基于MongoDB的地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估綜合地情數(shù)據(jù)服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

楊理臣 帥向華 董翔 劉欽 李繼賡

1)青海省地震局，西寧 810001 2)中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045 3)山東省地震局，濟(jì)南 250014

0 引言

“十五”期間，中國(guó)地震局建設(shè)完成了地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)，地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)是整個(gè)地震應(yīng)急指揮系統(tǒng)進(jìn)行抗震救災(zāi)指揮決策的基礎(chǔ)和核心(謝江麗等，2019)。地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)、地震基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、災(zāi)害影響背景、救災(zāi)力量?jī)?chǔ)備、震時(shí)應(yīng)急聯(lián)絡(luò)和地震應(yīng)急預(yù)案等方面內(nèi)容。該數(shù)據(jù)庫(kù)以GIS空間數(shù)據(jù)庫(kù)的形式存儲(chǔ)，在地震應(yīng)急中發(fā)揮著積極的作用(梁芳，2013)。隨著應(yīng)急指揮技術(shù)系統(tǒng)的發(fā)展，數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容也越來(lái)越豐富和精細(xì)，為了將龐雜的數(shù)據(jù)更好的展示和利用，需要利用數(shù)據(jù)挖掘、數(shù)據(jù)可視化等手段，通過(guò)文字、圖片、表格等形式歸納總結(jié)出某一區(qū)域的特征，從而更好地服務(wù)于地震應(yīng)急和地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估領(lǐng)域。

為了快速掌握某一地區(qū)的基本情況，需要通過(guò)地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)綜合整理全國(guó)各區(qū)縣的基本情況，關(guān)注地區(qū)的行政區(qū)劃、人口經(jīng)濟(jì)、建筑特征、地震地質(zhì)等方面的內(nèi)容，提煉出能夠服務(wù)于地震領(lǐng)域的地方情況概要信息，形成地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)。該綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)目前采用Word形式進(jìn)行存儲(chǔ)與展示，以區(qū)縣為單位，將所有內(nèi)容放在一個(gè)Word文件中，制作完成后打印備用。在使用過(guò)程中存在內(nèi)容檢索不便、展示方式單一等問(wèn)題，并且零散的文件限制了信息共享和及時(shí)更新，易造成版本混亂，難以向全國(guó)范圍提供服務(wù)。為了更好地存儲(chǔ)與使用綜合地情數(shù)據(jù)，亟需開(kāi)發(fā)一套查詢(xún)展示系統(tǒng)，提供統(tǒng)一平臺(tái)面向全國(guó)范圍服務(wù)。

近年來(lái)，非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)的大量產(chǎn)生帶動(dòng)了大數(shù)據(jù)解決方案逐漸走向成熟，信息社會(huì)智能化程度得到大幅提高(雷德龍等，2014)。一些大型互聯(lián)網(wǎng)公司對(duì)非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)MongoDB的使用已經(jīng)頗為普遍。優(yōu)酷每天的日均訪問(wèn)量超過(guò)6億，僅在日常運(yùn)營(yíng)數(shù)據(jù)方面，每天產(chǎn)生的日志總量均在TB級(jí)別，其在線評(píng)論數(shù)據(jù)存儲(chǔ)大部分已遷移到了MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)； 阿里開(kāi)放云平臺(tái)、天貓商城、新浪微博、亞馬遜等知名互聯(lián)網(wǎng)公司都在很多業(yè)務(wù)場(chǎng)景應(yīng)用了MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)管理技術(shù)。隨著大數(shù)據(jù)可視化、機(jī)器學(xué)習(xí)等技術(shù)的不斷發(fā)展，如何更好地將新技術(shù)、新成果以及交叉學(xué)科的研究進(jìn)展應(yīng)用于地震信息服務(wù)工作，也是當(dāng)前地震信息化建設(shè)工作中亟須解決的問(wèn)題(鄭通彥等，2021)。針對(duì)現(xiàn)有綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)的不足，本文基于MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)，以數(shù)據(jù)靈活的存儲(chǔ)和共享為目標(biāo)，使用Web Service技術(shù)實(shí)現(xiàn)綜合地情數(shù)據(jù)的錄入、更新與查詢(xún)。同時(shí)提供版本管理功能，保證了數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性和接口服務(wù)的一致性。采用前后端分離的開(kāi)發(fā)方式，通過(guò)地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估平臺(tái)將數(shù)據(jù)可視化展示，并且可以根據(jù)各省份需求，利用同一個(gè)后臺(tái)服務(wù)開(kāi)發(fā)多種前端應(yīng)用，為數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用提供更加多維、全面的數(shù)據(jù)服務(wù)形式。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 數(shù)據(jù)對(duì)象分析

圖1 綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)樣式

地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)是對(duì)地震應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)的內(nèi)容進(jìn)行挖掘與總結(jié)所形成的能夠綜合描述各區(qū)縣基本概況的文檔資料。其內(nèi)容由地理位置、行政區(qū)劃、地形地貌、水系水庫(kù)、氣候特征、人口民族、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、建筑特征、交通概況、學(xué)校教育、醫(yī)療衛(wèi)生、重要目標(biāo)、避難場(chǎng)所、地質(zhì)構(gòu)造、歷史地震、區(qū)域特征、地方聯(lián)絡(luò)等條目組成，每個(gè)細(xì)分條目下包含文字形式的描述及圖片、表格信息，如圖1、表1 所示。

表1 綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)條目?jī)?nèi)容

該數(shù)據(jù)庫(kù)可服務(wù)于地震監(jiān)測(cè)、地震應(yīng)急、震害防御等領(lǐng)域，可以快速了解、查詢(xún)基本情況和地域特點(diǎn)，有利于地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等工作的開(kāi)展，其數(shù)據(jù)的復(fù)雜性有以下兩個(gè)特點(diǎn)：

(1)數(shù)據(jù)條目的復(fù)雜性

由于全國(guó)不同地區(qū)對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用、震后應(yīng)急需求、服務(wù)對(duì)象需求等差異，各省份往往自行決定文檔條目?jī)?nèi)容的詳細(xì)程度，或在滿足規(guī)范、規(guī)定的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際需求自行增加新的條目?jī)?nèi)容，以便適應(yīng)各省份的實(shí)際特點(diǎn)。如在青海等地區(qū)，寺院的分布較為重要，人口分布往往圍繞寺院呈聚集狀態(tài)，可以將寺院分布情況單獨(dú)列出作為一個(gè)地域的特征。

(2)條目?jī)?nèi)容的靈活性

數(shù)據(jù)條目可由文字、圖片和表格三部分組成，表現(xiàn)形式多樣。例如，一些省份將重要目標(biāo)數(shù)據(jù)直接以文字、圖片描述重要目標(biāo)的數(shù)量和分布情況，一些省份則更細(xì)化地將重點(diǎn)目標(biāo)以表格形式詳細(xì)列出； 而對(duì)于地方聯(lián)絡(luò)數(shù)據(jù)，一些省份以文字形式直接給出，一些省份則直接以表格形式列出。

由此可見(jiàn)，形式為半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)需要在選擇數(shù)據(jù)庫(kù)時(shí)充分考慮其無(wú)固定模式和可橫向擴(kuò)展的特性。傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)的存儲(chǔ)模式難以橫向擴(kuò)展，限制了數(shù)據(jù)模式的靈活存儲(chǔ)，也造成了較高的維護(hù)成本。因此，引入非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)MongoDB將徹底解決傳統(tǒng)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)在這類(lèi)非結(jié)構(gòu)性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理上存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)文檔存儲(chǔ)的靈活自主。

在文件組織上，綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)共匯集了全國(guó)共3100余個(gè)區(qū)縣的信息，其文件名命名規(guī)范為“區(qū)劃代碼(區(qū)劃名稱(chēng)).更新日期.docx”的形式，如“500101(重慶市萬(wàn)州區(qū)).201712.docx”。各省份提交數(shù)據(jù)時(shí)，以更新日期來(lái)區(qū)分地情數(shù)據(jù)的版本新舊。隨著時(shí)間的推移，其文件數(shù)量也不斷增加。因此，在查看文件時(shí)需要從各種版本的區(qū)縣地情文件中找到最新的信息，使用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)也要考慮到歸檔單元管理的方便和版本檢索的需求。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

基于綜合地情文檔結(jié)構(gòu)類(lèi)型的特點(diǎn)，本平臺(tái)使用MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)文檔，利用WebService技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)提供統(tǒng)一管理的服務(wù)接口，系統(tǒng)架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

Web Service技術(shù)提供的云服務(wù)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，提供了綜合地情數(shù)據(jù)管理所需要的所有接口服務(wù)，利用該平臺(tái)接口可使得任何客戶(hù)端具有綜合地情文檔管理的能力。其流程如下：首先，通過(guò)身份認(rèn)證接口獲得接口授權(quán)； 然后，利用文檔更新接口將綜合地情文檔上傳到服務(wù)端，服務(wù)端自動(dòng)解析文件內(nèi)容，驗(yàn)證文檔內(nèi)容的合法性，并根據(jù)文件命名規(guī)則比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，進(jìn)行文檔錄入或更新操作； 最后，利用文檔查詢(xún)接口從數(shù)據(jù)庫(kù)中檢索所需要的信息，并根據(jù)數(shù)據(jù)內(nèi)容和系統(tǒng)需求進(jìn)行個(gè)性化的可視化展示。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 模式自由存儲(chǔ)

傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)通常事先規(guī)定好數(shù)據(jù)庫(kù)表格的結(jié)構(gòu)，一旦涉及到數(shù)據(jù)庫(kù)表格結(jié)構(gòu)的調(diào)整便會(huì)帶來(lái)大量的工作。全國(guó)現(xiàn)有2800余個(gè)區(qū)縣級(jí)行政區(qū)劃單位進(jìn)行綜合地情文檔類(lèi)型的存儲(chǔ)，未來(lái)擴(kuò)充到鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)地情數(shù)據(jù)庫(kù)后，行政區(qū)劃單位數(shù)量將增加到4萬(wàn)個(gè)以上。地情文檔每個(gè)條目均可包含文字、圖片和表格等動(dòng)態(tài)內(nèi)容，且各省份可根據(jù)實(shí)際需求擴(kuò)展本地化特色的條目?jī)?nèi)容。不同的地區(qū)各有特色，內(nèi)容需求具有個(gè)性化，采用傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)方式，修改一個(gè)字段將影響全國(guó)所有地區(qū)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，難以實(shí)現(xiàn)各省份內(nèi)容的靈活調(diào)整。因此，實(shí)現(xiàn)一個(gè)模式自由的存儲(chǔ)框架具有重要意義。

MongoDB是一個(gè)基于分布式文件存儲(chǔ)的非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)，旨在為Web應(yīng)用提供可擴(kuò)展的高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案，是功能最豐富、最貼近關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)。它是一種面向集合、模式自由、文檔型的數(shù)據(jù)庫(kù)(Banker，2011)，采用類(lèi)似JSON的格式存儲(chǔ)文檔型的數(shù)據(jù)，該類(lèi)型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不需要固定的模式，無(wú)需多余操作就能實(shí)現(xiàn)橫向擴(kuò)展，可用來(lái)存儲(chǔ)較為復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型。

圖3展示了利用MongoDB存儲(chǔ)的文檔結(jié)構(gòu)圖，對(duì)于每一個(gè)區(qū)縣的綜合地情文檔，采用一個(gè)獨(dú)立的Collection存儲(chǔ)，其名稱(chēng)為行政區(qū)劃ID，而其條目則由基本信息(Info)和拆分為多個(gè)條目文檔的Section表示，基本信息存儲(chǔ)了該區(qū)縣的名稱(chēng)、編碼和最近更新版本等信息，每個(gè)Section由必須的字段條目標(biāo)題(title)、文字內(nèi)容(content)和版本(version)以及可選內(nèi)容如圖件(figures)和表格(tables)組成。

圖3 MongoDB存儲(chǔ)的文檔結(jié)構(gòu)圖

在存儲(chǔ)時(shí)，由于采用JSON的“鍵值對(duì)”模式，將傳統(tǒng)數(shù)據(jù)表中“行”的概念轉(zhuǎn)換成了更加靈活的文檔模型(Banker，2012)。數(shù)據(jù)庫(kù)可擴(kuò)展性方面，當(dāng)新增一類(lèi)數(shù)據(jù)時(shí)只需相應(yīng)地新增加一個(gè)新的條目文檔即可，這種更自由的存儲(chǔ)模式，相較于傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)管理，大大降低了維護(hù)成本。

該存儲(chǔ)方式有如下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①每個(gè)區(qū)縣的Collection對(duì)應(yīng)一個(gè)獨(dú)立的綜合地情文檔，方便查詢(xún)與管理； ②不固定每個(gè)文檔的條目?jī)?nèi)容，可根據(jù)實(shí)際情況靈活地?cái)U(kuò)展條目?jī)?nèi)容，滿足各省級(jí)用戶(hù)的個(gè)性化存儲(chǔ)需求； ③每個(gè)條目具有版本標(biāo)識(shí)，可針對(duì)某一條目進(jìn)行單獨(dú)的更新與版本管理。

2.2 前后端分離

傳統(tǒng)的開(kāi)發(fā)模式將前后端代碼耦合在一起，造成代碼的可讀性及可擴(kuò)展性不高，給后期的維護(hù)和擴(kuò)展增加了難度，增加了維護(hù)和擴(kuò)展成本(王建等，2020)，難以滿足不同用戶(hù)對(duì)于綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)的個(gè)性化使用需求。前后端分離的核心思想是前端調(diào)用后端的RESTFUL API接口，通過(guò)JSON數(shù)據(jù)進(jìn)行交互，從而將數(shù)據(jù)整合到前端的業(yè)務(wù)流程和數(shù)據(jù)展示中(孫一笑等，2019)。這種架構(gòu)已經(jīng)成為互聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)使用方式，本文通過(guò) Nginx+WSGI 的方式有效地對(duì)前端和后端的開(kāi)發(fā)進(jìn)行解耦，所有業(yè)務(wù)邏輯處理均通過(guò)后端實(shí)現(xiàn)，確保系統(tǒng)的安全性(王亞楠等，2014； 肖明魁，2015)。并且，前后端分離會(huì)為以后的大型分布式架構(gòu)、彈性計(jì)算架構(gòu)、微服務(wù)架構(gòu)、多端化服務(wù)(各種客戶(hù)端，如瀏覽器、桌面、安卓、IOS等)夯實(shí)基礎(chǔ)。

通過(guò)開(kāi)發(fā)一個(gè)綜合地情數(shù)據(jù)服務(wù)作為獨(dú)立的后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)綜合地情文檔在數(shù)據(jù)庫(kù)中的存儲(chǔ)、查詢(xún)等具體業(yè)務(wù)功能，使得各省份都可以利用統(tǒng)一平臺(tái)維護(hù)自己的數(shù)據(jù)，也可以查詢(xún)到全國(guó)其他省份的信息，實(shí)現(xiàn)了地情信息的集中共享與屬地維護(hù)。利用模式自由存儲(chǔ)技術(shù)可以將地情數(shù)據(jù)條目和內(nèi)容在滿足規(guī)范的基礎(chǔ)上，根據(jù)自身的需要進(jìn)行自由擴(kuò)展，滿足各省份的個(gè)性化需求，方便數(shù)據(jù)直接整合進(jìn)各自的業(yè)務(wù)系統(tǒng)當(dāng)中。由于后臺(tái)REST服務(wù)無(wú)狀態(tài)具有客戶(hù)端無(wú)關(guān)性的特性，從而可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)數(shù)據(jù)服務(wù)后臺(tái)、多種前端的應(yīng)用模式。如利用本文的后臺(tái)系統(tǒng)服務(wù)，山東將其整合到地震應(yīng)急信息發(fā)布系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)震后基本信息的微信發(fā)布； 青海將其整合進(jìn)地震應(yīng)急快速評(píng)估系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了在地震發(fā)生時(shí)自動(dòng)查詢(xún)震中所在區(qū)域的基礎(chǔ)信息，并在震情基本情況的報(bào)告中自動(dòng)產(chǎn)出。

另外，利用MongoDB的分布式集群數(shù)據(jù)庫(kù)部署可以動(dòng)態(tài)擴(kuò)展節(jié)點(diǎn)，避免單點(diǎn)故障給數(shù)據(jù)帶來(lái)丟失的可能性，提高數(shù)據(jù)的訪問(wèn)量的性能(申德榮等，2013)。利用前后端分離方式實(shí)現(xiàn)的后臺(tái)服務(wù)無(wú)狀態(tài)的接口處理方式，搭載負(fù)載均衡配置，使后臺(tái)服務(wù)可以根據(jù)訪問(wèn)量的提高，通過(guò)擴(kuò)展服務(wù)節(jié)點(diǎn)的方式提高服務(wù)能力，基于云平臺(tái)進(jìn)行地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估綜合地情數(shù)據(jù)服務(wù)，滿足系統(tǒng)高并發(fā)的需求。

綜上，前后端分離的方式有如下3個(gè)優(yōu)點(diǎn)：①實(shí)現(xiàn)全國(guó)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務(wù)接口和平臺(tái)，免除了數(shù)據(jù)分發(fā)和版本管理的混亂局面； ②一個(gè)后臺(tái)、多種前端的開(kāi)發(fā)方式，方便各省份將數(shù)據(jù)直接整合進(jìn)各自的系統(tǒng)當(dāng)中，提高數(shù)據(jù)的利用率； ③通過(guò)云端部署，使得服務(wù)具有高并發(fā)能力，滿足多應(yīng)用同時(shí)訪問(wèn)的壓力需求。

3 功能實(shí)現(xiàn)

3.1 后臺(tái)接口

本文使用Python語(yǔ)言，利用Falcon框架構(gòu)建基于綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)的Web Service系統(tǒng)。Falcon是一個(gè)簡(jiǎn)約的WSGI庫(kù)，用于構(gòu)建快速的Web API和應(yīng)用程序后端。在構(gòu)建HTTP API時(shí)，其他框架會(huì)帶來(lái)大量依賴(lài)和不必要的數(shù)據(jù)抽象模型，而Falcon具有HTTP和REST架構(gòu)風(fēng)格簡(jiǎn)潔設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，可以用于快速構(gòu)建后臺(tái)接口框架。

表2 后臺(tái)重要接口實(shí)現(xiàn)

實(shí)現(xiàn)的接口如表2 所示。其中接口1提供用戶(hù)身份驗(yàn)證功能，驗(yàn)證通過(guò)后給出token，通過(guò)驗(yàn)證token的有效性，從而驗(yàn)證接口2～4的調(diào)用權(quán)限。接口2為通過(guò)GET方法列出當(dāng)前數(shù)據(jù)庫(kù)中所有的綜合地情文檔列表。接口3通過(guò)POST方法上傳一個(gè)Word形式的綜合地情文檔，系統(tǒng)可自動(dòng)根據(jù)文檔接口分析出文檔包含的各個(gè)條目，將更新日期作為版本號(hào)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)庫(kù)中。接口4通過(guò)GET方法查詢(xún)某一區(qū)縣的綜合地情文檔內(nèi)容，可通過(guò)傳入Section參數(shù)調(diào)取某個(gè)單一條目?jī)?nèi)容，也可通過(guò)傳入version查詢(xún)指定版本的數(shù)據(jù)。如果不指定version參數(shù)，接口自動(dòng)返回最新的條目版本。

接口3和接口4為整個(gè)系統(tǒng)的核心功能，分別承擔(dān)了綜合地情數(shù)據(jù)上傳和查詢(xún)的關(guān)鍵業(yè)務(wù)邏輯。采用該接口可以方便地對(duì)MongoDB中的綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行文檔的存儲(chǔ)和修正，同時(shí)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的接口可供后續(xù)系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)開(kāi)應(yīng)用(de Villemereuil，2012)。

3.1.1 身份驗(yàn)證接口

由于后臺(tái)服務(wù)需要在全國(guó)地震系統(tǒng)中進(jìn)行應(yīng)用，為了確保接口調(diào)用符合權(quán)限，防止非法訪問(wèn)或修改資源，需要根據(jù)用戶(hù)身份換取資源訪問(wèn)的令牌，并使用令牌執(zhí)行后續(xù)的接口調(diào)用操作。通過(guò)令牌攜帶的信息包括用戶(hù)身份標(biāo)識(shí)、時(shí)間戳和簽名等內(nèi)容。采用令牌方式的優(yōu)點(diǎn)為服務(wù)端無(wú)狀態(tài)化，可適配分布式的后臺(tái)服務(wù)系統(tǒng)，并支持移動(dòng)端設(shè)備的安全和可跨域訪問(wèn)，其身份驗(yàn)證流程為：

(1)前端系統(tǒng)使用用戶(hù)名和密碼請(qǐng)求驗(yàn)證；

(2)后臺(tái)服務(wù)收到請(qǐng)求后，驗(yàn)證用戶(hù)身份，并簽發(fā)token發(fā)給前端；

(3)前端系統(tǒng)收到token后，即可攜帶token向后臺(tái)服務(wù)請(qǐng)求資源；

(4)后臺(tái)服務(wù)收到請(qǐng)求后，驗(yàn)證token的有效性，識(shí)別調(diào)用接口的用戶(hù)身份，并根據(jù)用戶(hù)身份判斷其操作權(quán)限，驗(yàn)證通過(guò)后，即可返回請(qǐng)求數(shù)據(jù)(圖4)。

圖4 token身份驗(yàn)證流程

3.1.2 綜合地情文檔上傳接口

各省級(jí)用戶(hù)可以通過(guò)綜合地情文檔上傳接口維護(hù)各自的地情文檔數(shù)據(jù)，服務(wù)接受Word格式的綜合地情文檔。系統(tǒng)通過(guò)文件名解析文檔的區(qū)劃代碼、區(qū)劃名稱(chēng)和版本信息，利用docx模塊解析文件的具體內(nèi)容，通過(guò)分析文檔中各條目?jī)?nèi)容解析出該條目所包含的文字、圖片和表格等信息，并在通過(guò)內(nèi)容校驗(yàn)后將文檔內(nèi)容入庫(kù)。流程如圖5所示。

圖5 文檔解析流程

3.1.3 綜合地情文檔查詢(xún)接口

用戶(hù)可通過(guò)查詢(xún)接口獲取文檔的內(nèi)容列表，并通過(guò)傳入?yún)^(qū)劃代碼查詢(xún)指定的文檔，系統(tǒng)默認(rèn)會(huì)返回最新版本的內(nèi)容，也可通過(guò)傳入條目信息和內(nèi)容信息查詢(xún)指定條目的文字、圖片或表格信息。在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)應(yīng)用時(shí)，可以在前端結(jié)合GIS形式的全國(guó)區(qū)劃數(shù)據(jù)，通過(guò)空間查詢(xún)、屬性查詢(xún)等可視化檢索方式，獲取查詢(xún)區(qū)域的區(qū)劃代碼，將區(qū)劃代碼傳入后臺(tái)，實(shí)現(xiàn)便捷、GIS可視化的數(shù)據(jù)檢索和展示。

3.2 前端展示

前后端分離架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了一個(gè)后臺(tái)、多種前端，并使前端可以提供多種應(yīng)用。圖6為目前已建成的地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估展示平臺(tái)。

通過(guò)后臺(tái)接口的調(diào)用對(duì)原有固定的Word形式的綜合地情文檔進(jìn)行拆解，針對(duì)不同部分的內(nèi)容進(jìn)行更為直觀的展示。將傳統(tǒng)形式單一的文件查詢(xún)方式轉(zhuǎn)變?yōu)橥ㄟ^(guò)接口進(jìn)行有針對(duì)性的查詢(xún)方式，并可將文檔中的表格內(nèi)容變成柱狀圖、折線圖和環(huán)狀圖等更直觀形象的方式，可以通過(guò)交互的方式更直觀地查詢(xún)和了解當(dāng)?shù)氐木唧w情況。

圖6 地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估展示平臺(tái)界面

此外，該系統(tǒng)還可查詢(xún)某一條目的原始信息，將原有的文字、圖片和表格還原集中展示，方便全面了解這一地區(qū)的詳細(xì)數(shù)據(jù)，如圖7所示。

圖7 綜合地情條目?jī)?nèi)容展示界面

3.3 部署平臺(tái)

該系統(tǒng)部署于中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心云平臺(tái)。云計(jì)算平臺(tái)通過(guò)虛擬化等技術(shù)，根據(jù)上層應(yīng)用達(dá)到資源共享、快速滿足業(yè)務(wù)等需求，可以有效節(jié)約資源、提高用戶(hù)服務(wù)質(zhì)量(郭凱等，2020)。其中，MongoDB采用共用服務(wù)平臺(tái)提供的數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)服務(wù)，后臺(tái)接口使用云平臺(tái)提供的uWSGI和負(fù)載均衡服務(wù)，前端展示平臺(tái)使用虛擬主機(jī)服務(wù)。通過(guò)云平臺(tái)的服務(wù)能力，使系統(tǒng)具有彈性伸縮、資源共享的特點(diǎn)，從而提高系統(tǒng)的資源利用率和服務(wù)的可靠性。

4 結(jié)語(yǔ)

由于綜合地情數(shù)據(jù)內(nèi)容形式表達(dá)的復(fù)雜性和文檔條目的靈活伸縮性，使其內(nèi)容查詢(xún)和應(yīng)用服務(wù)成為亟需解決的問(wèn)題。本文充分利用了MongoDB的非結(jié)構(gòu)化文檔存儲(chǔ)的優(yōu)點(diǎn)，提出了適用于動(dòng)態(tài)條目的地震風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估展示平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)、關(guān)鍵技術(shù)和功能實(shí)現(xiàn)，利用前后端分離技術(shù)，最大化地提高了綜合地情數(shù)據(jù)庫(kù)的服務(wù)能力，利用統(tǒng)一后臺(tái)服務(wù)可將數(shù)據(jù)集成到多種應(yīng)用，滿足數(shù)據(jù)利用和展示的多樣化需求。由于目前系統(tǒng)服務(wù)資源是以虛擬主機(jī)為單位進(jìn)行分配，在分配資源上存在一定的浪費(fèi)，為了更好地提高系統(tǒng)利用率和發(fā)揮云平臺(tái)的效能，下一步可使用容器技術(shù)進(jìn)行升級(jí)部署，提高云平臺(tái)資源的利用率。