基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架研究

張　政,王　林,孫　晨,丁　昊,吳　剛

(1.信息工程大學(xué)，河南 鄭州 450001；2.72515部隊(duì)，山東 濟(jì)南 250001；3.95806部隊(duì)，北京 100076；4.61206部隊(duì)，北京 100042)

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基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架研究

張政1,王林2,孫晨1,丁昊3,吳剛4

(1.信息工程大學(xué)，河南 鄭州 450001；2.72515部隊(duì)，山東 濟(jì)南 250001；3.95806部隊(duì)，北京 100076；4.61206部隊(duì)，北京 100042)

隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，自然災(zāi)害、事故災(zāi)難以及社會(huì)安全等事件頻頻發(fā)生，帶來(lái)嚴(yán)重的后果。如何快速響應(yīng)重大緊急情況，正確實(shí)施指揮和決策，成為保障人民安全的重要任務(wù)[1]。面對(duì)這一實(shí)際問題，在現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施基礎(chǔ)上，構(gòu)建一個(gè)基于服務(wù)的應(yīng)急信息共享框架，將信息資源進(jìn)行整合，形成公共安全應(yīng)急“一張圖”，將為應(yīng)急保障、輔助決策提供強(qiáng)有力的技術(shù)支撐和信息保障。

本文以服務(wù)相關(guān)的技術(shù)為基礎(chǔ)，研究應(yīng)急信息服務(wù)接入模式、應(yīng)急信息共享模式以及應(yīng)急信息客戶端繪制機(jī)制，提出基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架。

1面向服務(wù)的技術(shù)原理

目前，面向服務(wù)架構(gòu)(Service Oriented Architecture，SOA)的概念各不相同，但SOA的關(guān)鍵特性卻具有統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)[2-3]：一種粗粒度、松耦合服務(wù)架構(gòu)，服務(wù)之間通過簡(jiǎn)單、精確定義接口進(jìn)行通訊，不涉及底層編程接口和通訊模型。SOA的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要包括服務(wù)提供者、服務(wù)使用者和服務(wù)注冊(cè)中心，各個(gè)角色之間松散耦合，相互間的交互通過廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議完成。

圖1　面向服務(wù)的架構(gòu)模式

2基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架分析

任何面向服務(wù)的系統(tǒng)架構(gòu)均由數(shù)據(jù)、服務(wù)和信息表達(dá)3層組成，因此在服務(wù)技術(shù)體制下的數(shù)據(jù)獲取、共享與互操作機(jī)制，服務(wù)聚合模式以及信息可視化表達(dá)方式成為研究重點(diǎn)。

2.1“一張圖”共享框架技術(shù)原理

應(yīng)急信息最終以地理空間信息為參考框架，疊加到地理空間信息的背景圖上進(jìn)行顯示。因此，GIS是應(yīng)急信息的公共基礎(chǔ)框架，通過采用服務(wù)化的方式接入地理空間信息，對(duì)應(yīng)急信息采取服務(wù)化的方式發(fā)布并接入到GIS的統(tǒng)一框架下，用戶就能一目了然地發(fā)現(xiàn)專題信息的空間分布以及相互之間的聯(lián)系。

如圖2所示，依托柵格化的信息網(wǎng)絡(luò)，采用接入、適配和聚合等技術(shù)手段調(diào)用多源的應(yīng)急信息服務(wù)，實(shí)現(xiàn)基于“一張圖”的綜合應(yīng)用框架技術(shù)，通過客戶端繪制引擎支持包括基礎(chǔ)市情、重大危險(xiǎn)源、重點(diǎn)防護(hù)目標(biāo)、應(yīng)急保障資源等多種應(yīng)急信息在內(nèi)的疊加顯示，并適應(yīng)瀏覽器、桌面等計(jì)算環(huán)境。

圖2　基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架技術(shù)原理

2.2應(yīng)急信息服務(wù)接入模式

SOA本質(zhì)上是一種軟件架構(gòu)，主要目的是功能模塊間的松耦合，主要模式為請(qǐng)求/響應(yīng)類型架構(gòu)[4]。2003年提出的事件驅(qū)動(dòng)架構(gòu)(Event Driven Architecture，EDA)，同樣是一種有效的基于事件的系統(tǒng)開發(fā)方法[5]。該架構(gòu)中各角色相互獨(dú)立，最大的特色就是基于異步的事件發(fā)布/訂閱技術(shù)，其中發(fā)布者對(duì)于訂閱者的信息完全一無(wú)所知，反之亦然。與SOA架構(gòu)相比較，EDA架構(gòu)中每個(gè)節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的事件并不依賴接受事件的節(jié)點(diǎn)是否可用，從而實(shí)現(xiàn)與其他節(jié)點(diǎn)的隔離[6]。

基于SOA的框架專注于信息系統(tǒng)提供和使用服務(wù)的能力，而EDA架構(gòu)更注重于事件觸發(fā)消息，所以將兩者結(jié)合，將會(huì)發(fā)揮更強(qiáng)的效用，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。

兩者結(jié)合后，業(yè)務(wù)服務(wù)之間耦合度更加松散，服務(wù)與事件都具有共同的業(yè)務(wù)目標(biāo)，業(yè)務(wù)服務(wù)與事件類型一一對(duì)應(yīng)，活動(dòng)與服務(wù)處在相同的粒度級(jí)別。業(yè)務(wù)層不但可以實(shí)時(shí)主動(dòng)獲取信息，還可以實(shí)時(shí)同步數(shù)據(jù)。分離業(yè)務(wù)最終實(shí)現(xiàn)信息共享。

圖3　SOA與EDA兩種架構(gòu)結(jié)合略圖

2.3應(yīng)急信息共享模式

2.3.1應(yīng)急信息數(shù)據(jù)集成方式

目前主要有兩種數(shù)據(jù)集成方式，一種是實(shí)體化方式，另一種稱為虛擬方式(Virtual Approach)[7]，圖4為兩種集成方式的架構(gòu)對(duì)比。

1)實(shí)體化方式：將所有異構(gòu)數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)預(yù)先加載到某一個(gè)共享庫(kù)中，用戶的各種操作與查詢都基于共享庫(kù)進(jìn)行。其優(yōu)勢(shì)是可以方便集成，便于決策查詢，但是當(dāng)規(guī)模增大并且數(shù)據(jù)更新頻繁時(shí)，這種方式效率不高。

2)虛擬方式：僅提供一個(gè)虛擬的集成視圖(全局模式)，把用戶對(duì)全局視圖的查詢分解為對(duì)各異構(gòu)數(shù)據(jù)源的查詢，每個(gè)用戶的查詢模式都需要有一個(gè)包裝器與之對(duì)應(yīng)。其優(yōu)點(diǎn)是不需要存儲(chǔ)大量的數(shù)據(jù)，并且保證能實(shí)時(shí)查詢到其他數(shù)據(jù)源的最新數(shù)據(jù)。但是對(duì)于包裝器的維護(hù)費(fèi)用較高，且查詢的效率相對(duì)較低。

圖4　兩種數(shù)據(jù)集成方式

2.3.2應(yīng)急信息數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模式

傳統(tǒng)信息存儲(chǔ)模式主要包括3個(gè)層次：外模式、概念模式(也稱為邏輯模式)和內(nèi)模式。分別對(duì)應(yīng)視圖層、邏輯層和物理層。這種抽象的目的在于給用戶提供數(shù)據(jù)的抽象視圖，對(duì)用戶隱藏關(guān)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和維護(hù)的細(xì)節(jié)。

隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，提出分布式數(shù)據(jù)庫(kù)的概念，且分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)抽象為4層的結(jié)構(gòu)模式，分別為：全局外層、全局概念層、局部概念層和局部?jī)?nèi)層，在各層間還有相應(yīng)的層間映射。但它并不適合應(yīng)急信息的共享與交換，原因有兩點(diǎn)：

1)應(yīng)用場(chǎng)景不一致：分布式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)針對(duì)的是同一應(yīng)用領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)遵循統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，只是由原來(lái)的物理集中存儲(chǔ)分布到不同的節(jié)點(diǎn)上進(jìn)行存儲(chǔ)，邏輯上還是保持統(tǒng)一的視圖，而應(yīng)急信息物理上分布式存儲(chǔ)，但在邏輯上并不是統(tǒng)一視圖。

2)數(shù)據(jù)模式的差異性：應(yīng)急信息的種類繁多，不同的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)采集到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)差異相差很大，很難進(jìn)行概念模式的完整匹配。

社會(huì)上的應(yīng)急數(shù)據(jù)資源分散在各級(jí)政府、不同的行業(yè)和部門，不同部門可能采取不同的數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)事物的認(rèn)知有自己的理解，部門間很難達(dá)到共識(shí)，應(yīng)急數(shù)據(jù)資源缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，導(dǎo)致數(shù)據(jù)的共享和整合都異常困難。

為此，本文提出應(yīng)急信息的聯(lián)邦存儲(chǔ)模式，如圖5所示。應(yīng)急信息聯(lián)邦模式并不是把所有系統(tǒng)的數(shù)據(jù)模型都統(tǒng)一映射到一個(gè)大而全的概念模式上進(jìn)行共享，而只是規(guī)定在突發(fā)事件處理過程中需要共享的部分，這種概念模式是不同異構(gòu)系統(tǒng)間需要交互映射的一個(gè)子集，不同系統(tǒng)間把需要交換的信息映射到概念模式，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息的共享。

圖5　應(yīng)急信息聯(lián)邦存儲(chǔ)模式

2.3.3應(yīng)急信息共享模式

為了實(shí)現(xiàn)從數(shù)據(jù)源到用戶的系統(tǒng)級(jí)流程和架構(gòu)，基于服務(wù)的應(yīng)急信息一張圖共享模式也包括3層結(jié)構(gòu)：應(yīng)用層、服務(wù)層與數(shù)據(jù)層，所不同的是每一層的內(nèi)容有所變化。它不僅僅是一個(gè)數(shù)據(jù)集成的過程，而是跨越數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層，以集成為核心，包含數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)處理、服務(wù)聚合以及可視化應(yīng)用的整個(gè)技術(shù)體系。

如圖6所示，應(yīng)急信息來(lái)源廣泛，彼此間結(jié)構(gòu)差異很大，分類存儲(chǔ)雖不會(huì)造成冗余數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，但卻增加數(shù)據(jù)檢索和共享時(shí)數(shù)據(jù)管理的負(fù)擔(dān)，提高語(yǔ)義一致性維護(hù)的難度。聯(lián)邦共享模式在這一方面顯示巨大的優(yōu)勢(shì)。首先根據(jù)突發(fā)事件分類，將不同領(lǐng)域來(lái)源的信息根據(jù)領(lǐng)域本體入庫(kù)存儲(chǔ)，這樣某種數(shù)據(jù)的更新不會(huì)影響其他來(lái)源的數(shù)據(jù)，存儲(chǔ)效率會(huì)大大提高，然后根據(jù)全局本體(全局模式或者叫全局?jǐn)?shù)據(jù)結(jié)構(gòu))將各來(lái)源庫(kù)中的信息進(jìn)行一體化集成到聯(lián)邦共享庫(kù)中，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息綜合視圖，為用戶提供一張圖顯示的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

圖6　應(yīng)急信息共享模式

2.4應(yīng)急信息客戶端繪制機(jī)制

在面向服務(wù)的柵格網(wǎng)環(huán)境下，客戶端的最主要任務(wù)就是對(duì)包括基礎(chǔ)地理空間信息在內(nèi)的各種應(yīng)急信息進(jìn)行可視化表達(dá)，以地圖層面的“一張圖”為基礎(chǔ)，綜合展示危險(xiǎn)源、防護(hù)目標(biāo)、應(yīng)急保障資源等多種應(yīng)急信息?？蛻舳藞D形支撐技術(shù)的研究?jī)?nèi)容就是實(shí)現(xiàn)一套統(tǒng)一的繪制接口，滿足不同平臺(tái)、不同環(huán)境下客戶端繪制需求。但是，不同的客戶端類型的圖形繪制能力是不同的，因此在框架的設(shè)計(jì)上必須能兼容多種客戶端，盡可能的發(fā)揮多種客戶端的最大性能。目前主要有兩種繪制機(jī)制：

1)以服務(wù)器繪制為主的客戶端圖片疊加方式。該方式下，每次用戶交互實(shí)際上是對(duì)動(dòng)態(tài)圖層進(jìn)行請(qǐng)求，基礎(chǔ)地理圖層不需要與服務(wù)器進(jìn)行頻繁交互，因此，通過在客戶端緩存基礎(chǔ)地理圖層，實(shí)時(shí)疊加動(dòng)態(tài)透明圖層實(shí)現(xiàn)一張圖的疊加顯示。這樣雖然可以屏蔽客戶端的差異性，但是服務(wù)器端的壓力過大，在圖片套合上容易出現(xiàn)問題，且個(gè)性化的顯示方式難以實(shí)現(xiàn)。

2)客戶端自身繪制的方式。這種方式下，客戶端具有一定的圖形繪制能力，將圖片與本地繪制相結(jié)合不但減輕了服務(wù)器的壓力，同時(shí)也方便用戶更好地實(shí)現(xiàn)應(yīng)急態(tài)勢(shì)的感知，達(dá)到最終的信息共享的目的。但是對(duì)于瘦客戶端環(huán)境來(lái)說，其圖形表現(xiàn)能力仍有待提高。

通過對(duì)以上兩種繪制機(jī)制的分析，本文研究最適用于應(yīng)急場(chǎng)景的模式：即采用自身繪制與服務(wù)端繪制相結(jié)合的方式，對(duì)于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)這種更新速度慢、更新頻率低的數(shù)據(jù)類型，以服務(wù)器繪制為主，以圖片服務(wù)的方式發(fā)布在客戶端顯示疊加；對(duì)于應(yīng)急信息數(shù)據(jù)則通過制定服務(wù)接口以數(shù)據(jù)服務(wù)的方式發(fā)布，在客戶端適配接入服務(wù)并在本地繪制。應(yīng)急信息客戶端繪制實(shí)現(xiàn)機(jī)制如圖7所示。

圖7　基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”客戶端繪制機(jī)制

3基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架結(jié)構(gòu)

基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架結(jié)構(gòu)是以網(wǎng)絡(luò)為中心、面向服務(wù)的新一代應(yīng)急處理保障的構(gòu)想。它以柵格化信息網(wǎng)為支撐，以分布式應(yīng)急信息服務(wù)中心與應(yīng)急信息服務(wù)基礎(chǔ)設(shè)施為核心，采用可動(dòng)態(tài)重組的高可靠、高可用、可擴(kuò)展分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)，統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理、更新、共享應(yīng)急信息，統(tǒng)一發(fā)布和管理按需的、規(guī)范化的應(yīng)急信息服務(wù)，提供適應(yīng)多種計(jì)算平臺(tái)的綜合應(yīng)急處理框架，為突發(fā)事件應(yīng)急處理提供應(yīng)急信息服務(wù)。

框架結(jié)構(gòu)主要包含3個(gè)組成部分：應(yīng)急信息服務(wù)注冊(cè)中心、應(yīng)急信息服務(wù)應(yīng)用端以及應(yīng)急信息服務(wù)中心，如圖8所示。

1)應(yīng)急信息服務(wù)中心：負(fù)責(zé)對(duì)多種應(yīng)急信息數(shù)據(jù)進(jìn)行集中存儲(chǔ)、管理、更新和維護(hù)，以服務(wù)方式提供標(biāo)準(zhǔn)化的應(yīng)急信息服務(wù)，是應(yīng)急信息服務(wù)的提供者。

2)應(yīng)急信息服務(wù)應(yīng)用端：提供面向多終端應(yīng)用的開發(fā)框架，屏蔽多源應(yīng)急數(shù)據(jù)以及功能服務(wù)調(diào)用的復(fù)雜性。在需要使用應(yīng)急信息服務(wù)時(shí)，首先自動(dòng)查找到能提供該服務(wù)的應(yīng)急信息服務(wù)中心，然后實(shí)施調(diào)用，獲得結(jié)果后進(jìn)行綜合應(yīng)用以實(shí)現(xiàn)各自的業(yè)務(wù)需求，是應(yīng)急信息服務(wù)的使用者。

3)應(yīng)急信息服務(wù)注冊(cè)中心：為應(yīng)急信息服務(wù)應(yīng)用終端提供應(yīng)急服務(wù)的統(tǒng)一注冊(cè)中心。應(yīng)急信息服務(wù)應(yīng)用端通過調(diào)用應(yīng)急信息服務(wù)注冊(cè)中心的服務(wù)注冊(cè)接口，完成應(yīng)急信息服務(wù)的統(tǒng)一注冊(cè)，支持廣域范圍的應(yīng)急信息服務(wù)注冊(cè)、發(fā)現(xiàn)和訪問。

圖8　基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架結(jié)構(gòu)

4結(jié)束語(yǔ)

應(yīng)急信息“一張圖”共享框架的建立對(duì)于應(yīng)急信息化建設(shè)具有重要的意義，同時(shí)該框架自身又是一個(gè)復(fù)雜的技術(shù)系統(tǒng)。在分析應(yīng)急信息的服務(wù)接入模式、應(yīng)急信息共享模式以及客戶端繪制機(jī)制的基礎(chǔ)上，提出的基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架，對(duì)于應(yīng)急業(yè)務(wù)的處理以及信息化建設(shè)具有借鑒意義。

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[責(zé)任編輯：張德福]

摘要：圍繞公共安全應(yīng)急“一張圖”保障這一實(shí)際問題，研究面向服務(wù)的技術(shù)原理，分析應(yīng)急服務(wù)接入模式、應(yīng)急信息共享模式以及應(yīng)急信息客戶端繪制機(jī)制，提出基于服務(wù)的應(yīng)急信息“一張圖”共享框架，為應(yīng)急業(yè)務(wù)的處理以及信息化建設(shè)提供思路。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急信息;“一張圖”;面向服務(wù);共享框架;SOA

Research on shared framework ofapicturefor emergency information based on the serviceZHANG Zheng1，WANG Lin2，SUN Chen1，DING Hao3，WU Gang4

(1.Information Engineering University,Zhengzhou 450001,China；2.Troops 72515,Jinan 250001,China；3.Troops 95806,Beijing 100076,China；4.Troops 61206,Beijing 100042,China)

Abstract：As for the actual problem ofapictureguarantee of public security emergency,this paper studies the technological service-oriented principle,then analyzes the emergency service access mode,the emergency information shared mode and the client drawing mechanism,and finally proposesapictureshared framework,which can provide a good reference to the emergency operation and information construction.

Key words：emergency information;apicture;service-oriented;shared framework;SOA

作者簡(jiǎn)介：張政(1990-)，男，碩士研究生.

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41271450；41471336)

收稿日期：2015-01-19；修回日期：2015-06-20

中圖分類號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-7949(2016)02-0047-05