功能设计 功能模块的设计

5.2.1.1 系统总体功能结构

本系统以海外油气与固体矿产资源开发利用过程中涉及的各种风险为研究对象，在各种风险评估模型与评价体系的基础上，实现开发利用过程中的风险评价、可视化展示，辅助国家与企业实现“走出去”战略，为进行海外油气与固体矿产资源开发利用提供战略决策依据。系统结合W ebGIS技术、风险评价技术、数据库与数据仓库技术，构建基于.net框架下B/S模式的国外油气与固体矿产资源开发利用风险管理系统。

整个国外油气与固体矿产资源开发利用风险管理系统包括6大功能模块，分别是国家风险、运输风险、市场风险、供应风险、需求风险和系统维护（图5.1）。其中国家风险、运输风险、市场风险、供应风险、需求风险5个模块提供前台展示功能，系统维护模块主要提供系统管理功能。

图5.1 系统功能结构图

系统前台展示功能面向普通公共用户。针对5个风险模块，通过可视化技术，以多种方式展示相关的风险评估等级以及评价对象基本信息，可为用户提供直观、全面的风险评估信息，进而支持用户进行更有效的风险决策。

系统管理功能面向管理员用户，提供指标数据、基础数据、界面属性等数据的相关维护，用户权限、口令等系统参数的修改，以及数据备份和恢复管理等功能的实现（左美云等，2006），为国外油气与固体矿产开发利用风险管理系统提供比较稳定的后台支持。

整个系统基于B/S架构，根据WebGIS系统的特点与需求（周秋平，2003），上述6大功能模块在逻辑结构上按用户服务层、业务服务层、数据库服务层的3层结构构建（图5.2）。

图5.2 系统总体逻辑结构图

其中，用户服务层是用户在终端浏览器浏览的用户界面，主要提供国家风险、运输风险、市场风险、供应风险、需求风险的相关风险可视化展示功能，以及评价对象的基本信息展示功能；业务服务层是在服务器端采用基于ASP.net框架构建的各种Web服务程序，如地图服务器、模型请求服务器等，用以处理用户终端的请求；数据库服务层存储并管理空间数据、属性数据、评价指标数据、模型和图形等基础数据，挖掘有用信息，响应服务层的连接交互请求等。

5.2.1.2 国家风险模块

作为世界第二大石油消费国，我国石油进口的50%左右来自政治经济不稳定的中东、海湾地区，因此必须考虑获得可靠石油资源和与油气输出国密切相关的各种风险因素。本模块旨在通过全面分析世界各地区特别是油气输出国家敏感的政治、经济和地缘等的风险信息，构建国家风险评价指标体系，建立评价模型，并将最终结果一目了然地呈现在用户面前，为用户是否选择其作为石油进口来源提供科学依据（毛小苓等，2003）。

国家风险模块分国家风险可视化和国家风险基本信息两个子模块，其结构如图5.3所示。

（1）国家风险可视化

该模块包括能源安全视角、企业投资视角和恐怖袭击的风险可视化3个部分，除显示世界各地区特别是油气输出敏感地区的国家综合风险外，还以GIS专题图来直观地展示国家地区的政治、经济、地缘风险等级。

（2）国家风险基本信息

该模块包括国家基本信息、评价指标体系、风险因素分析和风险评价结果，它们之间以逐层深入、递进的方式为用户呈现国家风险基本信息。

图5.3 国家风险功能结构图

5.2.1.3 市场风险模块

石油市场风险模块旨在评价国际石油市场综合风险，分析国际石油市场风险的趋势；同时，实时动态地进行国际油价趋势以及油价风险分析；然后，进行石油市场风险的预测，从宏观角度为石油企业和政府提供决策支持。

市场风险模块包括5个子模块（图5.4）：石油市场系统风险评价、国际石油市场价格抓取、国际石油价格预测、石油市场风险预测与石油价格多维分析。石油市场系统风险评价将全球石油市场视为一个整体，评价石油市场的整体风险，并对比分析历次评价的风险；国际石油市场价格抓取模型选择美国能源部、华尔街日报、中国石油集团等网站定期公布的石油价格数据为对象，采取在线自动抓取的形式获得实时的国际石油价格数据，供其他风险模块调用分析；国际石油价格预测结合国际石油价格数据和国际石油价格事件等，构建相应的预测模型来预测其价格的趋势；石油市场风险预测采取VaR方法，对不同时间间隔的油气价格风险进行预测；石油价格多维分析模块则根据石油市场、油品、价格类型等多个维度对石油价格进行分析，并将石油价格数据导出供进一步分析使用。

图5.4 市场风险模块功能结构图

市场风险模块涉及大量的基础数据的收集和应用，包括汇率、石油价格、油价时间等；并具有和多个模块的接口，包括国际石油价格预测、石油市场风险预测、石油价格多维分析等模型程序。市场风险模块的数据获取和应用具有多种不同的方式，并具有多种模型接口处理方式，从而导致了市场风险模块的复杂性和重要性。

（1）石油市场系统风险评价

石油市场系统风险评价功能包括石油市场基础数据、石油市场系统风险评价方案及石油市场评价结果等管理（图5.5）。其中，石油市场基础数据管理包括国际石油交易所、石油市场资源链接、国际油价事件和市场数据的信息收集、分类、整理及展示。

图5.5 石油市场系统风险评价功能结构图

1）基础数据管理。

A.国际石油交易所。国际石油交易所提供全球主要的5个石油交易所信息，包括交易所简介和地理分布。主要交易所包括美国纽约商品交易所、伦敦国际石油交易所、东京工业品交易所、新加坡交易所和上海期货交易所。

B.石油市场资源链接。石油市场资源链接提供了互联网上和石油市场研究相关的丰富资源链接，这些资源如表5.1所示。

表5.1 石油市场资源链接

C.国际油价事件。国际油价事件提供国际已经发生过的对油价有重大影响的事件，包含消息来源、事件时间、事件类型及事件概况。这些事件一方面供系统用户直接查询；另一方面可以在国际石油价格预测中作为油价的影响因素直接供油价预测模型调用。表5.2列出油价事件的典型来源，表5.3列出系统中所提供的油价事件类型。

表5.2 油价事件的来源

表5.3 油价事件类型

D.市场数据。市场数据提供包括外汇汇率、国际石油价格和油价的多维分析等在内的市场基础数据。

外汇汇率包括下面几种汇率数据：美元综合指数、欧元对美元现货交易汇率数据和美元对卢布汇率数据。

石油价格包括多个石油交易市场、多个石油品种、多种现货和期货价格类型和价格单位，各项数据属性的范围见表5.4。

表5.4 石油市场相关数据

除此之外，还有来自美国期货管理委员会（CFTC）的交易数据，用于评价纽约商品交易所（NYMEX）的油气交易系统风险状况。

2）评价方案管理。

评价方案管理主要对影响石油市场系统风险的评价体系和评价方法进行管理，其评价体系包括国际石油期货市场投机程度、典型石油价格结算货币的汇率波动程度、石油市场需求风险、石油供应风险。

3）风险评价结果管理。

风险评价结果管理是基于指标方案对整个石油市场系统风险评价结果的管理。为了对比分析历史评价结果，当用户进入评价结果显示页面的时候，系统自动将历史评价结果以曲线图的形式显示出来，方便用户对国际石油市场系统风险的走势进行判断，辅助用户进行系统风险评价。

（2）国际石油价格数据在线抓取

国际石油价格数据在线抓取是市场风险模块的一个重要组成部分。国际石油价格数据来源主要以美国能源部和华尔街日报为主，以中石油网站的数据为补充。对国际石油价格数据的抓取选择任务设定的方式来实现，每次任务执行的时候程序自动链接相应网站，下载油价数据，经过清洗转换后上载到中心数据库，并记录详细的抓取日志记录。

（3）石油市场价格预测

石油市场价格预测基于油价基础数据和事件数据，对不同市场、不同油品和不同价格类型，选择不同的时间长度及频度进行预测，并采取直观的走势图形式进行展现，要求内嵌到市场风险模块中，采取ActiveX 插件形式完成。

（4）石油市场风险预测

石油市场风险预测旨在基于一系列油品价格，设定不同的参数，通过采取VaR计算方法来预测不同周期内的油价风险值。

石油市场风险预测模型属于单独开发的程序模块。与油价预测不同，由于风险计算过程的复杂性，不采取嵌入ActiveX的方式来集成该模型。对石油市场风险模型程序，采取独立运行的方式，但模型输入和输出的数据与系统其他模型具有交互。模型输入来源于在线抓取模块获得的数据进行转换之后形成规范化的数据，模型运行结果存储到中心数据库，保存模型运算结果。

（5）石油价格多维分析

石油价格作为多维型数据，具有良好的按维度归并特征，可以采取多维分析的形式对石油价格进行分析。分析所采取的维度有油品、交易市场、价格类型（现货、多种期货合约）、单位类型等，对油价进行包括两维表、级联表、线图、比例图、雷达图等在内的表达，并且可以将分析结果直接导出为Excel等格式，方便用户进行进一步的分析。

5.2.1.4 供应风险模块

供应风险模块功能结构如图5.6所示，包括基本信息管理、供应风险指标体系管理、供应风险可视化和供应风险评价结果管理四大功能。

（1）基本信息管理

基本信息管理主要对供应风险展示所需的基本数据信息进行管理。

（2）供应风险指标体系管理

供应风险指标体系管理模块从全球油气资源储量、勘探开发、生产和库存风险，以及其他影响海外油气供应的不确定性因素这几方面，对供应风险的指标体系进行管理。供应风险指标体系管理又包括国家供应风险指标管理和区块供应风险指标管理，分别从国家层面和区块层面对供应风险的指标进行管理。

图5.6 供应风险模块功能结构图

国家供应风险指标管理包括资源储量不确定性评价模块、勘探开发风险评价模块、生产和库存不确定性评价模块和影响海外油气的其他不确定性评价模块。

区块供应风险指标管理包括资源储量不确定性评价、勘探开发风险评价、影响海外油气的其他不确定性评价3个小模块。

（3）供应风险可视化

供应风险可视化可以将不同地区的供应风险通过GIS技术直观展示。

（4）供应风险评价结果管理

供应风险评价结果管理可以对供应风险的评价结果进行一系列的操作，主要实现供应风险评价结果的输入、查询和维护。

5.2.1.5 需求风险模块

需求风险模块功能结构如图5.7所示，包括需求风险可视化、需求风险指标体系管理、基本信息管理和需求风险评价结果管理。

图5.7 需求风险模块功能结构图

（1）需求风险可视化

需求风险的可视化对要分析的数据和情况用GIS系统直观展示，例如说能源需求、石油需求、天然气需求，以及需求结构等。

（2）需求风险指标体系管理

需求风险指标体系管理，需要对影响需求风险的各个因素指标进行管理。需求风险指标体系管理包括经济指标评价、人口指标评价、政策指标评价和技术指标评价4个方面。

经济指标评价根据经济总量、经济增长速度、产业结构和产业结构变化率来考虑经济对需求风险的影响。

人口指标评价从人口数和人口自然增长率两方面来评价人口对需求风险的影响。

政策指标评价从气候政策、财税政策和技术政策三方面来评价不同国家的不同政策的影响。

技术指标评价从能源利用效率、能源利用效率变化率、能源结构、能源价格、能源价格变化率和能源替代技术这几个方面对技术进行评价。

（3）基本信息管理

基本信息管理主要对需求风险展示所需的基本数据信息进行管理。

（4）需求风险评价结果管理

需求风险评价结果管理是对需求风险的评价结果进行一系列的操作，主要实现需求风险评价结果的输入、查询和维护。

5.2.1.6 运输风险模块

运输风险模块功能结构如图5.8所示，包括港口风险管理、航线风险管理、承运风险管理及海盗袭击风险管理4个子模块。

图5.8 运输风险功能结构图

（1）港口风险管理

港口风险管理包括港口指标选择、港口方案评价及风险评价结果的管理。

港口指标选择管理从港口所属国家、港口吞吐量、港口仓储能力、港口安保能力及输油管最大直径等方面考虑，建立相关指标体系，并对其进行增加、修改和删除。

港口方案评价管理是通过建立的风险指标体系，选择评价方法，将港口风险进行分级管理。

风险评价结果管理是对港口风险评价指标及评价方案所得结果的管理。一方面，通过GIS技术对港口风险评价结果进行可视化，其中港口图标的不同颜色代表港口的风险值，不同大小代表港口的吞吐量；另一方面，可以对评价结果进行导出，提供风险分析报告。

（2）航线风险管理

航线风险管理包括航线指标选择、航线方案评价及风险评价结果的管理。

航线指标选择管理从航线事故率、穿越风险节点数及航程海里等方面考虑，建立相关评价体系，并对其进行增加、修改和删除。

航线方案评价管理是通过建立的风险指标体系，选择评价方法，将航线风险进行分级管理。

风险评价结果是对航线风险评价指标及评价方案所得结果的管理。一方面，通过GIS技术对航线风险评价结果进行可视化，其中航线图标的不同颜色代表航线的风险值，不同粗细代表航线的运力；另一方面，可以对评价结果进行导出，提供风险分析报告。

（3）承运风险管理

承运风险管理包括承运指标选择、承运方案评价及风险评价结果的管理。

承运指标选择管理从油轮归属、油轮平均吨位、本国油轮承运份额及船运公司安全系数等方面考虑，建立相关评价体系，并对其进行增加、修改和删除。

承运方案评价管理是通过建立的风险指标体系，选择评价方法，将承运风险进行分级管理。

风险评价结果是对航线风险评价指标及评价方案所得结果的管理。一方面，通过GIS技术对承运风险评价结果进行可视化；另一方面，对评价结果进行导出，提供风险分析报告。

（4）海盗袭击风险管理

海盗袭击风险管理包括海盗袭击数据及风险结果的管理。

海盗袭击数据管理是收集国际海事局各年各海盗区域的海盗袭击事件次数，并对其进行增加、修改和删除。

风险结果管理是基于海盗袭击数据来源，通过GIS技术实现海盗袭击分布的可视化管理。

5.2.1.7 系统维护模块

系统维护模块主要包括风险评价和系统管理两个子模块。

（1）风险评价子模块

风险评价子模块针对国家风险、运输风险、市场风险、供应风险和需求风险，对评价过程中涉及的评价方案、评价方法和评价结果进行管理（图5.9）。

其中，评价方案管理实现对不同风险评价方案的指标数据进行管理，主要包括已有评价方案的修改维护和新评价方案的增加。而评价方法管理实现对已有的评价指标进行权重审核和权重维护。此外，评价结果管理包括评价结果的维护和评价结果的展示。

（2）系统管理子模块

系统管理子模块包括数据和模型的管理以及系统运行管理两大功能（图5.10）。数据和模型的管理，利用计算机和各种开发工具对系统的数据进行抓取、抽取、存储、处理和应用，以及对数据模型的设计、数据的导人、数据的运算和数据的导出。系统运行的管理负责系统的正常运行与维护，包括操作日志、系统参数和权限设置等管理。

图5.9 风险评价功能结构图

图5.10 系统管理功能结构图

1）数据和模型的管理。

数据和模型的管理模块包括基础数据管理、油价数据管理和图库管理，每个管理模块又包括若干细分子功能（图5.11）。

图5.11 数据和模型的管理

基础数据管理实现对风险查询中所涉及各种对象基本属性值进行维护，包括基础数据录入和基础数据维护。油价数据管理模块实现对美国能源部、中石油、《华尔街日报》三大来源数据的动态抓取，并对它们进行数据清洗、数据转换，然后再上载到中心数据库，同时实现对油价事件的网页抽取。图库管理主要是实现对系统所有图片的集中式管理，主要包含已有图片的维护和新增图片的维护。

2）系统运行的管理。

系统运行的管理功能包括系统参数管理、系统权限管理、日志的管理和系统负载统计管理。其中，系统日志的管理又包括操作日志的管理、油价处理日志的管理和模型运行日志的管理（图5.12）。

系统参数管理对系统相关参数进行设置，包括数据抓取失败次数阈值的设置，数据抓取间隔时间的设置，以及数据保存路径的设置等。

图5.12 系统运行的管理

系统权限的管理是对登录系统前，后台用户权限的管理（徐启等，2005）。

系统日志管理的目的，是便于今后相关问题的查错，包括操作日志的管理、油价处理日志的管理和模型运行日志管理。

系统的负载统计管理负责统计在一定时间内，用户对某个或某些模块的访问量。

软件功能设计~

当前版本的科学钻井设计软件主要包括以下几大功能：
1）辅助进行规范的钻井施工设计。软件在编写过程中相关计算和逻辑判断的参考资料主要来自岩心钻探和石油钻井的相关规程规范，因此用户在操作软件进行钻井设计时中不用查阅相关规范和资料，软件的相关计算和逻辑判断均自动完成，在减轻用户在钻井设计过程中的工作量的同时提高了钻井设计的规范性。
2）自动输出完整的钻井设计报告。软件在研发过程中嵌入了目前实际生产中较为常用的帆软报表系统（FineReport），可在完成一口井的全部设计之后自动输出Word、PDF、Excel三种不同格式的设计报告，便于用户设计资料归档查询。当然用户也可随时登录软件在线查询过去的设计。
3）查阅钻井相关的规范、数据资料。软件收录大部分钻井设计中需要使用的地质岩心钻探、石油钻井以及相关教材课本资料，用户可随时按需查看。

1.提高功能模块独立性在得到软件结构之后，就应首先着眼于改善功能模块的独立性，考验是否应该把一些功能模块提取或合并，力求降低耦合提高内聚。例如，多个功能模块共有的一个子功能可以独立成一个功能模块，由这些功能模块调用，有时可以通过分解或合并功能模块以减少控制信息的传递及对全局数据的引用，并且降低接口的复杂度。2.功能模块规模适度经验表明，当功能模块过大时，功能模块的可理解性就会迅速下降。但是对过大的功能模块分解时，也不应降低功能模块的独立性。因为当对一个大的功能模块分解时，有可能增加功能模块之间的依赖。3.深度、宽度、扇出和扇入要适当如果深度过大则说明有的控制模块可能简单了。如果宽度过大则说明系统的控制过于集中。而扇出过大则意味着功能模块过于复杂，需要控制和协调过多的下级模块，这时应适当地增加中间层次，扇出太小则可以把下级模块进一步分解成若干个子功能模块，或者合并到上级功能模块中去。一个功能模块的扇入是表明有多少个上级功能模块直接调用它，扇入越大则共享该模块的上级模块数目越多，这是有好处的。4.要使模块的作用范围保持在该模块的控制范围内功能模块的作用范围是指受该功能模块内一个判定影响的所有功能模块的集合。功能模块的控制范围是指这个功能模块本身以及所有直接或间接从属于它的功能模块的集合。在一个设计得很好的系统中，所有受判定影响的功能模块应该都从属于作出判定的那个功能模块，最好局限于做出判定的那个功能模块本身及它的直接下级模块。对于那些不满足这一条件的软件结构修改的办法是：将判定点上移或者将那些在作用范围内但是不在控制范围内的功能模块移植到控制范围内。5.应减少功能模块的接口的复杂性和冗余度，并改善一致性功能模块接口复杂是软件发生错误的一个主要原因。应该仔细设计模块接口，使得信息传递简单并且和模块的功能一致。6.设计成单入口、单出口的功能模块，避免病态连接要防止内容耦合性，如果功能模块都是从顶部入口、从底部出口的话，这样的软件也更易于理解和易于维护。病态连接关系是指从中部进入或访问一个模块。7.模块的功能可预测如果一个功能模块可以当做一个黑箱，即只要输入的数据相同就产生同样的输出，这个模块的功能就是可以预测的。而那些具有内部记忆的功能模块则可能是不可预知的，因为它可能记载了某个内部标志并且利用这个标志去选择处理方案。由于这个标志对上级功能模块来说是看不见的，因而可能引起混乱。8.组装软件根据设计的约束和移植的需要组装是指用来把软件组合起来，以便把软件放入特定的处理环境或送往其他的地方。有时，设计约束要求一个程序要在内存中覆盖自己。如果有这种要求的话，原设计结构就可能必须重新组织以便按照重复的次数、存取的频率以及各次调用之间的间隔来把功能模块组合起来。总之，不管什么样的功能模块都有可能出现软件缺陷，主要类型有：软件没有实现产品规格说明所要求的功能模块；软件中出现了产品规格说明指明不应该出现的错误；软件实现了产品规格说明没有提到的功能模块；软件没有实现虽然产品规格说明没有明确提及但应该实现的目标；软件难以理解，不容易使用，运行缓慢，或从测试员的角度看，最终用户会认为不好。因此一定要重视软件功能模块的设计和软件测试的进行，这样才能从根本上保证软件质量。

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