基于互聯(lián)網(wǎng)+云圖書館信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張國(guó)祥,舒玉坤

1.湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石　435002;2.湖北師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，湖北 黃石　435002)

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基于互聯(lián)網(wǎng)+云圖書館信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

張國(guó)祥1,舒玉坤2

1.湖北師范大學(xué) 物理與電子科學(xué)學(xué)院，湖北 黃石435002;2.湖北師范大學(xué) 數(shù)學(xué)與統(tǒng)計(jì)學(xué)院，湖北 黃石435002)

針對(duì)云計(jì)算的特點(diǎn)，通過(guò)對(duì)用戶需求進(jìn)行分析，提出了云圖書館的五層模型，并通過(guò)Android平臺(tái)，以JAVA編程，調(diào)用JDBC驅(qū)動(dòng)SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了云圖書館信息系統(tǒng)(CLMIS)，實(shí)現(xiàn)了資源推介、館藏查詢、我的書館、數(shù)字資源等功能，使任何用戶能夠在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)獲得任何圖書館擁有的任何信息資源，從而，提供無(wú)所不在的以用戶為中心的開放式、深層次的知識(shí)服務(wù)，為互聯(lián)網(wǎng)+移動(dòng)圖書館的發(fā)展起到一定的促進(jìn)作用。

Android;JAVA;云計(jì)算;數(shù)字圖書館

0　引言

國(guó)務(wù)院關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動(dòng)的指導(dǎo)意見指出，“互聯(lián)網(wǎng)+”是把互聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新成果與經(jīng)濟(jì)社會(huì)各領(lǐng)域深度融合，推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、效率提升和組織變革，提升實(shí)體經(jīng)濟(jì)創(chuàng)新力和生產(chǎn)力，形成更廣泛的以互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)設(shè)施和創(chuàng)新要素的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展新形態(tài)。隨著大數(shù)據(jù)時(shí)代的到來(lái)，圖書館文獻(xiàn)信息資源共享的內(nèi)容與形式發(fā)生了巨大的變化，且逐步改變用戶獲取信息的習(xí)慣，縱觀圖書館的發(fā)展，文獻(xiàn)資源共享出現(xiàn)過(guò)以下幾種形式： 圖書館合作、合作館藏發(fā)展、圖書館網(wǎng)絡(luò)、圖書館聯(lián)盟、數(shù)字圖書館聯(lián)盟等[1]。尤其是圖書館聯(lián)盟成了高校文獻(xiàn)信息資源共享的主要組織形式，它從單一的功能、有限的范圍、松散的組織形式，發(fā)展為正式的、相對(duì)穩(wěn)定的、圖書館協(xié)作組織，并將從邊緣的、有限的資源共享發(fā)展成為集成的、系統(tǒng)的、正式的資源共享，從區(qū)域合作走向國(guó)際化，超級(jí)聯(lián)盟也是指日可待；同時(shí)，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，文獻(xiàn)信息資源共享的形式也從過(guò)去的物理實(shí)體轉(zhuǎn)向電子資源，“數(shù)字時(shí)代資源共享的形式是圖書館電子聯(lián)盟”，數(shù)字圖書館聯(lián)盟賦予館際互借、文獻(xiàn)傳遞服務(wù)以嶄新的內(nèi)容，并催生數(shù)字圖書館一步一步走向成熟。

云計(jì)算的出現(xiàn)拓展了數(shù)字圖書館的發(fā)展空間，數(shù)字圖書館正從“以資源為中心”、“以服務(wù)為中心”到“以用戶為中心”的演變，我國(guó)早已提出了CALIS基于云計(jì)算的發(fā)展目標(biāo)，并構(gòu)建數(shù)字圖書館云服務(wù)平臺(tái)的模型[2]。圖書館與云計(jì)算的深度融合將成為必然趨勢(shì)，研究和開發(fā)云圖書館信息系統(tǒng)(CLMIS)勢(shì)在必行。

1　CLMIS需求分析

數(shù)字圖書館在經(jīng)歷了互聯(lián)網(wǎng)、WEB、網(wǎng)格和WEB2.0后，進(jìn)入了云計(jì)算時(shí)代，在此環(huán)境下，用戶的需求發(fā)生了新的變化，具有開放性、專業(yè)性、動(dòng)態(tài)性、集成性的特點(diǎn)，在云計(jì)算環(huán)境下，圖書館除了傳統(tǒng)的讀者外，還包括各種利用網(wǎng)絡(luò)終端上網(wǎng)的讀者用戶，“圖書館是一個(gè)生長(zhǎng)著的有機(jī)體”，作為一種機(jī)構(gòu)的圖書館就是一個(gè)生長(zhǎng)著的有機(jī)體，圖書館正是由藏書、讀者和館員三個(gè)生長(zhǎng)著的有機(jī)部分構(gòu)成的結(jié)合體[3]。因此，研發(fā)CLMIS在面向用戶需求和圖書館管理時(shí)，應(yīng)綜合考慮以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：資源推介、館藏查詢、我的書館、數(shù)字資源等功能模塊，如圖1所示。

2　CLMIS需求分析

構(gòu)建CLMIS平臺(tái)，將主要采取集群技術(shù)、虛擬化技術(shù)、分布式技術(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)和資源的調(diào)度與整合，“后數(shù)字圖書館的未來(lái)”提出并定位于“泛在知識(shí)環(huán)境”，旨在創(chuàng)建一個(gè)人類共用的知識(shí)環(huán)境，提供無(wú)所不在、觸手可及的移動(dòng)信息服務(wù)；5A模式圖書館的理想是任何用戶在任何時(shí)候、任何地點(diǎn)均可以獲得任何圖書館擁有的任何信息資源。兩者意在突破時(shí)域、空域的限制，以用戶為中心，提供無(wú)所不在的，開放式深層次的知識(shí)服務(wù)。CLMIS包括數(shù)字資源建設(shè)、存儲(chǔ)空間、計(jì)算資源、應(yīng)用系統(tǒng)、操作界面等。根據(jù)云計(jì)算的特點(diǎn)，以及用戶的需求，可將CLMIS自上而下劃分為用戶層、應(yīng)用層、管理層、數(shù)據(jù)層、物理層。

圖1　CLMIS的需求模塊

物理層是整個(gè)架構(gòu)的基礎(chǔ)，基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)，也被稱為硬件即服務(wù)(HaaS)，它決定了CLMIS的服務(wù)及能力，提供虛擬硬件資源，既可以由第三方服務(wù)商提供，也可以是自己的云服務(wù)平臺(tái)提供，它包括主機(jī)、存儲(chǔ)器、網(wǎng)絡(luò)等等。

數(shù)據(jù)層利用中間件技術(shù)將分散節(jié)點(diǎn)云數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度和分配，同時(shí)，進(jìn)行云數(shù)據(jù)的采集、更新、調(diào)度、分發(fā)、數(shù)據(jù)備份、安全容災(zāi)等處理。

管理層負(fù)責(zé)用戶的增刪、進(jìn)程調(diào)度、服務(wù)質(zhì)量、分布式計(jì)算集群、并行程序設(shè)計(jì)、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、并發(fā)控制等等。

應(yīng)用層提供用戶登錄、驗(yàn)證、注銷、資源推介等相關(guān)服務(wù)。

用戶層是CLMIS的主體，在系統(tǒng)中其活動(dòng)主要包括登錄，首次登錄時(shí)要求輸入密碼，密碼采用64位DES算法加密傳送，并與云端數(shù)據(jù)庫(kù)賬號(hào)、密碼進(jìn)行比較，驗(yàn)證通過(guò)，則可進(jìn)入系統(tǒng)，執(zhí)行相關(guān)的操作，否則無(wú)法得到相關(guān)的服務(wù)。

2.1系統(tǒng)目標(biāo)

以Android系統(tǒng)為平臺(tái)，借助于JAVA的強(qiáng)大功能，構(gòu)建云圖書館信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)分布式資源管理、超大規(guī)模海量存儲(chǔ)管理、智能檢索管理，使廣大用戶隨時(shí)隨地得到服務(wù)，不再拘泥于時(shí)間、空間的限制[4～6]。

本系統(tǒng)遵循軟件工程的方法，從需求分析、系統(tǒng)分析、概要設(shè)計(jì)、詳細(xì)設(shè)計(jì)到測(cè)試等一系列的開發(fā)過(guò)程。在整個(gè)設(shè)計(jì)中采用JAVA編程，通過(guò)JDBC連接SQL Server2005數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)云圖書館的資源推介、館藏查詢、我的書館、數(shù)字資源云存儲(chǔ)與訪問(wèn)[7～9]。

2.2適用范圍

云圖書館信息系統(tǒng)客戶端適用于3G、4G手機(jī)或通過(guò)WIFI上網(wǎng)的各種Android設(shè)備與終端。

2.3系統(tǒng)特點(diǎn)

1) 友好的操作界面，簡(jiǎn)單易用，使用戶能在最短的時(shí)間內(nèi)熟悉本系統(tǒng)的操作；

2) 不再拘泥于時(shí)間、空間的限制，只要有3G、4G、WIFI信號(hào)就可訪問(wèn)云端數(shù)據(jù)資源；

3) 安全性強(qiáng)，設(shè)置九宮格密碼解鎖與讀者用戶密碼雙重驗(yàn)證；

4) 運(yùn)行穩(wěn)定、速度快；

5) 智能升級(jí)。

3　CLMIS數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

CLMIS數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)充分滿足范式的要求，只有滿足范式的數(shù)據(jù)庫(kù)才不會(huì)發(fā)生插入(insert)、刪除(delete)和更新(update)等操作異常[10]。CLMIS表的設(shè)計(jì)規(guī)范為第三范式3NF，基本特征是非主鍵屬性只依賴于主鍵屬性，即不存在非關(guān)鍵字段對(duì)任意候選關(guān)鍵字段的傳遞函數(shù)依賴。它具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是有良好的數(shù)據(jù)完整性限制；二是消除了冗余數(shù)據(jù)，節(jié)省了磁盤存儲(chǔ)空間；三是對(duì)大多數(shù)事務(wù)而言，運(yùn)行性能好；四是數(shù)據(jù)的可逆性好，查詢或合并表時(shí)不遺漏、也不重復(fù)；五是能滿足日益增長(zhǎng)的用戶需求。

CLMIS的一個(gè)表有一個(gè)主鍵，索引的大小與主鍵的長(zhǎng)短有關(guān)，因此CLMIS主鍵的長(zhǎng)短將改變索引頁(yè)的大小及磁盤I/O；CLMIS外鍵是建立表之間的關(guān)系，CLMIS主鍵只能從獨(dú)立的實(shí)體遷移到非獨(dú)立的實(shí)體，成為后者的一個(gè)屬性。索引有利于優(yōu)化CLMIS性能，對(duì)可能用于查詢中的Where子句的列和可能用于排序的列創(chuàng)建索引，可在不改變表的物理結(jié)構(gòu)的情況下，直接訪問(wèn)特定的數(shù)據(jù)列，減少數(shù)據(jù)存取時(shí)間。

鎖是并行處理的重要機(jī)制，能保持?jǐn)?shù)據(jù)并發(fā)的一致性，即按事務(wù)進(jìn)行處理；CLMIS利用鎖，保證數(shù)據(jù)完整性。但在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮如何避免長(zhǎng)事務(wù)，減少排它鎖時(shí)間，減少在事務(wù)中與用戶的交互，避免批量數(shù)據(jù)同時(shí)執(zhí)行，以免出現(xiàn)死鎖[11～12]。

CLMIS查詢優(yōu)化規(guī)則應(yīng)該滿足以下要求：一是避免在Where子句中使用復(fù)雜的表達(dá)式；二是避免排序或?yàn)楸M可能少的行排序，若要對(duì)大量數(shù)據(jù)排序，最好將相關(guān)數(shù)據(jù)放在臨時(shí)表中，用簡(jiǎn)單的鍵(列)排序；三是利用臨時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，在查詢多表可以建臨時(shí)表(索引)以減少I/O；四是避免表內(nèi)的相關(guān)子查詢。CLMIS所需的數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)體主要有讀者信息實(shí)體、電子圖書信息實(shí)體、圖書管理員信息實(shí)體、數(shù)字資源信息實(shí)體等。以數(shù)字資源信息實(shí)體為例，主要包括視頻公開課、動(dòng)漫、教育類的電影、電視、音樂(lè)、紀(jì)錄片等。其用例模型如圖2所示。

圖2　數(shù)字資源用例圖

視頻公開課的類圖如圖3所示，根據(jù)此類圖即可得到對(duì)應(yīng)的表。

4　CLMIS的實(shí)現(xiàn)

本系統(tǒng)由多個(gè)子模塊組成，限于篇幅，只介紹其中幾個(gè)模塊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程。

4.1用戶登錄子模塊的實(shí)現(xiàn)

為確保系統(tǒng)的安全，可以設(shè)置圖形密碼解鎖，如果已經(jīng)設(shè)置了九宮格圖形密碼，則此時(shí)需要觸摸圖形密碼解鎖，九宮格圖形密碼解鎖成功后，接下來(lái)輸入個(gè)人的圖書證號(hào)與密碼，密碼正確方可進(jìn)入系統(tǒng)，否則，退出。如果累計(jì)兩次輸入個(gè)人的圖書證號(hào)與密碼正確，則將此密碼與賬號(hào)記錄，以后可免去此項(xiàng)操作，不再提示輸入圖書證號(hào)與密碼了，從而大大提高了進(jìn)入系統(tǒng)的效率。

圖3　視頻公開課實(shí)體類圖

4.2我的書館子模塊的實(shí)現(xiàn)

我的書館包括“TXT悅讀吧”和“PDF悅讀吧”，可打開本地或云端的TXT文檔或PDF文檔，閱讀該電子圖書。以“TXT悅讀吧”為例，用戶可以可從云服務(wù)器下載TXT電子書，也可導(dǎo)入SD卡的TXT電子書，然后打開閱讀, 如圖4所示。在閱讀過(guò)程中，用戶可隨時(shí)根據(jù)自己的習(xí)慣修改字體的大小、屏幕的亮度、還可根據(jù)自己的需要添加標(biāo)簽，方便再次閱讀時(shí)快速?gòu)纳洗瓮Ｖ固庨喿x，當(dāng)然，也可以刪除指定的書簽或全部書簽，用戶還可以通過(guò)跳轉(zhuǎn)在頁(yè)面中快速定位到指定的頁(yè)面[13]。朗讀功能提供男、女聲多樣化音庫(kù)，并繼承了科大訊飛的優(yōu)良音質(zhì)，用戶可根據(jù)需要選擇最適合的語(yǔ)音風(fēng)格，適應(yīng)不同應(yīng)用場(chǎng)景，增強(qiáng)表現(xiàn)力，語(yǔ)音合成效果更自然，能自動(dòng)識(shí)別并表現(xiàn)出合成文本中包含的疑問(wèn)、感嘆句式，合成效果更富表現(xiàn)力。智能文本分析與預(yù)處理通過(guò)對(duì)分詞和多音字、特殊符號(hào)、韻律短語(yǔ)、未登錄詞(如地名、人名)等進(jìn)行分析、處理得十分準(zhǔn)確；數(shù)字?jǐn)?shù)值朗讀更加準(zhǔn)確、節(jié)奏感更強(qiáng)、發(fā)音準(zhǔn)確、清晰、飽滿。使用時(shí)，當(dāng)然，用戶還可以點(diǎn)擊"設(shè)置"按鈕，對(duì)音色、音調(diào)、語(yǔ)速、音量根據(jù)自己的要求重新設(shè)置。

為了實(shí)現(xiàn)仿真的翻頁(yè)效果，在翻頁(yè)的過(guò)程中要求看到下一頁(yè)的內(nèi)容，在翻頁(yè)之前須準(zhǔn)備三張頁(yè)面，一張是當(dāng)前頁(yè)(mCurPageBitmap)，另一張是下一頁(yè)(mNextPageBitmap)，此外，還有書頁(yè)翻起來(lái)后的背面區(qū)域頁(yè)(mBackPageBitmap)。CLMIS利用貝塞爾曲線，在面板上設(shè)置錨點(diǎn)，根據(jù)錨點(diǎn)的路徑和描繪的先后順序，產(chǎn)生直線或者是曲線的效果。在曲線段上，每個(gè)選中的錨點(diǎn)顯示一條或兩條方向線，方向線以方向點(diǎn)結(jié)束，方向線和方向點(diǎn)的位置確定曲線段的大小和形狀，移動(dòng)這些元素將改變路徑中曲線的形狀。

對(duì)于點(diǎn)P0、P1、…、Pn，其n階貝塞爾曲線為：

當(dāng)n=2:

B(t)=(1-t)2P0+2t(1-t)P1+t2P2,t∈[0，1]

遞歸用Bp0p1Lpn表示由點(diǎn)P0,P1,L,Pn所決定的貝塞爾曲線，則

B(t)=Bp0p1Lpn(t)=(1-t)Bp0p1Lpn-1(t)+tBp1p2Lpn(t)

n階的貝塞爾曲線為n-1階貝塞爾曲線之間的插值[14]。

點(diǎn)Pi為貝塞爾曲線的控制點(diǎn)，多邊形為有線的貝塞爾點(diǎn)連接而成，起始于P0并以Pn終止，為貝塞爾多邊形，定義:

private int mCornerX = 1; //拖拽點(diǎn)對(duì)應(yīng)的頁(yè)腳

private int mCornerY = 1;

PointF mTouch = new PointF(); //拖拽點(diǎn)

PointF mBezierStart1 = new PointF(); //貝塞爾曲線起始點(diǎn)

PointF mBezierControl1 = new PointF();//貝塞爾曲線控制點(diǎn)

PointF mBeziervertex1 = new PointF(); //貝塞爾曲線頂點(diǎn)

PointF mBezierEnd1 = new PointF(); //貝塞爾曲線結(jié)束點(diǎn)

直線P1P2和直線P3P4的交點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)：

a1=(P2·y-P1·y)/(P2·x-P1·x);

b1=((P1·x*P2·y)-(P2·x*P1·y))/(P1x-P2·x)

a2=(P4·y-P3·y)/(P4·x-P3·x);

b2=((P3·x*P4·y)-(P4·x*P3·y))/(P3·x-P4·x)

x=(b2-b1)/(a1-a2)

y=a1*x+b1

拖拽點(diǎn)對(duì)應(yīng)的拖拽腳(x,y)：

如果x不大于屏幕寬度的一半, 則mCornerX 為0，否則mCornerX為屏幕寬度；如果y不大于屏幕高度的一半, 則mCornerY 為0, 否則mCornerX為屏幕高度。

翻頁(yè)的過(guò)程就是對(duì)這三張頁(yè)面的剪切與組合的過(guò)程，調(diào)用貝塞爾曲線的方法，通過(guò)Path類里面的quadTo(x1, y1, x2, y2) 真實(shí)的翻頁(yè)效果就出來(lái)了。

4.3數(shù)字資源子模塊的實(shí)現(xiàn)

數(shù)字資源子模塊調(diào)用了Android MediaPlayer，MediaPlayer在底層是基于OpenCore的庫(kù)libopencoreplayer.so，為了構(gòu)建MediaPlayer，上層還包含了進(jìn)程間通訊等內(nèi)容，進(jìn)程間通訊的基礎(chǔ)是Android基本庫(kù)中的Binder機(jī)制。在各個(gè)庫(kù)中，libmedia.so位于核心的位置，它對(duì)上層提供的接口是MediaPlayer類，libmedia_jni.so通過(guò)調(diào)用 MediaPlayer類提供對(duì)JAVA的接口[4～6]。數(shù)字資源子模塊允許訪問(wèn)云端數(shù)字資源，也可遍歷本地?cái)?shù)字資源，支持MPEG-1(mpg、dat、mp3)、MPEG-4(avi、asf、wmv)、REAL(rm、rmvb)、MKV等眾多主流媒體，支持亮度、進(jìn)度、聲音的拖放等。

圖4　TXT悅讀吧

5　結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)云圖書館信息系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)、需求分析、系統(tǒng)架構(gòu)、系統(tǒng)目標(biāo)、數(shù)據(jù)庫(kù)和功能模塊進(jìn)行科學(xué)的分析，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)界面友好、操作方便、安全穩(wěn)定、功能齊全、智能升級(jí)的數(shù)字圖書館。它具有以下特點(diǎn)：利用云計(jì)算技術(shù)，解決了現(xiàn)有圖書館文獻(xiàn)資源共建、共享不足的問(wèn)題；開放式Android系統(tǒng)，與平臺(tái)無(wú)關(guān)的JAVA開發(fā)語(yǔ)言，使本系統(tǒng)具有很好的移植性；面向讀者，以用戶為中心，將現(xiàn)代信息技術(shù)與圖書館深度融合，提供了一個(gè)無(wú)所不在的云圖書館電子聯(lián)盟，最大程序滿足讀者對(duì)文獻(xiàn)信息資源的更高要求。CLMIS V1.0已注冊(cè)中華人民共和國(guó)計(jì)算機(jī)軟件著作權(quán)(登記號(hào)：2014SR080828)，經(jīng)過(guò)近一年的試用，用戶反映良好。

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Design and implementation of cloud library information system based on the internet plus

ZHANG Guo-xiang1,SHU Yu-kun2

(1.College of Physics and Electronic Science,Hubei Normal University,Huangshi435002,China;2.College of Mathematics and Statistics,Hubei Normal University,Huangshi435002,China)

According to the characteristics of cloud computing and the analysis of users' needs,in this paper,five layers model of Cloud Library was put forward,and through the Android platform,using JAVA programming,calling JDBC to driver SQL Server database,the Cloud Library Information System was designed and implemented,realizing resource recommendation,library catalog search,my library,digital resources and other functions,making any user can get any information for any library in anywhere at anytime,thus providing ubiquitous,user-centered,open and deep knowledge service to promote the development of Internet plus Mobile Library.

Android;JAVA;cloud computing;digital library

2016—02—18

張國(guó)祥(1964—)，男，湖北仙桃人，教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)橛?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)安全與應(yīng)用研究.

G250

A

1009-2714(2016)02- 0001- 06

10.3969/j.issn.1009-2714.2016.02.001