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年國家環(huán)境保護(hù)總局組織開展了全國生態(tài)環(huán)境遙感調(diào)查，首次全面獲取了全國生態(tài)環(huán)境空間信息。其后的十年我國經(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，更好地滿足國家發(fā)展的戰(zhàn)略需求，探索新形勢(shì)下的中國環(huán)保新道路，由國務(wù)院批準(zhǔn)，環(huán)境保護(hù)部和中國科學(xué)院聯(lián)合實(shí)施了“全國生態(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)庫和現(xiàn)代通信等技術(shù)，通過數(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，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、業(yè)務(wù)輔助數(shù)據(jù)庫、空間數(shù)據(jù)庫、文件數(shù)據(jù)庫和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫(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)主要包括全國生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據(jù)集、全國生態(tài)遙感數(shù)據(jù)集和全國生態(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)分別通過不同的來源，系統(tǒng)通過接收外部系統(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、權(quán)限控制等功能。系統(tǒng)需要利用日志記錄用戶、訪問量、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。通過在存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫、中間件、應(yīng)用系統(tǒng)等多個(gè)方面的優(yōu)化設(shè)計(jì)來保證系統(tǒng)的存儲(chǔ)、管理與訪問效率。

(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統(tǒng)一的接口進(jìn)行訪問。

(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 處理器來執(zhí)行事務(wù)處理和查詢。一個(gè)數(shù)據(jù)庫的訪問工作可以用多個(gè)CPU的并行技術(shù)來相互配合完成，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)庫操作，提高數(shù)據(jù)庫訪問效率。

(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)果的過程可用數(shù)據(jù)庫的過程或函數(shù)來實(shí)現(xiàn)。

(2)充分利用數(shù)據(jù)庫打包技術(shù)。利用數(shù)據(jù)庫描述語言編寫數(shù)據(jù)庫的過程或函數(shù)，然后把過程或函數(shù)打成包，在數(shù)據(jù)庫后臺(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)程過程也會(huì)大大減少因頻繁的SQL 語句調(diào)用而帶來的網(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)過一定的插值處理來獲取所需的服務(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)部門提供全國生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據(jù)集、全國生態(tài)遙感數(shù)據(jù)集、全國生態(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)將涉及到全國生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據(jù)集、全國生態(tài)遙感數(shù)據(jù)集、全國生態(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)庫建設(shè)過程中，采用一種符合國家地理信息平臺(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)全國生態(tài)環(huán)境背景數(shù)據(jù)集，全國生態(tài)遙感數(shù)據(jù)集，全國生態(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)庫交互，而是通過組件與中間層建立連接，再由中間層與數(shù)據(jù)庫交互。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。通過實(shí)體關(guān)系映射工具將關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的數(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，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 層無縫整合，其數(shù)據(jù)服務(wù)層用來存放數(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)施過程中，參與“生態(tài)十年項(xiàng)目”的國家和地方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)公眾通過該系統(tǒng)，及時(shí)、全面地了解我國生態(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，促進(jìn)數(shù)據(jù)成果的更廣泛和深入的應(yīng)用。

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