綜合集成平臺下的多源信息融合及應(yīng)用整合實(shí)例

嚴(yán)棟飛，陳月妹，張永進(jìn)，羅軍剛，王明皓

（1. 西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，陜西 西安 710048；2. 寬城滿族自治縣水務(wù)局，河北 寬城 067600）

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綜合集成平臺下的多源信息融合及應(yīng)用整合實(shí)例

嚴(yán)棟飛1，陳月妹2，張永進(jìn)1，羅軍剛1，王明皓1

（1. 西安理工大學(xué)水利水電學(xué)院，陜西 西安 710048；2. 寬城滿族自治縣水務(wù)局，河北 寬城 067600）

摘 要：針對當(dāng)前水利信息化中存在的數(shù)據(jù)集成難，多源信息難以融合及應(yīng)用，實(shí)時性不足及利用率低等問題，提出通過以綜合集成平臺為支撐，運(yùn)用組件化技術(shù)將數(shù)據(jù)信息融合、信息應(yīng)用功能組件化，在各組件之間通過數(shù)據(jù)流連接，靈活、快速地使用數(shù)據(jù)集成功能，將多源信息進(jìn)行融合，為整合信息應(yīng)用提供服務(wù)。實(shí)踐表明，依靠綜合集成平臺的支撐，能夠良好完成應(yīng)用整合工作，為水利事業(yè)活動提供服務(wù)。

關(guān)鍵詞：綜合集成平臺；多源信息融合；應(yīng)用整合

0　引言

就水利信息化而言，信息系統(tǒng)建設(shè)通常具有階段性和分布性的特點(diǎn)，會導(dǎo)致“信息孤島”現(xiàn)象的存在?！靶畔⒐聧u”造成系統(tǒng)中存在大量冗余和垃圾數(shù)據(jù)，無法保證數(shù)據(jù)的一致性，從而降低信息的利用效率和利用率。同時信息資源是業(yè)務(wù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，“信息孤島”也會進(jìn)一步導(dǎo)致“應(yīng)用孤島”。為解決這一問題，人們開始關(guān)注數(shù)據(jù)集成[1]和應(yīng)用整合研究。數(shù)據(jù)集成的核心任務(wù)是將互相關(guān)聯(lián)的分布式異構(gòu)數(shù)據(jù)源集成到一起，使用戶能夠以透明的方式訪問這些數(shù)據(jù)源。應(yīng)用整合則是建立一個統(tǒng)一的綜合應(yīng)用，將完全不同的，基于各種不同平臺，用不同方案建立的應(yīng)用和系統(tǒng)整合到一個系統(tǒng)中，使它們像一個整體一樣進(jìn)行業(yè)務(wù)處理和信息共享。

針對信息融合和應(yīng)用整合在水利中的應(yīng)用，諸多學(xué)者已經(jīng)開展了相關(guān)的研究。姜仁貴[2]針對水利防汛中雨水情應(yīng)用存在的多源數(shù)據(jù)難以集成、應(yīng)用單一及表現(xiàn)力不足等特點(diǎn)，采用組件式軟件開發(fā)、框架及三維仿真等技術(shù)設(shè)計(jì)和開發(fā)了面向水利防汛的組件式雨水情應(yīng)用集成平臺，在多源數(shù)據(jù)集成的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)雨水情應(yīng)用集成。婁淵清[3]提出了一個基于 Web 服務(wù)的水利領(lǐng)域應(yīng)用集成框架，解決了不同平臺開發(fā) Web 服務(wù)應(yīng)用的互操作，以及各種遺產(chǎn)系統(tǒng)轉(zhuǎn)化為 Web 服務(wù)的問題，使得各種應(yīng)用系統(tǒng)的整合更加方便、易用及更具動態(tài)可擴(kuò)展性。吳蘇琴[4]針對水利行業(yè)特點(diǎn)，建立了由數(shù)據(jù)集成中間件、應(yīng)用開發(fā)框架平臺、水利組件開發(fā)平臺、水利信息門戶等組成的管理決策支持中間件服務(wù)平臺，促進(jìn)了中間件技術(shù)在水利信息化應(yīng)用領(lǐng)域的創(chuàng)新和跨越式發(fā)展。

盡管已有相關(guān)研究，但仍有一些問題尚未解決。在多源數(shù)據(jù)集成方面，仍然使用數(shù)據(jù)集成中間件，并未考慮到將數(shù)據(jù)集成功能當(dāng)成組件進(jìn)行開發(fā)，在集成平臺中重用。而在應(yīng)用整合中，并未提出面向主題服務(wù)的應(yīng)用模式，難以基于現(xiàn)存服務(wù)快速形成新的服務(wù)。

為解決這些難題，提出使用知識可視化綜合集成支撐平臺解決多源信息融合及應(yīng)用整合中的一些難題，通過組件及知識圖可視化等技術(shù)使應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)面對一個簡單而統(tǒng)一的開發(fā)環(huán)境，減少系統(tǒng)的復(fù)雜性，將注意力集中在業(yè)務(wù)邏輯上，不必為在不同系統(tǒng)軟件上的移植而重復(fù)工作，從而減少技術(shù)上的負(fù)擔(dān)。

1　組件化的多源信息融合

多源信息融合指把不同來源、格式、特點(diǎn)性質(zhì)的數(shù)據(jù)在邏輯或物理上有機(jī)地集中，從而提供全面的數(shù)據(jù)共享。信息融合是信息系統(tǒng)集成的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，優(yōu)秀的信息融合系統(tǒng)需要保證用戶在高效率使用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的同時，又盡量減少用戶消費(fèi)。目前，多源數(shù)據(jù)集成主要使用聯(lián)邦數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、中間件和數(shù)據(jù)倉庫模式 3 種典型的集成方法構(gòu)建數(shù)據(jù)集成的系統(tǒng)。針對多種、多源信息融合方法的優(yōu)缺點(diǎn)，提出在綜合集成平臺支撐下，將多源信息融合功能組件化，通過組件的方式實(shí)現(xiàn)多源信息融合。

組件技術(shù)是各種軟件重用方法中最重要的一種方法，也是分布式計(jì)算和 Web 服務(wù)的基礎(chǔ)。組件技術(shù)因具有可重用度高，互操作性好，實(shí)現(xiàn)細(xì)節(jié)透明，接口可靠性高，穩(wěn)定性強(qiáng)，擴(kuò)充性良好，即插即用等特點(diǎn)，所以易于實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)組件的替換與集成，提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性，縮短了系統(tǒng)的開發(fā)周期，提高了系統(tǒng)的開發(fā)效率[5]。

將數(shù)據(jù)集成功能組件化，開發(fā)數(shù)據(jù)源設(shè)置、導(dǎo)出源和導(dǎo)入源 3 種組件，數(shù)據(jù)源設(shè)置組件負(fù)責(zé)給用戶提供一個輸入界面，需要用戶輸入數(shù)據(jù)庫連接地址、用戶名、密碼、數(shù)據(jù)庫類型等基礎(chǔ)信息，并將這些信息以 XML 格式向下級組件傳輸；導(dǎo)出源組件負(fù)責(zé)接收上級數(shù)據(jù)源設(shè)置組件流過來的信息，并通過讀取這些信息對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行訪問并讀取數(shù)據(jù)，同樣將讀取到的數(shù)據(jù)以 XML 格式向下級組件傳輸；導(dǎo)入源組件與導(dǎo)出源組件類似，不同的是導(dǎo)入源組件需要先接收與其對應(yīng)的數(shù)據(jù)源設(shè)置組件流過來的信息，其次還要接收上級導(dǎo)出源流過來的信息，通過數(shù)據(jù)源設(shè)置組件的信息訪問數(shù)據(jù)庫，將導(dǎo)出源的信息插入至該數(shù)據(jù)庫。

在綜合集成平臺下通過知識圖表示組件化數(shù)據(jù)集成的邏輯表示，包括數(shù)據(jù)源設(shè)置、導(dǎo)出和導(dǎo)入的數(shù)據(jù)視圖，數(shù)據(jù)源設(shè)置中包括數(shù)據(jù)源連接地址和類型，以及用戶名和密碼等連接該數(shù)據(jù)源的信息。點(diǎn)擊導(dǎo)出和導(dǎo)出數(shù)據(jù)視圖則展現(xiàn)已經(jīng)連接上的數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)。通過每個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)源設(shè)置、導(dǎo)入數(shù)據(jù)視圖和導(dǎo)出數(shù)據(jù)視圖一一對應(yīng)，最終由導(dǎo)入源通過數(shù)據(jù)流流向?qū)С鲈?，即可完成邏輯上對多源信息融合及?yīng)用的表達(dá)，如圖 1 所示。

2　水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的整合

圖1　多源信息融合

應(yīng)用集成就是建立一個統(tǒng)一的綜合應(yīng)用[6]，目前解決應(yīng)用集成的最佳方式是 SOA。

目前在水利業(yè)務(wù)應(yīng)用中仍然存在著一些問題，導(dǎo)致水利業(yè)務(wù)應(yīng)用模式過于單一，不能夠滿足復(fù)雜水利業(yè)務(wù)應(yīng)用的需求[7]。主要問題有如下幾點(diǎn)：

1）水利業(yè)務(wù)應(yīng)用在發(fā)展過程中積累了龐大的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)分散于各個數(shù)據(jù)源，并且存在著數(shù)據(jù)源異構(gòu)的問題，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)量雖然大，但是數(shù)據(jù)集成度低，難以對數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘，大量的數(shù)據(jù)沒有發(fā)揮價值。

2）水利業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過于混亂，各個系統(tǒng)之間沒有關(guān)聯(lián)，導(dǎo)致開發(fā)新系統(tǒng)時難以繼承或重用，效率低下，整體應(yīng)用受到限制。

3）傳統(tǒng)的水利業(yè)務(wù)信息系統(tǒng)較為簡單，功能上以統(tǒng)計(jì)查詢?yōu)橹?，通過圖形或表格的方式給用戶展現(xiàn)信息，雖然發(fā)揮了一些作用，但已逐漸不能滿足現(xiàn)在越來越復(fù)雜的水利業(yè)務(wù)應(yīng)用需求，例如當(dāng)人為參與應(yīng)用過程時，在應(yīng)用中存在著一些不確定因素，會導(dǎo)致整體變得異常復(fù)雜，現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)則難以應(yīng)對。

提出的面向主題的水利業(yè)務(wù)應(yīng)用整合，在綜合集成平臺的支撐下，水利業(yè)務(wù)根據(jù)業(yè)務(wù)的主題進(jìn)行服務(wù)，組件和知識圖類似于向數(shù)據(jù)庫存儲數(shù)據(jù)一樣被存入服務(wù)器中，需要使用時直接提取出來使用。由知識圖形成的業(yè)務(wù)流程圖是各種各樣的業(yè)務(wù)應(yīng)用，而知識圖同時也是用戶的運(yùn)行界面，用戶通過點(diǎn)擊知識圖對系統(tǒng)進(jìn)行操作和運(yùn)行。在這種模式下，大家在平臺的支撐下共同工作，舊的業(yè)務(wù)應(yīng)用可以快速被使用，而通過繼承舊業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過簡單修改便能快速形成新的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

在面向主題模式下，通過擬定業(yè)務(wù)主題、組件開發(fā)和知識圖繪制及定制形成一個共同做事的環(huán)境，能快速豐富服務(wù)內(nèi)容，實(shí)現(xiàn)服務(wù)共享，并且能夠基于現(xiàn)有的服務(wù)快速形成新的服務(wù)。擬定業(yè)務(wù)主題指需要將業(yè)務(wù)條理化，將業(yè)務(wù)分類為通用、特殊等主題集合，同時還要對該主題進(jìn)行詳細(xì)描述，業(yè)務(wù)流程的知識圖則對應(yīng)著該業(yè)務(wù)主題；組件開發(fā)指每個組件采用 XML 標(biāo)準(zhǔn)描述，并通過 Web Service進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，業(yè)務(wù)組件的輸入、輸出信息流通過 XML ?Schema 文檔標(biāo)準(zhǔn)描述，能夠被服務(wù)執(zhí)行功能所解析；知識圖繪制及定制指將主題概念結(jié)構(gòu)通過知識圖的繪制進(jìn)行體現(xiàn)，通過將已有知識圖的節(jié)點(diǎn)與Web 服務(wù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)，搭建成為業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

3　水利業(yè)務(wù)應(yīng)用整合的實(shí)例

近年來，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第十三師水利局在防汛抗旱、水資源開發(fā)利用、滴水灌溉、水環(huán)境保護(hù)和治理等方面取得了顯著成效，積累了豐富的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，開發(fā)了防汛抗旱等多個應(yīng)用系統(tǒng)，在支撐防汛抗旱、水資源管理方面發(fā)揮了重要作用。但是縱觀全市水利行業(yè)，數(shù)字化和信息化建設(shè)工作的力度、深度、廣度不夠，并未建立起完整覆蓋水利局各個行業(yè)相應(yīng)數(shù)據(jù)和信息的分析、傳輸和共享平臺，同時由于缺乏覆蓋全局的統(tǒng)一頂層設(shè)計(jì)，各個業(yè)務(wù)處室在數(shù)字化、信息化建設(shè)方面大多是各自為政，分散開發(fā)，不可避免地造成了一些項(xiàng)目的重復(fù)投資和一些項(xiàng)目功能的重復(fù)建設(shè)，給信息資源共享帶來一定的困難。

為了解決存在的問題，在綜合集成平臺的支撐下，使用多源信息融合組件對各個業(yè)務(wù)底層數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，將 ST_STBPRP_B（測站基本屬性表）、ST_PPTN_R（降水量表）、ST_RIVER_R（河道水情表）、ST_RSVR_R（水庫水情表）的數(shù)據(jù)從 SQL Server 2012 數(shù)據(jù)庫中集成至十三師水利局的 SQL Server 2008 數(shù)據(jù)庫中，通過分別設(shè)置這 4 個表在SQL Server 2012 中的屬性和在 SQL Server 2008 中的目標(biāo)源屬性，對應(yīng)連接相應(yīng)的數(shù)據(jù)視圖即可，業(yè)務(wù)邏輯流程如圖 2 所示。通過多源信息融合組件的使用，將水利應(yīng)用業(yè)務(wù)的底層數(shù)據(jù)進(jìn)行了集成，將分散在各個數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)集成到了第十三師水利局的中心數(shù)據(jù)源中，解決了數(shù)據(jù)使用不便的問題。

圖2　數(shù)據(jù)集成實(shí)例

對水資源考核管理、水資源業(yè)務(wù)管理、水資源監(jiān)控管理、灌區(qū)用水監(jiān)控管理、洪水演進(jìn)及錯峰調(diào)度、山洪災(zāi)害應(yīng)急管理等 6 個水利應(yīng)用業(yè)務(wù)模塊進(jìn)行組件化開發(fā)，建立第十三師水利業(yè)務(wù)組件庫，通過繪制知識圖對業(yè)務(wù)邏輯進(jìn)行展現(xiàn)，從組件庫取出所需的組件對各個知識圖進(jìn)行組件定制，實(shí)現(xiàn)各個業(yè)務(wù)功能。給第十三師已有的系統(tǒng)提供訪問接口，通過點(diǎn)擊對應(yīng)的知識圖即可進(jìn)入該系統(tǒng)的主界面，整合后的主界面如圖 3 所示。在進(jìn)行應(yīng)用整合之后，綜合集成平臺就是各個應(yīng)用的運(yùn)行環(huán)境，也是用戶的工作環(huán)境，通過平臺想使用什么系統(tǒng)即可點(diǎn)擊該系統(tǒng)進(jìn)行使用，平臺給用戶提供了一個共同做事的環(huán)境。同時在需要創(chuàng)建新的應(yīng)用時，可以對已有的類似應(yīng)用進(jìn)行稍微修改，對知識圖進(jìn)行所需的修改，并從組件庫中找到所需的組件進(jìn)行組件定制，即可快速形成新的應(yīng)用。

4　結(jié)語

在綜合集成平臺支撐下，采用組件技術(shù)實(shí)現(xiàn)多源信息融合，采用知識圖對多源信息融合的邏輯流程進(jìn)行可視化描述。通過組件技術(shù)將水利業(yè)務(wù)各個應(yīng)用進(jìn)行組件化，最終形成水利業(yè)務(wù)應(yīng)用組件庫和知識圖庫，在經(jīng)過一段時期的積累后，最終可以覆蓋整個水利業(yè)務(wù)應(yīng)用，通過綜合集成平臺對水利應(yīng)用進(jìn)行整合，為用戶提供了一個可靠、方便、通用的使用環(huán)境。通過實(shí)際應(yīng)用，證實(shí)了使用綜合集成平臺可有效解決水利業(yè)務(wù)應(yīng)用整合困難的問題，為水利業(yè)務(wù)應(yīng)用奠定良好基礎(chǔ)。

圖3　水利信息綜合服務(wù)平臺

參考文獻(xiàn)：

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Multi-source Information Fusion and Application Integration based on Integrated Platform

YAN Dongfei1, CHEN Yuemei2, ZHANG Yongjin1, LUO Jungang1, WANG Minghao1
(1. Institute of Water Resources and Hydro-electric Engineering, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China; 2. Kuancheng Manchu Autonomous County Water Authority, Kuancheng 067600, China)

Abstract:In view of the existing problems in the information integration of water resources, difficulty to integrate and apply including multi-source information, real-time problems and low utilization rate. The article puts forward a comprehensive integrated platform for support, uses component technology to do information integration, information application functional components. It uses data integration function flexibly and fast through the data flow between the components, integrates multi-source information, and provides services for integrated information applications. The practice shows that the support of the integrated platform can be used to finish integration and application work and provide services for water conservancy projects.

Key words:integrated platform; multi-sources information fusion; application integration

作者簡介：嚴(yán)棟飛（1990- ），男，陜西渭南人，碩士研究生，主要研究方向?yàn)樗畔⒒?/p>

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51479160）；陜西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（2012-16）

收稿日期：2015-11-15

中圖分類號：TV39

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9405(2016)01-0065-04