基于Spring框架的氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)設計與實現(xiàn)

陳開 陳柯辰

摘 要：為了提升現(xiàn)有氣象探測設備監(jiān)控管理效率，實現(xiàn)對氣象設備探測監(jiān)控管理的統(tǒng)一調度，采用MVC三層模式和Spring MVC框架，對氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)中的關鍵技術進行研究與實現(xiàn)，主要包括Spring MVC框架的概念與特性、Spring框架的氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)框架設計，同時對Spring框架應用于氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)的層次結構和主要模塊進行討論與分析，最后基于Spring MVC與Mybatis框架實現(xiàn)了氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)。應用結果顯示，該系統(tǒng)有效降低了氣象探測設備故障率，提高了其運維效率，對氣象設備探測監(jiān)控管理發(fā)揮了一定作用。

關鍵詞：氣象設備;監(jiān)控運維;Spring MVC;Spring框架

DOI：10. 11907/rjdk. 192412 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）007-0112-05

Research on Meteorological Equipment Monitoring System

Based on Spring Framework

CHEN Kai1， CHEN Ke-chen 2

（1. Zhejiang Provincial Center for Technical Support of Atmospheric Exploration， Hangzhou 310017，China;

2. Shaoxing Meteorological Service， Shaoxing 312000，China）

Abstract： In order to improve the efficiency of monitoring and management of existing meteorological detection equipment and realize the unified dispatch of monitoring and management of meteorological equipment， this paper uses MVC three-tier model and Spring MVC framework to study and implement the key technologies of monitoring and control system of meteorological detection equipment， including the concept and characteristics of Spring MVC framework， and the meteorological detection equipment monitoring and control framework of Spring framework. At the same time， the hierarchical structure and main modules of Spring framework applied in meteorological detection equipment monitoring system are discussed and analyzed. Finally， meteorological detection equipment monitoring system is realized based on Spring MVC and Mybatis framework. The application results show that the system can effectively reduce the failure rate of meteorological detection equipment， improve its operation and maintenance efficiency， and play a certain role in meteorological equipment detection， monitoring and management.

Key Words： meteorological equipment; monitoring and management; spring MVC; Spring framework

0 引言

氣象探測設備探測的氣象數(shù)據(jù)種類多、信息量大、精度高[1]，是氣象業(yè)務的重要基礎及組成部分[2]。隨著我國自動化氣象探測網(wǎng)的不斷發(fā)展和更新，氣象部門氣象探測裝備保障任務的壓力與日俱增[3]，統(tǒng)一規(guī)范的氣象探測設備的技術保障體系建設顯得尤其重要，先進的氣象探測設備保障體系建設，可以為氣象監(jiān)測、預報預警和服務提供高效、準確的氣象信息，為公眾提供更加準確的天氣預報，為人們的生活提供更多的便利[4]。其中，氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)是氣象探測設備技術保障體系建設的關鍵環(huán)節(jié)，為氣象探測設備技術保障提供基礎的設備信息和技術保障信息。因此，需要研發(fā)一套氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)以實現(xiàn)信息化管理。

Spring框架是經(jīng)典的模型—視圖—控制器（Model-View-Controller，MVC）分層次設計模式，技術框架成熟且開發(fā)簡捷方便，較多的學者對其框架的應用進行了研究[5-10]，為了提升現(xiàn)有的氣象探測設備監(jiān)控管理效率，實現(xiàn)對氣象設備探測監(jiān)控管理的統(tǒng)一的調度，本文嘗試采用Spring MVC框架，對氣象設備監(jiān)控系統(tǒng)中的關鍵技術進行研究，并對其采用的技術方法加以實現(xiàn)。

鑒于此，本文以氣象設備監(jiān)控保障需求為牽引，結合氣象探測設備監(jiān)控管理現(xiàn)有應用成果，利用Spring MVC框架，設計與研發(fā)了一套能充分發(fā)揮分層結構、提高氣象設備監(jiān)控保障應用服務性能，為用戶提供扁平化服務體驗的氣象探測設備監(jiān)控管理服務平臺。應用結果表明，系統(tǒng)為準確高效的氣象探測設備監(jiān)控管理提供了翔實的基礎及服務平臺，且操作簡單、實用性強、服務效率高，有效地提高了氣象探測設備監(jiān)控保障效率。

1 Spring MVC模式概述

目前流行的大部分應用程序設計與實現(xiàn)都是基于MVC模式[11-18]，Spring MVC為Spring框架的一部分，Spring框架提供了對MVC模式的實現(xiàn)機制，主要應用于Web應用程序開發(fā)。MVC作為一種設計模型，主要由模型、視圖和控制器3部分組成。其中，模型主要位于數(shù)據(jù)端，負責數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)持久化及數(shù)據(jù)相關邏輯處理。視圖又稱表示層，它是模型的外在表現(xiàn)，一個模型可以對應一個或多個視圖。視圖是應用程序與外界輸入的接口?？刂破魇荕VC模型中最重要的核心部分，是模型和視圖聯(lián)系的紐帶，一方面將外界輸入交給模型處理，另一方面又將模型處理好的數(shù)據(jù)交給視圖來表現(xiàn)，起到負責分發(fā)請求和返回處理結果的作用。

Spring MVC模型采用“分治”思想，使用控制器將數(shù)據(jù)模型和視圖進行分離，將視圖和數(shù)據(jù)解耦。當數(shù)據(jù)模型或視圖發(fā)生變化時，相互之間的影響也會降到最低。

Spring MVC的主要功能特性如下：

（1）實現(xiàn)應用快捷構建。Spring MVC框架集成了Spring框架的所有其它功能，Spring MVC架構通過配置，能夠快速實現(xiàn)應用程序搭建。

（2）角色結構清晰。控制器（Controller）、驗證器（Validator）、命令對象（Command Obect）、表單對象（Form Object）、模型對象（Model Object）、Servlet分發(fā)器（DispatcherServlet）、處理器映射（Handler Mapping）、試圖解析器（View Resoler）等。每一個角色都可以由一個專門的對象加以實現(xiàn)，且提供了域模型代碼與視圖。

（3）Spring MVC提供了一種綁定機制。通過該機制可以從用戶請求中提取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉換為預定義的數(shù)據(jù)格式，最后映射到一個模型類，從而創(chuàng)建一個對象。該實現(xiàn)機制只需請求參數(shù)名稱與Java類的屬性相匹配即可。

（4）Spring MVC視圖靈活性。Spring MVC視圖可以采用JSP，也可以是Velocity模板、Tiles以及XSLT等。

（5）Spring MVC是非侵入性的，因為業(yè)務邏輯代碼與框架本身是相分離的。

2 氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)中的Spring MVC框架應用

Spring MVC框架集成了Spring框架功能，能夠快速實現(xiàn)應用程序，減低應用系統(tǒng)實現(xiàn)的復雜性，以簡單快速的方式實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)與部署，并且具有跨平臺的代碼重用性、結構清晰、互操作性等優(yōu)勢，利用Spring MVC框架可以有效實現(xiàn)應用層次結構，提高應用擴展性、快速開發(fā)部署、跨平臺等能力。Spring MVC框架應用于氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)層次結構如下：①數(shù)據(jù)模型層定義實現(xiàn)了一套標準規(guī)范的數(shù)據(jù)持久化和數(shù)據(jù)訪問模型，為氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)中氣象探測設備的基本信息、運行狀態(tài)、故障運維等信息的查詢、計算及統(tǒng)計分析等提供標準化的數(shù)據(jù)支撐;②邏輯控制層實現(xiàn)了系統(tǒng)的各種邏輯操作，對數(shù)據(jù)與視圖進行了有效結合;③表示層實現(xiàn)了氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)中氣象探測設備的分布及運行狀態(tài)模塊、故障運維模塊、信息管理模塊等界面及操作。

Spring MVC框架對氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)作用主要有以下6點：①負責對數(shù)據(jù)庫的操作，包括查詢、增加、編輯、刪除、統(tǒng)計等;②負責對數(shù)據(jù)庫中氣象探測設備的基本信息、運行狀態(tài)、故障運維等數(shù)據(jù)表進行持久化操作;③負責對氣象探測設備監(jiān)控數(shù)據(jù)的清洗和質量控制;④負責對系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程邏輯進行實現(xiàn);⑤負責對系統(tǒng)表示層進行實現(xiàn);⑥負責對系統(tǒng)用戶及運維日志等數(shù)據(jù)進行管理。

3 系統(tǒng)總體框架

為了保證氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)的高擴展性和高可用性，系統(tǒng)采用了層次化的設計框架。系統(tǒng)總體框架主要分為4部分：數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)服務層、邏輯控制層和視圖層。總體層次結構框架如圖1所示。

數(shù)據(jù)資源層，即數(shù)據(jù)存儲環(huán)境，主要存儲氣象探測設備監(jiān)控的4類數(shù)據(jù)，包括氣象設備數(shù)據(jù)、基礎地理信息數(shù)據(jù)、監(jiān)控運維數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均按照結構化數(shù)據(jù)與非結構化數(shù)據(jù)進行分類存儲，其中，地理信息數(shù)據(jù)采用地圖瓦片方式存儲在非結構化NoSQL數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，地理信息服務采用JSON的方式。氣象設備數(shù)據(jù)、監(jiān)控運維數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)等結構化數(shù)據(jù)采用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲，并對數(shù)據(jù)量大的監(jiān)控日志數(shù)據(jù)進行按日期分表混合存儲。

數(shù)據(jù)服務層，即數(shù)據(jù)模型層，主要負責系統(tǒng)的數(shù)據(jù)邏輯處理和訪問數(shù)據(jù)庫等操作。包括實現(xiàn)訪問MySQL數(shù)據(jù)庫、對數(shù)據(jù)封裝持久化、數(shù)據(jù)訪問DAO和數(shù)據(jù)服務層配置等。通過門面模式提供業(yè)務控制層調用。

業(yè)務控制層主要提供氣象設備信息、監(jiān)控運維和系統(tǒng)管理等相關數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、預警報警等操作的業(yè)務控制邏輯，然后請求相應數(shù)據(jù)，并提供給表示層，它是系統(tǒng)核心部分。

表現(xiàn)層主要展示氣象探測設備的分布及運行狀態(tài)、故障運維、統(tǒng)計分析、預警報警和系統(tǒng)信息管理等五大類內容，采用流行前端框架，為用戶提供直觀快捷的體驗。

系統(tǒng)框架流程如圖2所示。①客戶端請求被前端控制器DispatcherSerlet接收后，根據(jù)請求映射HandlerMapping映射到業(yè)務邏輯處理器;②創(chuàng)建業(yè)務邏輯處理器和處理攔截器，然后以處理執(zhí)行鏈的方式，返回給前端控制器DispatcherSerlet;③前端控制器通過處理器適配器調用業(yè)務邏輯處理器，根據(jù)業(yè)務需求，調用氣象設備監(jiān)控數(shù)據(jù)，進行業(yè)務邏輯處理，完成業(yè)務邏輯處理后，將模型數(shù)據(jù)和視圖對象給前端控制器;④前端控制器將獲取的對象傳給視圖解析器，將邏輯視圖解析為物理視圖，然后前端控制器根據(jù)返回的視圖進行渲染;⑤將渲染后的視圖響應給系統(tǒng)客戶端，完成整體流程。

4 系統(tǒng)主要模塊設計

4.1 監(jiān)控信息收集及入庫模塊

設備監(jiān)控信息收集及入庫模塊作為數(shù)據(jù)層模塊，通過消息一直在監(jiān)聽設備狀態(tài)信息，隨時準備接收信息。如果接收發(fā)生狀態(tài)變化的消息，則開始信息提取、分類和分析，然后生成標準的設備狀態(tài)數(shù)據(jù)格式，通過傳輸模塊發(fā)送到中心通信機接收數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)解包，然后分類導入數(shù)據(jù)庫中。

4.2 設備分布及運行狀態(tài)模塊

設備分布主要采用ArcGIS地圖組件和JSP視圖技術，結合基礎地圖數(shù)據(jù)和設備位置信息，實現(xiàn)在地圖上顯示設備所在位置信息。運行狀態(tài)主要采用紅、黃和綠點的方式，分別表示設備故障、設備維護、設備正常3種運行狀態(tài)，可以查看各設備詳細信息，包括運行狀態(tài)時序曲線圖、環(huán)境參數(shù)、負責人員、運維資料等。

4.3 故障運維模塊

故障運維模塊用于在線故障運維管理，實時顯示故障設備列表信息、故障類型、故障原因、故障日期、實時設備監(jiān)控信息、維護進度、維護人員、維護日期等信息，主要采用流行框架實現(xiàn)圖表綜合展示和管理。

4.4 監(jiān)控信息顯示與分析統(tǒng)計模塊

采用全流程方式對氣象探測設備進行監(jiān)控顯示，可以從全局角度，查看所有氣象探測設備的運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)等信息。按照氣象探測設備類型、故障類型等關鍵信息，對氣象探測設備監(jiān)控信息進行直觀顯示。按照日期、類型等方式，結合統(tǒng)計方法，對監(jiān)控信息進行統(tǒng)計分析，并以圖表的方式顯示。

4.5 預警報警模塊

采用預警報警閾值配置方式，實時監(jiān)控氣象探測設備運行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)是否超過其預警報警閾值，當超過其閾值時，將相應的報警信息通過郵件短信方式發(fā)送給業(yè)務值班人員，同時在系統(tǒng)視圖中顯示提醒，對報警信息進行跟蹤管理。

5 應用實現(xiàn)

按照MVC設計模式思路，采用Spring MVC開源框架實現(xiàn)氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)。主要模塊實現(xiàn)分為數(shù)據(jù)訪問（包括數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)服務）、業(yè)務邏輯和表示三層結構。

5.1 數(shù)據(jù)服務層實現(xiàn)

數(shù)據(jù)服務層主要采用Spring MVC整合Mybatis實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問、數(shù)據(jù)持久化、數(shù)據(jù)訪問DAO和數(shù)據(jù)服務層配置等[19-21]。主要實現(xiàn)步驟如下：①在Pom.xml加載Spring MVC、Mybatis和MySQL相關依賴庫;②配置整合Mybatis，流程包括配置數(shù)據(jù)源參數(shù)、數(shù)據(jù)庫連接屬性、SqlSessionFactory對象等;③Mybatis掃描別名的基本包與數(shù)據(jù)源等信息;按照門面模式提供數(shù)據(jù)服務接口。其中，數(shù)據(jù)源參數(shù)配置文件如下：

datasource.properties

jdbc.datasource.url=jdbc：mysql：//數(shù)據(jù)庫地址：3306/數(shù)據(jù)庫名稱？useUnicode=true&characterEncoding=utf8& useSSL=false

jdbc.datasource.username=用戶名

jdbc.datasource.password=密碼

Mybatis主要配置如下：

mybatis-config.xml

<！--使用列別名替換列名-->

<！--開啟自動駝峰命名規(guī)則映射-->

<！-- 支持自動生成主鍵 -->

DAO實現(xiàn)定義一個由@Mapper注解標注的接口即可，因為MyBatis會掃描由@Mapper注解標注的類，將里面的@SELECT、@INSERT等注解加以解析，實現(xiàn)代理類。

5.2 業(yè)務邏輯層實現(xiàn)

業(yè)務邏輯層主要分為3步：①掃描Service包所有注解 @Service;②配置事務管理器，將事務管理交由Spring完成;③配置基于注解的聲明式事務，可以直接在方法上@Transaction。配置文件如下：

service-config.xml

<！-- 掃描service包下所有使用注解的類型 -->

<！-- 配置事務管理器 -->

<！-- 注入數(shù)據(jù)庫連接池 -->

<！-- 配置基于注解的聲明式事務 -->

根據(jù)氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)分別實現(xiàn)監(jiān)控信息業(yè)務邏輯與顯示分析業(yè)務邏輯@Service類。

5.3 前端展示實現(xiàn)

系統(tǒng)前端采用Bootstrap、Thymeleaf模板引擎等框架，結合HTML5和JSP視圖，實現(xiàn)氣象探測設備分布及運行狀態(tài)、故障運維、統(tǒng)計分析、預警報警和系統(tǒng)信息管理等5個主要前端表示模塊。

為了實現(xiàn)解析html文件，需要修改視圖解析器配置文件。spring-mvc.xml主要配置如下：

spring-mvc.xml

同時，在web.xml中注冊。web.xml主要配置如下：

web.xml

jsp

*。html

在Spring MVC框架實現(xiàn)中，數(shù)據(jù)資源層只與數(shù)據(jù)服務層交互，為數(shù)據(jù)服務層提供系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務層具有數(shù)據(jù)解析、封裝和重組等操作，是視圖層的基礎;邏輯控制層主要根據(jù)視圖層提交的業(yè)務操作，與數(shù)據(jù)服務層進行交互;視圖層主要采用Html5實現(xiàn)，為用戶提供直觀快捷的操作界面，包括圖表、文字等，響應用戶的操作。其中，信息管理還為用戶提供了用戶、角色、權限等基礎安全管理，不同的用戶可以訪問、監(jiān)控運維、管理不同的氣象設備信息。

本文將基于Spring MVC框架的氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)應用于浙江氣象設備監(jiān)控業(yè)務中，提高了氣象探測設備運維和監(jiān)控能力，氣象探測設備故障率同比下降了10.3%，運維效率得以極大提高，且系統(tǒng)具有較高的氣象設備監(jiān)控性能、高擴展性和友好的前端界面，具有較高應用價值。

6 結語

本文在Spring MVC框架概念及特征基礎上，搭建了基于Spring MVC框架的氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)應用總體設計框架，包括各功能模塊設計，最后介紹了實現(xiàn)方法和應用情況。由此可見，在實際業(yè)務中，Spring MVC框架的應用實踐為氣象探測設備監(jiān)控系統(tǒng)提供了一種建設思路和手段，有效降低了氣象探測設備的故障率，提高了其運維效率，增強了氣象探測設備業(yè)務服務能力。但同時，系統(tǒng)也存在一些問題，如較難實現(xiàn)與其它系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)等，未來將采用服務方式改造系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

參考文獻：

[1] 楊明，陳曄峰，陳晴，等. 氣象數(shù)據(jù)云數(shù)據(jù)存儲技術及應用[J]. 氣象科技，2017（6）：65-69.

[2] 周欽強，李源鴻，李建勇，等. 自動氣象站探測網(wǎng)實時監(jiān)控關鍵技術[J]. 氣象科技，2011，39（4）：477-482.

[3] 史靜，李文博，馬云波，等. 氣象技術裝備社會化保障發(fā)展現(xiàn)狀分析及評價[J]. 閱江學刊，2016（6）：52-58.

[4] 包偉智. 氣象探測裝備技術保障體系建設探討[J].? 農業(yè)科技與信息，2016（21）：48-49.

[5] 劉櫻，楊明，王銳，等. 基于Spring Boot框架的氣象風參數(shù)查詢服務平臺設計與實現(xiàn)[J]. 軟件導刊，2019， 18（5）：116-119.

[6] 李曉靜，魏振鋼. 基于Spring與Hibernate的Web應用開發(fā)研究[J]. 軟件導刊，2017（5）：73-75.

[7] 陳琳. 基于Spring架構的德育量化考核系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 軟件導刊，2015（7）：126-128.

[8] 楊陽. 基于SSH框架的個性化博客系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 軟件導刊，2016（12）.

[9] 周巧婷，王曉玲. 基于S2SH架構的教學質量評價系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 軟件導刊，2017（7）：109-113.

[10] 楊豐瑞，杜奎，姜賴贏. 基于ESSH框架的高?？蒲袌F隊信息管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 軟件導刊，2017， 16（4）：94-96.

[11] 劉寧，陸榮國，繆萬勝. MVC體系架構從模式到框架的持續(xù)抽象進化[J]. 計算機工程，2008，34（4）： 107-110.

[12] 王映輝，王英杰，王彥君，等. 基于MVC的軟件界面體系結構研究與實現(xiàn)[J]. 計算機應用研究，2004， 21（8）： 188-190.

[13] 張宇，王映輝，張翔南. 基于Spring的MVC框架設計與實現(xiàn)[J]. 計算機工程， 2010，36（4）：59-62.

[14] 卜慶禹. 基于Spring的MVC框架實現(xiàn)Web應用系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 數(shù)碼世界，2017（4）：21-22.

[15] 韓森，鄧停東，張占強.? Spring MVC+Hibernate框架的應用研究[J]. 軟件導刊，2009（6）：44-45.

[16] 陳琳. 基于Spring架構的德育量化考核系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 軟件導刊，2015，14（7）：126-128.

[17] 伍文彬.? Spring環(huán)境下的敏捷ORM框架設計與實現(xiàn)[J]. 軟件導刊，2019，18（5）：140-142.

[18] 劉義忠，張偉. 基于SSM框架的后臺管理系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J]. 軟件導刊，2019，18（2）：74-77.

[19] ZHANG D，WEI Z，YANG Y.Research on lightweight MVC framework based on Spring MVC and Mybatis[C]. the 2013 Sixth International Symposium on Computational Intelligence and Design，2013.

[20] 劉杰，孫浩，郭東旭，等. 基于Spring MVC及MyBatis框架的在線教育平臺的設計與實現(xiàn)[J]. 沈陽師范大學學報（自然科學版），2019（3）：268-273.

[21] 時月梅. 基于Spring MVC、MyBatis實現(xiàn)數(shù)據(jù)分頁顯示處理[J]. 信息技術與信息化，2015（7）：203-206.

（責任編輯：孫 娟）