基于MongoDB的海上移動執法文檔 管理與查詢系統

柴瑩瑩 安博文 周凡

摘? 要： 海上移動執法的分布性對執法管理系統提出了新的要求，針對執法過程中執法文檔、案卷管理方式不完善及執法流程規范性等問題，分析了執法文檔的存儲模式與結構化管理方法。通過結合MongoDB數據庫、Web Service與分布式技術設計海上移動執法系統，實現了對執法文檔的管理及違法活動的查處，構建起一套完整的執法流程。實驗結果表明，該系統能夠滿足海事監管部門在海上移動執法工作中對于執法手段、執法流程、法律依據等信息的高效快速查詢，符合對執法案卷存檔管理的需求，具備實現執法工作統一標準化要求的功能。

關鍵詞： 文檔管理; 文檔查詢; 海上移動執法; MongoDB; 系統設計; 執法流程構建; 結果分析

中圖分類號： TN911?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號： 1004?373X（2020）06?0086?04

MongoDB?based document management and query system of

maritime mobile law enforcement

CHAI Yingying， AN Bowen， ZHOU Fan

（College of Information Engineering， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306， China）

Abstract： A new requirement for the law enforcement management system is put forward because of the distribution of maritime mobile law enforcement. In allusion to the problems in the process of law enforcement， such as the imperfect management mode of law enforcement documents and case files， and the un?normative law enforcement process， the storage mode and structured management method of law enforcement documents are analyzed. The maritime mobile law enforcement system is designed in combination with MongoDB database， Web Service and distributed technology， by which the management of law enforcement documents and the investigation of illegal activities are realized， and a complete set of law enforcement process is constructed. The experimental results show that the system can satisfy the maritime supervision department′s efficient and fast query for law enforcement means， law enforcement process， legal basis and other information in the maritime mobile law enforcement work， and conform to the demands of the archiving and management for law enforcement files， which has the function of realizing the uniform standardization of law enforcement work.

Keywords： document management; document query; maritime mobile law enforcement; MongoDB; system design; law enforcement process establishment; result analysis

0? 引? 言

目前，海上活動呈現出的多樣化對海區移動執法工作提出了巨大的挑戰。傳統的執法系統大多采用集中式信息處理，主要面向單一海事管理機構的內部人員，且不能滿足大量文檔信息在不同執法單位之間的共享訪問，降低了海事執法人員的執法效率。另外，由于執法過程的人員不確定性，導致執法文檔被隨意傳閱等安全性問題時有發生，執法記錄報告和執法證據等也無法實現有效、統一管理，這不僅不利于執法單位的工作，同時也給系統的擴展維護工作造成了一定的影響。

近年來，非結構化數據的大量產生，帶動了大數據解決方案逐漸走向成熟，信息社會智能化程度得到大幅提高[1]。此時，如果執法人員能夠充分利用互聯網技術實現執法文檔數據共享，便可以在短時間內得到相關的反饋信息，從而及時做出相關的執法行為并加以記錄和存檔。

針對上述問題，本文首先運用MongoDB數據庫技術完成了對執法文檔等文檔數據的存儲管理過程;其次通過結合Web Service技術與分布式技術，設計了海上移動執法文檔查詢與管理系統。實驗結果表明，該系統在海上移動執法工作中能夠實現對違法船舶的快速查處和對執法案卷的存檔，對提高海上移動執法工作質量和效率具有非常顯著的作用。

1? 執法文檔管理

1.1? 執法文檔存儲模式

在海上移動執法系統設計過程中，由于數據量較大，且均為文檔格式，因此選擇具有支持復雜數據類型、自動分片[2]、自動故障轉移等功能的MongoDB數據庫作為該系統中數據存儲和管理的平臺。在MongoDB數據庫中，使用“key（鍵）?value（值）”對來描述數據，其中“value”可以是文本數據、二進制數據或者另一個新的文檔。

在綜合考慮系統數據類型和MongoDB的特點兩方面后，如果按照常見的存儲模式對需要入庫的執法文檔進行存儲，雖然能夠實現一定的文檔數據存儲數量和查詢效率，但由于MongoDB僅僅提供了數據庫級別的全局鎖，這就會對原始數據的讀寫性能造成一定影響。因此，本系統采用的是分庫分表存儲模式，即將不同種類的數據表劃分到不同的數據庫下[3]。

同時，為了進一步地提高MongoDB集群讀寫性能，系統采用多集群的部署模式，并根據各執法文檔的適用對象及適用水域劃分為若干組，以對應不同的集群。經過多次測試后發現，每個MongoDB集群中路由服務和配置服務對內存的依賴較小，因此可以將其置于數據分片所處的服務器上，以達到對云資源的充分利用，使得文檔數據的存儲和查詢更加便捷[4?5]。

1.2? 執法文檔結構化處理

對非結構化執法文檔進行結構化處理，就是將原本偏向描述性的文檔內容，轉化為多個“屬性（鍵）?值”對的形式，以供后續使用。海上移動執法文檔是海事執法部門從執法過程中整理而來，對于違法船舶信息及執法過程進行詳述記錄以作為執法人員在后續執法活動中查閱的文檔樣例，一份標準的執法文檔中一般包含有執法對象、執法水域、執法類型、執法手段及法律依據等信息。表1展示了兩份執法報告的部分內容，通過結構化處理之后的文檔內容如表2所示。

1.3? 執法文檔數據管理

在對執法文檔進行結構化處理之后，可將結構化執法文檔按照如下程序所示的數據存儲結構進行入庫操作。

{

"name"： "xxx"，（違法類型）

"object"： "xxx"，（執法對象）

"range"： "xxx"，（違法水域）

"way"： [

執法手段1，

執法手段2，

執法手段3，

]，（執法手段）

"law"： [

文件1，

文件2，

]，（法律依據）

}

在系統執法文檔數據庫的建立過程中，將一份執法文檔數據放入1條記錄中，即構成1個集合（Collection）。在這個集合中，除了內容較為簡短的違法類型、執法對象與違法水域“鍵?值”對外，還包括另外兩個內容較為復雜、篇幅較長的子文檔，即執法手段與法律依據。對于該種情況而言，應采取文檔嵌套的方式來表達各類型數據所包括的各子類數據。在數據庫可擴展性方面，由于同一類數據的字段可以不同，所以在新增一類數據時只需相應地新添加入一個“鍵?值”對即可[6]。

為了便于查詢而又降低數據存儲的冗余，在對執法文檔進行整理分析后，按照執法對象的不同，分別以國輪、外輪、內河船三種執法對象為劃分原則，建立三個不同的數據庫;同時在每個數據庫中又以違法水域1（內水、領海、毗鄰區、專屬經濟區）為劃分依據建立不同的數據表。經過調研與討論了解到，執法人員往往以執法對象、違法水域、違法類型作為違法信息，在查閱已有執法文檔后制定相應的處罰方案。因此，在查詢系統設計過程中將執法對象、違法水域與違法類型一起作為查詢條件，而將具體的執法手段與相應的法律法規視為查詢結果。整個系統的執法文檔管理結構如圖1所示。

當由于執法文檔的變更或新增而要對文檔數據庫進行更新刪減時，在設計過程中引入MongoDB管理工具Rockmongo，使得文檔的更新刪減操作變得更加便捷，同時也增強了文檔管理過程中的可視化。

2? 系統設計與實驗

2.1? 系統設計原則

在海上移動執法文檔管理與查詢系統的設計過程中，有以下幾個重要原則：

1） 可用性原則

系統的設計要建立在具備可用性、操作簡單的基礎之上，能夠滿足執法人員實際的工作需要，為高效執法提供有力的技術服務。

2） 安全性原則

執法文檔數據是系統中的重要核心部分，因此需具備安全防護機制以確保執法文檔數據的安全性，既包括數據的存儲安全又包括數據的訪問安全。

3） 可維護再開發性原則

由于國內及國外海事相關法律的不斷更新完善，如何能及時高效地進行文檔管理一直是問題所在，系統采用的三層結構體系把業務邏輯處理置于業務層上，對MongoDB數據庫中執法文檔存儲和修正操作也較為簡易，從而在一定程度上降低了系統維護的工作量，同時在系統設計過程中提供開源接口以供后續擴展開發[7]。

2.2? 系統設計與功能

本系統采用基于Internet的B/S（瀏覽器/服務器）MVC模型進行設計，結合Web Service技術實現站點與站點之間的通信，MongoDB作為整個系統的數據庫，Tomcat 8.0作為Web服務器，所有的業務邏輯處理都通過后端及Web服務器實現，有效地確保了系統的安全性[8]。同時對于執法部門而言，執法單元應是彼此之間相互獨立的，系統通過Web Service提供服務，不同執法單元之間的數據交換則是使用XML來進行，這樣便可以保證系統服務的安全可靠性和不同執法單元之間信息交換的便捷性[9]。整個系統的框架如圖2所示。

海上移動執法文檔管理與查詢系統所具備的功能主要是對在某水域違法船舶的某一項或某幾項違法活動建立案卷，案卷中包含違法證據、違法人員筆錄及執法記錄報告等。執法人員通過執法對象、水域、違法類型等信息，使用該系統查詢到該類情況下應采取的執法手段以及相關的法律依據，完成對違法活動的查處，并生成可供下載的執法記錄報告，最后進行對案卷的制作并最終上傳至服務器歸檔。

2.3? 實驗結果

由于海上移動執法工作的重要性與特殊性，因此對于系統查詢速度的要求也相對較高，故將系統搭建在分布式架構上。為了驗證分布式模式下對執法文檔查詢速度的提升，實驗過程中分別在單計算機模式和分布式模式下對系統查詢速度進行測試，記錄查詢所用的時間。單計算機模式下使用2.3 GHz的i5?6300HQ CPU，四核處理器，4 GB內存運行配置的計算機;分布式模式則利用OpenStack分配了兩臺實例[10]，配置與單計算機模式相同，然后保證網速穩定的條件下，分別在文檔數據量為102條，5×102條，103條，5×103條的情況下進行執法查詢測試。圖3為查詢所需時間對比圖。

從圖3中可看出，采用分布式模式的系統在數據量較小的時候查詢速度優勢并未體現，但是隨著數據量的不斷增長，查詢所需時間也會比單計算機模式下的查詢時間有明顯的縮減。實驗結果證明，即使在文檔數據量較大時，本系統仍能實現對執法文檔信息的快速查詢，滿足對海量執法數據的管理與查詢需求。

3? 結? 語

由于海上活動越來越頻繁而且多樣化，如何使得海區巡航執法更為規范和高效便成了十分棘手的問題。本文所設計的海上移動執法系統目前已在某海事執法單位部署成功。實踐證明，該系統在執法過程中為相關執法人員提供了很大的幫助，在一定程度上改善了以往執法效率低下、執法過程不透明、執法證據鏈不完整等情況，但在某些方面還存在欠缺之處，如何能夠將當下新興計算機技術更好地運用于海上移動執法之中，仍需不斷地研究與探討。

參 考 文 獻

[1] 雷德龍，郭殿升，陳崇成.基于MongoDB的矢量空間數據云存儲與處理系統[J].地理信息科學，2014，16（4）：507?516.

[2] KRISTINA C. 50 tips and tricks for MongoDB developers [J]. European urology supplements， 2011， 38（2）： 348.

[3] DEDE E， GOVINDARAJU M， GUNTER D， et al. Performance evaluation of a MongoDB and Hadoop platform for scientific data analysis [C]// Proceedings of 4th ACM Workshop on Scientific Cloud Computing. New York： ACM， 2013： 13?20.

[4] 史玉良，王相偉，梁波.基于MongoDB的前置通信平臺大數據存儲機制[J].電網技術，2015，11（39）：3176?3181.

[5] 申德榮，于戈，王習特.支持大數據管理的NoSQL系統研究綜述綜述[J].軟件學報，2013，24（8）：1786?1803.

[6] 黃鐸，苗凱，魏成.基于MongoDB的傳統村落基礎設施評價系統設計[J].熱帶地理，2017，37（3）：328?333.

[7] 楊龍杰.變形監測數據管理與查詢系統設計與實現[D].成都：西南交通大學，2016.

[8] 王亞楠，吳華瑞，黃鋒.高并發Web系統的性能優化分析與研究[J].計算機工程與設計，2014，35（8）：2976?2981.

[9] 許慧，張立銘.基于Web的圖書館檔案管理系統設計與實現[J].現代電子技術，2016，39（16）：48?52.

[10] 施志威.基于云服務的臨床文檔結構化系統設計與實現[D].上海：東華大學，2017.

[11] 岳敏，張瑋，馬濤，等.基于MongoDB的重離子加速器波形數據存儲系統構建[J].核電子學與探測技術，2017（10）：1022?1026.

[12] 張澤柱.基于ionic框架和AngularJS的手機移動端商城APP的設計與實現[D].濟南：山東大學，2017.