基于數據集成的水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺的設計與開發

王家宏　孫晉海　伊超

摘要：依據數據集成的理論與方法，采用Mediator/Wrapper中介器法，設計開發了基于XML的水上項目異構數據集成系統，實現對水上項目各異構數據源中數據的集成查詢，并在此基礎上進一步開發了用于我國各水上項目國家隊在線交流和協同工作的協同辦公和專家研討廳功能模塊，為各訓練隊實現信息共享和在線溝通提供了便捷的應用系統。水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺有效解決了水上項目國家隊的“信息孤島”問題，對提高我國水上項目訓練和管理的信息化水平提供了有效的支持。

關鍵詞：水上項目；數據集成；數據庫；XML

中圖分類號：G80-058 文獻標識碼：A 文章編號：1006-2076（2015）01-0001-07

Abstract：This study， based on the theory and method of data integration and using the Mediator/Wrapper meditator， has designed and developed a heterogeneous data integration system for water events based on XML， and realization of the integrated query of the data. On this basis， we have developed international online communication and coordination and expert discussion modules to provide a convenient database application system for information sharing and training. The database management platform has solved the problem of "Information Island" efficiently and provided efficient support for improving the information level of the training and management of aquatic events.

Key words： aquatic events； data integration； database； XML

水上運動項目（皮劃艇、賽艇、帆船帆板和激流回旋等）是奧運會的“金牌大戶”。近年來，我國水上項目運動成績取得了重大突破，這些突破與其訓練和管理的科學化是分不開的。在當前信息技術快速發展的形勢下，我國水上運動項目的信息化建設也取得了明顯進展，并對各單項的訓練、科研和管理工作發揮了重要作用。但由于各單項運動項目業務與功能的不同，各運動項目隊已建成的信息管理系統的數據源往往彼此獨立、相互封閉，大量訓練數據難以在系統之間交流、共享和融合，從而形成了“信息孤島”。如何將這些異構的數據源集成起來，聯通“信息孤島”，實現有效的信息查詢，成為當前迫切需要解決的問題。

本研究正是為了有效整合水上項目各訓練隊信息管理系統數據庫，集成現有的大量異構數據資源，解決我國水上運動項目“信息孤島”問題而展開的。研究從信息標準化入手，通過數據集成和協同工作的理論和方法，開發了一套集水上運動項目數據集成、協同工作和多媒體管理為一體的訓練管理平臺，從而有效解決水上項目國家隊數據庫管理和相關人員溝通困難的難題。

1 我國水上項目信息系統現狀分析

1.1 運動項目信息管理系統構建的異構性

目前，國家體育總局水上運動管理中心主管的項目主要有皮劃艇、賽艇、激流回旋和帆船帆板等。近年來，在各國家隊的信息化建設中，各運動項目已經建成了各自的科學化訓練管理信息系統，但這些系統都是由不同單位在不同時間進行建設的，各訓練管理系統的開發語言和數據庫結構表現出很大的差異（如表1）。這種差異致使大量科研、訓練數據難以在系統之間交流、共享和融合，無法進行數據的深入挖掘。

1.2 協同工作的需求日趨強烈

當前，各水上項目國家隊的信息系統多為數據庫管理模式，用戶只能根據數據庫結構錄入、編輯和查詢數據信息，無法滿足用戶間協同辦公的需求。隨著水上運動各項目對協同辦公要求的不斷提高，大多訓練隊不僅需要解決日常辦公、業務管理、信息交流等常規協同的功能，在即時溝通、數據共享等方面也提出了更進一步的需求。

1.3 多媒體資料難于存儲和管理

比賽錄像是水上運動項目訓練重要的資料數據，但錄制的圖像信息量較大，一般信息系統難于存儲，同時錄像資料的檢索也是一個難題，如何將大量的比賽錄像數據存儲起來，同時提供方便、易用的查詢和播放平臺是當前水上運動項目信息化建設需要解決的難題。

2 水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺主要功能模塊設計

水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺以水上運動項目數據庫集成、用戶在線協同工作和多媒體資料管理為目標，以數據庫標準化解決方案為基礎，向用戶提供了數據庫綜合管理、協同辦公、本地專家研討廳、比賽錄像管理和用戶設置5種主要的功能模塊，如圖1所示。各模塊的功能描述如下：

2.1 數據庫綜合管理

數據庫綜合管理是整個平臺的核心內容，它是一個通用的數據庫管理框架，通過簡單的配置，即可實現跨數據庫、跨服務器的可視化數據管理。通過數據庫綜合管理模塊可以實現水上項目各異構數據庫信息的有效集成，并完成數據的瀏覽、打印、導入、導出和聯合查詢等功能。數據庫綜合管理包括數據庫連接配置、數據信息查詢、數據信息編輯、數據打印輸出和數據庫權限管理5個功能模塊。

2.2 協同辦公

協同辦公是提升水上項目內部公文處理的主要應用模塊。它以“平臺化”的結構實施資源整合，將“人與人協作”的業務集中統一處理、統一服務，并提供更便捷的業務開發方式，來提升水上項目內部對業務處理的響應速度。協同辦公模塊提供了接收公文、發送公文、通知公告、已發公文、流程設置和模板設置6個子功能模塊。

2.3 本地專家研討廳

本地專家研討廳是依據計算機支持的協同工作（Computer Supported Cooperative Work，CSCW）技術設計的信息實時交流與共享模塊，它包括電子白板，音、視頻數據交流，文本交流和專家列表4個子功能模塊。

2.4 比賽錄像管理

比賽錄像管理模塊是依據運動員、教練員平時察看錄像信息的需求而設計的，模塊包括添加比賽錄像、觀看比賽錄像和刪除比賽錄像等功能，這為用戶在線分享多媒體資料提供了方便。

2.5 用戶設置

水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺為每一個需要使用本平臺的人員提供了一個平臺帳號和密碼，用戶可以通過自己的帳號和密碼登錄平臺。用戶設置是維護系統登陸正常運行的基礎保障模塊。用戶設置模塊提供對當前系統使用者的姓名、性別、職業、專業、聯系方式等基本信息管理，同時可以設置使用者的使用權限。用戶設置模塊包括添加用戶信息、修改用戶信息和刪除用戶信息3個子功能模塊。

3 水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺的系統結構設計

3.1 系統總體結構設計

水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺的總體體系結構如圖2所示，系統通過統一的數據訪問接口，向本地和遠程的水上項目各訓練信息系統進行訪問。統一數據訪問接口可以屏蔽底層物理位置、數據邏輯結構等細節，使上層應用系統能方便地通過它提供的標準對數據庫進行各種操作，在此基礎上，進一步開發各種

應用功能模塊，實現我國水上運動項目各信息系統的數據集成和協同工作。

3.2 數據集成系統的體系結構

水上項目數據集成系統是我們自行設計開發的異構數據集成系統，系統采用了Mediator/Wrapper（中介器法）體系結構進行設計。系統使用XML Schema建立公共模型，采用標準的XML格式進行信息交換，系統的體系結構如圖3所示。

水上項目國家隊數據庫集成系統的系統結構由數據層、中間層和應用層三層結構組成，各層結構的主要功能如下：

3.2.1 應用層

水上項目國家隊數據庫集成系統的應用層為終端用戶提供統一的全局查詢界面，教練員、管理者等可以通過應用層的瀏覽器進行查詢操作。各數據源返回的數據經過系統中間層集成處理后以XML的形式返回，應用XSLT（eXtensible Style sheet Language Transformations，可擴展樣式表語言轉換）顯示在用戶查詢結果瀏覽器頁面中。

3.2.2 中間層

中間層是水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺實現異構數據集成的主要業務邏輯。中間層包括公共模型模塊、注冊器、查詢處理器和結果集成器等多個部分。中間層的首要任務是構建公共模型，公共模型的建立是整個異構集成系統的運行基礎，為查詢分解和結果合成提供參考。然后，中間層接收到應用層的查詢請求后，生成XQuery全局查詢，查詢處理器根據公共模型中的映射關系將全局查詢分解為對應各數據源的子查詢，并將各子查詢文檔包裝為SOAP消息，通過調用相應的Web服務，傳送到對應的數據源包裝器。最后，在包裝器中由查詢轉換器將XQuery子查詢轉換為局部數據源可識別的查詢語句，并執行具體查詢任務。結果集成器接收由各數據源返回的XML形式的結果片段，合并后返回給應用服務器，并按應用層用戶所需的樣式在瀏覽器中顯示。

3.2.3 數據層

數據層包括包裝器（Wrapper）和異構數據源兩部分，包裝器用于將不同的數據源轉換為一個公共的數據模型，數據源是水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺各異構數據源的集合。數據源可以是關系數據庫、面向對象數據庫、半結構化的XML文檔以及HTML文檔等。

4 系統關鍵技術與核心功能的設計與開發

4.1 平臺主界面開發

水上運動項目訓練管理信息系統采用框架式結構設計開發。用戶主界面按左右分欄，左側為導航欄，提供數據庫管理、協同辦公、專家研討廳、比賽錄像、用戶管理主要功能的切換進入，右側為操作區，相應功能操作、信息顯示、人機交互等主要在操作區完成，如圖4所示。

4.2 數據綜合查詢功能設計

數據綜合查詢是水上項目國家隊數據庫管理模塊最主要的功能。為了滿足用戶的多種使用需求，數據庫綜合查詢方法包括分綜合數據查詢和自定義查詢兩種，前者是計算機根據用戶選擇的數據表名稱，自動遍歷數據表結構和字段類型，顯示表單中的全部內容；后者則是根據用戶自定義的查詢字段，在數據表中查詢出符合查詢條件的數據內容。

4.2.1 數據庫綜合查詢的工作過程

水上項目國家隊數據庫綜合查詢的工作過程是，首先接受用戶輸入全局數據查詢信息，根據公共模型將全局查詢分解為針對各異構數據源的子查詢，將各子查詢傳遞給各數據源執行，各數據執行的子查詢結構根據公共模型進行結果合成，組成以XML結構表達的結果文件返回給用戶。系統的工作過程如圖5所示。

首先，用戶利用集成查詢用戶界面提出查詢要求，系統將用戶查詢轉化成對全局模式的查詢文檔（全局XQuery查詢文檔）。查詢處理器根據公共模型中局部模式與全局模式的映射關系，將全局XQuery分解為針對各個數據源的XQuery子查詢。然后將XQuery子查詢文檔包裝為SOAP消息傳遞到各數據源包裝器（Wrapper）。各子查詢在通過查詢轉換器轉化為各數據源的內部查詢，并執行查詢。各數據源的查詢結果通過結果轉換器轉換成XML文檔。結果集成器對各數據源返回的查詢結果XML文檔做集成處理，依據局部模式與全局模式的映射關系，合并不完整的數據和過濾不符合查詢條件的數據，組合成統一的最終查詢結果向用戶提交。結果文檔到達客戶端后，可使用XSL樣式單對結果進行排版和顯示。

4.2.2 綜合數據集成查詢

綜合數據查詢是系統根據用戶選擇的數據庫和數據表名稱自動遍歷該數據表的結構和內容，并將該數據表的全部內容通過統一顯示界面完整地顯示給用戶（如圖6），通過該方法可以方便地將SQL Server、Oracle等不同類型的數據庫內容顯示出來，避免了用戶不斷登陸不同信息系統平臺而浪費時間。

4.2.3 自定義數據集成查詢

自定義數據查詢是為滿足用戶在不同信息系統數據庫間綜合查詢數據而開發的查詢模塊。模塊依靠FLASH技術提供了一個可自定義的查詢界面設計器（如圖7），通過表單設計器用戶可以添加輸入框、選擇

框和時間控件等，整個操作是可視化的，設計界面的控件可以自由拖動，并且設置屬性。添加控件后，用戶可以在該界面的SQL語句輸入區，輸入自定義的查詢語句，如以下語句則顯示圖8所示內容：select team_id 所屬訓練隊，chief_coach_id 總教練，trainer_id 教練員，jihrq 計劃日期，zaocheng 早晨，shangwu 上午，xiawu 下午，wanshang 晚上，zhixing 執行，beizhu 備注 from yundd_xunljh where team_id like ～input1%～ and trainer_id like ～input2%'～and jihrq like ～date3%～。

4.3 專家研討廳的設計與開發

水上項目國家隊訓練工作是一個復雜的系統工程，需要教練員、運動員和科研人員的共同參與，眾多參與者集思廣益、共同討論是水上項目訓練工作必不可少的一部分。為了滿足水上項目專家實時進行異地討論和工作指導，我們設計了一個具有音頻、視頻和多媒體溝通功能的水上項目專家研討廳模塊。該模塊提供了共享白板、語音視頻通訊、文本通訊和專家列表4個主要的功能服務，通過該模塊教練員、運動員和項目專家可以進行各種工作交流，將各種訓練信息進行分類、篩選、加工并通過網絡實現信息共享，極大提高了水上項目訓練工作的效率。

4.3.1 水上項目專家研討廳系統設計

水上項目專家研討廳采用了大量的界面技術及服務器技術進行設計和開發，使用DOM（Document Object Model）和Action Script（AS）編寫界面操作，采用flash視頻技術提供視頻及音頻功能，采用Flash Media Server （FMS）作為服務器端。RTMP（the Real-time Messaging Protocol）協議作為客戶端和服務器端的傳輸協議，這是一個專門為高效傳輸視頻、音頻和數據而設計的 TCP/IP 協議。該協議建立在TCP協議或者輪詢HTTP協議之上。其系統工作模式圖如圖9所示。

4.3.2 水上項目專家研討廳主要功能分析

4.3.2.1 共享白板

共享白板是水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺應用中的一個重要工具，它指的是一個虛擬工作區域，在這個區域中各終端人員可以共享.doc、.ppt、.jpg、.htm等格式的文檔，也可自己手工繪制圖形。

白板數據是共享數據，當一個用戶在白板上繪制或修改了數據后，其更新結果將即刻反映到其他用戶的白板上，即所謂的“你見即我見”（WYSIWIS，What You See Is What I See）功能。通過本模塊教練員可以共同瀏覽訓練計劃，分析訓練現場圖片，制定出有效的訓練計劃和戰術等。

4.3.2.2 語音視頻通訊

臨場感是在專家研討過程中最為關注的一個感受，因此如何在研討廳提供語音視頻通信也是一個重要內容。水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺的音、視頻交流依據目前較為成熟的理論技術，經過音視頻采集、音視頻壓縮、傳輸、解析、播放這樣幾個過程，專家通過攝像頭和麥克風采集的圖像和聲音，在研討廳中可以進行音、視頻的交流，每一個專家可以設定自己在研討會議中的聲音、圖像使用情況，即是否進行發言，是否允許其他人觀看自己的圖像。

4.4 比賽錄像管理系統的設計與開發

比賽錄像是水上運動項目進行比賽總結、戰術分析、訓練指導、科學研究的第一手資料，這部分資料也是彌足珍貴的。比賽錄像管理模塊是水上運動項目多媒體資料管理的重要功能模塊，該模塊實現了視頻資料上傳、壓縮、截圖和播放多個重要功能

4.4.1 視頻資料壓縮和截圖

比賽錄像是水上運動項目訓練重要的資料數據，但錄制的圖像信息量較大，同時檢索也是一個難題。水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺通過視頻壓縮和截圖的方式，將視頻資料壓縮為FLV（FLASH VIEDO）格式，由于這種格式形成的文件非常小，加載速度極快，方便了大量視頻資料的上傳，該模塊采用ffmpge組件實現，使圖像信息在水上項目訓練、比賽策略分析方面取得重大進步。視頻信息采用圖片配合文字的方式進行排列，通過文字名稱可以基本確定尋找的內容，圖片顯示了主要的視頻內容，生成時間和發布人用于錄像信息的甄別和管理。

4.4.2 視頻播放器

為了良好地播放視頻，系統采用flash進行了視頻播放器的開發，視頻播放器可以內嵌在皮劃艇項目數據庫網絡管理平臺的客戶端頁面中，也可以通過用戶控制呈現為完整的控制頁面，進行錄像播放。視頻播放器從數據庫加載播放地址，并進行播放。通過以上技術，實現了比賽錄像管理的各個功能，即使在較差的網絡環境下比賽錄像仍可以流暢播放。

5 小結

5.1 水上運動管理中心的項目（業務部）多，其訓練基地相對分散且相距較遠，需要將每個項目訓練隊的訓練信息進行數據集成，進行網絡化管理，便于管理者和教練員了解和利用相關信息與數據。

5.2 不同的運動項目隊（部）業務與功能不同，已建成的信息管理系統的數據源往往彼此獨立，訓練數據難以在系統之間交流、共享和融合。本研究成果從信息標準化入手，采用數據集成和協同工作的理論和方法，開發了一套集水上運動項目數據集成、協同工作和多媒體管理為一體的訓練信息管理平臺，有效地整合了水上項目各訓練隊信息管理系統數據庫，集成現有的大量異構數據資源，解決了我國水上項目國家隊數據庫管理和人員溝通問題，實現了有效信息的集成查詢與分析。

5.3 本研究開發的用于我國各水上項目國家隊在線交流和協同工作的協同辦公和專家研討廳功能模塊，能夠實現水上項目各訓練隊間的信息共享和在線溝通，在一定程度上提高了水上項目訓練和管理的信息化水平。

5.4 水上項目國家隊數據庫網絡管理平臺是信息技術的產物，它具有信息技術廣泛的滲透性和關聯帶動作用，是水上項目訓練隊進行技術創新的重要工具。水上項目各訓練隊在技術創新的活動中，可以運用此平臺進行項目科學技術信息的收集、整合和利用，進而提高項目技術創新的效率和效果，增強項目的競爭力。

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