基于SSH框架的海洋調查資料信息管理系統的設計和實現

劉曉丹, 趙迎春, 丁 磊

(國家海洋局 北海海洋工程勘察研究院, 山東 青島 266033)

信息的來源是數據, 數據是未加工過的原始資料, 它是對客觀世界的表示, 而信息是數據內涵的意義, 是數據的內容和解譯[1]。經過多年的資料積累,我國已擁有大量珍貴的海洋基礎數據信息, 包括海洋基礎地理、海洋地球物理、航空與衛星遙感、海洋資源、海洋水文、海洋生物化學等內容, 數據量大,數據類型多樣。海洋數據來源多樣, 包括常規海洋調查資料, 國家海洋專項調查、海洋工程項目等獲取的調查資料, 通過大量的海洋基礎數據資料, 我們掌握了越來越多的海洋信息, 為人類開發利用、保護海洋提供了科學依據。目前, 大部分的海洋調查資料主要以兩種形式保存: 一種是原始觀測結果以及數據來源和時間等, 它們被保存在不同的介質中; 另一種是這些原始資料的數字化形式, 并記錄了相關的項目和觀測手段等, 它們以文檔的形式存放[2]。

當前國內積累的海量海洋調查資料以傳統的資料管理服務保障模式越來越不能適應海洋信息化發展的需要, 管理不便, 不易查找, 容易損壞和遺失。海洋資料不僅是各項海洋工作的基礎性信息資源,更是反映海洋工作歷史的重要依據。海洋資料極為寶貴, 來之不易, 一旦丟失, 將難以重新獲取。

隨著計算機技術、網絡技術、數據庫技術的發展, 國內在檔案圖書資料管理行業掀起了以圖書資料數據庫建設和管理服務軟件開發為核心的信息化建設高潮。全球沉船數據庫、水深數據庫(英國海道測量局)的相繼創立大大促進了航海圖書的發展;美國國家海洋大氣管理局掃描矢量化數萬份非常有價值的歷史海洋資料, 并經過圖形處理、海量信息管理技術處理, 實現了歷史資料的網絡化服務?；谇叭说慕涷灪图夹g, 海洋調查資料信息管理系統項目的建設將實現海洋調查資料的數據庫管理和網絡化服務。

海洋調查資料信息管理系統是立足于我國海洋調查資料信息管理的實際需求開發的實用化平臺。實現對海洋調查資料的數字化存儲、數據庫管理、規范化操作、網絡化服務, 在軟件方面提升海洋資料信息對海洋經濟、海洋科學研究以及各類海上突發事件的應急保障能力。

1 海洋調查資料信息管理系統組成與功能

1.1 海洋調查資料的特征

海洋調查資料主要包括影像資料、數據資料(原始資料及成果資料)、文檔資料等。由于海洋調查涉及的要素多, 包括海洋水文調查、海洋氣象調查、海水化學要素調查、海洋聲光要素調查、海洋地質地球物理調查、海洋生物調查資料等, 因此海洋調查資料時空特征明顯, 具有數據格式多樣化、數據量龐大的特征。

1.2 標準規范建設

1.2.1 海洋調查資料數據文件命名規則

數據庫建設中使用國家編碼、參數編碼、資料源代碼等多種編碼類型, 實體數據資料編號具有唯一、簡潔合理、規范性特點。以《海洋調查規范》為依據, 按照專業性、可操作性等原則對所屬資料實施編碼。文件名以“D”開始, 包括船代碼和時間信息, 擴展名為數據文件類型代碼, 形式為:DYYYYMMDDXXN.CCC(D為海洋調查資料標識;YYYY為調查觀測年份; MM為調查觀測月份; DD為調查觀測開始日期; XX為調查船代碼)。

1.2.2 海洋調查資料元數據的規定

該規定以《海洋調查規范》為依據, 在海洋調查資料元數據信息生成過程中, 以Excel電子表格生成原數據信息, 表格包括兩列, 一列為元數據屬性信息名稱, 一列為元數據屬性信息的內容。海洋調查元數據內容包括4個元數據子集, 分別為標識信息、航次信息、調查項目信息和資料匯交與服務信息, 上述元數據構成了海洋調查資料系統數據結構的基礎。

1.2.3 海洋調查資料數據著錄規則

該規則規定了海洋調查資料元數據的中文名稱、英文簡稱、定義、性質/條件、數據類型、值域和最大出現次數等。

1.2.4 海洋調查資料管理規范

以《國家海洋局關于施行海洋資料管理暫行規定的通知》為依據, 規定海洋調查資料管理工作業務要求。

1.3 系統設計目標

海洋調查資料信息管理系統是建立采用組件式技術、SSH框架與ArcGIS server服務平臺結合進行開發, 實現對調查資料信息的自動采集存儲、人工編輯、查詢、顯示等基本操作功能, 并最終形成完整的海洋調查資料庫體系, 方便管理、保存和應用, 為海洋資料的管理和應用提供一個安全、高效的信息化平臺。當代海洋學問題的提出和解決常常要求多學科多部門之間的協作。因此, 空間信息的共享與互操作、分析與綜合在對于海洋學問題的綜合研究中便顯得日益重要[3]。

1.4 系統開發

1.4.1 總體框架

海洋調查資料信息管理系統的總體建設框架利用分層原理, 采用 SSH(Struts、Spring、Hibernate)框架, SSH框架是一種新型的、輕量型的J2EE架構,是目前比較流行的J2EE框架。首先, 用面向對象的分析方法根據需求提出一系列的模型, 將這些模型實現為基本的Java對象, 然后編寫基本的DAO(Data Access Object)接口, 并給出Hibernate的DAO實現,采用hibernate架構實現的DAO來實現java類與數據庫之間的轉換和訪問, 最后由 Spring完成業務邏輯。海洋調查資料信息管理系統的數據資源劃分為用戶界面層、服務界面層、中間組件層、數據層、支持層和設施層, 如圖 1。平臺開發基于 Java語言,Java程序可以發布多種操作系統上, 例如 windows系列, Unix系統, linux系統等。

1.4.2 系統主要功能

海洋調查資料信息管理系統包括海洋調查資料管理系統、海洋調查檔案管理系統、海洋調查資料檔案和資料服務網站、海洋資料信息管理系統應用工具等 5個較為獨立的系統, 每個系統由相互關聯的功能模塊構成, 并充分考慮平臺與已有業務系統或待開發系統的接口(圖2)。在體系結構設計上采用瀏覽器/服務器結構(B /S)模式。

1.4.2.1 海洋調查資料管理系統提供對各種海洋調查信息資料的收集整理、標準化、編目、入庫、更新、數據庫維護、提供服務、輸出等功能。

1.4.2.2 海洋調查資料檔案管理系統功能包括立卷歸檔、管理、查詢等。本系統還可以實現海洋調查資料檔案的圖形圖像可視化。

1.4.2.3 海洋調查資料信息服務網站面向客戶, 提供注冊、檢索、借閱、下載, 以及海洋調查資料信息發布等功能。

1.4.2.4 海洋調查資料管理系統平臺應用工具是服務于系統管理人員的開發工具, 包括權限管理、審核、日志管理、數據庫管理等功能, 保障平臺運行安全。

1.4.3 系統與ArcGIS Server服務平臺結合

本系統主要使用ArcGIS Server服務平臺中地圖服務,地圖服務是基于 ArcGIS Server部署的分布式系統, 其中包括服務器對象管理器(SOM)以及服務器對象容器(SOC)。服務器對象管理器主要在地圖服務的管理、啟動和關閉以及地圖服務的運行服務器(SOC)的添加、刪除及負載均衡方面起著專門的作用。服務器對象容器的主要負責運行地圖服務并處理應用層提交的請求, 因此實現 SOC的動態增減是實現分布式地圖服務服務器系統的基礎[4]。本系統主要讀取部分系統中使用到的圖像信息。

首先對地圖服務的運行服務器(SOC)進行操作,以系統管理員身份連接到服務器, 連接成功后,獲得服務器上運行的管理服務器對象(SOM), 通過管理服務器添加、刪除服務對象容器(SOC)。

圖1 海洋資料信息管理系統總體架構Fig. 1 The total construction of information administrative system for ocean data module

圖2 海洋資料信息管理系統功能框圖Fig. 2 The function module of information administrative system for ocean data module

地圖服務的開發和發布, 先創建地圖服務, 將來自數據層的地圖數據以 Web Service的形式發布,提供用戶訪問的地圖接口。詳細的步驟為: 連接指定的 SDE數據庫, 建立數據庫連接后, 選擇需要發布的地圖數據并添加到. mxd文件中, 連接服務器, 獲得管理服務器對象(SOM), 將. mxd文件發布為地圖服務。創建地圖服務后, 可對其狀態進行配置, 實現服務的刪除、暫停、開啟等[5]。

1.4.4 數據庫建設

數據庫結構采用分布式數據庫系統, 分布式數據庫系統是由若干個站集合而成。這些站又稱為節點, 它們在通訊網絡中聯接在一起, 每個節點都是一個獨立的數據庫系統, 它們都擁有各自的數據庫、中央處理機、終端, 以及各自的局部數據庫管理系統。因此分布式數據庫系統可以看作是一系列集中式數據庫系統的聯合。它們在邏輯上屬于同一系統,但在物理結構上是分布式的[6]。

在做好數據收集提取、轉換格式、統一編碼、質量分析等工作的基礎上, 根據需求, 靈活運用建庫理論, 通過海洋調查資料信息管理子系統校驗的數據并導入庫內, 建成數據庫。海洋調查資料具有海量、電子數據與紙質資料并存、元數據與實體數據關聯、空間屬性數據與非空間屬性數據并存、數據格式類型多的特點, 因此將海洋調查資料數據庫架構設計為編目庫、資料數據庫和管理數據庫[7]。

海洋調查資料信息管理系統建設是今后相當長時間內很重要的基礎信息工程。其建設過程中需綜合利用國內外的新理論、技術和方法。把數據庫管理引入到海洋資料信息管理系統中是一種著眼現在、面向未來的合理解決方案[8]。

2 系統關鍵技術

系統實現需要解決的關鍵技術主要有: 分類實施編目, 系統自動智能化。

2.1 分類實施編目

依據海洋調查資料分類特征, 海洋調查資料入庫前需要進行分類編碼, 依據分類編碼實現海量海洋調查資料數據的分類管理, 便于資料管理、查閱。

2.2 系統自動智能化技術

可以實現圖像初始信息的自動化采集, 自動生成網頁展示圖像, 自動把圖像的初始信息錄入到數據庫, 錄入人員只需把剩下的圖像信息完善即可,同樣文件資料也要實現自動化采集, 同時系統自動相隔一定時間, 對圖像和文件的存放位置自動輪詢,判斷有沒有新的圖文資料可采集處理, 自動智能化是本系統一大特點。

3 結語

海洋資料信息管理系統基于 J2EE架構與ArcGIS server服務平臺結合開發的海洋資料信息管理系統的架構設計和開發, 具有較強的適用性和可操作性, 該系統研發成功可有效提高海洋調查資料和檔案資料管理服務保障能力。為了使平臺發揮應有的效益,要在進一步的使用中針對平臺軟件不斷升級維護。

[1]李成治, 黃海軍. 海洋資源環境信息研究新趨勢──加強三“S”信息系統建設[J]. 海洋科學, 1996, 1:23-25

[2]夏登文, 石綏祥, 于戈, 等. 海洋數據倉庫及數據挖掘技術方法研究[J]. 海洋通報, 2005, 24(3): 60-65.

[3]欒振東, 范奉鑫, 閻軍. 對建立海洋基礎數據管理系統設計方案的探討[J]. 海洋科學, 2004, 28(10): 6-9.

[4]周依文, 史世龍, 魏芳.基于ArcGIS Server的海洋地圖服務管理系統的設計和實現[J]. 測繪與空間地理,2009, 32(1): 51-57.

[5]國家海洋局. 海洋調查規范[S]. 第7部分: 海洋調查資料交換(GB/T 12763.7-2007). 北京: 國家標準出版社, 2008.

[6]劉秋生, 韓范疇, 肖京國, 等. 海洋測繪信息數字平臺建設[J]. 海洋測繪, 2010, 30(1): 79-82. 信息, 2009,32(1): 51-53.

[7]蔡明理, 施丙文. 海洋地理信息系統[J]. 海洋科學,1996, 6: 31-33.

[8]周林, 劉海行, 宋轉玲, 賈貞. 基于 WebGIS技術的PANDA斷面海洋主題數據庫系統可視化查詢的設計與實現[J]. 海洋科學, 2009, 33(5): 86-90.