基于動態(tài)表單的蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫設(shè)計與構(gòu)建

莫小香 韋健 蘇秀剛

摘要 種質(zhì)資源是蝴蝶蘭育種和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。為了解決傳統(tǒng)蝴蝶蘭種質(zhì)資源管理存在的檢索困難、數(shù)據(jù)丟失、缺乏統(tǒng)計分析等問題，并實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)共享，構(gòu)建了蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫，采用MySQL、HTML5、控件動態(tài)表單等關(guān)鍵技術(shù)，設(shè)計了展示層、接口層、控制層、業(yè)務(wù)層、模型層和數(shù)據(jù)層前后端分離的體系架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)科學(xué)存儲、高效管理、開放共享，為區(qū)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)在蝴蝶蘭品種引進(jìn)、新品種選育及種質(zhì)資源管理方面提供案例參考。

關(guān)鍵詞 蝴蝶蘭;種質(zhì)資源;數(shù)據(jù)信息庫;動態(tài)表單;前后端分離

中圖分類號 S-058 ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2020）10-0201-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.10.054

Abstract Germplasm resources are the important material basis of Phalaenopsis breeding and industrialization production. In order to solve the traditional Phalaenopsis germplasm resources management problem of difficult information retrieval， data loss， lack of statistical analysis， and realize germplasm resource data sharing， the ?Phalaenopsis germplasm resources information database was established. With the key technologies of MySQL， HTML5， controls dynamic form， we had designed the architecture of display layer， interface layer， control layer， business layer， model layer and data layer of frontendbackend separation， realized scientific storage， efficient management and open sharing of Phalaenopsis germplasm resources data. It provided case reference for the scientific research institutions in the aspects of Phalaenopsis variety introduction， new variety breeding and germplasm resources management.

Key words Phalaenopsis;Germplasm resource;Information database;Dynamic form;Frontendbackend separation

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蝴蝶蘭（Phalaenopsis）是蘭科蝴蝶蘭屬常綠草本植物花卉，是全球最具影響力的觀賞花卉之一，被譽(yù)為“蘭中皇后”，在全球熱帶花卉貿(mào)易中，蘭花銷量位居榜首[1-2]。目前我國多地實(shí)現(xiàn)蝴蝶蘭的規(guī)?；?、產(chǎn)業(yè)化、商品化生產(chǎn)，且國內(nèi)外對蝴蝶蘭的需求量不斷增加，由此推動國內(nèi)外在蝴蝶蘭種質(zhì)資源的收集、保護(hù)、開發(fā)等研究[3-4]。蝴蝶蘭種源很多來源國外，國內(nèi)自主培育的新品種有待提升，且在種質(zhì)資源收集和保護(hù)方面落后于國外[5]。因此，急需收集蝴蝶蘭種質(zhì)資源，建立蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫，為種質(zhì)資源保存和共享利用提供新途徑，為蝴蝶蘭產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供源動力[6-8]。近幾年，國內(nèi)花卉類數(shù)據(jù)信息庫的開發(fā)迅速發(fā)展[9-14]，但鮮見有蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫報道。針對目前科技人員在數(shù)據(jù)存儲中存在的檢索困難、數(shù)據(jù)丟失、非標(biāo)準(zhǔn)記錄、缺乏統(tǒng)計分析等問題，當(dāng)前種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的保存、管理方式的滯后性，新的技術(shù)手段應(yīng)用到種質(zhì)資源的存儲管理上，而運(yùn)用信息技術(shù)構(gòu)建數(shù)據(jù)信息庫是有效優(yōu)化蝴蝶蘭種質(zhì)資源管理的有效途徑。動態(tài)表單技術(shù)能提高Web表單的開發(fā)效率，減少數(shù)據(jù)信息庫開發(fā)與維護(hù)的工作量，滿足不同終端用戶對表單的個性化需求[15]，并大量應(yīng)用在信息管理系統(tǒng)中[16-17]。因此，筆者構(gòu)建了基于動態(tài)表單的蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫，錄入了收集到的200多個蝴蝶蘭品種（系）生物學(xué)性狀數(shù)據(jù)、農(nóng)藝學(xué)性狀數(shù)據(jù)、細(xì)胞學(xué)數(shù)據(jù)、雜交育種性狀數(shù)據(jù)、圖片影像等信息，實(shí)現(xiàn)了集訪問查詢、交流互動、開放共享等多功能于一體，提升了蝴蝶蘭種質(zhì)資源信息的存儲、更新、管理，及時反映當(dāng)前蝴蝶蘭種質(zhì)資源現(xiàn)狀，為科技人員在種質(zhì)資源管理提供信息化管理手段，為蝴蝶蘭種質(zhì)資源保護(hù)、種質(zhì)創(chuàng)新和種質(zhì)管理方面提供案例參考。

1 數(shù)據(jù)信息庫設(shè)計

1.1 總體設(shè)計

在蝴蝶蘭種質(zhì)資源的收集與培育科研工作中，通常根據(jù)《植物新品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測試指南 蝴蝶蘭》進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，但由于科研人員的需求不同產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)之外的指標(biāo)數(shù)據(jù)，針對這些數(shù)據(jù)重新開發(fā)管理系統(tǒng)會導(dǎo)致開發(fā)周期變長、維護(hù)內(nèi)容增多。而傳統(tǒng)的3層架構(gòu)數(shù)據(jù)信息庫表單和流程都是由軟件開發(fā)人員在開發(fā)階段定制，由此導(dǎo)致修改困難、程序復(fù)用性差、可擴(kuò)展性差等問題，不能滿足用戶的個性化需求[18-19]。因此，采用動態(tài)表單的設(shè)計模式進(jìn)行數(shù)據(jù)信息庫設(shè)計，可以減少開發(fā)與維護(hù)的工作量，普通科研人員也能對表單和流程進(jìn)行修改，提高數(shù)據(jù)信息庫的擴(kuò)展性。

數(shù)據(jù)信息庫總體設(shè)計分為數(shù)據(jù)信息庫主體與共享模塊兩大部分，主體采用Browser/Server結(jié)構(gòu)，統(tǒng)一使用網(wǎng)頁瀏覽器進(jìn)行訪問。信息庫基于.NET Framework 4框架下的C#語言，使用面向?qū)ο蟮姆椒ㄩ_發(fā)，使用MVC模式進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。數(shù)據(jù)信息庫軟件使用Microsoft SQL Server 2012。

蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫采用前后端分離的模式進(jìn)行設(shè)計，客戶端程序與服務(wù)端程序不存在交叉生成展示性的代碼，客戶端使用AJAX、浮動框架等技術(shù)手段，對服務(wù)端的Restful API進(jìn)行請求調(diào)用，瀏覽器再進(jìn)行網(wǎng)頁的渲染。服務(wù)端代碼只針對業(yè)務(wù)、流程與數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的處理，客戶端代碼只進(jìn)行網(wǎng)頁的展示與渲染，真正做到前后端分離（圖1）。

1.2 數(shù)據(jù)信息庫結(jié)構(gòu)設(shè)計?

數(shù)據(jù)信息庫采用MVC設(shè)計模式，分為展示層、接口層、控制層、業(yè)務(wù)層、模型層、數(shù)據(jù)層等6層（圖2）。

（1）展示層。存放后臺管理與展示網(wǎng)站兩大部分的靜態(tài)資源，如JavaScript、CSS、HTML模板、圖片等文件。

（2）接口層。分為內(nèi)部接口與外部接口：①內(nèi)部接口用于系統(tǒng)內(nèi)各個模塊的通信，不設(shè)置訪問限制，不允許跨域訪問;②外部接口用于共享數(shù)據(jù)的讀取，外部系統(tǒng)的接入，嚴(yán)格限制接口的接入與訪問次數(shù)，接口主要使用.NET下的WebAPI進(jìn)行開發(fā)。

（3）控制層。負(fù)責(zé)功能模塊間的流程控制，不涉及具體的業(yè)務(wù)處理，針對業(yè)務(wù)流程，編寫專用控制器進(jìn)行控制。

（4）業(yè)務(wù)層。包含有系統(tǒng)中數(shù)據(jù)信息庫結(jié)構(gòu)管理、數(shù)據(jù)管理、表單緩存管理、表單模板管理等核心功能模塊，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理與表單生成。

（5）模型層。以實(shí)體類組成，描述各個對象的具體屬性，以及對象間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，是數(shù)據(jù)的主要載體。

（6）數(shù)據(jù)層。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息庫的直接訪問與具體操作，采用輕量級ORM框架Dapper.NET與傳統(tǒng)ADO.NET結(jié)合進(jìn)行開發(fā)。

1.3 數(shù)據(jù)信息庫模塊與功能設(shè)計

1.3.1 數(shù)據(jù)信息庫管理模塊。

數(shù)據(jù)信息庫管理模塊由數(shù)據(jù)信息庫管理、數(shù)據(jù)信息庫表管理、字段管理、數(shù)據(jù)管理4個管理子模塊與一個結(jié)構(gòu)安全保障模塊共同組成，是表單生成環(huán)節(jié)的重要支撐。

（1）數(shù)據(jù)信息庫管理。將相同或類似的數(shù)據(jù)信息庫表進(jìn)行歸類，便于用戶檢索。

（2）數(shù)據(jù)信息庫表管理。負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息庫表、主鍵、索引的建立，整合數(shù)據(jù)信息庫表所必須執(zhí)行的關(guān)鍵操作。

（3）字段管理。負(fù)責(zé)對字段相關(guān)屬性進(jìn)行配置，如字段名、字段類型、對應(yīng)控件類型、是否為空、輸入值長度等。字段的各項(xiàng)配置信息是表單動態(tài)生成與數(shù)據(jù)校驗(yàn)的主要依據(jù)。

（4）數(shù)據(jù)管理。負(fù)責(zé)各個數(shù)據(jù)信息庫表中數(shù)據(jù)的管理，包括有查詢、添加、編輯、刪除、上傳、導(dǎo)入等功能，是數(shù)據(jù)信息庫正常使用的保障。

（5）結(jié)構(gòu)安全。為保證數(shù)據(jù)信息庫表的結(jié)構(gòu)安全，在用戶進(jìn)入修改數(shù)據(jù)信息庫表和字段的頁面時，系統(tǒng)會自動鎖定該數(shù)據(jù)信息庫，在數(shù)據(jù)信息庫被鎖定后，其他用戶將不能訪問修改頁面。當(dāng)用戶離開頁面后，系統(tǒng)將解除數(shù)據(jù)信息庫鎖定狀態(tài)。

1.3.2 表單控件管理模塊。表單控件管理模塊分為控件樣式管理與控件值管理2個部分。

（1）控件樣式管理。將控件模板的HTML代碼存儲在XML文件中，配合使用正則表達(dá)式、替換占位符等手段，通過表單生成模塊對HTML標(biāo)簽屬性進(jìn)行動態(tài)賦值，最后生成表單控件。

（2）控件值管理。以鍵值對的形式儲存用于填充控件選項(xiàng)的數(shù)據(jù)，如：是與1，否與0，2個鍵值作為最簡單的判斷選項(xiàng)。

1.3.3 表單生成模塊。

表單生成模塊是數(shù)據(jù)信息庫核心模塊之一，以數(shù)據(jù)信息庫管理模塊作為數(shù)據(jù)支撐，以控件管理、控件值管理作為表現(xiàn)支撐（圖3）。

（1）讀取字段信息。從數(shù)據(jù)信息庫中讀取字段信息，在客戶端瀏覽器中使用HTML5中的新特性Session Storage，以JSON格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，作為生成表單與數(shù)據(jù)校驗(yàn)的基礎(chǔ)依據(jù)。

（2）生成表單。在生成表單時，以字段屬性作為生成依據(jù)，采用分次生成加載模式。加載過程中，使用AJAX異步加載控件，完成控件的加載與渲染后，再次使用AJAX進(jìn)行數(shù)據(jù)的異步加載。此外，表單生成模塊另一項(xiàng)重要的功能是生成數(shù)據(jù)的校驗(yàn)規(guī)則。生成時將校驗(yàn)規(guī)則以JSON格式記錄在HTML標(biāo)簽的自定義屬性“datarole”中，以便校驗(yàn)環(huán)節(jié)中調(diào)用。

? （3）數(shù)據(jù)校驗(yàn)。在數(shù)據(jù)保存前，在客戶端與服務(wù)端分別進(jìn)行2次校驗(yàn)，校驗(yàn)規(guī)則以字段屬性作為依據(jù)，以確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確。在客戶端中，用戶進(jìn)行數(shù)據(jù)提交前，使用JQuery編寫的校驗(yàn)?zāi)K進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。如數(shù)據(jù)無法通過校驗(yàn)，則使用preventDefault方法對表單的提交過程進(jìn)行攔截。客戶端校驗(yàn)則減少數(shù)據(jù)回傳服務(wù)端的時間，提升用戶操作體驗(yàn)，當(dāng)數(shù)據(jù)提交到服務(wù)端后，會在服務(wù)端中再次對數(shù)據(jù)進(jìn)行校驗(yàn)。

（4）數(shù)據(jù)保存。采用分次保存模式，在單個表單進(jìn)行第一次數(shù)據(jù)提交并保存成功后，系統(tǒng)自動生成該條數(shù)據(jù)的索引ID，并緩存在客戶端中。此后的數(shù)據(jù)提交都攜帶此ID，分次對該條數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。

1.4 網(wǎng)站與公共查詢

為滿足用戶的查詢需求，數(shù)據(jù)信息庫配套開發(fā)了展示網(wǎng)站，其中包括公共查詢頁面，可提供部分非涉密的信息查詢。網(wǎng)站使用靜態(tài)模板生成動態(tài)頁面技術(shù)，開發(fā)有信息發(fā)布、圖片發(fā)布、視頻發(fā)布等功能。

公共查詢功能使用數(shù)據(jù)信息庫的內(nèi)部接口實(shí)現(xiàn)，通過字段定義的字段名、字段類型、默認(rèn)值等參數(shù)來進(jìn)行查詢頁面的生成，并且限制單IP每分鐘的查詢次數(shù)，避免不必要的訪問占用服務(wù)器資源。

1.5 共享數(shù)據(jù)模塊

（1）共享數(shù)據(jù)接口設(shè)計。采用Web API進(jìn)行開發(fā)，API嚴(yán)格遵循Restful，接口采用接入驗(yàn)證的方式，在調(diào)用共享接口前，需要在數(shù)據(jù)信息庫系統(tǒng)中進(jìn)行登記，登記后生成一對接入的appid與token，在調(diào)用數(shù)據(jù)接口時，必須傳入appid與token才能接收到數(shù)據(jù)。接口設(shè)計每日調(diào)用次數(shù)限制可在接口控制中修改。

（2）使用Nginx對接口進(jìn)行分流。為均衡數(shù)據(jù)信息庫主體的查詢需求與共享接口的調(diào)用需求，數(shù)據(jù)信息庫使用了Nginx進(jìn)行負(fù)載均衡的設(shè)置，數(shù)據(jù)信息庫主體與共享接口分別分配一個端口，使用Nginx進(jìn)行訪問的調(diào)配，最后統(tǒng)一以80端口進(jìn)行訪問。

（3）解決跨域問題。采用JSONP、CORS、Nginx反向代理等技術(shù)手段解決跨域訪問受限的問題。

1.6 數(shù)據(jù)信息庫完整性的保證

數(shù)據(jù)信息庫使用Microsoft SQL Server數(shù)據(jù)庫代理的自動備份功能，每周進(jìn)行一次差異備份，每月進(jìn)行一次完整備份，保存至本地服務(wù)器硬盤上。在每次備份后，將備份文件通過FTP軟件，自行上傳至異地的FTP服務(wù)器上。在物理結(jié)構(gòu)上保證數(shù)據(jù)信息庫的完整。

1.7 附件的管理 附件的管理與數(shù)據(jù)信息庫信息管理進(jìn)行嚴(yán)格的區(qū)分，附件使用專用的附件庫記錄，附件庫是獨(dú)立開發(fā)的模塊。數(shù)據(jù)信息庫使用動態(tài)表單中自動生成的附件上傳控件對附件進(jìn)行操作，但附件信息最終記錄在附件庫中，數(shù)據(jù)信息庫僅使用引用的方式對附件進(jìn)行調(diào)用。

2 數(shù)據(jù)信息庫運(yùn)行效果

2.1 數(shù)據(jù)信息庫總體流程

蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫按功能劃分可分為數(shù)據(jù)信息庫管理、數(shù)據(jù)信息庫信息管理、網(wǎng)站管理等3個功能分區(qū)，用戶通過制定數(shù)據(jù)信息庫結(jié)構(gòu)后，對數(shù)據(jù)信息庫進(jìn)行數(shù)據(jù)的錄入，并管理網(wǎng)站上的查詢權(quán)限。

2.2 數(shù)據(jù)信息庫管理 負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)信息庫結(jié)構(gòu)、字段信息等內(nèi)容的管理。字段的數(shù)據(jù)類型可使用Int、Varchar、Decimal、Text，提供單行文本框、多行文本框、單選按鈕、多選按鈕、時間選擇框、下拉菜單以及文件上傳框7類基礎(chǔ)控件。支持不同數(shù)據(jù)信息庫間的字段相互關(guān)聯(lián)引用，作為控件選項(xiàng)值。數(shù)據(jù)庫管理界面見圖4。

2.3 數(shù)據(jù)信息庫信息管理?

數(shù)據(jù)信息庫信息管理功能面向數(shù)據(jù)維護(hù)管理人員，提供數(shù)據(jù)信息庫數(shù)據(jù)的查詢、添加、刪除、修改。用戶在增加大量數(shù)據(jù)時，通過導(dǎo)入功能進(jìn)行作，數(shù)據(jù)信息庫可自動生成并向用戶提供與數(shù)據(jù)信息庫最新結(jié)構(gòu)相同導(dǎo)入模板，用戶通過模板進(jìn)行數(shù)據(jù)的導(dǎo)入。

2.4 網(wǎng)站管理 網(wǎng)站管理功能包含有欄目管理與內(nèi)容管理兩個部分，負(fù)責(zé)網(wǎng)站欄目內(nèi)容與樣式的制定、信息內(nèi)容的編輯與發(fā)布。信息內(nèi)容以文章類型與圖集類型為主，可發(fā)布文字、圖片、視頻、音頻等內(nèi)容。

3 結(jié)論

（1）蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫開發(fā)完成后，錄入了廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院花卉研究所收集保存的200多個蝴蝶蘭品種（系）信息，由基本信息、DUS信息、生物學(xué)性狀、F1花特征、栽培數(shù)據(jù)、生理數(shù)據(jù)及農(nóng)業(yè)植物新品種保護(hù)信息等7類數(shù)據(jù)模塊組成，共計160項(xiàng)性狀描述，通過信息化管理手段，減輕了科研人員的數(shù)據(jù)管理工作量，提高了科研效率，特別對于育種的延續(xù)性研究，提供了歷史數(shù)據(jù)的支撐。

（2）蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫在其試運(yùn)行過程中，發(fā)現(xiàn)還有進(jìn)一步優(yōu)化的空間，可繼續(xù)優(yōu)化訪問端口，使其更好地服務(wù)用戶;完善數(shù)據(jù)信息庫功能，優(yōu)化數(shù)據(jù)信息庫結(jié)構(gòu)，提高數(shù)據(jù)信息庫的運(yùn)行速度。

（3）建立蝴蝶蘭種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫是為了將已有的蝴蝶蘭種質(zhì)資源的數(shù)據(jù)整理歸類入庫，實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的科學(xué)存儲、簡易查詢及高效管理，并發(fā)布上網(wǎng)最終實(shí)現(xiàn)資源開放共享，避免科研人員的重復(fù)研究，從而促進(jìn)現(xiàn)有種質(zhì)資源的有效利用。在數(shù)據(jù)信息庫初步建成后，后期更重要的工作是數(shù)據(jù)信息庫的持續(xù)建設(shè)、更新與維護(hù)工作。

（4）實(shí)現(xiàn)蝴蝶蘭種質(zhì)資源的合理共享和數(shù)據(jù)的適度開放性，提高種質(zhì)資源數(shù)據(jù)的利用，是當(dāng)前急需解決的關(guān)鍵問題。一是加強(qiáng)現(xiàn)有蝴蝶蘭種質(zhì)資源的利用，進(jìn)行蝴蝶蘭種質(zhì)創(chuàng)新和新品種選育，實(shí)現(xiàn)蝴蝶蘭商品化生產(chǎn)，創(chuàng)造更大的效益;二是不斷豐富種質(zhì)資源庫和種質(zhì)資源數(shù)據(jù)信息庫，更好地為新品種引進(jìn)、選育及基礎(chǔ)研究提供服務(wù)，從而形成科研促進(jìn)生產(chǎn)、生產(chǎn)保障科研的良性循環(huán)。未來將繼續(xù)挖掘大量蝴蝶蘭優(yōu)秀的種質(zhì)資源，并開發(fā)大數(shù)據(jù)，提取有效信息以實(shí)現(xiàn)種質(zhì)資源信息的增值服務(wù)，為蝴蝶蘭種質(zhì)資源高效利用提供交流共享和技術(shù)平臺。

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