多樣化軍事任務(wù)異構(gòu)數(shù)據(jù)集成應(yīng)用方法*

田福平，田野，裴英博

（1.清華大學(xué)，北京 100084；2.北京交通大學(xué)，北京 100044；3.解放軍68210部隊，陜西 寶雞 721001）

多樣化軍事任務(wù)異構(gòu)數(shù)據(jù)集成應(yīng)用方法*

田福平1，3，田野2，裴英博3

（1.清華大學(xué)，北京 100084；2.北京交通大學(xué)，北京 100044；3.解放軍68210部隊，陜西 寶雞 721001）

為實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)高效融合共享，提出了改進(jìn)型中間件異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架，設(shè)計了作戰(zhàn)數(shù)據(jù)融合運(yùn)用核心組件，實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺，提高了各類作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的融合運(yùn)用效率，為指揮員及時掌握戰(zhàn)場態(tài)勢，高效科學(xué)決策提供了數(shù)據(jù)支撐。

多樣化軍事任務(wù)，異構(gòu)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)集成，中間件

0 引言

隨著我國安全環(huán)境和經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展變化，軍隊執(zhí)行多樣化軍事任務(wù)的行動更加頻繁,配套行動方案體系更加龐大，數(shù)據(jù)需求紛繁復(fù)雜，主要包括211K作戰(zhàn)數(shù)據(jù)、綜合兵要地志數(shù)據(jù)、地理空間數(shù)據(jù)、北斗導(dǎo)航數(shù)據(jù)、邊情數(shù)據(jù)、反恐維穩(wěn)數(shù)據(jù)和綜合保障數(shù)據(jù)等。這些數(shù)據(jù)所處數(shù)據(jù)庫平臺、數(shù)據(jù)模型、語義語法各異，數(shù)據(jù)源互操作困難，信息孤島問題突出。實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)分布式存儲、共享互操作、融合運(yùn)用成為部隊作戰(zhàn)數(shù)據(jù)建設(shè)亟待解決的重大課題［1］。

為解決以上問題，本文提出了改進(jìn)型中間件異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架，設(shè)計了作戰(zhàn)數(shù)據(jù)融合運(yùn)用核心組件，實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺，提升了多樣化軍事任務(wù)數(shù)據(jù)保障效率。

1 改進(jìn)型中間件異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架

1.1 中間件異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架

數(shù)據(jù)集成是指把不同來源、不同格式、不同特性的異構(gòu)數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一的表示、存儲和管理，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)自治數(shù)據(jù)的資源整合，形成統(tǒng)一的信息源，提供統(tǒng)一的結(jié)構(gòu)化信息?；谥虚g件的數(shù)據(jù)資源集成技術(shù)，可以屏蔽多源異構(gòu)數(shù)據(jù)資源間的差異，能夠以一致的方式，方便快捷地進(jìn)行數(shù)據(jù)交換和數(shù)據(jù)共享［3,6-7］。其系統(tǒng)總體框架分為三層結(jié)構(gòu)：數(shù)據(jù)層、中間件層和表示層。數(shù)據(jù)層是指各異構(gòu)數(shù)據(jù)源,表示層是提供給用戶的接口,在這兩層之間是屏蔽數(shù)據(jù)源異構(gòu)性的中間件層［1-3］。傳統(tǒng)的中間件異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架圖如圖1所示。

圖1 傳統(tǒng)中間件異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架圖

傳統(tǒng)的中間件異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架，層次劃分簡單，在系統(tǒng)的功能擴(kuò)展和業(yè)務(wù)敏捷性上存在一定的局限。面向多樣化軍事任務(wù)的作戰(zhàn)數(shù)據(jù)融合運(yùn)用，其數(shù)據(jù)來源已突破傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫框架，數(shù)據(jù)格式多樣，包括各類結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)和無結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，這些都對系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和業(yè)務(wù)敏捷性提出了更高要求。

本文在傳統(tǒng)的中間件異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架基礎(chǔ)上，采用面向服務(wù)的設(shè)計思想，結(jié)合XML異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)，進(jìn)一步細(xì)化改進(jìn)數(shù)據(jù)集成框架中間件層，提出了改進(jìn)型異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架。

1.2 改進(jìn)型異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架

改進(jìn)型異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架分為數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、核心組件層、組件集成層、應(yīng)用業(yè)務(wù)層和表示層，其框架圖如圖2所示。

圖2 改進(jìn)型異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架圖

1.2.1 數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是各種異構(gòu)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲中心，不同的異構(gòu)系統(tǒng)采用不同的方式存儲相關(guān)數(shù)據(jù)，如文本形式、層次數(shù)據(jù)庫、關(guān)系數(shù)據(jù)庫等，在改進(jìn)型異構(gòu)數(shù)據(jù)集成架構(gòu)中它們作為數(shù)據(jù)源對外提供用戶需要的數(shù)據(jù)。

1.2.2 數(shù)據(jù)服務(wù)層

該層采用XML（Extensible Markup Language）對結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、無結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一描述，建立數(shù)據(jù)的XML公共模型，為上層提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問接口以及數(shù)據(jù)抽取、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)、數(shù)據(jù)操作等服務(wù)［4-5］。

1.2.3 功能組件層

該層包含原子、組合兩種不同粒度的組件，這些組件共同構(gòu)成異構(gòu)數(shù)據(jù)集成中間件的功能基礎(chǔ)。

1.2.4 組件集成層

組件集成層是架構(gòu)的核心部分，主要采用面向服務(wù)的思想，完成功能組件的注冊、查詢、調(diào)用、協(xié)同，以及功能組件的編排工作，同時完成功能組件之間的信息交互。

1.2.5 應(yīng)用業(yè)務(wù)層

該層是在數(shù)據(jù)層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、功能組件層及組件集成層基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)各類系統(tǒng)業(yè)務(wù)規(guī)則應(yīng)用。主要對組件集成層提供的服務(wù)進(jìn)行組裝，從而完成不同的用戶需求。

1.2.6 表示層

這是用戶與多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成中間件進(jìn)行交互的界面，用戶可根據(jù)需要通過表示層進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)操作，如數(shù)據(jù)的添加、刪除、修改、查詢等，或者進(jìn)行與中間件相關(guān)的配置、管理等工作。

改進(jìn)型異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架，通過定義積木式原子組件和組合組件來提供基礎(chǔ)功能，可支持松散耦合和最小構(gòu)件重用。新增數(shù)據(jù)源時，根據(jù)實(shí)際需求，調(diào)整應(yīng)用業(yè)務(wù)，優(yōu)選集成相關(guān)功能組件，完成數(shù)據(jù)描述，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)集成應(yīng)用。系統(tǒng)功能擴(kuò)展時，通過重構(gòu)或裝配部分功能構(gòu)件，實(shí)現(xiàn)組件集成，優(yōu)化業(yè)務(wù)邏輯，快速實(shí)現(xiàn)功能擴(kuò)展。通過對中間件層細(xì)化改進(jìn)，各層功能區(qū)分更加明確，數(shù)據(jù)集成更易實(shí)現(xiàn)，降低了各層核心組件的開發(fā)難度；以面向服務(wù)的設(shè)計思想對數(shù)據(jù)集成過程中的主要業(yè)務(wù)流程進(jìn)行了劃分，將業(yè)務(wù)流程邏輯分離為松耦合的、自治的、可復(fù)用的功能實(shí)體，并將其封裝為具有統(tǒng)一描述標(biāo)準(zhǔn)的集成服務(wù)組件，提高了數(shù)據(jù)集成中間件的可復(fù)用性和擴(kuò)展性［6］。

2 核心組件設(shè)計

本文結(jié)合部隊遂行多樣化軍事任務(wù)數(shù)據(jù)綜合保障實(shí)際需求，基于改進(jìn)型異構(gòu)數(shù)據(jù)集成框架，實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺。這里主要介紹系統(tǒng)數(shù)據(jù)服務(wù)層、功能組件層和組件集成層核心功能組件。

2.1 數(shù)據(jù)服務(wù)層設(shè)計

該層的核心組件有：公共數(shù)據(jù)接口（IMGK_DataAccess）、關(guān)鍵字操作組件（IMGK_Key-WordOp）、綜合索引操作組件（IMGK_Indexer）和主題數(shù)據(jù)庫操作組件（IMGK_SubjectOp）等。

IMGK_DataAccess采用XML對各類作戰(zhàn)數(shù)據(jù)源進(jìn)行統(tǒng)一描述建模，并構(gòu)建相應(yīng)的存儲管理子構(gòu)件，向上隱蔽數(shù)據(jù)層存儲方式、空間數(shù)據(jù)異構(gòu)等技術(shù)細(xì)節(jié)，提供統(tǒng)一的數(shù)據(jù)訪問服務(wù)。其中XML文檔與數(shù)據(jù)庫之間的相互轉(zhuǎn)化流程如圖3和圖4所示。

圖3 數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為XML文檔流程示意圖

圖4 XML文檔轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)流程示意圖

IMGK_KeyWordOp組件主要用于實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫關(guān)鍵字的建立、查詢等操作。通過關(guān)鍵字可以建立不同數(shù)據(jù)實(shí)體之間的熱鏈接，實(shí)現(xiàn)不同作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫之間數(shù)據(jù)的有機(jī)關(guān)聯(lián)。IMGK_Indexer組件實(shí)現(xiàn)對各類作戰(zhàn)數(shù)據(jù)綜合索引的建立、刪除、修改和讀取等操作。通過對各類作戰(zhàn)數(shù)據(jù)庫建立綜合全文索引，實(shí)現(xiàn)海量作戰(zhàn)數(shù)據(jù)的快速檢索。IMGK_SubjectOp組件可定義主題數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)，從基礎(chǔ)專題作戰(zhàn)數(shù)據(jù)中進(jìn)行信息抽取，構(gòu)建針對具體任務(wù)的主題數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對主題數(shù)據(jù)庫的讀取查詢等功能。數(shù)據(jù)服務(wù)層主要組件關(guān)系如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)服務(wù)層主要組件關(guān)系圖

2.2 功能組件層設(shè)計

該層的核心組件有：數(shù)字地圖管理與可視化組件、作戰(zhàn)數(shù)據(jù)態(tài)勢生成與部署組件、作戰(zhàn)數(shù)據(jù)查詢與分析組件等。數(shù)字地圖管理與可視化組件為系統(tǒng)其他功能組件提供統(tǒng)一的空間基準(zhǔn)和可視化平臺，同時為指揮員和參謀人員認(rèn)知戰(zhàn)場基礎(chǔ)地理環(huán)境提供工具，其關(guān)鍵子構(gòu)件有：坐標(biāo)轉(zhuǎn)換組件(IMGK_CoordinateTransform)、圖形繪制組件（IMGK_MapGDI）和地圖輸出組件（IMGK_Export）。作戰(zhàn)態(tài)勢數(shù)據(jù)生成與部署組件主要實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)態(tài)勢數(shù)據(jù)的生成與數(shù)字地圖部署，關(guān)鍵子構(gòu)件有：態(tài)勢數(shù)據(jù)生成組件（IMGK_SituationDataBuilder）、態(tài)勢對象生成組件（IMGK_SituationObjSet）、態(tài)勢數(shù)據(jù)部署組件(IMGK_SituationDataDeploy)。作戰(zhàn)數(shù)據(jù)查詢與分析組件提供依據(jù)屬性查詢、圖上查詢、地形分析、周邊要素分析和路網(wǎng)分析等功能。作戰(zhàn)態(tài)勢數(shù)據(jù)生成與部署構(gòu)件和作戰(zhàn)數(shù)據(jù)查詢分析構(gòu)件的主要功能流程如圖6和圖7所示。

圖6 作戰(zhàn)態(tài)勢數(shù)據(jù)生成與部署功能流程示意圖

圖7 作戰(zhàn)數(shù)據(jù)查詢分析功能流程示意圖

2.3 組件集成層設(shè)計

組件集成層是整個系統(tǒng)運(yùn)行的核心，向上連接應(yīng)用業(yè)務(wù)層，向下協(xié)調(diào)各功能組件。其主要組件包括主控組件（IMGK_MainControl）、組件管理組件（IMGK_ComponentManage）、消息控制組件（IMGK_ MessageControl）、業(yè)務(wù)編排組件（IMGK_BusinessArrange）和定時器控制組件（IMGK_TimerControl）等。IMGK_MainControl組件定義了一系列方法，用于協(xié)調(diào)其他各功能組件。IMGK_ComponentManage組件實(shí)現(xiàn)各組件的注冊、查詢、調(diào)用、協(xié)同、注銷等。IMGK_MessageControl組件主要控制各組件之間、以及各組件與主控組件之間的消息傳遞。IMGK_BusinessArrange組件實(shí)現(xiàn)各類組件之間的調(diào)用、組件間依序協(xié)同，編排各功能組件共同完成具體的業(yè)務(wù)邏輯。IMGK_TimerControl組件實(shí)現(xiàn)定時器功能，功能組件通過IMGK_MainControl組件設(shè)置定時器后，每當(dāng)定時器事件發(fā)生，IMGK_TimerControl組件負(fù)責(zé)向功能組件發(fā)送相關(guān)消息，以完成相應(yīng)處理。組件集成層核心組件間的關(guān)系如圖8所示。

圖8 組件集成層核心組件關(guān)系圖

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

本文設(shè)計并實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺，其主要功能包括：多樣化任務(wù)數(shù)據(jù)維護(hù)與管理、數(shù)字地圖可視化、多樣化任務(wù)數(shù)據(jù)顯示與查詢、態(tài)勢標(biāo)繪與演播、北斗指揮監(jiān)控、權(quán)限管理、打印輸出等。系統(tǒng)功能界面如圖9和圖10所示。

圖9 寺廟信息查詢系統(tǒng)界面

圖10 重要設(shè)施查詢系統(tǒng)界面

4 結(jié)束語

為解決多樣化軍事任務(wù)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)保障中多源異構(gòu)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)融合應(yīng)用問題，本文設(shè)計了一種改進(jìn)型中間件數(shù)據(jù)集成框架，構(gòu)建了數(shù)據(jù)融合運(yùn)用核心組件，實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)作戰(zhàn)數(shù)據(jù)綜合應(yīng)用平臺。該平臺在部隊多次重大演訓(xùn)活動中進(jìn)行了試用，驗(yàn)證了其在多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合方面的有效性，提升了部隊多樣化軍事任務(wù)數(shù)據(jù)綜合保障能力。

［1］刑艷輝，宋瀚濤.基于多Agent系統(tǒng)的異構(gòu)數(shù)據(jù)庫聯(lián)合使用［J］.軟件學(xué)報，1998，9（增刊）：70-74.

［2］麻志毅.一種面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)參考模型［J］.計算機(jī)學(xué)報，2006，29（7）：1011-1019.

［3］宋瀚濤.異構(gòu)信息源集成技術(shù)［J］.北京理工大學(xué)學(xué)報，2002，22（5）：533-536.

［4］吳煥，王曉箴.基于LINQ的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)查詢中間件［J］.計算機(jī)工程，2011，37（2）：1-3.

［5］陳昕，高明，宋瀚濤.基于語義對象模型的無結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)集成的研究［J］.計算機(jī)工程與應(yīng)用，2003，31（5）：200-202.

［6］何榮茂.基于SOA的異構(gòu)數(shù)據(jù)集成中間件的研究與設(shè)計［J］.艦船電子工程，2011，3（(1）：77-124.

［7］姚華新.異構(gòu)數(shù)據(jù)集成中間件集成引擎設(shè)計與實(shí)現(xiàn)［D］.西安：西北工業(yè)大學(xué)，2007.

A Method of Heterogeneous Data Integration and Application for Diversified Military Tasks

TIAN Fu-ping1，3，TIAN Ye2，PEI Ying-bo3
（1.Tsinghua University，Beijing 100084，China；2.Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；
3.Unit 68210 of PLA，Baoji 721001，China）

For efficiently fusion and sharing of multi-source heterogeneous operational data,a method is proposed which including the advanced middleware heterogeneous data integration framework,the core component of operational data fusion and application and the integrated application platform of multi-source heterogeneous operational data.This method can improve the efficiency of fusion and application for various data greatly and provide the data support for commander to grasping the battlefield situation timely and making decision intellectually.

diversified military tasks，heterogeneous data，data integration，middleware

E917

A

1002-0640（2015）07-0164-04

2014-06-25

2014-07-30

*獲軍隊科技進(jìn)步二等獎

田福平（1965- ），男，陜西咸陽人，博士研究生。研究方向：作戰(zhàn)指揮。