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    生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)資源集成與共享服務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

    2015-07-19 06:44:42張雪申文明王昌佐孫中平初東付卓
    關(guān)鍵詞:成果數(shù)據(jù)庫(kù)生態(tài)

    張雪,申文明 ,王昌佐,孫中平,初東,付卓

    環(huán)境保護(hù)部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心,北京 100094

    2000年國(guó)家環(huán)境保護(hù)總局組織開展了全國(guó)生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查,首次全面獲取了全國(guó)生態(tài)環(huán)境空間信息。其后的十年我國(guó)經(jīng)歷了經(jīng)濟(jì)高速增長(zhǎng),城市化進(jìn)程加快,工業(yè)化和現(xiàn)代化水平迅速提高,基本建設(shè)突飛猛進(jìn),開發(fā)規(guī)??涨埃匀粸?zāi)害頻發(fā),人類干擾和氣候變化脅迫加大等階段,發(fā)展速度遠(yuǎn)大于歷史其他時(shí)期。面對(duì)十年來(lái)生態(tài)環(huán)境的巨大變化,為全面掌握生態(tài)環(huán)境及其變化狀況,更好地滿足國(guó)家發(fā)展的戰(zhàn)略需求,探索新形勢(shì)下的中國(guó)環(huán)保新道路,由國(guó)務(wù)院批準(zhǔn),環(huán)境保護(hù)部和中國(guó)科學(xué)院聯(lián)合實(shí)施了“全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年(2000—2010年)變化遙感調(diào)查與評(píng)估項(xiàng)目”(簡(jiǎn)稱“生態(tài)十年項(xiàng)目”)工作。對(duì)生態(tài)環(huán)境十年的調(diào)查產(chǎn)生了各類數(shù)據(jù)、產(chǎn)品、成果及為開展該項(xiàng)工作所需的其他各類支撐數(shù)據(jù),為實(shí)現(xiàn)海量數(shù)據(jù)的綜合展現(xiàn)、成果交換、分發(fā)管理等功能,提供數(shù)據(jù)共享服務(wù)的工作非常重要,因此,生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的共享服務(wù)是“生態(tài)十年項(xiàng)目”中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

    如何實(shí)現(xiàn)面向“生態(tài)十年項(xiàng)目”的環(huán)境遙感數(shù)據(jù)的共享服務(wù),筆者在分析生態(tài)十年環(huán)境數(shù)據(jù)共享服務(wù)技術(shù)方案的基礎(chǔ)上,明晰環(huán)境數(shù)據(jù)共享服務(wù)的集成、共享、發(fā)布與信息服務(wù)需求,利用計(jì)算機(jī)、GIS、數(shù)據(jù)庫(kù)和現(xiàn)代通信等技術(shù),通過(guò)數(shù)據(jù)綜合分析、整理和集成,建立了生態(tài)十年環(huán)境遙感數(shù)據(jù)庫(kù),建成數(shù)據(jù)集成與成果發(fā)布平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)成果的共享、發(fā)布與信息服務(wù),以期為“生態(tài)十年項(xiàng)目”及后續(xù)定期開展生態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)估工作提供參考。

    1 共享服務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

    1.1 數(shù)據(jù)類型

    該系統(tǒng)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)上不但涵蓋了常規(guī)信息管理系統(tǒng)所涉及的數(shù)據(jù)類型,同時(shí)還包括了文本、圖片等非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)及地理信息數(shù)據(jù)等空間數(shù)據(jù)。因此在設(shè)計(jì)方法上先對(duì)數(shù)據(jù)類型進(jìn)行歸納,針對(duì)不同的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行多元化設(shè)計(jì),以便保證數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)最終的數(shù)據(jù)完整性、準(zhǔn)確性、擴(kuò)展性。系統(tǒng)從數(shù)據(jù)類型上主要分為結(jié)構(gòu)化與非結(jié)構(gòu)化兩大類,地理信息數(shù)據(jù)是結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)中較為特殊的一種類型,對(duì)其要采用單獨(dú)的設(shè)計(jì)方法。

    共享服務(wù)系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)內(nèi)容可分為系統(tǒng)通用數(shù)據(jù)庫(kù)、業(yè)務(wù)輔助數(shù)據(jù)庫(kù)、空間數(shù)據(jù)庫(kù)、文件數(shù)據(jù)庫(kù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(kù)(表1)。

    表1 共享服務(wù)系統(tǒng)集成數(shù)據(jù)內(nèi)容Table 1 Data content of data share system

    1.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)總體框架

    “生態(tài)十年項(xiàng)目”調(diào)查數(shù)據(jù)主要包括全國(guó)生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據(jù)集、全國(guó)生態(tài)遙感數(shù)據(jù)集和全國(guó)生態(tài)調(diào)查成果數(shù)據(jù)集等三大類數(shù)據(jù)集。

    數(shù)據(jù)架構(gòu)總體框架標(biāo)識(shí)了共享服務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)流向,將數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和管理與實(shí)際用途分開(圖1)。

    圖1 系統(tǒng)數(shù)據(jù)架構(gòu)Fig.1 Data architecture diagram of data share system

    數(shù)據(jù)架構(gòu)總體框架分為數(shù)據(jù)采集與處理、存儲(chǔ)與管理、數(shù)據(jù)應(yīng)用3 個(gè)層次,具體內(nèi)容為:1)數(shù)據(jù)采集與處理描述了數(shù)據(jù)在內(nèi)外網(wǎng)分別通過(guò)不同的來(lái)源,系統(tǒng)通過(guò)接收外部系統(tǒng)交換的數(shù)據(jù),進(jìn)入對(duì)應(yīng)的內(nèi)外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng);2)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與管理描述了獲取的數(shù)據(jù)在內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的數(shù)據(jù)分開存儲(chǔ),系統(tǒng)間定期或不定期手動(dòng)、自動(dòng)批量數(shù)據(jù)同步;3)數(shù)據(jù)應(yīng)用描述了生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查成果服務(wù)共享門戶,實(shí)現(xiàn)多尺度、多形式的成果發(fā)布,基于權(quán)限管理,實(shí)現(xiàn)調(diào)查數(shù)據(jù)及成果的快速分發(fā)和綜合服務(wù)。服務(wù)內(nèi)容包括數(shù)據(jù)發(fā)布、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)下載等。

    2 共享服務(wù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能

    2.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

    共享服務(wù)系統(tǒng)從整體結(jié)構(gòu)上可分為內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)2 個(gè)子系統(tǒng)。從數(shù)據(jù)的來(lái)源考慮,系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要充分考慮成果數(shù)據(jù)的集中改造與未來(lái)數(shù)據(jù)的更新上報(bào)。從數(shù)據(jù)的應(yīng)用服務(wù)考慮,系統(tǒng)建設(shè)要充分考慮與其他應(yīng)用服務(wù)的數(shù)據(jù)交換接口和信息服務(wù)接口。調(diào)查評(píng)估成果數(shù)據(jù)能夠按照與其他應(yīng)用服務(wù)的需求進(jìn)行匯交,能夠?yàn)槠渌嚓P(guān)部門提供快速的、多樣的數(shù)據(jù)服務(wù),同時(shí)考慮利用其他應(yīng)用服務(wù)提供的數(shù)據(jù)[1-4]。共享服務(wù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

    圖2 共享服務(wù)系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)Fig.2 Architecture of data share system

    2.2 系統(tǒng)功能

    共享服務(wù)系統(tǒng)是在門戶網(wǎng)站上實(shí)現(xiàn)“生態(tài)十年項(xiàng)目”成果的展現(xiàn),基于權(quán)限管理,實(shí)現(xiàn)多尺度、多形式的成果發(fā)布,提供多種共享服務(wù),實(shí)現(xiàn)成果數(shù)據(jù)的分發(fā)和下載。主要功能包括共享門戶、數(shù)據(jù)成果展示、數(shù)據(jù)成果分發(fā)和數(shù)據(jù)交換。

    2.2.1 共享門戶

    門戶網(wǎng)站作為系統(tǒng)Web 服務(wù)的總界面、總窗口,通過(guò)單點(diǎn)登錄用戶認(rèn)證,實(shí)現(xiàn)各類生態(tài)環(huán)境調(diào)查評(píng)估成果數(shù)據(jù)和其他業(yè)務(wù)信息集成與整合,達(dá)到信息資源的全方位共享。主要功能包括界面集成、用戶管理、單點(diǎn)登陸、個(gè)性化服務(wù)、集成開發(fā)環(huán)境、預(yù)定義的風(fēng)格外觀以及Portlet 模版等。

    2.2.2 數(shù)據(jù)成果展示

    通過(guò)門戶網(wǎng)站的形式對(duì)“生態(tài)十年項(xiàng)目”調(diào)查數(shù)據(jù)成果庫(kù)中的圖件、數(shù)據(jù)集、成果報(bào)告的查詢和瀏覽,同時(shí)需要對(duì)應(yīng)用分析的結(jié)果數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計(jì)分析的統(tǒng)計(jì)表、統(tǒng)計(jì)圖、專題圖等統(tǒng)計(jì)成果采用多種綜合的方式來(lái)進(jìn)行展現(xiàn)。對(duì)不同專題、不同時(shí)期生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)可進(jìn)行不同形式的對(duì)比分析,支持疊加對(duì)比、多窗口并列對(duì)比、歷史回溯、卷簾、閃爍、設(shè)置透明度等多種方式進(jìn)行對(duì)比查看,支持二三維一體化瀏覽,并且能夠?qū)Νh(huán)境監(jiān)測(cè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、文檔數(shù)據(jù)、照片數(shù)據(jù)的關(guān)聯(lián)展現(xiàn)。

    2.2.3 數(shù)據(jù)成果分發(fā)

    主要通過(guò)網(wǎng)站的方式實(shí)現(xiàn)成果數(shù)據(jù)的共享服務(wù),包括查詢、瀏覽、申請(qǐng)、審核、下載(或離線分發(fā))、用戶訪問(wèn)、權(quán)限控制等功能。系統(tǒng)需要利用日志記錄用戶、訪問(wèn)量、以及數(shù)據(jù)分發(fā)和數(shù)據(jù)服務(wù)的內(nèi)容、對(duì)象、時(shí)間、數(shù)據(jù)量等,可以對(duì)數(shù)據(jù)服務(wù)情況進(jìn)行查詢、瀏覽、統(tǒng)計(jì)匯總和輸出。

    2.2.4 數(shù)據(jù)成果交換

    實(shí)現(xiàn)內(nèi)外網(wǎng)生態(tài)評(píng)估成果數(shù)據(jù)的交換。主要為數(shù)據(jù)成果網(wǎng)上匯集和下發(fā)提供支持,負(fù)責(zé)野外調(diào)查/核查數(shù)據(jù)、成果的內(nèi)外網(wǎng)交換,支持對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)格式與交換格式的轉(zhuǎn)換。共享服務(wù)系統(tǒng)總體功能結(jié)構(gòu)如圖3 所示。

    圖3 共享服務(wù)系統(tǒng)功能組成Fig.3 Functional component of data share system

    3 關(guān)鍵技術(shù)研究

    3.1 組織與管理技術(shù)

    生態(tài)環(huán)境共享服務(wù)系統(tǒng)涉及環(huán)境遙感數(shù)據(jù)的綜合展現(xiàn),環(huán)境遙感數(shù)據(jù)具有多層次、多專題、多尺度、多形態(tài)等特點(diǎn),包括對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、生態(tài)十年業(yè)務(wù)應(yīng)用專題數(shù)據(jù)等多種數(shù)據(jù)類型與來(lái)源。系統(tǒng)建設(shè)要充分考慮數(shù)據(jù)源的多樣性、復(fù)雜性,空間數(shù)據(jù)模型可以進(jìn)行靈活配置,同時(shí)通過(guò)多種優(yōu)化手段提高對(duì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)加載以及數(shù)據(jù)瀏覽的效率,實(shí)現(xiàn)對(duì)多層次、多專題、多尺度、多形態(tài)地理空間信息的高效組織與管理[2,5-10],具體措施包括:

    (1)在數(shù)據(jù)的管理上,系統(tǒng)采用GeoDatabase 數(shù)據(jù)模型,進(jìn)行各類數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理與訪問(wèn)。通過(guò)在存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)、中間件、應(yīng)用系統(tǒng)等多個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)來(lái)保證系統(tǒng)的存儲(chǔ)、管理與訪問(wèn)效率。

    (2)對(duì)于跨帶數(shù)據(jù),矢量全部統(tǒng)一到經(jīng)緯度坐標(biāo)系下,影像則可以按帶區(qū)、按比例尺進(jìn)行分層分區(qū)管理。

    (3)矢量數(shù)據(jù)采用要素集的方式進(jìn)行管理,柵格數(shù)據(jù)根據(jù)數(shù)據(jù)應(yīng)用形態(tài)的不同,大范圍連續(xù)影像采用RasterDataset 方式管理,分幅影像則可采用RasterCatalog 方式進(jìn)行管理。不論何種形式,矢量與影像都可以在客戶端通過(guò)統(tǒng)一的接口進(jìn)行訪問(wèn)。

    (4)采用空間索引技術(shù)實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)的快速檢索與分析。該技術(shù)包括格網(wǎng)大小與格網(wǎng)索引級(jí)別2個(gè)方面,應(yīng)根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)的不同,設(shè)計(jì)最優(yōu)的空間索引格網(wǎng)大小與索引級(jí)別。

    (5)在系統(tǒng)設(shè)計(jì)上,采用邏輯對(duì)象和物理對(duì)象分離的方式。通過(guò)縝密的整體規(guī)劃,從各類數(shù)據(jù)的分層結(jié)構(gòu)、相關(guān)屬性、編碼體系等物理對(duì)象中,抽象歸納邏輯數(shù)據(jù)組織與表達(dá)的模型,從而可以適應(yīng)未來(lái)數(shù)據(jù)種類的擴(kuò)充而動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

    (6)系統(tǒng)應(yīng)用層的軟件編碼將針對(duì)系統(tǒng)的邏輯數(shù)據(jù)組織模型來(lái)進(jìn)行,而不是直接操作物理對(duì)象;這些數(shù)據(jù)表達(dá)模型是可以動(dòng)態(tài)編輯和擴(kuò)充的;通過(guò)系統(tǒng)維護(hù)工具,用戶可以可視化地動(dòng)態(tài)調(diào)整系統(tǒng)的配合信息,從而改變系統(tǒng)的數(shù)據(jù)組織模型,適應(yīng)不同的需求。

    (7)通過(guò)邏輯數(shù)據(jù)組織模型的設(shè)計(jì)和應(yīng)用,即使數(shù)據(jù)組織發(fā)生變化,系統(tǒng)代碼也無(wú)需做任何修改,使得整個(gè)系統(tǒng)可以具備開放、易擴(kuò)展、易維護(hù)、工具化等優(yōu)點(diǎn)。

    總之,通過(guò)上述多種手段的合理綜合應(yīng)用,可以很好地實(shí)現(xiàn)多層次、多專題、多尺度、多形態(tài)地理空間信息的高效組織與管理[5]。

    3.2 CPU 和并行查詢方式的利用

    (1)盡量利用多個(gè)CPU 處理器來(lái)執(zhí)行事務(wù)處理和查詢。一個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)工作可以用多個(gè)CPU的并行技術(shù)來(lái)相互配合完成,加上分布式計(jì)算應(yīng)用已經(jīng)相當(dāng)普遍,應(yīng)該將數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器和應(yīng)用程序的CPU 請(qǐng)求分開,同時(shí)采用將CPU 請(qǐng)求從一個(gè)服務(wù)器移到另一個(gè)服務(wù)器。對(duì)于多CPU 系統(tǒng)盡量采用并行查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)庫(kù)操作,提高數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)效率。

    (2)使用并行查詢方式進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢。使用并行方式不僅可以在多個(gè)CPU 間分配SQL 語(yǔ)句的請(qǐng)求處理,當(dāng)所查詢的數(shù)據(jù)處于不同的磁盤時(shí),一個(gè)個(gè)獨(dú)立的進(jìn)程也可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。

    (3)使用優(yōu)秀工具進(jìn)行大數(shù)據(jù)量的裝載。使用該方法進(jìn)行數(shù)據(jù)裝載時(shí),程序創(chuàng)建格式化數(shù)據(jù)塊直接寫入數(shù)據(jù)文件中,不要求數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)核的其他I/O[5,11-13]。

    3.3 利用數(shù)據(jù)的后臺(tái)處理方案減少網(wǎng)絡(luò)流量

    (1)合理創(chuàng)建臨時(shí)表或視圖。根據(jù)需要在數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上創(chuàng)建新表或視圖,對(duì)于多表關(guān)聯(lián)后再查詢信息的可建新表,對(duì)于單表查詢的可創(chuàng)建視圖,這樣可充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)的容量大、可擴(kuò)充性強(qiáng)等特點(diǎn),所有條件的判斷、數(shù)值計(jì)算統(tǒng)計(jì)均可在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器后臺(tái)統(tǒng)一處理后追加到臨時(shí)表中,形成數(shù)據(jù)結(jié)果的過(guò)程可用數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程或函數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

    (2)充分利用數(shù)據(jù)庫(kù)打包技術(shù)。利用數(shù)據(jù)庫(kù)描述語(yǔ)言編寫數(shù)據(jù)庫(kù)的過(guò)程或函數(shù),然后把過(guò)程或函數(shù)打成包,在數(shù)據(jù)庫(kù)后臺(tái)統(tǒng)一運(yùn)行即可。

    (3)運(yùn)用數(shù)據(jù)復(fù)制、快照、視圖,遠(yuǎn)程過(guò)程調(diào)用技術(shù)。數(shù)據(jù)復(fù)制,即將數(shù)據(jù)一次性復(fù)制到本地,以后的查詢就使用本地?cái)?shù)據(jù),但是只適合那些變化不大的數(shù)據(jù)。使用快照也可以在分布式數(shù)據(jù)庫(kù)之間動(dòng)態(tài)復(fù)制數(shù)據(jù),定義快照的自動(dòng)刷新時(shí)間或手工刷新,以保證數(shù)據(jù)的引用參照完整性。調(diào)用遠(yuǎn)程過(guò)程也會(huì)大大減少因頻繁的SQL 語(yǔ)句調(diào)用而帶來(lái)的網(wǎng)絡(luò)擁擠。

    (4)柵格數(shù)據(jù)是按網(wǎng)絡(luò)單元的行與列排列、具有不同灰度或顏色的陣列數(shù)據(jù),其文件格式大多表現(xiàn)為由像素集構(gòu)成的圖片文件。按照需要的分層精度,對(duì)圖片中的像素進(jìn)行分組,并以這些像素組為依據(jù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行切片,在不增加數(shù)據(jù)總量的情況下,達(dá)到數(shù)據(jù)分割的目的。將數(shù)據(jù)切片進(jìn)行有序的疊加,能獲得各層級(jí)的柵格圖層數(shù)據(jù),從而實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)分層。由于數(shù)據(jù)的分層是基于切片的疊加來(lái)實(shí)現(xiàn)的,服務(wù)器群只需將各層數(shù)據(jù)切片發(fā)送到客戶端,地學(xué)瀏覽器就能對(duì)這些切片進(jìn)行像素疊加,并經(jīng)過(guò)一定的插值處理來(lái)獲取所需的服務(wù)數(shù)據(jù)?;谙袼胤纸M切片的柵格數(shù)據(jù)分層方法,在不增加數(shù)據(jù)量的前提下實(shí)現(xiàn)了柵格數(shù)據(jù)分層,并將數(shù)據(jù)疊加放在地學(xué)瀏覽器進(jìn)行,不但縮短了用戶的下載等待時(shí)間,而且充分利用了日益增強(qiáng)的用戶計(jì)算機(jī)性能。

    3.4 業(yè)務(wù)建模技術(shù)

    生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)利用生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查成果服務(wù)共享門戶,在遵循數(shù)據(jù)共享規(guī)范與接口標(biāo)準(zhǔn)的前提下,基于權(quán)限管理,向相關(guān)部門提供全國(guó)生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據(jù)集、全國(guó)生態(tài)遙感數(shù)據(jù)集、全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化調(diào)查成果數(shù)據(jù)集等調(diào)查數(shù)據(jù)及成果的快速分發(fā)和綜合服務(wù)。作為系統(tǒng)Web 服務(wù)的總界面、總窗口,門戶網(wǎng)站通過(guò)統(tǒng)一用戶登錄,提供統(tǒng)一的業(yè)務(wù)界面和結(jié)構(gòu)更清晰、內(nèi)容可定制的信息服務(wù),實(shí)現(xiàn)各信息資源、各業(yè)務(wù)應(yīng)用的集中與整合,達(dá)到信息資源的全方位共享。

    共享服務(wù)系統(tǒng)屬于復(fù)雜系統(tǒng),數(shù)據(jù)將涉及到全國(guó)生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據(jù)集、全國(guó)生態(tài)遙感數(shù)據(jù)集、全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化調(diào)查成果數(shù)據(jù)集各組成部分的復(fù)雜應(yīng)用分析。其中成果數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼鎸?shí)性和實(shí)時(shí)性更顯得尤為重要,成果數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)以共享資源之間協(xié)作的業(yè)務(wù)流程為載體,在共享業(yè)務(wù)流程規(guī)范的前提下才能進(jìn)行成果數(shù)據(jù)的抽取、優(yōu)化與設(shè)計(jì),以確保成果數(shù)據(jù)的真實(shí)和有效。

    因此,在數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)過(guò)程中,采用一種符合國(guó)家地理信息平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)與規(guī)范的復(fù)雜系統(tǒng)工程分析方面的業(yè)務(wù)建模方法和工具作為輔助支撐,完成生態(tài)十年數(shù)據(jù)資源的梳理,采用標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)元設(shè)計(jì),避免數(shù)據(jù)庫(kù)之間產(chǎn)生數(shù)據(jù)隔斷,以及不同的數(shù)據(jù)格式引發(fā)的重復(fù)建設(shè)[14]。

    并且,需要采用相對(duì)應(yīng)的模型管理平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一管理,該平臺(tái)應(yīng)符合第三代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用,即信息技術(shù)的最大化共享,組合服務(wù)和高效率開發(fā),互操作性、分布異構(gòu)、人性化、適配性軟件的開發(fā),軟件信息資源庫(kù)的建設(shè)管理、服務(wù)、交易等要求。符合基于SOA 架構(gòu)開發(fā)的應(yīng)急業(yè)務(wù)模型資源管理體系,體現(xiàn)模型的資源化、業(yè)務(wù)化和服務(wù)化理念(圖4)。

    圖4 業(yè)務(wù)模型驅(qū)動(dòng)的SOA 服務(wù)架構(gòu)Fig.4 SOA service business model driven architecture diagram of data share system

    該架構(gòu)為B/S 結(jié)構(gòu),由業(yè)務(wù)模型工作站和業(yè)務(wù)模型應(yīng)用服務(wù)器構(gòu)成。其核心模塊是制圖模型引擎(模型解析器)以及基于成果分析模型內(nèi)容管理的資源目錄,驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)化模型產(chǎn)生模型資源目錄、環(huán)境數(shù)據(jù)元素目錄、文檔目錄、信息資源目錄服務(wù)。需要達(dá)到的最終目標(biāo)是對(duì)全國(guó)生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據(jù)集,全國(guó)生態(tài)遙感數(shù)據(jù)集,全國(guó)生態(tài)環(huán)境十年變化調(diào)查成果數(shù)據(jù)集等模型的可獲取、可加工、可存儲(chǔ)、可查詢、可發(fā)布。實(shí)現(xiàn)分析模型是體系管理的有效手段和業(yè)務(wù)導(dǎo)圖,可以展現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)、分析生態(tài)十年變化特征等評(píng)價(jià)十年資源質(zhì)量變遷成果。

    4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

    共享服務(wù)系統(tǒng)采用JAVA SSH 框架,即Struts +Spring+Hibernate 的組合框架模型進(jìn)行開發(fā)。通過(guò)Struts 的MVC 設(shè)計(jì)模式對(duì)業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行清晰的表達(dá)[3,15-18]。利用Spring 的IOC 和AOP 特性使系統(tǒng)模塊功能在最大限度上解藕。對(duì)象持久化采用Hibernate 技術(shù),分為表現(xiàn)層、業(yè)務(wù)邏輯層和數(shù)據(jù)服務(wù)層,這3 層體系將業(yè)務(wù)規(guī)則、數(shù)據(jù)訪問(wèn)及合法性校驗(yàn)等工作放在中間層處理??蛻舳瞬恢苯优c數(shù)據(jù)庫(kù)交互,而是通過(guò)組件與中間層建立連接,再由中間層與數(shù)據(jù)庫(kù)交互。表現(xiàn)層采用JSP 技術(shù),中間層采用Spring+Hibernate 進(jìn)行聯(lián)合管理,為了將控制層與業(yè)務(wù)邏輯層分離,又細(xì)分為:

    (1)Web 層,就是MVC 模式里面的“C”(controller),負(fù)責(zé)控制業(yè)務(wù)邏輯層與表現(xiàn)層的交互,調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯層,并將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)返回給表現(xiàn)層作組織表現(xiàn),該系統(tǒng)的MVC 框架采用Struts。

    (2)Service 層(業(yè)務(wù)邏輯層),負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)邏輯。該層以DAO 層為基礎(chǔ),通過(guò)對(duì)DAO 組件的正面模式包裝,完成系統(tǒng)所要求的業(yè)務(wù)邏輯。

    (3)DAO 層,負(fù)責(zé)與持久化對(duì)象交互。該層封裝了數(shù)據(jù)的增、刪、查、改的操作。

    (4)PO 層,持久化對(duì)象。通過(guò)實(shí)體關(guān)系映射工具將關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)映射成對(duì)象,很方便地實(shí)現(xiàn)以面向?qū)ο蠓绞讲僮鲾?shù)據(jù)庫(kù),該系統(tǒng)采用Hibernate 作為ORM 框架。

    Spring 的作用貫穿了整個(gè)中間層,將Web 層、Service 層、DAO 層及PO 層無(wú)縫整合,其數(shù)據(jù)服務(wù)層用來(lái)存放數(shù)據(jù)。系統(tǒng)開發(fā)框架如圖5 所示。

    圖5 系統(tǒng)開發(fā)框架Fig.5 The development frame of data share system

    具體部署時(shí),共享服務(wù)系統(tǒng)采用B/S 模式,部署在內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng),包括1 臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器(小型機(jī))、1 臺(tái)外網(wǎng)共享服務(wù)器(PC 機(jī))和1 臺(tái)外網(wǎng)GIS 服務(wù)器(PC 機(jī)),通過(guò)光纖交換機(jī)與外網(wǎng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)設(shè)備(盤陣)連接;內(nèi)網(wǎng)包括1 臺(tái)內(nèi)網(wǎng)共享服務(wù)系統(tǒng)服務(wù)器(PC 機(jī)),1 臺(tái)GIS 服務(wù)器,內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫(kù)由數(shù)據(jù)管理分系統(tǒng)統(tǒng)一管理。內(nèi)網(wǎng)與外網(wǎng)由安全網(wǎng)閘進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)隔離。

    5 應(yīng)用與展望

    生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)通過(guò)將生態(tài)環(huán)境調(diào)查形成的生態(tài)系統(tǒng)分類數(shù)據(jù)、生態(tài)參數(shù)數(shù)據(jù)、生態(tài)系統(tǒng)評(píng)估數(shù)據(jù)和其他輔助參考數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)進(jìn)行成果轉(zhuǎn)化與集成管理,形成對(duì)多源、多類型、多尺度數(shù)據(jù)成果的綜合管理與服務(wù)共享能力,實(shí)現(xiàn)了對(duì)國(guó)家生態(tài)管理和環(huán)境科研、監(jiān)測(cè)、規(guī)劃等領(lǐng)域的全方面數(shù)據(jù)支持,也為進(jìn)一步推動(dòng)環(huán)境保護(hù)數(shù)據(jù)共享和信息公開提供了基礎(chǔ)平臺(tái)。項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程中,參與“生態(tài)十年項(xiàng)目”的國(guó)家和地方100 余家科研技術(shù)單位和32 個(gè)省級(jí)環(huán)保部門通過(guò)該系統(tǒng)及時(shí)查詢、瀏覽、獲取和下載各類數(shù)據(jù)成果,實(shí)現(xiàn)了項(xiàng)目數(shù)據(jù)成果的有效共享和及時(shí)應(yīng)用;同時(shí),科研人員、社會(huì)公眾通過(guò)該系統(tǒng),及時(shí)、全面地了解我國(guó)生態(tài)環(huán)境總體狀況和變化趨勢(shì),推動(dòng)了相關(guān)領(lǐng)域研究的開展,促進(jìn)了公眾生態(tài)保護(hù)意識(shí)的不斷提升。

    在系統(tǒng)研發(fā)和服務(wù)中發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)還存在一些不足之處,主要體現(xiàn)在:系統(tǒng)服務(wù)內(nèi)容以集成的固定數(shù)據(jù)產(chǎn)品為主,缺少對(duì)服務(wù)用戶的主動(dòng)響應(yīng)和產(chǎn)品定制;展現(xiàn)形式比較單一,偏重技術(shù)人員使用;服務(wù)范圍和渠道比較窄,還有很大應(yīng)用空間等。隨著生態(tài)保護(hù)工作不斷深入,云服務(wù)、三維可視化等技術(shù)不斷創(chuàng)新和進(jìn)步,對(duì)生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)的共享和服務(wù)需求也會(huì)不斷提高。

    提出今后的發(fā)展方向:1)結(jié)合云服務(wù)技術(shù),集成生態(tài)環(huán)境綜合分析、評(píng)價(jià)功能,實(shí)現(xiàn)基于輕客戶端的需求實(shí)時(shí)響應(yīng)和產(chǎn)品定制服務(wù);2)借鑒三維可視化、虛擬現(xiàn)實(shí)等技術(shù),加強(qiáng)展現(xiàn)形式的豐富性和生動(dòng)性,更好地為社會(huì)公眾服務(wù);3)通過(guò)環(huán)境保護(hù)專網(wǎng)和其他服務(wù)方式,將生態(tài)環(huán)境數(shù)據(jù)成果與環(huán)境影響評(píng)價(jià)、監(jiān)察執(zhí)法、環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)和績(jī)效考核等環(huán)保重點(diǎn)工作更緊密結(jié)合起來(lái),促進(jìn)數(shù)據(jù)成果的更廣泛和深入的應(yīng)用。

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