平台使 Windows CE 标准定制。嵌入式工具包也包括设备驱动包(DDK)和软件开发包(SDK) ，DDK 提供了关于写驱动器的附加文本，SDK 提供库、头文件、样本代码、文本以允许，开发者对基于 Windows CE 的平台进行写操作。 Windows CE 提供了相同的程序界面，以用来为其它的视窗操作系统开发功能。B)基于J2ME框架的嵌入式软件技术开发J2ME即Java 2 Micro Edition，是SUN公司推出的在移动设备上运行的微型版Java平台，常见的移动设备有手机，PDA，电子
13、词典，以及各式各样的信息终端如机顶盒等等。最重要的移动终端当然是手机了。由于移动终端的类型成千上万，而且计算能力差异非常大，不可能像桌面系统那样仅仅两三个版本的JVM即可满足Windows，Linux和Unix系统，因此，J2ME不是一个简单的微型版的JVM。为了满足千差万别的移动设备的需求，SUN定义了一系列的针对不同类型设备的规范，因此，J2ME平台便是由许多的规范组成的集合。SUN把不同的设备按照计算能力分为CLDC(Connected Limited Device Configuration)和CDC(Connected Device Configuration)两大类，这两个Conf
14、iguration是针对设备软硬件环境严格定义的，比如CLDC1.0定义了内存大小为64-512k，任何设备如果支持CLDC1.0，就必须严格满足定义，不能有可选的或者含糊的功能。与Configuration相比，Profile更多是针对软件接口的定义，Profile有必须实现的，也有可选的功能，因此，Profile更灵活。最重要的Profile是MIDP(Micro Information Device Profile)，MIDP定义了能在Java手机上运行的Java程序的规范，包括应用程序生命周期，各种UI界面组件，支持Record存储和Http连接等等，可以直接通过无线网络下载到手机并运
15、行。Profile有许多可选包，比较实用的Profile还有在JSR135定义的MMAPI(Mobile Media API)，实现多媒体播放功能;在JSR184定义的M3G API(Mobile 3D Graphics API)，实现3D功能;在JSR120定义的WMA(Wireless Messaging API)，实现短消息收发。本项目采用MIDP1.1和2.0标准，并选用JSR 127和JSR120定义的API。C)基于Linux的嵌入式开发方法Linux 操作系统是一种性能优良、源码公开且被广泛应用的免费操作系统,由于其体积小、可裁减、运行速度高、良好的网络性能等优点,可以作为嵌入式
16、操作系统。随着2.6内核的发布,Linux向现有主流的RTOS提供商在嵌入式系统市场提出了巨大挑战,例如VxWorks和WinCE,具有许多新特性,将成为更优秀的嵌入式操作系统。Linux的低成本和开放性,为其在嵌入式系统领域的应用营造了肥沃的土壤。本文着重介绍Linux 2.6内核的新特性及其嵌入式应用中的优势,并将其移植到嵌入式平台中,成功支持H.264编解码多媒体系统。 实时可靠性是嵌入式应用较为普遍的要求,尽管Linux 2.6 并不是一个真正的实时操作系统,但其改进的特性能够满足响应需求。Linux 2.6 已经在内核主体中加入了提高中断性能和调度响应时间的改进,其中有三个最显著的改
17、进:采用可抢占内核、更加有效的调度算法以及同步性的提高。在企业服务器以及嵌入式系统应用领域,Linux 2.6 都是一个巨大的进步。在嵌入式领域,Linux 2.6 除了提高其实时性能,系统的移植更加方便,同时添加了新的体系结构和处理器类型包括对没有硬件控制内存管理方案的 MMU-less系统的支持,可以支持大容量内存模型、微控制器,同时还改善了I/O子系统,增添更多的多媒体应用功能。Linux 2.6内核针对嵌入式开发显著特点如下：a) 可抢占内核 在先前的内核版本中(包括2.4内核)不允许抢占以核心态运行的任务(包括通过系统调用进入内核模式的用户任务),只能等待它们自己主动释放CPU。这样
18、必然导致一些重要任务延时以等待系统调用结束。一个内核任务可以被抢占,为的是让重要的用户应用程序可以继续运行。这样做最主要的优势是极大地增强系统的用户交互性。2.6内核并不是真正的RTOS(Real Time Operation System),其在内核代码中插入了抢占点,允许调度程序中止当前进程而调用更高优先级的进程,通过对抢占点的测试避免不合理的系统调用延时。2.6内核在一定程度上是可抢占的,比2.4内核具备更好的响应性。但也不是所有的内核代码段都可以被抢占,可以锁定内核代码的关键部分,确保CPU的数据结构和状态始终受到保护而不被抢占。 软件需要满足最终时间限制与虚拟内存请求页面调度之间是相
19、互矛盾的。慢速的页错误处理将会破坏系统的实时响应性,而2.6内核可以编译无虚拟内存系统避免这个问题,这是解决问题的关键,但要求软件设计者有足够的内存来保证任务的执行。b) 有效的调度程序 2.6版本的 Linux内核使用了由 Ingo Molnar开发的新的调度器算法,称为O(1)算法,如图1所示。它在高负载情况下执行得极其出色,并且当有很多处理器并行时也可以很好地扩展2。过去的调度程序需要查找整个ready task队列,并且计算它们的重要性以决定下一步调用的task,需要的时间随task数量而改变。O(1)算法则不再每次扫描所有的任务,当task就绪时被放入一个活动队列中,调度程序每次从中
20、调度适合的task,因而每次调度都是一个固定的时间。任务运行时分配一个时间片,当时间片结束,该任务将放弃处理器并根据其优先级转到过期队列中。活动队列中任务全部调度结束后,两个队列指针互换,过期队列成为当前队列,调度程序继续以简单的算法调度当前队列中的任务。这在多处理器的情况更能提高SMP的效率,平衡处理器的负载,避免进程在处理器间的跳跃。c) 同步原型与共享内存多进程应用程序需要共享内存和外设资源,为避免竞争采用了互斥的方法保证资源在同一时刻只被一个任务访问。Linux内核用一个系统调用来决定一个线程阻塞或是继续执行来实现互斥,在线程继续执行时,这个费时的系统调用就没有必要了。Linux2.6
21、所支持的Fast User-Space Mutexes 可以从用户空间检测是不是需要阻塞线程,只在需要时执行系统调用终止线程。它同样采用调度优先级来确定将要执行的进程。 多处理器嵌入式系统各处理器之间需要共享内存,对称多处理技术对内存访问采用同等优先级,在很大程度上限制了系统的可量测性和处理效率。Linux2.6则提供了新的管理方法NUMA(Non Uniform Memory Access)。NUMA根据处理器和内存的拓扑布局,在发生内存竞争时,给予不同处理器不同级别权限以解决内存抢占瓶颈,提高吞吐量。基于Linux的移动终端比较广泛，如摩托罗拉的多款高端PDA上都采用基于Linux的操作系
22、统，实现Linux版本是项目的重要内容。D)嵌入式GIS的应用近年来，随着GIS的快速发展，人们对空间数据的需求也日益增大，把GIS与嵌入式技术融合在一起，形成一个嵌入式的地理空间集成平台，是当前GIS研究领域的一个重要趋势。与传统GIS技术相比较，嵌入式GIS具有跨平台、开发好、易集成、易渗透和融合好等特点，而且价格低，为地理信息技术融入其它信息技术提供了良好的技术基础。典型的嵌入式GIS应用由嵌入式硬件系统、嵌入式操作系统和嵌入式GIS软件组成。通常嵌入式GIS是以掌上电脑为硬件开发平台的。CPU可以为ARM，MIPS， SH3， SH4， x86等；ROM最好为XIP，占资源少，运行时间
23、短；RAM采用对象存储器(object store)，程序内存， 可以调节；另外最好备有CF卡 (Compact Flash)，SD卡，主电池，备用电池等硬件设备。 OEM厂商定制自己的Windows CE操作系统，该系统是微软开发的一个简洁、高效、多任务、完全抢占式的32位嵌入式系统。一般支持常用的Microsoft Win32 API，可用于开发应用程序，接口包括：MFC、ActiveX、COM、ATL等。常用开发工具有Microsoft Windows CE Platform Builder、Microsoft embedded Visual C+ 3.0 / 4.0、Microsoft
24、 Visual Studio. Net等。嵌入式GIS应用软件的系统结构因具体应用的不同而有所增减。如图1所示为一般嵌入式GIS应用软件所应具备的几个基本功能模块。通常该类系统最底层应为嵌入式操作系统Windows CE，然后上面依次应为空间数据管理层、数据分析层，最上面应为GIS用户操作界面。E)WEB Service技术XML Web services 并不追求一般的代码可移植性功能，而是为实现数据和系统的互操作性提供了一种可行的解决方案。XML Web services 使用基于 XML 的消息处理作为基本的数据通信方式，以帮助消除使用不同组件模型、操作系统和编程语言的系统之间存在的差异
25、。使用 XML Web services，可以将每个现有应用程序的功能和数据以 XML Web services 形式公开。然后，便可以创建使用此 XML Web services 集合的复合应用程序以实现各个构成应用程序之间的互操作性。Web Services的基础结构：在移动终端上采用J2ME提供的远程WEB Service访问API。J2ME的 Web 服务 API (WSA) 是由 Java Community Process 为 Java 规范请求 172 (JSR 172) 而定义的，这些 API 是两个相互独立的可选包，用于远程服务调用和 XML 解析。他们是针对基于连接设备配置
26、 (Connected Device Configuration，CDC) 和有限连接设备配置 (Connected Limited Device Configuration，CLDC 1.0 和 CLDC 1.1) 的框架的。因为 JSR 172 在设备层为远程服务调用和 XML 解析提供了支持。本项目采用Microsoft .NET Framework 2.0框架发布的WEB Service提供业务数据服务，提高了系统的可移植性和数据安全性。2.2、项目的开发方法及开发工具项目采用迭代式的软件开发方法，遵循CMM5对软件开发的要求，使用CVS工具进行软件版本控制和源代码管理。针对不同的移动
27、终端设备，客户端运行在基于WinCE 或Linux系列嵌入式系统的PDA和智能手机、或支持Java的移动终端上；服务端采用业界标准的WEB Service技术实现，能适应多种嵌入式终端开发技术，后台数据库为SQL Server 2000。服务器与终端采用XML进行数据交互，以GPRS/CDMA无线网络为数据传输媒介，同时支持CMWAP接入方式的数据传输。开发技术和开发环境包括：A)基于WinCE平台的C#开发技术，项目采用微软的Visual Studio .NET 2005开发环境，集成Windows Mobile 5.0 SDK (Software Development Kit) for
28、Pocket PC开发包、Windows Mobile 5.0 Emulator Images for Pocket PCCHS模拟器，使用ActiveSync4.1与PDA进行软件同步。B)基于J2ME框架的Java开发技术，项目采用Eclipse和IntelliJ IDEA集成开发环境，使用SUN的J2ME_Wireless_Toolkit-2_2开发包。C)基于Linux2.6内核版本的C+开发技术，项目采用Trolltech的Qtopia工具。项目的总体架构框架图如下：3、项目技术质量指标3.1、项目产品主要技术性能指标A)实现一个具有自主知识产权的产品，并在江西水利厅实施它的V2.0
29、版本。涵盖防汛抗旱决策支持系统的大部分功能，包括：实时水雨情、遥测水文数据、气象卫星云图、台风路径、天气预报等数据分析功能。B)支持多种移动终端，包括：基于WinCE 5.0、Linux 2.6操作系统的PDA和SmartPhone操作系统智能手机以及支持MIDP1.1或2.0版本的手机。C)实现GIS在移动终端上的运用，提供实时水文数据的显示和分析。D)实现短信息报警功能，对超汛限水位，暴雨加暴，台风等重要水文信息通过短信息的方式实时通知相关责任人。E)快速响应用户的数据请求，并把结果返回分析并完整显示到客户嵌入式设备上，在无线网络畅通的情况下，一次交互响应时间不超过15秒；F)一次交互形成
30、的无线网络计费流量不操作30K字节（包括压缩的图文信息、不包括视频流）；G)至少缓存最近20次用户数据请求的结果、以减少重复数据的网络传输。I)提供移动终端自动下载安装客户端，自动辨识并升级版本。3.2、项目执行标准A)基础标准： 软件工程术语GB/T 11457-1995 信息处理 数据流程图、程序流程图、系统流程图、程序网络图和系统资源图的文件编辑符号及约定GB 1526-1989 信息处理系统 计算机系统配置图符号及约定GB/T 14085-1993B)开发标准： 信息技术 软件生存周期过程GB/T 8566-2001 软件支持环境GB/T 15853-1995 软件维护指南GB/T14
31、079-1993C)行业内规范及指导政策国家防汛抗旱指挥系统一期工程初步设计报告江西水利厅水利厅信息化建设总体设计全国水利信息化规划4、分阶段描述项目执行过程中各阶段目标项目执行过程和各阶段目标：演示版：2006年5月开始，2006年6月结束，该版本功能简单，作为预研项目积累技术。正式版V1.0：根据实际需求研发，于2006年8月结束，该版本功能上达到了江西水利厅客户的基本要求。正式版V1.2：优化技术方案及软件架构，降低使用费用及实施成本，目前进入内部测试阶段，该版本的功能较单一。正式版V2.0：在V1.2的基础上根据用户的反馈进一步完善和优化，开发新的用户需求，并集成GIS运用，并针对不同终端设备推出J2ME和Linux版本，形成具有市场竞争力的产品，该版本的推出可以待某市水利应用之后进行，预计2007年3月可进入测试阶段，并相继推出。5、项目经费预算情况5.1、项目投资与资金筹措表单位：万元序号项 目金 额1投资总额90固定资产投资60流动资金302资金筹措90自筹资金65其中：已完成投资40 新增投资25申请科技三项经费25借（贷）款05.2、项目拟购设备清单序号设备名称规格型号单位数量单价 (万元)金额 (万元)1PDA多普达830部100.672GPRS/GSM ModemWavecom Q2358C西门子T
