一種基于元數據管理的柔性電子政務系統模型研究

摘要:通過對柔性電子政務系統特點的分析，從系統開發實踐角度，討論了元數據特點及其分類，給出了一種基于元數據管理的電子政務系統體系結構，并對此結構進行了分析和說明#65377;

關鍵詞:元數據; 柔性; 電子政務; 軟件體系結構

中圖分類號:TP315文獻標志碼:A

文章編號:10013695(2007)04007703

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0引言

在世界各國積極倡導信息高速公路的五個應用領域中，電子政務被列為第一位^[1]#65377;然而，在電子政務蓬勃發展的今天，作為電子政務建設的重要組成部分——電子政務系統，仍然面臨著諸多問題#65377;目前，以軟件體系結構為中心的構件化開發方法保證了復雜信息系統構造的穩定性，而穩定框架支撐下的柔性力度是維持一個軟件系統生命力和活力的關鍵^[2]#65377;電子政務系統作為一種復雜的信息系統，針對當前政府業務環境和信息技術本身的不斷變化和發展，其功能需求的多樣性和靈活性，以及電子政務建設快速發展的迫切性，使電子政務系統軟件的開發成為電子政務建設發展的瓶頸#65377;柔性電子政務系統構建是電子政務系統發展的必然趨勢#65377;如何在先進的信息技術(軟件技術#65380;網絡技術#65380;通信技術以及信息安全技術)的基礎之上，進一步增強系統的可擴充性#65380;可維護性和可移植性，使電子政務系統具有強有力的柔性支持，從而滿足電子政務系統的需求特性，是目前電子政務建設亟待解決的問題#65377;根據電子政務系統的特點，綜合筆者從事電子政務系統軟件項目的開發經驗，使用元數據是一個很好的解決途徑，能夠為系統在保持穩定性的基礎上提供強有力的柔性支持#65377;

從目前元數據的研究現狀來看，我國元數據研究與發展已進入一個繁榮時期，從純理論的研究階段步入了應用性研究階段^[3]#65377;但由于我國電子政務系統建設的歷史還不長，元數據在實踐應用方面還剛剛起步，這方面的理論研究和系統中應用研究很少被提及，存在著明顯的不足#65377;

針對這一現狀，本文根據筆者在電子政務系統中開發的實踐經驗和對元數據的理解，以實際項目為背景，給出了一種基于元數據管理的電子政務系統軟件的體系結構#65377;

1柔性電子政務系統特點分析

柔性的研究始于制造系統，如柔性制造單元(FMC)和柔性制造系統(FMS)#65377;柔性軟件系統具有充分的系統柔性，是其本質特征所在，其主要表現在結構柔性#65380;界面柔性#65380;運行柔性三個方面^[4]#65377;柔性軟件系統意味著用戶能夠以適當方式高效#65380;低耗地完成它需要的任何調整;同時，還意味著較高的創新能力以及一定的互操作功能^[5]#65377;電子政務建設定位于以數據獲取和整合為核心#65380;以信息安全為基礎#65380;面向決策支持#65380;面向公眾服務^[6]#65377;因此，與一般軟件系統相比，柔性電子政務系統應具有如下特點:

(1)系統應具有快速#65380;高效處理結構化各異的網絡信息資源的能力#65377;隨著電子政務系統的廣泛應用，會產生大量的網絡政務信息資源#65377;這些資源具有信息量大(政府擁有社會信息資源的80%)#65380;涉及面廣#65380;結構化各異#65380;存儲空間分布廣泛等特點，給電子政務信息資源的高效發現和管理帶來了困難#65377;

(2)系統應具有應付高度復雜性和易變性問題的能力#65377;以瑞士人壽(Swiss Life)的辦公統計為例^[7]:辦公人員的經驗參差不齊，人員的組成中既有新手又有工作多年的資深員工;大約80%的辦公業務具有中等復雜度，其余的是要求有很多實踐經驗的高度復雜性的問題;至少大約有60種不同的辦公業務，而且由于有些出現隨機性和頻率各不相同，根本無法確立一種固定的流程;由于相關新法規的不斷出現以及舊有法規的不斷變化，辦公業務總是在變動#65377;

(3)系統應具有較強的互操作功能#65377;近年來，隨著電子政務建設的發展，各級政府相繼引進了自己的辦公自動化系統#65377;這些系統的應用，實現了政府辦公的電子化，大大提高了政府各部門的工作效率#65377;但由于這些系統是分期分批單獨實現的，操作系統與開發平臺各不相同，數據格式也多種多樣，給系統數據的互操作以及功能上的互操作帶來了很大困難#65377;

(4)系統應具有高于一般信息系統的安全性#65377;安全信任是信息化建設的基礎，保障信息安全是當前技術條件下政務辦公系統能否深入發展的先決條件#65377;現今流行的有關應用層的安全控制思想和技術主要為數字簽名#65380;認證和授權管理等，缺乏與實際業務特別是電子政務業務應用的有機結合#65377;特別是針對電子政務系統，很少從政務系統軟件的內在機制和管理的需要等角度給予深度考慮#65377;

2元數據

2.1元數據的概念

元數據是描述和限定其他數據的數據#65377;關于元數據，迄今為止還沒有完全統一的定義#65377;常規的定義就是:元數據是關于數據的數據(Data about Data)^[8]#65377;元數據可以狹義理解為描述數據的數據，描述數據的結構#65380;數據的更新情況#65380;數據間的依賴關系#65380;數據的質量等;也可以廣義理解為不僅實現對數據的描述，而且描述并實現數據轉換#65380;操作#65380;管理#65377;狹義元數據和廣義元數據是從不同層次上對問題和操作數據進行描述^[9]的#65377;因此，可以這樣理解元數據，電子政務系統中的元數據是系統中關于數據#65380;操縱數據的過程和應用程序的結構和意義的描述信息#65377;元數據有以下特點:

(1)高度的抽象性#65377;元數據既是對系統中數據對象內容及完整性等的一種數據抽象，也是對數據對象的處理邏輯及數據對象表達方式進行控制的一種功能抽象#65377;

(2)相對的穩定性#65377;元數據既是系統中某種功能的抽象，也是系統中處理數據對象的抽象#65377;因此確定描述后，具有相當的穩定性#65377;

(3)與程序編譯的無關性#65377;系統中的元數據通常是以數據字典的方式靜態存儲在數據庫或文件中，它在系統運行過程中起到以解釋方式控制系統行為的作用#65377;因此影響系統的動態行為，與程序編譯是無關的#65377;

(4)靈活的可擴展性#65377;元數據在系統運行的過程中，根據業務需求的變化，系統管理員或系統開發人員可以隨時對元數據進行修改或增加新的屬性#65377;

2.2元數據的分類

目前，許多專家學者從不同領域#65380;不同角度對元數據進行分類研究，但從系統開發實踐角度，對元數據的分類研究尚屬空白#65377;根據電子政務系統的特點，結合筆者從事電子政務軟件項目的開發經驗和對元數據理論的深入理解，一般系統中的元數據可以分為如下幾類:數據展現元數據類(DIM)#65380;數據存儲元數據類(DSM)#65380;用戶角色管理元數據類(UJM)#65380;業務管理元數據類(BMM)#65380;模型元數據類(MOM)#65380;方法元數據類(MEM)#65380;知識元數據類(KNM)#65380;數據交換元數據類(DEM)和系統安全元數據類(SEM)#65377;實踐證明，系統中通過引入這些元數據類，能夠大大提高系統的靈活性#65380;通用性以及提高系統的開發效率#65377;

本文以大型電子政務建設項目“杭州市辦公業務資源系統”的軟件工程主體部分——杭州市政府內部辦公系統為例，給出了一種基于元數據管理的電子政務系統體系結構，并對此結構進行了分析和說明#65377; 

3基于元數據的電子政務系統軟件體系結構

3.1電子政務系統層次體系結構

從架構角度提供系統開發柔性機制的支持，一般采用層次化的軟件體系架構^[2]#65377;分層的體系結構可以避免系統部件的耦合，實現了對功能的分割和保護，提高了系統開發效率;可以降低系統的復雜性，增強系統的可擴展性#65380;可重構性和可維護性，實現了柔性電子政務系統的結構柔性#65377;

通過對電子政務系統需求特點的分析，考慮系統實現環境(如操作系統#65380;數據庫#65380;通信機制#65380;中間件等)和應遵循的標準等因素，并為變化性預留空間，本文設計了如圖1所示的基于元數據的電子政務系統的體系結構#65377;系統的整體框架采用分層體系結構#65377;這些層次自頂向下分別是信息表現層#65380;服務集成層#65380;應用服務層#65380;數據服務層#65380;傳輸交換層#65377;

3.2層次分析與說明

信息表現層包括各種外觀對象，與客戶端應用聯系緊密，從復雜的業務服務中分離出客戶表現#65377;這樣就可以按照特定用戶的需求來設計數據展現元數據(DIM)#65377;通過元數據管理，可以在用戶需求隨時間流逝而發生改變時也能及時修改，從而實現了柔性電子政務系統的界面柔性#65377;

服務集成層主要由環境服務構件構成，為電子政務辦公系統核心的功能提供環境支撐，是電子政務辦公應用系統運行的基礎#65377;由于協作處理型軟件對系統分布性和實時性有著特殊的要求，而不同環境對于系統實時性和分布性的支持方式是不同的，環境服務將這些不同點封裝起來，為表示層#65380;業務邏輯層和數據等層的構件提供統一規范的接口#65377;環境服務主要封裝COM#65380;CORBA#65380;Web Service等底層實現細節，提供一種非常理想的#65380;可動態擴展的#65380;靈活的分布式計算模式#65377;同時，由于辦公系統應具有高于一般信息系統的保密性，保障信息安全是當前技術條件下電子政務能否得以深入發展的先決條件#65377;綜合運用PKI/PMI等信息安全技術，并與實際業務有機結合，使安全責任與崗位職責相對應，建立相應的安全元數據(SEM)來保障電子政務系統的實施#65377;

應用服務層主要部分是電子政務管理系統開發平臺，是整個電子政務軟件體系結構的核心部分#65377;它利用可信Web Service所提供的可信應用開發和集成環境所提供的基本功能，進一步根據中國電子政務的實際應用需求提供互聯網與政務專網的隔離功能#65380;一站式電子政務工作環境的支持功能#65380;通用電子政務構件的支持功能#65380;服務的個性化管理功能以及服務集成功能，提供了各類政務應用系統的開發#65380;運行與集成的統一平臺#65377;平臺中維護了大量的元數據#65377;通過元數據可以清晰地描述基本數據的結構和其間的關系，以及問題#65380;模型(或工具#65380;方法等應用系統的支撐環境)#65380;數據間的相互聯系#65377;因而可以通過元數據的獲取和管理，有效地實現數據倉庫中基本數據和應用系統支撐環境的有效管理及調度，使系統具有很強的健壯性#65380;重用性和可擴展性，從而實現了柔性電子政務系統的運行柔性#65377;其主要元數據類型有UJM#65380;BMM#65380;MOM#65380;KNM#65380; MEM#65380;TEM#65380;DSM#65377;下面對開發平臺中重要元數據類進行詳細論述#65377; 

(1)用戶角色管理元數據UJM

安全信任是信息化建設的基礎，保障信息安全是當前技術條件下電子政務能否得以深入發展的先決條件#65377;現今流行的有關應用層的安全控制思想和技術主要為數字簽名#65380;認證和授權管理等，缺乏與管理業務特別是電子政務業務應用的有機結合，很少從政務系統的內在機制和管理的需要等角度給予深度考慮#65377;政務系統中信息量巨大并具有不同程度的信息敏感度，因此產生了具有各種有訪問需求的用戶，這使得其安全管理活動非常復雜#65377;

本系統(圖2)引入用戶角色管理元數據UJM分別對角色#65380;可控對象#65380;用戶#65380;用戶組進行管理，然后在角色配置中再對這些元數據進行集成#65380;融合#65377;從而既可以從容處理千變萬化的需求，又能有效靈活地控制管理粒度，最終使業務與安全技術相融合#65377;

(2)業務管理元數據BMM

系統不僅要管理數據，更主要的是控制數據流程，包括用戶數據流和系統數據流#65377;如果把用戶的操作信息及數據傳遞規則固化在程序中，當用戶的操作或規則發生變化時，變動程序是不可避免的，為此本系統引入BMM#65377;

本文可以把整個組織業務看成事務對象的集合，一類工作看成集合中的一個元素，相當于一個事務對象#65377;針對此類工作的所有操作活動聯合在一起，形成了該事務對象的基本功能#65377;

因此可以把整個業務邏輯抽象成一個可任意擴展的樹型結構，如圖3所示#65377;它定義用戶可選擇的系統功能#65380;有權操作的數據子集#65380;設定數據子集的操作方式以及每個數據子集的數據項等信息#65377;以本系統中公文流轉模塊為例，系統管理員需要控制以下內容:用戶可操作的數據表(如辦文數據表#65380;行政督察數據表)#65380;對數據表的控制權限(完全控制#65380;修改#65380;瀏覽)#65380;可操作的數據表元組集合(如已經得到領導批示的公文)#65380;可以選擇的操作類型(如基本操作或自定義操作)#65380;可操作的數據表的屬性(不可見#65380;可瀏覽或可編輯)#65380;操作類型(添加#65380;修改#65380;瀏覽及統計等)#65377;為實現公文流轉需要為不同用戶設定相應的操作功能和界面，也就是為用戶提供操作集#65377;其中操作全集是系統的關鍵元數據集，這個元數據集是一個可擴展的樹，而每個元數據元素，也就是樹的各個節點采用可變數組的方式來表示#65377;這樣操作集元數據在各個層次上都是可擴展的#65377;元素之間可以按照業務規則任意組合#65377;

(3)模型元數據MOM#65380;方法元數據MEM

模型元數據和方法元數據是關于模型與方法的描述信息，用來說明模型方法所面對的問題#65380;適用范圍等內容#65377;系統中通過模型#65380;方法元數據，可以實現對系統中各種模型與方法的快速檢索和定位，對某一領域的所有模型進行比較分析，并實現各模型#65380;方法的優化組合#65377;同時，模型元數據與方法元數據也是相互關聯的，如圖4所示#65377;

該層中還有可以減少訪問數據庫工作量，實現動態表管理;而且便于實現系統之間元數據共享和重用的數據存儲的元數據DSM，描述知識的相關屬性及其相互間的聯系;便于知識的分類#65380;關聯#65380;集成#65380;檢索#65380;訪問以及處理的知識元數據KNM;作為數據#65380;微操作以及組件方法的載體，實現數據的展現和獲取與業務邏輯分離，描述組件方法及其參數，使其在應用開發時可靈活配置模板元數據TEM#65377;由于篇幅限制，這幾類元數據在這里就不展開論述#65377;

數據服務層為各項應用提供數據服務，它包括模型庫#65380;工具方法庫#65380;模板管理庫#65380;元數據管理庫#65380;政務處理數據庫#65380;知識庫#65377;它可以在其中隨意增減各層次的構件，并提供對關系和多維數據庫的支持，采用元數據建模及倉儲#65377;通過數據服務層，可以成功地收集#65380;分析#65380;理解信息并根據信息作出相應決策#65377;

數據傳輸及交換層:由于應用平臺和各用戶內部系統的結構環境差異，面臨的是一個物理上分散#65380;異質異緣的電子政務環境#65377;在這樣一個異構環境中，如果沒有統一的#65380;接口良好的#65380;包容性很強的信息集成和處理技術來為該異構環境下不同系統提供數據服務和業務邏輯計算服務，電子政務系統就很難做到真正的一體化#65377;必須解決異構環境中的數據交換問題#65377;本系統的數據傳輸及交換層主要分為兩類構件，即外部郵件自動加載以及內部郵件發送和數據交換構件#65377;外部郵件自動加載以及內部郵件發送構件既可以與廣泛應用的其他郵件系統(如Lotus Notes相連)，也可以按自己特有的數據格式發送郵件，并自動入庫#65377;數據交換構件用于將異構數據的組織形式(如DFB#65380;TXT#65380;FZ#65380;WPS#65380;國辦二掃文件等)轉換成系統特有的數據形式，用于解決遺留系統的信息集成問題#65377;

系統引入了數據交換元數據DEM，通過運用數據交換元數據，可以靈活#65380;高效地實現上述兩類構件的靈活性和可擴展性，并能同時保證數據的一致性和完整性#65377;

4結束語

本文從系統開發實踐的角度，討論了系統中元數據的分類#65380;特點及其作用，并給出一種基于元數據管理的電子政務系統的體系結構模型#65377;有關研究結果在電子政務大型建設項目“杭州市辦公業務資源系統”的主體軟件部分的開發實踐中得到應用和檢驗，并取得了良好的效果#65377;實踐證明，在對電子政務系統進行深入分析和深刻理解的前提下，通過對電子政務系統中元數據進行深入研究，并以此為基礎，采用先進的層次化軟件體系架構構建的柔性電子政務系統具有填補我國電子政務領域理論匱乏的理論意義和增強電子政務系統的可移植性#65380;可擴展性#65380;可維護性以及提高系統開發效率的現實意義#65377;

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