智慧養(yǎng)老平臺中多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)研究

徐立宇

摘要：智慧養(yǎng)老系統(tǒng)由于其管理關(guān)系到多元異構(gòu)數(shù)據(jù)，對于目前智慧養(yǎng)老系統(tǒng)存在的數(shù)據(jù)存儲、擴展能力、存儲類型等方面的缺陷，通過云數(shù)據(jù)、云計算在智慧養(yǎng)老系統(tǒng)中的運用，將Hadoop云平臺應(yīng)用到智慧養(yǎng)老系統(tǒng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合中，實現(xiàn)養(yǎng)老數(shù)據(jù)的云查詢、云存儲。首先研究智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的數(shù)據(jù)多元性，進而分析多元數(shù)據(jù)特點，將其劃分成空間數(shù)據(jù)、醫(yī)學(xué)影像、屬性數(shù)據(jù)三方面，進而針對性的設(shè)計空間數(shù)據(jù)存儲、空間數(shù)據(jù)檢索、醫(yī)學(xué)影像檢索、屬性數(shù)據(jù)索引等。利用多元異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)來實現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的寫入和查詢。

關(guān)鍵詞：智慧養(yǎng)老;大數(shù)據(jù);多源異構(gòu);數(shù)據(jù)融合

中圖分類號：TP391? ? ? 文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）09-0030-02

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

1 背景

伴隨我國經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，科技力量的不斷進步，醫(yī)療技術(shù)的穩(wěn)步提高，世界各國已經(jīng)步入老齡化社會，養(yǎng)老問題已經(jīng)成為社會問題。醫(yī)療行業(yè)中，醫(yī)療數(shù)據(jù)共享、電子病歷這些信息化內(nèi)容已經(jīng)成為健康數(shù)據(jù)爆發(fā)的新增長點。以往的信息數(shù)據(jù)庫已經(jīng)難以滿足當(dāng)代智慧養(yǎng)老平臺的要求。超量的數(shù)據(jù)、超多的數(shù)據(jù)形式、超大的存儲要求，多源異構(gòu)數(shù)據(jù)成為當(dāng)今智慧養(yǎng)老平臺面臨的重要問題。而云存儲、云計算這一科技將及時解決上述問題，并為云存儲提供新解決方案。智慧養(yǎng)老平臺的采集的數(shù)據(jù)眾多、存儲的數(shù)據(jù)格式多樣，以至于以往關(guān)系型數(shù)據(jù)庫由于空行、空列的存在占用數(shù)據(jù)空間的問題，存儲的有效數(shù)據(jù)過少，浪費大量的存儲資源，難以有效檢索其中全部的數(shù)據(jù)類型。NoSQL數(shù)據(jù)庫的開發(fā)則有效解決了以上諸多問題。相比以往的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，其具有高拓展、高性能、高可靠的特點。因此，將Hadop云數(shù)據(jù)平臺和HBase云數(shù)據(jù)庫應(yīng)用到智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，從而解決多源異構(gòu)數(shù)據(jù)查詢、存儲問題[1]。

2 智慧養(yǎng)老系統(tǒng)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合技術(shù)的應(yīng)用需求分析

智慧養(yǎng)老系統(tǒng)中搜集的信息數(shù)據(jù)呈現(xiàn)多元化，不僅數(shù)據(jù)量巨大，而且數(shù)據(jù)格式多種、數(shù)據(jù)用途多樣，呈現(xiàn)多源異構(gòu)形式，因此，截至目前，并沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)存儲模型能夠有效融合非結(jié)構(gòu)化、半機構(gòu)化、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，實現(xiàn)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)存儲。本研究充分思考，借鑒分治法，將多源異構(gòu)數(shù)據(jù)信息進行分治，將數(shù)據(jù)化與數(shù)字化共同存儲在數(shù)據(jù)庫中，實現(xiàn)分類處理智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息。數(shù)字化指的是把采集的信息數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為0、1二進制編碼，將其存儲在計算機中。而數(shù)據(jù)化則是指將某個現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成能夠分析的量化形式。

Hadoop云數(shù)據(jù)平臺是一個開源分布式數(shù)據(jù)平臺，其核心為Hadoop分布式文件與MapReduce。HBase云數(shù)據(jù)則是以Google作為基礎(chǔ)的運用Java設(shè)計的非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，這種數(shù)據(jù)庫的原理與 Bigtable一致，具有開源性、版本化、分布式的特點，其數(shù)據(jù)存儲模型以列存儲為基礎(chǔ)，其運行平臺為 Hadoop云數(shù)據(jù)平臺[2]。對比關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，HBase云數(shù)據(jù)是以列族、時間戳、行鍵為基礎(chǔ)的，其特點為高可靠性、高性能、高拓展，其邏輯模型如表1所示。

3 智慧養(yǎng)老系統(tǒng)數(shù)據(jù)現(xiàn)階段問題研究

3.1 標(biāo)準(zhǔn)難以實現(xiàn)統(tǒng)一

伴隨智慧養(yǎng)老體系建設(shè)的不斷完善，系統(tǒng)化、規(guī)范化已經(jīng)在智慧養(yǎng)老體系中各個管理部門中實現(xiàn)，各類信息化系統(tǒng)如：營銷系統(tǒng)、統(tǒng)計信息系統(tǒng)都被廣泛應(yīng)用在智慧養(yǎng)老系統(tǒng)中，但是隨著這些系統(tǒng)的不斷深入，省級衛(wèi)生部門之間的信息化建設(shè)鴻溝也在不斷增加，統(tǒng)一管理標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范缺乏使得省級智慧養(yǎng)老系統(tǒng)之間的合作交流出現(xiàn)困難。除此之外，甚至在相同的智慧養(yǎng)老體系中，由于業(yè)務(wù)需求存在差異，開發(fā)的系統(tǒng)性能過于單一，專用通信系統(tǒng)可擴展性較差，導(dǎo)致智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲格式、開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)等難以與國家智慧養(yǎng)老系統(tǒng)兼容，以至于智慧養(yǎng)老體系中各地區(qū)管理部門的重要數(shù)據(jù)難實現(xiàn)共享、共存。難以兼容的信息處理格式、信息數(shù)據(jù)內(nèi)容將智慧養(yǎng)老系統(tǒng)劃分成諸多信息孤島，直接對我國智慧養(yǎng)老發(fā)展戰(zhàn)略的開展產(chǎn)生了較大的阻礙作用[3]。

智慧養(yǎng)老體系內(nèi)部各個管理部門的數(shù)據(jù)庫都是單獨存在的，比如社保部門、衛(wèi)生部門、醫(yī)療部門等其數(shù)據(jù)存儲格式、數(shù)據(jù)編碼格式都不盡相同。這些差異化的數(shù)據(jù)處理標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致智慧養(yǎng)老體系內(nèi)部無法對智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)實施有效的數(shù)據(jù)共享，內(nèi)部的各項智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)也無法充分發(fā)揮有效的價值。在大數(shù)據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用過程中也容易出現(xiàn)數(shù)據(jù)無法識別等多種問題。這樣一來，在智慧養(yǎng)老體系中，就形成了一個智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)信息，多套數(shù)據(jù)的發(fā)展模式，對于我國智慧養(yǎng)老建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展具有不利影響。

3.2 數(shù)據(jù)協(xié)作相對困難

在我國智慧養(yǎng)老體系建設(shè)的可持續(xù)發(fā)展中，現(xiàn)代化的智慧養(yǎng)老尤其是智能智慧養(yǎng)老必須要實現(xiàn)各個部門之間的相互協(xié)調(diào)和運作，才能夠形成長遠化的發(fā)展，實現(xiàn)智慧養(yǎng)老的自動化調(diào)度以及統(tǒng)一協(xié)調(diào)管理等運營模式。從目前我國智慧養(yǎng)老的發(fā)展來看，大數(shù)據(jù)技術(shù)的應(yīng)用過程中很多智慧養(yǎng)老的數(shù)據(jù)協(xié)作存在較大的問題。例如：智慧養(yǎng)老信息數(shù)據(jù)想要實現(xiàn)跨部門轉(zhuǎn)移的時候，或者是在實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享的過程中，還存在部分?jǐn)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與格式不同導(dǎo)致共享系統(tǒng)無法識別等現(xiàn)象，這樣就直接導(dǎo)致智慧養(yǎng)老系統(tǒng)運行管理過程中存在無法協(xié)調(diào)的現(xiàn)象，不利于智慧養(yǎng)老尤其是智能化智慧養(yǎng)老的長遠發(fā)展。

3.3 大數(shù)據(jù)發(fā)展與智慧養(yǎng)老企業(yè)發(fā)展不協(xié)調(diào)

目前，我國數(shù)智慧養(yǎng)老系統(tǒng)正在朝著智能化和信息化的方向邁進，智慧養(yǎng)老系統(tǒng)中的各項管理和智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)也在進行集成與統(tǒng)一管理工作。智能化的智慧養(yǎng)老系統(tǒng)需要依靠大數(shù)據(jù)處理技術(shù)提高管理效率，而高效化的運營管理也需要依靠大數(shù)據(jù)加以處理。智慧養(yǎng)老體系建設(shè)過程中，設(shè)備必不可少，由于缺乏統(tǒng)一的設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，因此產(chǎn)生的半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)、結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)都極多。如何將這些結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)與智慧養(yǎng)老體系的發(fā)展進行有效融合，實現(xiàn)數(shù)據(jù)之間統(tǒng)一與共享，促進智慧養(yǎng)老體系部門之間的發(fā)展方向一致性，是當(dāng)前我國智慧養(yǎng)老體系發(fā)展過程中面臨的主要問題[4]。因此，在智慧養(yǎng)老體系的發(fā)展中需要充分解決智慧養(yǎng)老大數(shù)據(jù)發(fā)展與智慧養(yǎng)老系統(tǒng)發(fā)展不協(xié)調(diào)的問題，將統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)進一步的規(guī)范和應(yīng)用，使多源異構(gòu)數(shù)據(jù)加以融合，實現(xiàn)智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)之間共存互通，交互共享。

4 基于SOA的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合框架設(shè)計

4.1 SOA

SOA（service—oriented architecture，面向服務(wù)架構(gòu)）即一種數(shù)據(jù)的架構(gòu)模型，運用組建式機構(gòu)，通過分布式粗粒度來組合數(shù)據(jù)與代用數(shù)據(jù)。這種數(shù)據(jù)架構(gòu)模型，更多的是在智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的基礎(chǔ)服務(wù)管理中應(yīng)用，其松耦合性、粗粒度的特征，可以實現(xiàn)構(gòu)件間組合來保證功能的調(diào)用。在智慧養(yǎng)老的應(yīng)用過程中，能夠結(jié)合不同數(shù)據(jù)對象進行統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計，以標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)信息借口對不同服務(wù)進行有機調(diào)用，從而解決智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)多源異構(gòu)的問題。

SOA技術(shù)的關(guān)鍵是Web Science，是一種標(biāo)準(zhǔn)化的集成模塊，實現(xiàn)各個信息平臺、系統(tǒng)之間的信息標(biāo)準(zhǔn)化互通。利用XML格式、HTTP協(xié)議保證在安全訪問情況下，實現(xiàn)各個管理系統(tǒng)之間的信息數(shù)據(jù)調(diào)用，從而為弱耦合、異構(gòu)平臺之間提供有效的數(shù)據(jù)交換標(biāo)準(zhǔn)，既能夠有效避免系統(tǒng)之間在數(shù)據(jù)訪問過程中的防火墻問題，也能夠有效化解數(shù)據(jù)多源異構(gòu)的問題，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的順利提取和系統(tǒng)分析。Web Science作為一種開放性的技術(shù)協(xié)議，它可以在不同的智慧養(yǎng)老系統(tǒng)建立異構(gòu)數(shù)據(jù)平臺，實現(xiàn)不同智慧養(yǎng)老系統(tǒng)中數(shù)據(jù)的信息交換與共享，結(jié)合SOA技術(shù)能夠?qū)⑵鋬?yōu)勢充分利用起來，從而構(gòu)建智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)云存儲服務(wù)平臺，綜合處理各個部門的智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)一的接口、標(biāo)準(zhǔn)來封裝，進而便于各個養(yǎng)老系統(tǒng)、用戶來分析、使用相關(guān)數(shù)據(jù)，從根本上實現(xiàn)了多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的融合與調(diào)用。

4.2 多源異構(gòu)數(shù)據(jù)分析技術(shù)

多源異構(gòu)數(shù)據(jù)分析技術(shù)是建立在智慧養(yǎng)老系統(tǒng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一的基礎(chǔ)上形成的現(xiàn)代信息技術(shù)，主要目的是通過計算機將這些數(shù)據(jù)進行集中起來并以各種類型的數(shù)據(jù)進行保存，在數(shù)據(jù)平臺上對原有的老年人健康信息數(shù)據(jù)進行有效集成，從而保證對老年人健康信息數(shù)據(jù)合理使用。在智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的運作、檢修以及管理過程中會產(chǎn)生海量的多源異構(gòu)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)需要進行及時儲存以便日后查看，因此需要應(yīng)用多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集中技術(shù)對智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)進行快速的分析訪問。智慧養(yǎng)老系統(tǒng)是建立在集成技術(shù)和高速雙向通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)上的，需要通過先進的信息處理技術(shù)、設(shè)備以及方法的應(yīng)用實現(xiàn)對智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)的合理化與標(biāo)準(zhǔn)化處理。

4.2.1 智慧養(yǎng)老大數(shù)據(jù)來源

智慧養(yǎng)老系統(tǒng)在運行過程中會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來源豐富多樣，主要包括視頻及模式識別系統(tǒng)推廣、海量健康狀態(tài)信息采集設(shè)備。這些數(shù)據(jù)來源都是智慧養(yǎng)老系統(tǒng)在正常運作和管理過程中產(chǎn)生的，對于智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的正常運行具有至關(guān)重要的作用，一旦智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的某一環(huán)節(jié)出了問題，就可以對數(shù)據(jù)進行分析，查找出錯誤數(shù)據(jù)并及時分析來源，找出智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的問題所在。

4.2.2 智慧養(yǎng)老大數(shù)據(jù)特征

智慧養(yǎng)老系統(tǒng)在運行過程中產(chǎn)生的大數(shù)據(jù)具有價值密度低、形式多樣化等特點，價值密度低主要表現(xiàn)在智慧養(yǎng)老系統(tǒng)在運行過程中會形成大量的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)信息的連續(xù)性導(dǎo)致存儲量十分巨大，而巨大的存儲量中有效數(shù)據(jù)的密度較低，很難對其進行有效的篩選與使用，其中，有效數(shù)據(jù)主要是指智慧養(yǎng)老系統(tǒng)在運作過程中出現(xiàn)的非正常數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)對于老年人健康檢查工作的開展具有重要的參考價值;數(shù)據(jù)形式的多樣化是指智慧養(yǎng)老系統(tǒng)內(nèi)部各個部門之間數(shù)據(jù)格式與形成標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一，既包括了一維數(shù)據(jù)和二維數(shù)據(jù)，還有多維數(shù)據(jù)、文本與超文本、層次與推行等多種形式，這些數(shù)據(jù)形式過于豐富使得數(shù)據(jù)化處理的過程中存在較大的困難，因此需要結(jié)合多源異構(gòu)技術(shù)對這些數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化的處理。

4.3 基于SOA的智慧養(yǎng)老大數(shù)據(jù)融合平臺分析

4.3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分析

以SOA為基礎(chǔ)的智慧養(yǎng)老數(shù)據(jù)融合平臺，其數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，主要組成有三個部分，分別為管理者、請求者、服務(wù)發(fā)布者，其功能分別為預(yù)測健康信息數(shù)據(jù)、統(tǒng)計日常健康信息、管理MIS信息系統(tǒng)，實時監(jiān)測用戶健康情況。運行流程主要是為服務(wù)提供者也就是老年人提供智慧養(yǎng)老信息，服務(wù)代理主要是及時統(tǒng)計歸納已經(jīng)發(fā)布的相關(guān)智慧養(yǎng)老信息，進而形成目標(biāo)索引，使得用戶能夠利用檢索框搜索到更多的智慧養(yǎng)老信息。該系統(tǒng)以Web Science技術(shù)作為接口實現(xiàn)了不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)共享，通過建立通信協(xié)議，設(shè)定平臺數(shù)據(jù)格式與標(biāo)準(zhǔn)，進而利用各種信息技術(shù)將數(shù)據(jù)進行聚合并展開標(biāo)準(zhǔn)化處理，從而方便用戶的及時調(diào)取和使用。與此同時，系統(tǒng)服務(wù)流程在搭建之余還有機整合了智慧養(yǎng)老相關(guān)數(shù)據(jù)，將呈分散狀的弱耦合系統(tǒng)用戶加以連接，整理無序化、不標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)數(shù)據(jù)，將其整合成一個相互協(xié)同、支撐的整體[5]。

4.3.2 系統(tǒng)功能解讀

以SOA技術(shù)為基礎(chǔ)的智慧養(yǎng)老系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)時候，應(yīng)當(dāng)根據(jù)數(shù)據(jù)的需求來統(tǒng)一處理、分析相關(guān)數(shù)據(jù)，在設(shè)計融合系統(tǒng)的時候，可以將智慧養(yǎng)老信息平臺劃分為用戶層、交換層、數(shù)據(jù)層、集成層。數(shù)據(jù)層主要用來分析、設(shè)計不同智慧養(yǎng)老系統(tǒng)的異構(gòu)數(shù)據(jù)與模型，完成數(shù)據(jù)的原始處理工作，交換層主要負責(zé)對異構(gòu)數(shù)據(jù)的處理，經(jīng)過XML轉(zhuǎn)換在數(shù)據(jù)的各個節(jié)點處形成不同格式的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換形式，從而保證下一步處理的順利開展;集成層主要由平臺管理中心、數(shù)據(jù)中心與交換中心這3個中心部分構(gòu)成，負責(zé)將各個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理，用戶在數(shù)據(jù)調(diào)用的過程中可以結(jié)合自己的需求進行數(shù)據(jù)的提取和使用工作。綜合來看，融合系統(tǒng)的功能為標(biāo)準(zhǔn)化處理異構(gòu)多源數(shù)據(jù)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的流程化控制，從而保證數(shù)據(jù)得以快速有效提取并使用，另外，ODS中心還可以有效存儲、調(diào)用、備份相關(guān)數(shù)據(jù)，維護用戶信息，保護用戶隱私。智慧養(yǎng)老多源異構(gòu)數(shù)據(jù)融合系統(tǒng)中，利用XML技術(shù)將不同的數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，從而面對多種數(shù)據(jù)接口也能實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，提高了數(shù)據(jù)應(yīng)用價值，保證了數(shù)據(jù)處理效率。

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【通聯(lián)編輯：謝媛媛】