地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

任雯倩，劉園園

（1.中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院，北京 100037；2.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037；3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局自然資源綜合調(diào)查指揮中心，北京 100055）

地質(zhì)調(diào)查工作是支撐社會(huì)發(fā)展的重要的先行性、基礎(chǔ)性的工作，是國(guó)家重大戰(zhàn)略的堅(jiān)實(shí)支撐[1]。隨著全社會(huì)轉(zhuǎn)向數(shù)字化、信息化、智能化建設(shè)，地質(zhì)調(diào)查工作也從傳統(tǒng)的工作方式逐步向信息化、智能化靠攏，新一代信息技術(shù)正在全面重塑地質(zhì)調(diào)查工作[2]。因此，地質(zhì)調(diào)查信息化建設(shè)一直以來(lái)備受重視，眾多專家學(xué)者都在地質(zhì)調(diào)查信息化應(yīng)用方面進(jìn)行了諸多探索：數(shù)字地質(zhì)調(diào)查[3-7]、地質(zhì)編圖[8，9]和各種地質(zhì)要素預(yù)測(cè)[10-12]，涉及地質(zhì)調(diào)查全過(guò)程的方方面面,地質(zhì)調(diào)查范式已從傳統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)范式、理論范式轉(zhuǎn)向數(shù)據(jù)密集型范式，以信息技術(shù)為驅(qū)動(dòng)的“調(diào)查—監(jiān)測(cè)—數(shù)據(jù)—預(yù)測(cè)—決策”已成為現(xiàn)代地質(zhì)調(diào)查工作的新流程[13]。

近年來(lái)，為支撐地質(zhì)調(diào)查事業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展，地質(zhì)調(diào)查信息化研發(fā)團(tuán)隊(duì)不斷推進(jìn)地質(zhì)調(diào)查工作全流程數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化和智能化[14，15]，并基于地質(zhì)云基礎(chǔ)設(shè)施，構(gòu)建了地質(zhì)調(diào)查的“云+端”工作模式，提供了從野外數(shù)據(jù)采集、傳輸、處理到應(yīng)用分析的全過(guò)程信息化再造和全方位覆蓋，提高了地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目組成員之間工作效率以及協(xié)同共享能力[16，17]?！岸恕卑ㄗ烂娑撕鸵苿?dòng)端的大量應(yīng)用，其中移動(dòng)端應(yīng)用功能各異，比如數(shù)字填圖、數(shù)字剖面、地災(zāi)調(diào)查、水文調(diào)查等[18]。功能各異的移動(dòng)端應(yīng)用解決了地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)采集的信息化問(wèn)題，方便了地質(zhì)調(diào)查人員的工作。但是對(duì)于一些多專業(yè)綜合地質(zhì)調(diào)查業(yè)務(wù)，往往需要安裝多個(gè)應(yīng)用以滿足業(yè)務(wù)需求，沒(méi)有統(tǒng)一的管理體系。因此，本文以實(shí)際任務(wù)需要為出發(fā)點(diǎn)，研究并設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架，開(kāi)發(fā)了Web端和移動(dòng)端集成應(yīng)用工具進(jìn)行支撐，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集類(lèi)APP的統(tǒng)一管理和控制，野外地質(zhì)調(diào)查人員可以按需自定義定制APP工具集，APP使用和切換更加便捷，APP版本實(shí)時(shí)在線更新，為野外地質(zhì)調(diào)查人員開(kāi)展業(yè)務(wù)提供了支持，從而提升野外工作效率。

1 集成框架建設(shè)實(shí)踐意義

新時(shí)期國(guó)家重大戰(zhàn)略和生態(tài)文明建設(shè)對(duì)地質(zhì)工作提出了新要求，很多地質(zhì)調(diào)查業(yè)務(wù)越來(lái)越趨向于綜合性，涉及多專業(yè)、多手段，同一塊研究區(qū)域會(huì)涉及到區(qū)域地質(zhì)調(diào)查、礦產(chǎn)地質(zhì)調(diào)查、水文地質(zhì)調(diào)查、環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、地質(zhì)災(zāi)害調(diào)查等內(nèi)容，野外地質(zhì)調(diào)查人員往往需要下載安裝各單位研發(fā)的數(shù)字填圖APP、探礦工程編錄APP、水文地質(zhì)與水資源調(diào)查APP等采集類(lèi)專業(yè)應(yīng)用APP，在實(shí)際工作中可能會(huì)頻繁切換應(yīng)用，而且這些應(yīng)用界面風(fēng)格不一，影響使用效率；另一方面，由于各單位開(kāi)發(fā)的采集類(lèi)專業(yè)APP并未在應(yīng)用商店上架，野外地質(zhì)調(diào)查人員往往不能及時(shí)獲取最新版本APP，獲得最新程序包后還需要手動(dòng)卸載并更新。對(duì)地質(zhì)調(diào)查人員而言，這些APP版本管理困難，更新流程繁瑣。因?yàn)楦鞑杉?lèi)APP已經(jīng)相對(duì)成熟，為充分利用現(xiàn)有資源，可形成一個(gè)集成框架管理所有專業(yè)APP，通過(guò)該框架快速調(diào)用各APP功能來(lái)滿足地質(zhì)調(diào)查人員的多種專業(yè)調(diào)查任務(wù)需要。

2 集成框架建設(shè)主要內(nèi)容

地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架主要業(yè)務(wù)流程（圖1）。Web端后臺(tái)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)管理員管理用戶，分配權(quán)限；各單位野外數(shù)據(jù)采集移動(dòng)端APP開(kāi)發(fā)人員在Web端后臺(tái)管理系統(tǒng)上傳采集類(lèi)APP和進(jìn)行版本更新；野外地質(zhì)調(diào)查人員從移動(dòng)端瀏覽已經(jīng)上傳的APP，在移動(dòng)端集成應(yīng)用工具中自定義配置并使用，進(jìn)入各種野外數(shù)據(jù)采集實(shí)地工作，并且能夠在APP有新版本時(shí)動(dòng)態(tài)更新APP。系統(tǒng)所有用戶都被納入地質(zhì)云的安全架構(gòu)之下，經(jīng)過(guò)地質(zhì)云的登錄驗(yàn)證。因此，系統(tǒng)建設(shè)主要內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面：

圖1 業(yè)務(wù)流程圖Fig.1 Business flow chart

（1）系統(tǒng)登錄與登出：后臺(tái)管理系統(tǒng)用戶需要通過(guò)地質(zhì)云用戶驗(yàn)證和本系統(tǒng)用戶驗(yàn)證才能登錄系統(tǒng)進(jìn)行功能操作，移動(dòng)端用戶則只需要通過(guò)地質(zhì)云用戶驗(yàn)證即可。在登出時(shí)統(tǒng)一刪除所有cookie。

（2）APP管理：在后臺(tái)管理系統(tǒng)用戶能夠?yàn)g覽已經(jīng)上傳的所有野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP的相關(guān)信息、采集類(lèi)APP下載次數(shù)以及歷史版本等，各單位野外數(shù)據(jù)采集移動(dòng)端APP開(kāi)發(fā)人員能夠上傳、更新和刪除自己開(kāi)發(fā)的野外數(shù)據(jù)采集APP。移動(dòng)端野外地質(zhì)調(diào)查人員可以瀏覽所有已上傳的野外數(shù)據(jù)采集APP，下載安裝并在移動(dòng)端內(nèi)部使用以及更新或刪除所需采集類(lèi)APP。

（3）系統(tǒng)日志管理：后臺(tái)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)管理員可以搜索查看、刪除所有用戶的一系列行為。

（4）用戶管理：后臺(tái)管理系統(tǒng)的系統(tǒng)管理員對(duì)用戶進(jìn)行統(tǒng)一管理，包括增加、修改、刪除和查詢用戶信息以及為用戶分配權(quán)限。

3 野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架

3.1 集成框架架構(gòu)設(shè)計(jì)

地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架系統(tǒng)分為后臺(tái)管理系統(tǒng)和移動(dòng)端集成應(yīng)用工具兩部分。后臺(tái)管理系統(tǒng)“地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架后臺(tái)管理系統(tǒng)”為采集類(lèi)APP信息管理系統(tǒng)，主要采用B/S（Browser/Server）架構(gòu)，基于Spring Boot和Vue框架構(gòu)建了前后端分離的信息系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了APP瀏覽、APP管理、用戶管理以及系統(tǒng)日志查看等功能；移動(dòng)端地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成應(yīng)用（簡(jiǎn)稱“地調(diào)外業(yè)通”）則支持操作系統(tǒng)為Android6.0以上的智能手機(jī)或平板設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了APP查看和使用、APP下載更新或卸載以及用戶信息瀏覽等功能。系統(tǒng)的整體應(yīng)用架構(gòu)見(jiàn)圖2。

圖2 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖Fig.2 Overall system architecture diagram

在數(shù)據(jù)層，MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)各單位野外采集類(lèi)APP開(kāi)發(fā)人員用戶信息、上傳的采集類(lèi)APP各版本信息、系統(tǒng)日志以及各用戶權(quán)限。文件系統(tǒng)存儲(chǔ)已上傳的采集類(lèi)APP各版本安裝包和圖標(biāo)。MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)和文件系統(tǒng)共同承載Web端管理系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在服務(wù)層，提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)接口，包括采集類(lèi)APP的相關(guān)信息以及各版本安裝包和圖標(biāo)的下載，系統(tǒng)用戶信息和日志。在應(yīng)用層，用戶通過(guò)前端Web系統(tǒng)和Android端應(yīng)用集成工具獲取服務(wù)。應(yīng)用層和服務(wù)層之間通過(guò)Tomcat、Http、Axios等進(jìn)行通信。

3.2 技術(shù)方法

“地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架后臺(tái)管理系統(tǒng)”的前端頁(yè)面構(gòu)建采用Vue漸進(jìn)式框架構(gòu)建單頁(yè)面應(yīng)用程序[19]。同時(shí)，使用與之配套的Vuex存儲(chǔ)組件通用數(shù)據(jù)[20]，Vue Router控 制 頁(yè)面跳轉(zhuǎn)[21]和Axios與后端通信[22]，并通過(guò)Nginx服務(wù)器實(shí)現(xiàn)反向代理。界面使用基于Vue.js 2.0的桌面端UI框架—Element UI[23]。系統(tǒng)Web端后端基于Java的開(kāi)源框架Spring Boot[24]和Hibernate的封裝Spring Data JPA[25]進(jìn)行開(kāi)發(fā)。使用MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)、文件系統(tǒng)共同承載系統(tǒng)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的主要技術(shù)架構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 技術(shù)架構(gòu)圖Fig.3 Technical Architecture Chart

3.3 集成框架功能設(shè)計(jì)

基于系統(tǒng)的業(yè)務(wù)需求分析和整體架構(gòu)設(shè)計(jì)，按照“低耦合、高內(nèi)聚”原則，為滿足多專業(yè)綜合地質(zhì)調(diào)查業(yè)務(wù)需要，為用戶提供按需定制APP以及版本管理的需要，系統(tǒng)的整體功能結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖Fig.4 System function structure diagram

“地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架后臺(tái)管理系統(tǒng)”為Web端后臺(tái)管理系統(tǒng)，面向各單位數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)和系統(tǒng)管理員，主要實(shí)現(xiàn)采集類(lèi)APP上傳和更新、版本控制和權(quán)限分配，具體包括以下幾個(gè)模塊：

（1）系統(tǒng)登錄與登出：面向系統(tǒng)管理員和采集類(lèi)APP開(kāi)發(fā)人員，經(jīng)過(guò)地質(zhì)云用戶登錄驗(yàn)證和本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)的雙重驗(yàn)證進(jìn)行登錄，系統(tǒng)只展示該用戶所擁有權(quán)限的功能。所有用戶登出時(shí)，統(tǒng)一清除所有用戶信息。

（2）模塊瀏覽：所有系統(tǒng)用戶都具有權(quán)限的模塊，用戶可以瀏覽所有用戶上傳到系統(tǒng)里的各個(gè)不同的地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP的信息及其歷史版本。對(duì)于歷史版本，如果系統(tǒng)不再需要，具有更新權(quán)限的人員可以刪除歷史版本信息。瀏覽形式主要分為兩種：列表形式和網(wǎng)格形式，可以自由進(jìn)行切換。

（3）模塊管理：分為模塊注冊(cè)和模塊更新。在模塊注冊(cè)用戶可以上傳自己的APP的程序包、icon圖標(biāo)以及相關(guān)的APP信息。注冊(cè)完成后，用戶如果想要上傳該APP的新版本，則需要在模塊更新部分選擇自己具有更新權(quán)限的APP的包名進(jìn)行模塊更新。

（4）系統(tǒng)日志：系統(tǒng)日志記錄了系統(tǒng)用戶注冊(cè)、更新APP和登錄登出系統(tǒng)等行為，方便系統(tǒng)管理員對(duì)用戶的行為進(jìn)行查詢、管理以及修正。

（5）用戶管理：用戶管理包括用戶添加、用戶刪除、用戶更新、用戶查詢和權(quán)限分配五部分功能。在用戶添加部分，系統(tǒng)管理員可以添加用戶信息并分配用戶進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)可以瀏覽的權(quán)限。權(quán)限分為模塊瀏覽、模塊管理、系統(tǒng)日志和用戶管理四部分。在用戶刪除部分，管理員可以瀏覽、搜索和刪除系統(tǒng)用戶。在用戶更新部分，管理員可以更新用戶信息。用戶查詢部分系統(tǒng)管理員可以通過(guò)全部用戶、單條件查詢和多條件查詢?nèi)N方式查詢用戶信息，全部用戶是將全部用戶信息列出，管理員可以看到所有用戶。單條件查詢是選擇一個(gè)條件，查詢符合該條件的用戶，多條件則是多個(gè)條件聯(lián)合查詢。權(quán)限分配部分管理員則可以為某一個(gè)APP分配可以對(duì)該APP進(jìn)行更新的賬戶，使得對(duì)一個(gè)APP，不再是只有上傳該APP的用戶可以更新該應(yīng)用信息，其他人也可以擁有該APP更新的權(quán)限。

“地調(diào)外業(yè)通”為Android端系統(tǒng)，面向各多專業(yè)綜合地質(zhì)調(diào)查任務(wù)工作人員，主要實(shí)現(xiàn)采集類(lèi)APP按需下載，自定義配置和使用以及在線更新等功能，同時(shí)在各采集類(lèi)APP之間實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)一登錄。具體包括以下模塊：

（1）系統(tǒng)登錄：所有用戶經(jīng)過(guò)“地調(diào)外業(yè)通”登錄頁(yè)面完成地質(zhì)云驗(yàn)證登錄。由于各采集類(lèi)APP均需登錄后使用，為避免用戶在使用不同APP時(shí)反復(fù)登錄，通過(guò)采用ContentProvider方式實(shí)現(xiàn)移動(dòng)端集成應(yīng)用與各采集類(lèi)App不同應(yīng)用之間的數(shù)據(jù)共享，移動(dòng)端集成應(yīng)用進(jìn)行用戶名和密碼的驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后對(duì)用戶名和密碼進(jìn)行加密并通過(guò)ContentProvider方式共享給各個(gè)用戶已安裝的采集類(lèi)App。各采集類(lèi)App通過(guò)ContentResolver接受共享的加密后的用戶名和密碼并進(jìn)行解密，然后轉(zhuǎn)入各自相應(yīng)的應(yīng)用邏輯。系統(tǒng)內(nèi)部各采集類(lèi)APP無(wú)需再次完成認(rèn)證,只需進(jìn)行業(yè)務(wù)權(quán)限控制。實(shí)現(xiàn)流程見(jiàn)圖5。

圖5 統(tǒng)一登陸實(shí)現(xiàn)流程Fig.5 Unified login implementation process

（2）模塊中心：用戶可以瀏覽各專業(yè)APP信息并進(jìn)行安裝或更新。

（3）我的應(yīng)用：用戶通過(guò)模塊中心自定義配置任務(wù)所需的APP，在我的應(yīng)用中可以查看已經(jīng)安裝的APP并在集成工具內(nèi)部進(jìn)行使用或者卸載。

（4）我的設(shè)置：包括用戶信息、權(quán)限設(shè)置、系統(tǒng)信息和退出系統(tǒng)四部分。用戶信息可以查看登錄用戶的詳細(xì)信息，權(quán)限設(shè)置用來(lái)設(shè)置是否允許安裝未知來(lái)源應(yīng)用的權(quán)限，系統(tǒng)信息用于查看系統(tǒng)的基本信息，退出系統(tǒng)功能則用于退出應(yīng)用程序。

4 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用

地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于實(shí)際地質(zhì)調(diào)查項(xiàng)目之中，實(shí)現(xiàn)了環(huán)境、探礦、水文和地災(zāi)等多專業(yè)APP的集中管理，為野外地質(zhì)調(diào)查人員提供更加便捷的服務(wù)，提高了工作效率，整體應(yīng)用流程見(jiàn)圖6。

圖6 地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)應(yīng)用集成框架應(yīng)用流程Fig.6 Application process of integrated framework for geological survey field data acquisition

各單位開(kāi)發(fā)人員在Web端上傳采集類(lèi)APP相關(guān)信息、apk安裝包和圖標(biāo)，目前已上傳環(huán)境地質(zhì)調(diào)查、數(shù)字填圖和數(shù)字剖面等八類(lèi)APP。野外地質(zhì)調(diào)查人員從移動(dòng)端集成工具可獲取各采集類(lèi)APP相關(guān)信息，按照調(diào)查任務(wù)要求，自定義下載所需APP并向Web端回傳記錄。下載的APP集成在“我的應(yīng)用”模塊，通過(guò)點(diǎn)擊圖標(biāo)進(jìn)入應(yīng)用工作，或者點(diǎn)擊文字說(shuō)明進(jìn)入詳細(xì)信息查看介紹或卸載應(yīng)用。

5 結(jié)論

本文通過(guò)全面分析野外地質(zhì)人員在開(kāi)展多專業(yè)綜合地質(zhì)調(diào)查任務(wù)時(shí)存在的限制以及用戶需求，借鑒了使用Spring Boot和Vue框架開(kāi)發(fā)前后端分離信息系統(tǒng)的經(jīng)驗(yàn)，基于云基礎(chǔ)環(huán)境，構(gòu)建了地質(zhì)調(diào)查野外數(shù)據(jù)采集類(lèi)APP集成框架，并開(kāi)發(fā)了Web端和移動(dòng)端集成應(yīng)用工具進(jìn)行支撐，解決了多專業(yè)綜合地質(zhì)調(diào)查業(yè)務(wù)過(guò)程中存在的單一應(yīng)用無(wú)法滿足業(yè)務(wù)人員需要以及應(yīng)用升級(jí)的問(wèn)題，為類(lèi)似多專業(yè)綜合地質(zhì)調(diào)查任務(wù)信息系統(tǒng)建設(shè)提供了參考思路。未來(lái)，在此基礎(chǔ)上，將進(jìn)一步研究如何提升系統(tǒng)的安全訪問(wèn)控制能力以及優(yōu)化系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)，從而提高系統(tǒng)的安全性、并發(fā)訪問(wèn)能力和效率。