全國山洪災害防治規劃信息系統的設計與實現

摘要:分析了山洪災害防治規劃各類數據及各級用戶的業務需求，采用基于構件的柔性軟件工程的思想，以C/S為主體開發模式，給出了構件化開發的流程，構建了系統的體系結構，開發了全國山洪災害防治規劃信息系統#65377;該系統提出了一種基于樹型數據結構的“超”實體多級遞歸算法，探索了一種智能信息呈現技術，對全國及各省(市#65380;區)山洪災害防治規劃密切相關的各類基本數據#65380;圖件及全部規劃成果進行了有機管理#65377;

關鍵詞:山洪災害;構件;超實體;智能信息呈現

中圖分類號:TP311文獻標志碼:A

文章編號:1001-3695(2007)04-0209-03

全國山洪災害防治規劃信息系統的建設是在國家空間信息基礎設施上建立有關山洪災害防治信息系統中相關的標準及規范，促進全國范圍內跨部門#65380;跨專業#65380;跨地區的分布式山洪災害信息資源的共享，統一協調#65380;調度數據資源，避免新的信息孤島和系統的重復建設#65377;根據全國山洪災害防治規劃任務書和技術大綱，在充分分析山洪災害防治規劃各類數據及各級用戶需求的基礎上，開發了該系統#65377;該系統采用C/S為主體開發架構，以基于構件的柔性軟件工程為指導思想#65377;以各小流域為基本單位，對全國三十多個省#65380;市#65380;自治區的山洪資料和三萬個小流域的水文氣象#65380;地形地質#65380;水土流失#65380;經濟社會#65380;災害損失等原始數據和規劃報告#65380;文檔#65380;圖件#65380;多媒體等非表單信息進行了統一管理，為山洪災害的治理規劃#65380;風險區控制政策法規建設和管理政策法規建設提供了科學數據和決策支持基礎#65377;

1系統總體設計

1.1系統開發的指導思想

傳統的瀑布模型開發法的開發周期長，見效慢，缺乏靈活性和適應性;而快速原型法雖然具有一些優越性，但它過度依賴于快速生成工具，且易產生相當多的冗余代碼^[1]#65377;考慮系統需求的不可預知性#65380;開發手段的局部不確定性等特點，在對構件技術進行深入研究的基礎上，采用積木法，提出一種基于可重用構件的瀑布模型+原型法的柔性軟件工程思想#65377;整個系統的開發流程如圖1所示#65377;

在系統開發中，根據粒度大小^[2]，將系統構件分為:

(1)小粒度構件#65377;各功能模塊共有的最小數據處理單元，處于系統構件庫的最底層，如通用數據窗口#65380;按鈕#65380;基本用戶對象等基本構件#65377;

(2)中粒度構件#65377;各功能模塊的基本組成單位，實現基本的數據處理，它由多個小粒度構件組成，如數據操作類功能構件#65380;各專用的PBL類型#65380;OLE等#65377;

(3)大粒度構件#65377;整個系統業務流程的組成部分，是系統實現的基本組成單位，由多個中粒度構件組成，如數據庫管理#65380;多媒體處理等子系統構件#65377; 

1.2系統的體系結構

系統基于C/S架構開發，體系結構分為三層，如圖2所示#65377;

最底層為數據存儲層，由關系數據庫#65380;空間數據庫#65380;圖件及多媒體庫#65380;報告文檔庫組成#65377;

(1)關系數據庫:以SQL Server 2000數據庫管理系統為后臺，用于對全國三十多個省#65380;市#65380;自治區的行政區劃#65380;山洪資料和三萬個小流域的水文氣象#65380;地形地質#65380;水土流失#65380;經濟社會#65380;災害損失#65380;環境#65380;防災措施等七個大類三十多個子類的工程數據進行管理#65377;

(2)空間數據庫:以ESRI公司的ArcView為主要支撐環境，內容覆蓋非工程措施中四個大類和工程措施中六個大類空間數據#65377;

(3)圖件及多媒體庫:存放全國及各省的行政區劃圖#65380;規劃成果圖#65380;受災及防災音像資料等信息#65377;

(4)報告文檔庫:存放全國及各省的規劃概要#65380;規劃報告#65380;典型報告#65380;規劃成果#65380;投資需求及實施意見等山洪災害防治規劃的文檔資料#65377;

中間層為構件層#65377;采用面向對象中的繼承#65380;多態#65380;重用#65380;封裝的思想，按照事務級→功能級→業務級→系統級的遞進式順序，完成不同粒度構件的構造和封裝#65377;在功能上，系統所用的構件主要有以下幾種:

(1)樹型結構構件#65377;采用雙親表示法^[3]以數據庫表的形式存儲多級不規則一對多關系實體，提出一種“超實體”構造算法，結合前臺開發工具PowerBuilder的樹視圖控件，完成各級行政區劃和各業務流程的層次化管理#65377;

(2)QQ菜單構件#65377;結合PB中的數據窗口控件和用戶對象，使用目前比較流行的QQ聊天軟件直觀#65380;簡捷的界面風格，完成系統兩級菜單的封裝#65377;

(3)數據處理構件#65377;完成關系數據庫中表數據的增加#65380;刪除#65380;修改#65380;打印#65380;導出等功能#65377;

(4)信息檢索構件#65377;按照一個或多個主題，完成相關信息的單項或組合式智能檢索#65377;

(5)智能呈現構件#65377;采用IE瀏覽器的內核，結合OLE技術，將Word文檔#65380;PPT#65380;圖形文件#65380;ArcMap工程文件#65380;多媒體文件等多種格式文件在工作區中以統一的樣式呈現出來#65377;

最上層為表現層#65377;將各需求分析結合具體的功能模塊加以整合，采用相應的構件加載相關數據和業務邏輯，完成整個系統的封裝#65377; 

1.3系統的界面設計

系統在開發時考慮到大部分用戶均使用Windows操作系統的習慣，提出了一種“樹型結構+QQ式菜單+明細/網格”的界面設計模式風格，如圖3所示#65377;其中左邊的樹型控件采用動態折疊和展開的技術完成下一級節點的管理，同時右邊的工作區會完成相應節點信息的呈現;在節點文件呈現框中，左邊采用流行的“QQ”聊天軟件的界面完成各級菜單的動態管理，給人直觀#65380;清晰#65380;友好的層次感;右邊采用“明細/網格”的數據呈現風格，用戶既可以看到每條記錄的詳細信息，又可以看到整個表單的整體信息;既見樹木，又見森林#65377;用戶在使用時既有明細感，也不乏整體感#65377;

2系統功能實現

由于系統所管理信息內容#65380;層面的多樣性，單一的模塊管理方式已不能滿足用戶需求#65377;為此，系統開發時提出一種電子書+表單處理集成化數據表現風格，結合智能信息呈現技術，實現關系數據庫#65380;空間數據庫#65380;圖形文本#65380;多媒體等多源信息的管理#65377;

2.1主界面模塊

主要包括全國山洪災害防治規劃的指導文件#65380;專題研究報告#65380;規劃成果#65380;規劃數據庫#65380;規劃工作簡報#65380;相關政策法規#65377;指導文件包括全國山洪防治的任務書及技術大綱#65380;技術細則及指導意見#65380;技術問題答復#65380;部委相關文件;專題研究報告分山洪災害成因及時空分布規律研究#65380;水文氣象測報預報警報#65380;泥石流滑坡監測#65380;對區域城鎮規劃建設生態環境影響#65380;災情評估及防治綜合效益分析等五個專題;規劃成果分全國和各省規劃成果;規劃數據庫主要涉及全國山洪規劃七個大類三十多個子類的關系型工程數據的管理;相關政策法規主要為全國山洪災害防治規劃相關的水土#65380;森林#65380;工程建設#65380;地質災害#65380;環境監測等政策法規#65377;其中規劃數據庫以“明細/網格”的表單形式呈現，其他信息以電子書的形式呈現#65377;

2.2全國規劃成果

從工程建設及管理的角度，對全國山洪災害防治規劃的報告成果#65380;圖形圖件#65380;實施進展等情況從全國的角度進行規劃和管理，主要包括規劃概要#65380;規劃報告#65380;簡要報告#65380;典型流域報告#65380;規劃成果演示#65380;規劃圖形庫#65380;各省拼接圖形庫#65380;實施進展情況等模塊#65377;

2.3各省規劃成果

采用樹型結構對全國29個省級山洪災害防治規劃區的規劃情況進行管理，主要涉及各省山洪災害基本情況#65380;山洪成因/特點#65380;規劃指導思想#65380;總體規劃#65380;非工程措施規劃#65380;工程措施規劃#65380;環境影響評價#65380;投資需求及實施意見#65380;規劃報告#65380;典型流域報告#65380;規劃成果演示#65380;規劃圖形庫等#65377;

2.4系統設置

主要完成左邊樹型結構的管理，提供一種類似Windows資源管理器管理模式，完成各級節點的動態管理，包括系統文檔路徑設置#65380;省市鎮文檔路徑設置#65380;各級模塊設置等模塊#65377;

2.5系統維護

包括用戶及權限管理#65380;密碼管理#65380;數據合并#65380;數據分發#65380;數據備份#65380;數據分發等功能#65377;

3系統關鍵技術

3.1基于多粒度構件的信息系統開發方法

系統在實現時，針對業務流程繁雜#65380;代碼重用率高#65380;用戶需求多樣化等特點，采用構件化思想，將業務邏輯按不同粒度構件進行封裝，形成構件庫，然后從構件庫中抽取構件，采用積木法來構造應用軟件#65377;本系統在具體實現時，遵循了以下原則:

(1) 通用構件與專用構件相結合#65377;通用構件有作為共用模塊的數據處理窗口#65380;QQ式菜單等，專用構件有基于GIS的二次開發組件MapObjects^[4]等#65377;

(2) 黑匣構件與白匣構件相結合#65377;前者即插即用，系統開發時只要將參數傳遞進去即可(如樹型控件，用戶只需構造好靜態表)，后者須經修改后方可使用，如由小粒度的構件通過多態的方法生成多種大粒度的構件#65377;

(3) 動態構件與靜態構件相結合#65377;前者常見的有OLE和DLL等，本系統在多源異構信息呈現時采用了一種基于OLE的瀏覽器構件，在數據窗口數據導出時使用了一個商業化的DLL導出構件#65377;后者主要指由系統源代碼編寫的各類構件#65377;

3.2基于樹型結構的超實體構造算法

在對各級行政區劃進行管理時，由于各實體之間有一定的從屬關系，系統采用PowerBuilder中的樹視圖(Tree View)來實現，同時由于各省所對應的節點在樹中的深度不一樣，采用傳統的數據表連接算法不僅需要大量的時間空間資源開銷，造成系統執行效率低#65380;速度慢，而且各實體模式很難構造#65377;為此，在深入分析樹的雙親表示法的基礎上，提出了一種“超”實體的概念，即將系統所涉及的所有各級行政區劃的編碼#65380;名稱等屬性集成到一個實體中，并增加上級行政區劃編碼這一屬性，形成如下的關系模式:

其中Code為主鍵，用于唯一標志一個行政單位;Name為行政單位名稱;Upcode為上級行政單位的編碼#65377;這種關系模式采用靜態表的方式實現了如圖4所示的樹型數據結構#65377;這種數據結構在構造及遍歷時，只需采用傳統的遞歸算法即可#65377;圖5為一個靜態表示例#65377;

3.3基于角色的管理模式

針對本系統用戶群流動性大#65380;權限分配嚴格的特點，系統提出了一種<用戶，角色>二元組+<角色，模塊，權限>三元組的關系模型，用于各級用戶權限的管理#65377;一個用戶可被賦予多重角色，每個角色只擁有對固定模塊的固定權限#65377;當用戶權限變更時，只需調整其角色即可#65377;這種管理模式比單純的<用戶，模塊，權限>三元組關系模型合理得多#65377;

3.4智能信息呈現技術

由于本系統在信息處理時除了常見的表單信息外，還有相當多的圖文#65380;多媒體視頻等非關系數據庫信息，它們以文件的形式存放，如何完成這些文件的管理和信息的呈現成了本系統迫切需要解決的問題#65377;為此，在深入分析IE瀏覽器特性的基礎上，提出了如下解決方案:

(1) 以上述樹型結構管理這些文件，并將其存放路徑#65380;文件擴展名等信息存儲在超實體所對應的二維表中;

(2) 用PB新建一個用戶對象，插入一個OLE控件，其類型為“Microsoft Web Brower”;

(3) 系統運行打開左邊的樹視圖時，獲取當前句柄的Data項，利用遞歸算法掃描二維表，找到所需鏈接的文件，讀取相應的存放路徑#65380;文件擴展名等信息，獲得文件對應的應用程序句柄，并把這些參數傳遞給OLE控件的Navigate函數，即完成不同類型文件的打開#65377;

3.5數據庫的主動維護

用戶在對數據庫進行數據表的插入#65380;刪除#65380;修改操作時，可能會造成各關聯表的數據不一致#65377;如果由應用程序來維護，會使程序更復雜，代碼的可維護性#65380;重用性更差#65377;為此，采用數據庫觸發器^[5]來進行主動維護，以保證數據的一致性和完整性#65377;

4結束語

在信息系統的開發過程中，采用基于構件開發的軟件工程的思想，根據用戶需求和業務邏輯構造不同粒度#65380;不同類型#65380;不同領域的構件，采用積木法完成整個信息系統的研制，有利于增強系統的靈活性和通用性， 以快速適應不斷變化的業務流程和管理機制，增強了系統的柔性;能夠減少開發人員的維護工作量， 減少系統中潛在的錯誤， 增加系統的健壯性#65377;

該系統已于2005年9月投入運行#65377;運行效果表明，系統運行性能穩定，友好的界面和電子書+表單處理集成化數據表現風格受到了用戶的一致好評#65377;同時也證明了系統開發指導思想的正確性#65377;

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