一個面向電子政務的信息交換與共享平臺的設計與實現

摘要：基于J2EE、XML等技術，設計并實現了一個面向電子政務的信息交換與共享平臺。對平臺的總體結構、元數據定義與管理、數據交換模式等關鍵問題進行了論述，最后給出了平臺的模塊實現。該平臺已經應用于北京市信息資源管理中心，實現了遙感信息、區縣圖層、企業基礎信息等資源的交換與共享。

關鍵詞：信息交換;元數據;可擴展標記語言;輕量級目錄訪問協議

中圖分類號：TP393文獻標志碼：A

文章編號：1001－3695(2007)05－0156－04

0引言

隨著計算機技術發展和網絡的普及，電子政務近幾年得到了深入廣泛的發展，各級政府和政府各部門建立了相應的業務系統，收集了大量的信息資源。為了更好地為人民群眾服務，政府不斷地追求更高更好的辦事效率與質量。由于很多工作涉及到多個職能部門間的協同配合，加強部門間的信息交流與共享是進一步提高政府辦公效率的一個重要舉措，也是政府信息化建設面臨的一個關鍵問題。

例如，跨部門協同的并聯審批業務和會計核算系統涉及到工商、稅務、質監等多個部門。如果實現了信息共享，就可建立合理的信息化流程，形成信息化條件下的互連工作機制，及時交換企業基礎信息，使相關政府管理部門全面、準確、及時地掌握企業基礎信息，提高政府部門的監管能力和執法水平。

不同應用系統之間的信息交換與共享的難度很大，這主要是由于應用系統和信息資源的異構性造成的，包括硬件平臺、操作系統、數據庫的異構性，也包括信息資源在語法、語義方面的異構性，還包括各職能部門在業務特點、工作方式上的差異等。

為了使政府各部門之間方便地進行信息共享，本文提出了一個基于J2EE的信息交換與共享平臺。該平臺作為政府部門之間信息共享的基礎，提供標準的接口，可以使不同部門的應用系統之間能夠相互交換信息。同時，由于整合了各種信息資源，還能夠在此平臺上開發新的業務系統，如應急指揮、領導決策等，以更好地發揮政府職能。

1平臺的體系結構設計

政府各職能部門通過信息交換共享平臺進行業務數據資源的交換與共享。一方面各部門可向信息交換平臺發布交換資源，其他部門通過查詢后獲取已發布的資源；另一方面，部門之間通過信息交換平臺直接交換資源。所有資源的發布、交換均由平臺統一管理。在交換過程中，某些信息可以落地，即進入平臺的中央數據庫中。在平臺的中央數據庫的基礎上可以進行信息的整合，比如遙感信息、區縣圖層、企業基礎信息等。這些落地的信息可以根據實際情況從無到有，不斷積累，不斷更新。這些資源對政務中新業務的開展是非常有用的。平臺的業務流程如圖1所示。

信息交換共享平臺主要由元數據管理、交換服務、目錄服務、安全服務和平臺管理等模塊組成。平臺的組成結構如圖2所示。下面對元數據管理、交換服務、目錄與安全服務進行更細致的描述，而平臺管理模塊負責各模塊的配置，協調模塊之間的交互，管理平臺日志，監控整個平臺運行等。基于平臺的這些支撐模塊，就可以整合已有的業務系統和開發新的業務系統，滿足政務信息交換與共享的需要。

1．1元數據定義與管理

元數據是對信息資源的結構化描述，其作用為描述信息資源或數據本身的特征和屬性，就像圖書館里的書和書卡一樣。書是具體的數據，書卡是元數據，每本書均有一張書卡與它對應，上面描述了書的名稱、作者、出版社、分類等相關信息。

平臺基于元數據來存儲各個職能部門的信息資源和相關其他信息。一般來說，不同的職能部門有自己管理資源的系統和方式，多是基于關系型數據庫，使用大量的表來存儲數據。表之間的關系錯綜復雜，難以管理，可擴展性不強。在不同的職能部門之間交換數據時，格式的統一也是一個問題。本文采用元數據來描述平臺中涉及到的所有數據。元數據管理就成為平臺管理的基礎，也是實現平臺其他核心模塊的基礎。

平臺中元數據的Schema分為兩部分：①核心元數據，采用的是都柏林的元數據的Schema。這部分描述的是一些資源的普通信息，由平臺管理者維護。②行業元數據。這部分在不同的行業就會有不同的Schema，在該系統中這部分能進行動態改變，即允許用戶注冊新的行業元數據Schema，也可以修改已注冊的行業元數據Schema。這部分信息根據行業的不同而差異很大，由資源提供者自行維護。元數據管理模塊通過該Schema對整個系統的元數據進行分級管理。

一個電子政務元數據的Schema如下：

schema targetNamespace=\"http://localhost/share.xsd\" 

xmlns:me=\"http://localhost/share.xsd\" 

xmlns=\"http://www.w3.org/2001/XMLSchema\"

elementFormDefault=\"qualified\"

complexType name=\"MetaType\"

sequence

element name=\"resTitle\" type=\"string\"/

element name=\"PubDate\" type=\"date\"/

element name=\"abstract\" type=\"string\"/

element name=\"descKeys\" type=\"me:resKeys\" maxOccurs=\"unbounded\"/

element name=\"spatDom\" type=\"string\" minOccurs=\"0\"/

element name=\"Period\" type=\"me:resPeriod\" minOccurs=\"0\"/

element name=\"dataLang\" type=\"string\" maxOccurs=\"unbounded\"/

element name=\"rescat\" type=\"me:resCategory\" maxOccurs=\"unbounded\"/

/sequence

/complexType

complexType name=\"resKeys\"

sequence

element name=\"keyword\" type=\"string\" maxOccurs=\"unboun－ded\"/

element name=\"thesaName\" type=\"string\" minOccurs=\"0\"/

/sequence

/complexType

complexType name=\"resPeriod\"

sequence

element name=\"begDate\" type=\"date\" /

element name=\"endDate\" type=\"date\" /

/sequence

/complexType

complexType name=\"resCategory\"

sequence

element name=\"catecode\" type=\"string\"/

element name=\"catestd\" type=\"string\" /

/sequence

/complexType 

element name=\"Meta\" type=\"me:MetaType\"/

/schema

除了元數據的定義之外，元數據管理的具體功能包括元數據的采集、檢索、發布，以及元數據的增、刪、改等。元數據的采集有兩種方式：一種是根據用戶指定的網站進行信息采集，搜索指定欄目，依據預定的標準生成相應的元數據并入庫；另一種是根據關系數據庫中的字段生成相應的元數據。元數據的檢索主要包括關鍵字檢索和組合檢索。元數據發布可以讓用戶按照某標準發布元數據，平臺根據分類將該元數據入庫。

1．2數據交換

整個系統的數據流在數據交換模塊內實現。通過對政務業務的分析，平臺上的數據交換模式主要有三大類，即點到點、點到多點和共享。這里的共享指的是各職能部門把自己的數據上傳到中央數據庫中，其他職能部門可以從中央數據庫中獲取需要的信息。為了實現這三類交換，筆者提供了三種主要的交換模式：

(1)基于消息/事件驅動的交換模式

基于消息/事件驅動的方式進行數據交換時可以按照如下描述進行：運行于職能部門A節點上的數據庫接口適配器DBOutAdapter傳感出所監控的數據表格發生了數據增量(插入新的數據)，增量數據被抽取出來并轉換成XML格式文件，經內容路由組件分發到不同職能部門，由數據轉換組件(XSLT Transformer)轉換成不同格式的XML文件，并插入位于職能部門B或C中的異構數據庫中。發生數據更改或刪除時，數據同步原理一樣。其交換模式示意圖如圖3所示。

(2)基于請求/響應的交換模式

基于請求/響應的方式進行數據交換時可以按照如下描述進行：各職能部門之間要進行數據訪問時，發送部門的應用程序(如目錄服務)通過使用API接口函數將數據打包后發送到數據交換平臺，通過平臺路由和數據格式轉換，轉換為下一個部門可以識別和接收的形式，運行于接收部門節點服務器上的接口服務組件(Adapter)從數據庫中獲得數據并返回。

(3)發布/訂閱的交換模式

發布/訂閱的交換模式的流程是：職能部門可以把自己的數據信息以發布的方式發布到平臺，其他職能部門再通過訂閱的方式獲取平臺上發布的信息。其交換模式如圖4所示。

1．3目錄與安全服務

目錄服務主要包括管理數據信息、安全信息、Web服務信息等主要內容。其中數據信息主要指通過元數據描述的數據信息。筆者將元數據通過樹狀形式表現出來，使得瀏覽、查找更有組織，層次清晰。每個節點均有自己的屬性。這里的屬性是結構化的數據，能夠存儲用戶、操作權限等相關信息。用戶可以通過節點的屬性進行查找，效率極高。而安全信息是用戶、權限等信息，安全服務基于RBAC，通過安全信息的設置給角色分配權限，給用戶分配角色。

安全服務中的權限具有多樣性，不僅包括平臺上的具體操作，還包括資源的可見性、元數據指標的可見性和數據有關的權限信息。通過用戶、角色、權限三者形成三級管理方式，使得安全部分伸縮性很大，易于擴展和管理。Web服務的管理使平臺用戶可以注冊自己的Web服務，也可以在平臺上查找已注冊的Web服務。

目錄服務中不同用戶的資源目錄樹是可以定制、修改的，具有很好的個性化。每個目錄分支的信息內容、狀態是動態更新的。用戶可以定制自己關心的信息，而不是大而全地包括系統所有可用信息的目錄樹。用戶面對自己的資源目錄樹時能一目了然地知道哪些分支有更新，就能快速地掌握新的數據。

2平臺實現

在平臺的實現中，元數據部分采用XML格式進行存儲，而不是一般的關系數據庫中的關系表。元數據本身有一些復雜的數據結構，如結構體等。如果用關系表實現的話，結構復雜一點的Schema就會要求使用多個表來表示，表之間用外鍵關聯。但是如果Schema發生改變后，有可能原來的表就不能沿用，可擴展性不是很好。而XML本身是一種完備的結構化數據。XML Schema是用來描述一類XML文件的XML文件。XML Schema 定義了XML的文檔結構，與DTD類似。但是由于XML Schema支持數據結構和命名空間等多種功能，故比DTD功能更強大，可擴展性更強。

在數據庫方面筆者采用了Oracle 9i數據庫的XDB。首先，根據元數據的Schema生成相應的XML Schema，并注冊到XML數據庫中，就能依據這個XML Schema來組織元數據。每個元數據均作為一個XML文件進行處理。在插入數據庫時用XML schema進行驗證其合法性。由于每一條元數據均是一個XML文檔，元數據的查詢不能像查詢一般的關系表那樣做。在進行元數據查詢時，筆者采用了XPath語言。XPath是用于在XML文檔中導航元素和屬性的語言。XPath用路徑表達式在XML文檔中導航。這種語言本身包含一個標準的內建函數庫。XQuery和XPointer均是基于XPath表達式基礎之上的。

平臺中的業務邏輯部分包括ControlCentre、RequestHandler、MBean、AddHandler、SearchHandler、EditHandler、ShowHandler七個類。

（1）ControlCentre是一個HttpServlet的子類，用于接收用戶請求并轉發到相應的業務邏輯處理類；

（2）RequestHandler是一個接口，它申明了每個業務邏輯處理的通用方法；

（3）MBean類記錄元數據的信息，與存儲元數據的XML形成一個對應關系；

（4）AddHandler類實現了RequestHandler接口，用于完成元數據的添加功能；

（5）SearchHandler實現了RequestHandler接口，用于完成元數據的查詢功能；

（6）EditHandler類實現了RequestHandler接口，用于完成元數據的編輯功能；

（7）ShowHandler類實現了RequestHandler接口，用于完成元數據的顯示功能。

擴展性方面，當元數據的Schema發生改變時，只需改變相應的XML Schema即可。政府職能部門在批量向平臺導入元數據時，采用XML格式顯然非常不方便。本文實現了XML與Excel的互相轉換模塊。一般的職能部門大多喜歡使用Excel整理數據。在用戶導入數據前根據其Schema生成相應的Excel模板供用戶使用。這樣用戶提供給平臺的實際上是一個Excel文件。平臺在檢測數據的合法性之后再將其轉換成相應的XML文檔。

交換服務結構比較復雜，包括消息服務器、業務流程管理器、部署管理器、服務組合器、服務和安全管理器，以及種類繁多的適配器等，并實現了上面提到的三種交換模式。交換服務提供了數據描述、傳輸、安全加/解密、轉換、匯總、分發、轉發、對等交換、同步、上傳/下載、組裝等功能服務，實現數據的高效傳輸，并可防止數據的丟失、重傳，簡化應用系統的開發。交換服務為相關的應用提供統一的數據共享途徑，為每一個參與數據共享的應用提供訪問其所需數據的接口。由于交換體系隔離了數據傳輸與數據訪問和數據處理，提高了開放平臺信息資源的安全性。

在整個交換服務中，與應用緊密相關的功能實現類主要集中在文件交換資源子模塊。此模塊主要是實現文件資源描述信息的獲取，文件到本地發送目錄的拷貝，發送完畢后反饋信息的獲取和顯示。最主要的類有FileInfoGet、FileCopy、FeedBackProcess、PropertySetting、MessageSender、InteractionSetting、FileReceiving、RequestSender、RequestVerification、RequestTransmitting、RequestRuleSetting等。

（1）FileInfoGet負責獲取并存儲用戶在發布文件時所填寫的有效參數信息。

（2）PropertySetting負責獲取用戶配置組件服務參數的接口，通過此接口完成對FioranoESB所提供服務的配置。

（3）FileCopy負責實現將源文件傳送至發送目錄，由FioranoESB提供的文件傳輸組件來完成到達目的位置的傳送。

（4）InteractionSetting完成自動傳輸方式時，對服務所提供的時間規則的設置。

（5）FileReceiving完成文件到達時向接收方顯示提示信息，內容包括整個資源的描述信息，用戶可以通過選擇接收和拒絕來完成文件的保存和丟棄。

（6）MessageSender完成向服務器提交信息的功能，信息包括服務配置信息和業務流程相關信息。

（7）FeedBackProcess負責將傳輸完畢后的信息提取出來，根據信息類型加以區分，然后以一定的格式顯示給用戶。

（8）RequestSender實現請求/響應方式中請求信息的生成和發送。

（9）RequestVerification用于資源擁有方的請求格式與獲取的請求信息對照，判定是否給予傳送。

（10）RequestTransmitting對不符合請求驗證的請求信息發送至服務器存儲。

（11）RequestRuleSetting實現用戶對自動響應請求的服務設置響應規則。

交換服務支持的數據類型包括關系型、結構化、XML、消息、文本數據、Web數據、矢量地圖、影像、視頻、音頻等。傳輸過程中均將其按照相應規則轉換成XML格式的數據， 提高了異構平臺系統間的數據兼容性。對關系數據庫而言，能夠通過簡單設置來完成不同數據庫、不同表、不同字段之間的映射轉換，而且能夠實現在映射過程中對映射結果進行多種運算操作的功能，從而解決了異類數據庫之間的數據轉換、整合的問題。

目錄服務基于LDAP標準實現，為系統管理員及各級用戶提供了標準的目錄服務，便于實現系統的升級改造，降低了系統集成的成本，具有良好的可伸縮性和可擴展性。該目錄服務支持四類10種操作：查詢類操作，包括搜索、比較；更新類操作，包括添加條目、刪除條目、修改條目；認證類操作，包括綁定、解綁定；其他操作，如放棄和擴展操作。用戶管理子模塊完成用戶信息的管理（主要是針對用戶權限的管理），實現用戶安全認證、訪問控制等功能。身份認證支持三種認證機制，即匿名、基本認證和SASL（Simple Authentication and Secure La－yer）認證。

用戶管理實現系統用戶的添加、刪除、修改、查詢等功能。用戶信息包括用戶名（登錄賬號）、密碼、用戶單位和用戶角色。系統根據用戶所屬的單位和用戶的角色來綜合評定用戶使用系統資源的權限。其中，用戶角色分為系統管理員、局管理員、領導、發布者、使用者，以及公務員。系統管理員具有最高權限，能夠對整個系統平臺的用戶和資源進行管理；局管理員只能夠對本局的用戶和資源進行管理，從而實現系統的二級權限管理。該模塊主要涉及的類有AddUser、QueryU、DeleteU、ModifyU、PowerTestImp、GetSysInfo等。

3結束語

2005年5月開始，該平臺在北京市信息資源中心進行了初步應用，實現了北京市電子政務信息交換共享平臺，主要涉及到遙感信息、區縣圖層、企業基礎信息等資源。這些信息分布在不同的服務器上，存儲的數據庫類型也不盡相同。信息交換與共享平臺較好地將這些資源整合起來。2005年11月，平臺成功地在北京市石景山區進行了部署，使用情況反饋良好。

基于信息交換共享平臺還可以開發出一些新的政務應用，如領導決策系統、應急指揮系統等，并作為政府門戶的支撐系統。例如，應急指揮即在出現重大疫情、災情時需要各個部門緊密配合與支持，齊心協力才能處理好突發事件。這樣必然要求各個部門之間信息共享，根據各部門的情況，把握全局，迅捷作出反應。

本文設計并實現了一個面向電子政務的信息交換與共享平臺，探討了平臺的總體結構、元數據定義與管理、數據交換模式等關鍵問題，并給出了平臺的模塊實現。平臺中的一些關鍵技術問題還需要進一步的研究、探討，如數據沖突處理與一致性檢查、海量數據的存儲與檢索、多部門間的數據流轉等。

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注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文”