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安全信息管理与数据分析：第 161–170 页

安全信息管理与数据分析 课堂笔记
系统分析的工作步骤
• 包括总体规划、设计阶段（分析阶段） ，以及对每个子系统进行详细调查和分析
• 使用数据流程图和数据字典等工具，建立逻辑模型，编写系统分析报告
• 审查确保阶段成果符合要求，不通过则需修改；审查通过后进入下一阶段（设
计阶段）
例
企业员工考勤数据分析：
• 考勤系统主要功能：记录员工上下班打卡信息、统计考勤数据，方便工资计
算和绩效考核
• 涉及实体：员工（打卡人员） 、人力资源部门（维护和统计分析考勤数据）
打卡系统数据处理回顾
• 打卡方式：员工通过工卡在读卡机上刷卡，或通过手机 APP 录入，均可作为打
卡记录
• 打卡记录内容：打卡时间、 地点 （车间、 办公楼等）等信息，需录入并存储到数
据库中
• 考勤统计处理功能：每日对数据库记录进行分析，识别迟到、早退、缺席员工，
并处理考勤异常
• 异常处理：数据读取不全或未成功写入时，需人工确认并与相关人员复核；还
需处理请假等特殊情况
数据存储：三个主要数据库
• 打卡记录数据库：存储打卡时间、地点等打卡请求数据
• 考勤统计数据库：存储考勤统计报表，包括每周或每月的考勤总体数据
• 考勤异常数据库：记录异常情况，由考勤部门审核后录入
系统分析关注点
分析系统时需考虑：系统目的、涉及的外部主体、外部主体的处理功能、系统
内需解决的问题、具体的数据流。常用工具为业务流程图和数据流程图。
系统设计概述
• 系统设计是系统开发过程中继规划、分析之后的第二个重要阶段
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• 从系统总体目标出发，根据系统分析阶段对新系统的逻辑功能描述，详细规划
如何实现这些逻辑功能
• 设计依据： 系统目标、 总体规划、 系统分析的结构、 法律法规和标准、 用户需求、
系统运行环境
注意
设计安全管理新系统时，必须特别关注国家法律法规、方针政策及不同领域技
术标准的符合性，确保法律法规标准的符合性非常重要。
• 需标准化安全信息的格式内容、指标体系和统计口径
• 安监部门提供数据格式导引，指导数据定义，以便不同系统间互相访问
结构化系统设计
• 核心思想是模块化：将系统自上而下逐步分解为若干个相互独立但又相互联系
的组成部分
• 通过功能逐步分解，从抽象到具体、由上至下，构建多层次且具有独立功能的
模块组成的系统
• 编程时需绘制程序框图， 可视化表示系统结构， 说明各模块的具体功能实现 （包
括函数、过程等）
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• 以数据库系统为例： 数据录入、 添加、 查询、 删除本质上是文件处理； 转化为应
用表现为员工增加、删除（如退休） 、设备增减或属性修改、人员信息年度更新
（如年龄增长）等
结构图与程序流程
• 使用图形表达工具构建结构图，类似于程序框图
• 最简单的程序流程：定义程序开始 → 变量定义（输入）→ 数据处理 → 结果输
出
• 将数据流程图转化为结构图：数据从输入开始，经过特定处理转换为输出
• 将物理功能模块转化为结构图或结构体， 详细说明内部处理过程 （变量定义、 初
始化、数据变化、数据产生及输出）
设计优化：存储与速度的权衡
• 优化目标：在最小存储容量和最快速度之间进行权衡
• 数据和算法在解决同一问题时效率可能不同
例
记录查询时， 若数据先整理为有序列表， 可通过二分法查找， 效率大大提高； 无
序数据则需从头到尾逐一搜索，指针在表中逐个比较直到找到匹配关键字。
• 若数据库记录已排序，查找速度显著提升，可应用二分法将查找范围减半快速
定位目标
总体设计阶段
• 主要任务：完成系统的总体结构和基本框架设计
• 将总任务分解为多个具体子任务（如打卡数据处理、统计处理、异常数据处理
等）
• 将系统划分为不同模块：输入模块、处理模块、输出模块等（最基础的模块划
分）
• 为每个模块定义功能：输入模块负责数据输入，处理模块负责数据存储、变换
等操作，并涉及算法
• 确定模块之间的调用关系：定义子过程或函数，处理模块间相互调用
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例
可专门设计一个模块负责自动采集数据 （如读取传感器数据） ， 由于数据采集功
能具有相似性，当需要调用特定参数时，可直接调用这个数据采集模块。
• 定义数据接口：决定模块间的数据传递方式，包括传入参数和传出参数
注意
函数名可以用来返回结果，即函数本身可以返回结果；而过程名不能直接返回
结果，必须通过传入的参数进行传递。
• 将数据接口通过数据流程图转换为结构图，结构图体现数据流程逻辑关系（循
环结构、分支结构、顺序结构）
• 优化结构图、降低耦合度是总体设计阶段的重要任务
详细设计阶段
• 在总体结构设计基础上，对方案进行更深入的细化、条理化和规范化
• 明确建设系统的具体步骤和方法，包括编码设计和数据库的详细设计
数据库详细设计
• 主要是数据库的结构设计，采用数据表（二元表）
• 表头对应数据结构，下面一行行的数据即为具体数据
定义
实体图和实体关系图 （E-R 图） ： 用于描述实体及其关系。 例如定义” 人” 这一实
体，可用姓名、身份证号、性别、出生年月或入场时间等信息描述；课程实体
包括课程名、课程编号、学时等。
• 人与课程之间通过选课关系建立联系（学生选择特定专业课程）
注意
实体关系存在一对多、多对多等对应关系。一门课程可能有多人选择，一个学
生也可选择多门课程，即多对多关系。在数据库结构设计中，需将多对多关系
转换为 N 对一、一对 N 的关系，以体现最终一对多的关系。
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输入输出界面（人机界面）设计
• 考虑操作人员与系统交互的便捷性
• 操作人员通过输入界面与系统交互，接收以输出界面形式返回的处理结果
• 输出界面应以使用者关心的信息为主，可能包括表单、图表等多种形式
• 数据分析中常以图表形式展示相关数据
网络设计
• 系统采用网络版模式而非单机版，涉及服务器和终端之间的设计布局
• 通过 URL 地址和路径定位特定文件，实现网络访问、读取及服务器资源调用
定义
URL（统一资源定位器） ： 用于定位互联网中的特定资源。IP 地址用于确定互联
网中的特定机器或服务器，在服务器下通过斜杠引导出对应路径，再指向特定
文件。
注意
与单机版不同，URL 需要以 http://开头，并添加 IP 地址或域名；单机版只需
提供相对或绝对路径即可（如 C 盘下的某个目录） 。
• 需考虑服务器的放置位置，以及终端与服务器之间的网络互联互通
• 通过路由器和交换机将服务器与网络连接，分配 IP 地址，形成完整的网络环境
处理流程设计
• 具体实现方法：如何从输入变换到输出
• 关键步骤是” 变换”（变模式） ：样本从输入如何变换成模式输入
模块的概念
定义
模块是一组具有输入输出、 内部逻辑功能以及程序运行所需属性的程序语句。 无
论是定义过程还是函数，实质上都是一个个模块的输入输出（即参数和括号） 。
• 对于函数而言，函数名本身即为输出
• 模块内部根据特定条件选择顺序、分支或循环结构，决定程序执行的逻辑关系
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和分支选择
注意
内部数据的作用域仅限于当前模块，不会影响外部。编程时应尽量使用内部变
量、尽可能少用全局变量，以避免不同模块间的数据干扰。这就是变量作用域
问题。
模块的外部特性与内部特性
• 输出功能是模块与外部进行信息交换：模块从调用者接收输入，并将结果返回
给调用者，即模块之间的调用
• 模块的输入、逻辑功能和输出共同构成模块的外部特性
• 模块内部数据和程序代码构成模块的内部特性
注意
在总体设计阶段，主要关注模块的外部特性（功能、输入、输出和接口） ，实现
细节是后续详细设计阶段要解决的问题。
例
购买一个摄像头，通常不关心其内部工作原理，只需了解如何接线（连接电源
线和数据线， 即输入输出） 。 内部工作原理是厂家解决的问题。 许多产品采用模
块化设计， 如漏电保护开关， 只需考虑接线方式， 发生漏电时开关自动跳闸， 跳
闸是其内部功能实现的一部分。
耦合原则
定义
耦合： 模块间的联系越紧密、 复杂， 其相互依赖程度越高， 独立性越低。 牵一发
而动全身，各模块相互耦合，若拆卸或修改一个模块，将影响与其相连的模块。
注意
模块划分时应力求低耦合度，选择松耦合，便于模块的替换和维护，避免因修
改一个模块而影响其他相互关联的模块。
内聚性原则
定义
内聚性：评估模块功能强度的关键指标，体现为执行处理功能而组合在一起的
相关程度。组合程度越高，功能越集中且符合要求。
注意
如果一个模块需要处理两种不同的功能，应将其拆分为各自独立的模块。拆分
时不要将所有执行处理功能的模块集合在一起，这是理想拆分的重要考量。
模块的分解
• 模块分解是指将一个模块进一步细分，生成属于它的若干个新模块
• 若模块过于庞大导致复杂度增加，应尽可能细化以简化结构
• 分解的两个显著效果：一是提高模块的可复用性，二是降低模块的饱和度
• 若饱和度过高，应考虑将其拆散
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例
一个功能模块要么是正当性（单一功能） ，要么是长条线、弧形等单一形态，不
会把两个功能组合放在一起作为一个最基本的模块。
结构图的绘制
• 使用矩形框表示特定的处理功能或模块，并注明模块名称
• 使用箭头表示模块间的调用关系：若模块 A 调用模块 B，则箭头从 A 指向 B
• 结构图不仅表示系统的层次结构关系，还揭示模块间的调用关系以及数据流的
传递关系
• 根据相关设计原则和策略，可将数据流程图转换为由模块及其调用关系组成的
结构框图
编码设计
定义
编码设计是将系统中具有某些共同属性和特征的信息整合，并通过便于计算机
和人识别处理的符号来表示各类信息。编码可通过数字、字母或它们的组合来
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实现。
• 编码是计算机化处理的必要步骤，只有通过编码，相关数据才能被录入计算机
系统
• 常见编码： 身份证号码、 学号、 编号、 危化品目录中的中国违规号、 车辆车架号
和发动机号等
身份证编码规则
• 身份证号码由 18 位组成（最初为 15 位，因只显示后四位年份，前面年份被省
略）
• 编码结构： 前6 位为省市及区县信息， 中间8 位为出生年月日， 后4 位为顺序号
（3 位）加校验码（1 位）
定义
校验码：根据前面 17 位数字通过特定算法计算得出。没有校验码时，只要掌握
编码规则就可任意编造身份证号； 加入校验码后， 最后一位数字需是前17 位数
字的某种函数关系，系统会进行校验以确认身份证号码的有效性。
例
身份证号码中会出现特殊的字母 X，这是算法计算后的余数，用十进制表示时
为 10，故用 X 表示。其余后跟 0 到 9 的数字，代表余数 0 到 9。
注意
顺序号表示在注册派出所辖区内的顺序， 男性以单数结尾， 女性以偶数结尾 （即
女性的倒数第二位是偶数） 。
• 身份证编码有专门的身份证编码标准
常见编码类型
• 顺序码：按顺序编号，如一号、二号、三号，类似座位号编码
• 区间码：可拆分为不同含义的编码，如身份证号码和邮编
– 邮编示例：广东工业大学北区邮编 510641，其中 51 代表广东，41 代表石牌
等区域
– 身份证号码前六位为区间码（表示省份、城市、区县） ，中间为出生年月日，
后三位为顺序号，最后一位为校验码
编码的基本特性
• 唯一性：对管理对象进行计算机管理需保证唯一性，如身份证号、护照号
• 合理性：编码结构应合理
• 可扩充性：为未来发展预留空间
• 稳定性：编码应保持稳定，不易变动
• 标准化和通用化：如英文字母编码、汉字编码等
汉字编码
• 输入码：如拼音输入、五笔字型等，用于输入汉字
• 机内码： 保存在计算机内部， 通常用双字节表示， 也可用四字节表示， 取决于码
表大小
• 电报码和特工密码也基于编码原理，但需要专门的密码表来解码
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危险化学品编码体系
• 中国危化品分为 八大类（另有第九类杂类）
• 中国危险货物编号（中国危规号）：五位编码，前两位为类别号（如 11 表示第 1
大类第 1 项） ，后三位为顺序号
• 联合国危险货物编号（UN 号）：全球运输领域（航运、空运）使用的编码
• 化学文摘索引号（CA 号）：针对所有化学物质的索引系统，用于查找特定物质
的最新研究成果和文献
编码设计的目的与原则
• 明确编码目的和代码在系统中的角色
• 确定代码的使用范围，方便管理
• 考虑是否存在标准代码（如危化品可直接使用中国危规号或 UN 号）
• 考虑使用范围和时间来选择代码种类和类型
• 应具备检测功能（如身份证校验码） ，防止未经授权人员随意编码
• 确定编码规则后编写代码表，组织相关人员学习和使用
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注意
某些工厂出于保密需要，在混合物料外包装上抹去信息，仅使用企业内部编号
（如一号料、二号料、三号料） ，这种做法极其危险，因为操作人员无法确切知
道正在处理的是什么物质。
例
不同对象采用不同编码： 对人管理用身份证号 （18 位） ， 学校用学号 （标识入学
年份和年级） ，工厂用工号，监狱用囚号。编号能保证唯一性，而名字重复的可
能性高。
编码实例：企业职工伤亡事故分类（GB 6441-86）
• 1986 年颁布的国家标准，用于统计信息的分类和编码
• 采用 六位数编码，前两位表示统计大类，每个大类下细分若干小项
• 八大类： 爆炸品、 气体类、 易燃液体、 易燃固体/自燃物品/遇湿易燃物品、 氧化
性物品和有机过氧化物、毒性物质、放射性物品、腐蚀性物品
• 大类下细分小项，如爆炸品下分为 1 到 6 项，根据易燃性、稳定性等特性用 11、
12、13 等标识
输出设计
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