占 軍 萬定生 李 宇

（河海大學(xué)計算機(jī)與信息學(xué)院 南京 210098）

1 引言

水利普查是一項重大的國情國力調(diào)查，是國家資源環(huán)境調(diào)查的重要組成部分。開展水利普查是為了查清我國江河湖泊等的基本情況，掌握水資源開發(fā)、利用和保護(hù)現(xiàn)狀，摸清經(jīng)濟(jì)，社會發(fā)展對水資源的需求，了解水利行業(yè)能力建設(shè)狀況，提高水利服務(wù)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的能力，實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)開發(fā)、利用和保護(hù)，建立國家基礎(chǔ)水信息平臺，展現(xiàn)水利普查數(shù)據(jù)，為國家經(jīng)濟(jì)，社會發(fā)展提供科學(xué)可靠的基礎(chǔ)水信息支撐和保障。我國人口眾多，資源相對緊缺，生態(tài)環(huán)境承受能力弱［1］，為了準(zhǔn)確掌握水利行業(yè)現(xiàn)狀和資源分布、分析水利資源當(dāng)前情勢、加強(qiáng)資源綜合管理、評估水利資源配置合理性及需求、確立水利發(fā)展規(guī)劃等，需要從多方面、多層次清晰直觀的呈現(xiàn)數(shù)據(jù)。同時，作為大型數(shù)據(jù)庫服務(wù)的提供商Oracle（甲骨文）公司，提供的Oracle BIEE軟件是一個非常具有創(chuàng)造力的工具，在數(shù)據(jù)展現(xiàn)方面，為用戶提供一個完善的企業(yè)級智能系統(tǒng)解決方案。

基于上述背景，本文從應(yīng)用的角度出發(fā)，以O(shè)racle BIEE架構(gòu)為基礎(chǔ)，展開對水利普查數(shù)據(jù)展現(xiàn)系統(tǒng)的構(gòu)建與應(yīng)用研究。

2 Oracle11g BIEE介紹

2.1 Oracle BIEE概述

圖1 Oracle BIEE架構(gòu)圖

BIEE作為Oracle商業(yè)智能平臺企業(yè)版，是整合SIEBEL和HYPERION相關(guān)的BI部分組建而成的，在Oracle整個商業(yè)智能體系架構(gòu)中承擔(dān)數(shù)據(jù)分析應(yīng)用和可視化展示工作。商業(yè)智能是對信息的搜集、管理和分析過程，目的是使企業(yè)的各級決策者獲得知識或洞察力（insight），促使他們做出對企業(yè)更有利的決策［2］。其中BIEE對于物理層、業(yè)務(wù)邏輯層、展現(xiàn)層三層模型的理解和定義創(chuàng)造了一個非常簡潔清晰的數(shù)據(jù)模型，使用這個數(shù)據(jù)模型可以完整地連接各個異構(gòu)數(shù)據(jù)源［3］，把多個數(shù)據(jù)源數(shù)據(jù)組織到一起，提供更加全面、詳細(xì)和有操作性的信息，并將涉及到的數(shù)據(jù)有效地轉(zhuǎn)化為信息、知識和智慧，通過適當(dāng)?shù)姆绞秸宫F(xiàn)給決策者，以幫助企業(yè)提高決策能力和運(yùn)營能力，增強(qiáng)核心競爭力，創(chuàng)造更多盈利的一種平臺和綜合解決方案［4］。Oracle BIEE框架主要由數(shù)據(jù)倉庫DW、BI服務(wù)器（BI Server）和BI展現(xiàn)服務(wù)（BI Presentation Services）組成，如圖1所示。

其中數(shù)據(jù)倉庫DW部分由數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)凈化、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)聚和、數(shù)據(jù)存儲五個功能塊組成［5］，是面向主題的，集成的，相對穩(wěn)定的數(shù)據(jù)集合［6］，主要負(fù)責(zé)存儲元數(shù)據(jù)的維表及事實(shí)表信息；Oracle BI Server通過ODBC方式連接數(shù)據(jù)源，管理資料庫Repository文件，并負(fù)責(zé)編譯執(zhí)行前端頁面的數(shù)據(jù)庫查詢語句并返回數(shù)據(jù)；Oracle BI Presentation Services主要負(fù)責(zé)報表目錄文件及儀表盤管理、報表權(quán)限控制以及報表日志處理等；Oracle BI Scheduler主要負(fù)責(zé)報表調(diào)度運(yùn)行處理以及預(yù)警提示；Administrator Tool是BIEE應(yīng)用客戶端，負(fù)責(zé)創(chuàng)建資料庫Repository文件，Repository相當(dāng)于BIEE的元數(shù)據(jù)，但不存儲數(shù)據(jù)，而是指向數(shù)據(jù)倉庫DW存儲的元數(shù)據(jù)，其包括三層模型的物理層、業(yè)務(wù)邏輯層和展現(xiàn)層以及用戶管理、日志信息管理、報表調(diào)度運(yùn)行管理、展示權(quán)限分配等；其中BI Server和資料庫Repository文件是整個BIEE的核心，是建立數(shù)據(jù)模型、進(jìn)行數(shù)據(jù)整合、提供后臺數(shù)據(jù)服務(wù)的重要組件［3］。

2.2 三層模型和展示方式

BIEE資料庫Repository定義包括數(shù)據(jù)源、多維數(shù)據(jù)模型以及業(yè)務(wù)展現(xiàn)層三個部分，整個過程可以清晰看出底層元數(shù)據(jù)如何從源頭一步一步轉(zhuǎn)化為以特定方式展示給最終用戶，其中資料庫存儲三類元數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)源物理模型、邏輯模型以及展現(xiàn)層模型，對應(yīng)于物理層、業(yè)務(wù)邏輯層和展現(xiàn)層的定義。資料庫定義完成，利用Oracle BI Answers（即席查詢）和Interactive Dashboards（交互式儀表盤）設(shè)計數(shù)據(jù)呈現(xiàn)方式。

1）物理層（Physical Layer），主要定義數(shù)據(jù)源類型和連接方式，以及數(shù)據(jù)源物理表結(jié)構(gòu)、字段數(shù)據(jù)類型、物理表之間關(guān)系。一般可以建立多個不同類型的數(shù)據(jù)源，如關(guān)系型數(shù)據(jù)庫、符合XML規(guī)范的源數(shù)據(jù)、OLAP服務(wù)、Essbase、Excel等，通常一次建模，隨處部署。用戶的分析請求由分析服務(wù)組織成合適的SQL發(fā)送到對應(yīng)的數(shù)據(jù)源，由數(shù)據(jù)源執(zhí)行并且把組織裝配好的數(shù)據(jù)返回展現(xiàn)層。在物理層，可以通過“利用連接池”、“緩存查詢結(jié)果”等技術(shù)提高性能。

2）業(yè)務(wù)邏輯層（Business Model and Mapping Layer），主要定義邏輯模型并與物理模型建立映射關(guān)系，其中邏輯模型是從多個物理數(shù)據(jù)源抽象出來的多維數(shù)據(jù)模型，一般是星形、雪花模型。邏輯層相當(dāng)于一個計算引擎，將物理層的復(fù)雜度抽象成邏輯主題的分析區(qū)域，主要涉及對維度、層次結(jié)構(gòu)、度量、聚合規(guī)則和時間序列的設(shè)計。業(yè)務(wù)邏輯層命名以業(yè)務(wù)人員的視角重新定義，不需要和物理層相對應(yīng)，比如一個表的匯總字段，可能來自物理層多個表的數(shù)據(jù)，而且對業(yè)務(wù)邏輯層的定義和修改不會對物理層以及元數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。

3）展現(xiàn)層（Presentation Layer），主要定義數(shù)據(jù)展現(xiàn)模型，展現(xiàn)層中的一個Catalog對應(yīng)Oracle BI Answer中的一個主題區(qū)域。根據(jù)業(yè)務(wù)人員的視角設(shè)計該層結(jié)構(gòu)，隱藏掉任何與技術(shù)以及模型相關(guān)的內(nèi)容，刪除業(yè)務(wù)中不關(guān)心的字段來簡化視圖，比如維表和事實(shí)表的主鍵列。展現(xiàn)層只是從業(yè)務(wù)邏輯層獲取數(shù)據(jù)用來展示，定義時不能跨多個業(yè)務(wù)邏輯模型。不同業(yè)務(wù)人員如果需要看到不同數(shù)據(jù)，比如員工和領(lǐng)導(dǎo)所關(guān)注的數(shù)據(jù)層面不同，需要建立不同展現(xiàn)模型，不過它們所對應(yīng)的業(yè)務(wù)邏輯模型是相同的，而且所有數(shù)據(jù)訪問都是基于角色與安全的。

即席查詢（Oracle BI Answers）：以表格、透視表及圖形等多種方式可視化呈現(xiàn)結(jié)果數(shù)據(jù)，并且在設(shè)定維度的數(shù)據(jù)層上實(shí)現(xiàn)下鉆功能。此外，它提供完全即席查詢、數(shù)據(jù)透視表和報表編制，使得底層的復(fù)雜數(shù)據(jù)對業(yè)務(wù)人員完全透明。

交互式儀表盤（Interactive Dashboards）：儀表盤以標(biāo)簽的形式構(gòu)成一個或多個頁面，顯示表格、圖片、圖標(biāo)、文字等數(shù)據(jù)信息。由BI Answers建立的報表可以通過儀表盤發(fā)布，并自由編排布局，具有管理員權(quán)限的業(yè)務(wù)人員可以對儀表盤進(jìn)行布局更改，通過拖拽實(shí)現(xiàn)儀表盤內(nèi)容的增加和刪除，使其包含各種豐富的可視化圖形。儀表盤運(yùn)行在基于Web的架構(gòu)上，根據(jù)預(yù)先定義的安全規(guī)則，為業(yè)務(wù)人員提供針對其身份、職能或角色經(jīng)過篩選的個性化信息頁面。內(nèi)容豐富的交互式用戶界面使得數(shù)據(jù)展現(xiàn)更加直觀、相關(guān)且易于理解。此外，指導(dǎo)性導(dǎo)航和預(yù)警功能有助于業(yè)務(wù)人員獲得更高的洞察力并采取更好的措施、做出更科學(xué)有效的決策。

3 基于BIEE的水利普查數(shù)據(jù)展現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)功能

第一次全國水利普查包括河湖基本情況普查、水利工程基本情況普查、經(jīng)濟(jì)社會用水情況調(diào)查、河湖開發(fā)治理保護(hù)情況普查、水土保持情況普查、水利行業(yè)能力建設(shè)情況普查，以及灌區(qū)和地下水取水井兩個專項普查［8］，各類普查數(shù)據(jù)按照行政區(qū)劃、流域、管理單位以及水資源區(qū)等進(jìn)行劃分。

在系統(tǒng)設(shè)計開始階段，將經(jīng)過重新組織的水利普查數(shù)據(jù)儲存于數(shù)據(jù)倉庫DW中，并利用Administrator Tool設(shè)計構(gòu)建三層模型結(jié)構(gòu)。首先定義物理層的數(shù)據(jù)源連接，在業(yè)務(wù)邏輯層建立維度指標(biāo)時，創(chuàng)建行政區(qū)劃和流域兩個維度，并根據(jù)行政區(qū)劃表、流域表以及事實(shí)表（以水利工程基本情況普查中的水電站工程普查匯總表H202為例）的主外鍵關(guān)系建立星形模型，最后以業(yè)務(wù)人員視角進(jìn)行展現(xiàn)層設(shè)計。三層模型建立完成后，在BIEE提供的前端Web頁面基礎(chǔ)上，利用BI Answer工具和儀表盤設(shè)計數(shù)據(jù)展現(xiàn)方式，下面主要介紹系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程和功能結(jié)構(gòu)兩個方面。

系統(tǒng)數(shù)據(jù)流分為數(shù)據(jù)倉庫DW、BI Server、Presentation Server三個部分。數(shù)據(jù)倉庫DW存儲水利普查數(shù)據(jù)的維表和事實(shí)表信息；BI Server主要管理資料庫Repository文件中的三層模型信息；Presentation Server主要管理Presentation Catalog目錄中的報表、儀表盤［9］信息。系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程圖

功能結(jié)構(gòu)主要分為數(shù)據(jù)源定義、維度指標(biāo)定義、雪花或星形模型定義、用戶管理等，前端數(shù)據(jù)展現(xiàn)主要基于BIEE Web頁面的B／S架構(gòu)。功能結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

3.2 模型及展示詳細(xì)設(shè)計

3.2.1 物理層定義

以行政區(qū)劃表（ADDVCD）和水電站工程普查匯總表（H202）為例，描述Administrator Tool中物理層的設(shè)計過程。主要定義各個數(shù)據(jù)源描述，如數(shù)據(jù)源類型（各種關(guān)系數(shù)據(jù)庫或各種多維數(shù)據(jù)立方體）、數(shù)據(jù)源連接方式（指定對應(yīng)數(shù)據(jù)源的連接信息：用戶名、密碼、端口等）以及數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)定義（包括表結(jié)構(gòu)以及表之間關(guān)系）。在本系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)源只有一個，包括事實(shí)表（如水電站工程普查匯總表）和相對應(yīng)的維表兩個部分，表之間的關(guān)系在定義數(shù)據(jù)源信息后一并導(dǎo)入到物理層，最后將字段名重命名為對應(yīng)的中文名。

3.2.2 業(yè)務(wù)邏輯層定義

將上一步定義的物理模型拖拽到業(yè)務(wù)邏輯層定義區(qū)域，把物理層的數(shù)據(jù)源以業(yè)務(wù)人員的視角重新組織元數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)表主外鍵關(guān)系構(gòu)建星形或雪花模型。對于每個維表，建立相應(yīng)的邏輯維，并設(shè)計建立邏輯維的層次結(jié)構(gòu)（hierarchy）以及事實(shí)表度量（measure）。在本系統(tǒng)中，以行政區(qū)劃維表為例，首先創(chuàng)建行政區(qū)劃維表的具有基于級別的層次的邏輯維（ADDVCD＿Dim），根據(jù)業(yè)務(wù)需求，在ADDVCD＿Dim創(chuàng)建三個層次結(jié)構(gòu)，分別為Province（省級）、City（市級）、Country（縣級），將維表中的字段拖拽到對應(yīng)的層次下，并定義各層主鍵，最后在行政區(qū)劃維表Source中指定ADDVCD＿Dim中各個層次的關(guān)系及數(shù)據(jù)聚合方式（求和）。邏輯維定義完成后，即可在此維度上實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)下鉆功能，比如查看完廣東省水電站工程普查情況，點(diǎn)擊廣東省，實(shí)現(xiàn)下鉆到所屬廣東省各市的數(shù)據(jù)，點(diǎn)擊市級，實(shí)現(xiàn)下鉆到相關(guān)縣級的數(shù)據(jù)。

3.2.3 展現(xiàn)層定義

將定義完成的業(yè)務(wù)邏輯模型拖拽到展現(xiàn)層區(qū)域，展現(xiàn)層是BIEE中面向業(yè)務(wù)人員的界面，一般以最終業(yè)務(wù)人員的詞匯語言進(jìn)行描述，并且需要隱藏業(yè)務(wù)人員不關(guān)心的技術(shù)，比如維表一般需要一個邏輯主鍵來定義事實(shí)表和維表的連接關(guān)系，而這個主鍵沒有任何的業(yè)務(wù)含義。在展現(xiàn)層中可以通過定義多個展現(xiàn)模型來滿足不同的業(yè)務(wù)需求。在本系統(tǒng)中，為了有利于業(yè)務(wù)人員設(shè)計開發(fā)報表，以業(yè)務(wù)人員熟悉的描述語言重命名字段名稱，如重命名ADDVCD維表為行政區(qū)劃。

3.2.4 數(shù)據(jù)展現(xiàn)設(shè)計

登錄BIEE提供的前端Web頁面，展現(xiàn)層中定義的主題模型對應(yīng)于頁面左上方的主題區(qū)域，根據(jù)主題的維表和事實(shí)表通過拖拽方式設(shè)計數(shù)據(jù)展現(xiàn)。為了能夠多方面清晰展現(xiàn)數(shù)據(jù)，BIEE提供了數(shù)據(jù)表、折線圖、柱狀圖、餅圖、數(shù)據(jù)透視表等樣式，同時對業(yè)務(wù)人員的頁面請求進(jìn)行數(shù)據(jù)約束，讓其進(jìn)行有效操作，避免不必要的麻煩。在本系統(tǒng)中，由于水利普查數(shù)據(jù)本身的局限性，沒有時間序列上連續(xù)性的數(shù)據(jù)，用數(shù)據(jù)表格、柱狀圖或圓餅圖可以更方便、簡潔的展現(xiàn)數(shù)據(jù)。通常業(yè)務(wù)人員利用BI Answer開發(fā)設(shè)計報表并保存在BIEE應(yīng)用特定文件夾下，最后統(tǒng)一集成到儀表盤展示，并在儀表盤中設(shè)置一些儀表盤選擇器［10］，提供查詢條件，然后設(shè)計其查詢結(jié)果的呈現(xiàn)方式，無論是數(shù)據(jù)表還是圖的展示方式，BIEE都支持切片、切塊以及下鉆的功能［11］。

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)展現(xiàn)設(shè)計的具體步驟如下：以省級層次和水電站的工程規(guī)模大小為例，首先通過拖拽把行政區(qū)劃維表的省級字段以及水電站工程信息表中工程規(guī)模大1型、工程規(guī)模大2型、工程規(guī)模中型、工程規(guī)模小1型、工程規(guī)模小2型放到分析區(qū)域中，點(diǎn)擊結(jié)果，以默認(rèn)表格形式展現(xiàn)省份（廣東?。┻@個層次對應(yīng)的水電站工程信息，在此基礎(chǔ)上可以設(shè)計增加相應(yīng)的柱狀圖或圓餅圖以更直觀地展現(xiàn)數(shù)據(jù)，因?yàn)樵O(shè)計業(yè)務(wù)邏輯模型時，在行政區(qū)劃邏輯維建立了省級、市級、縣級三個層次，所以行政區(qū)劃維表的數(shù)據(jù)以超鏈接形式存在，點(diǎn)擊當(dāng)前表格中的省份（廣東省）時，表格中呈現(xiàn)當(dāng)前省份下屬市級的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)下鉆功能。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

基于全國水利普查數(shù)據(jù)，利用BIEE工具搭建展現(xiàn)系統(tǒng)平臺，業(yè)務(wù)人員在Web頁面通過拖拽、組合需要關(guān)注的分析字段就能夠開發(fā)符合業(yè)務(wù)需求的報表，并通過儀表盤配置出可視化圖形，充分體現(xiàn)了此系統(tǒng)直觀、簡潔、靈活、快捷等優(yōu)點(diǎn)；同時，將報表的開發(fā)設(shè)計交給業(yè)務(wù)人員，可以大大提高數(shù)據(jù)展現(xiàn)應(yīng)用的效率，充分體現(xiàn)了BIEE商業(yè)智能的優(yōu)勢。

設(shè)計完成的儀表盤存儲于BIEE應(yīng)用的特定目錄，可以通過特定URL鏈接訪問儀表盤，并實(shí)現(xiàn)已經(jīng)設(shè)計完成的查詢及下鉆功能。效果如圖4所示。

圖4 設(shè)計完成的儀表盤

在現(xiàn)有J2EE系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過URL鏈接形式嵌入利用BIEE開發(fā)的報表及儀表盤，該系統(tǒng)部署在中心服務(wù)器，把數(shù)據(jù)展現(xiàn)的開發(fā)設(shè)計和展現(xiàn)工作分開，負(fù)責(zé)分析匯總的業(yè)務(wù)人員通過訪問服務(wù)器的J2EE系統(tǒng)查看已有的報表。

URL鏈接代碼如下：

代碼中http：／／121.248.200.5是BIEE應(yīng)用所在服務(wù)器的IP地址，Path＝／shared／sample／report是 BIEE報表的存放地址路徑，weblogic和admin123456分別是登錄BIEE Web應(yīng)用的用戶名和密碼。

5 結(jié)語

Oracle BIEE為水利普查數(shù)據(jù)展現(xiàn)提供了一套完整的解決方案，具有清晰的三層模型結(jié)構(gòu)和方便的展現(xiàn)工具。開發(fā)人員只需在后臺定義元數(shù)據(jù)，創(chuàng)建資料庫，業(yè)務(wù)人員不需要了解內(nèi)部數(shù)據(jù)及相關(guān)技術(shù)，即可根據(jù)展現(xiàn)模型所定義的字段以一種可視化、簡單的方式開發(fā)出符合業(yè)務(wù)需求的數(shù)據(jù)報表。

本系統(tǒng)可以為初步建立規(guī)范、統(tǒng)一的國家基礎(chǔ)水信息平臺、推進(jìn)水信息化和現(xiàn)代化奠定堅實(shí)基礎(chǔ)，如果此技術(shù)應(yīng)用到中國水利行業(yè)信息化建設(shè)，無疑可以提供巨大的推進(jìn)力。當(dāng)然，從數(shù)據(jù)組織匯總，到通信網(wǎng)絡(luò)，再到數(shù)據(jù)展現(xiàn)，還有很多需要研究和改進(jìn)的地方。在水利行業(yè)中，信息技術(shù)的革新沒有終點(diǎn)，比如基于GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)展現(xiàn)、海量水利普查數(shù)據(jù)高性能計算等，這些都是以后需要研究的方向。

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