基于服務的應急信息“一張圖”共享框架研究

張　政,王　林,孫　晨,丁　昊,吳　剛

(1.信息工程大學，河南 鄭州 450001；2.72515部隊，山東 濟南 250001；3.95806部隊，北京 100076；4.61206部隊，北京 100042)

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基于服務的應急信息“一張圖”共享框架研究

張政1,王林2,孫晨1,丁昊3,吳剛4

(1.信息工程大學，河南 鄭州 450001；2.72515部隊，山東 濟南 250001；3.95806部隊，北京 100076；4.61206部隊，北京 100042)

隨著城市建設的不斷發展，自然災害、事故災難以及社會安全等事件頻頻發生，帶來嚴重的后果。如何快速響應重大緊急情況，正確實施指揮和決策，成為保障人民安全的重要任務[1]。面對這一實際問題，在現有的網絡基礎設施基礎上，構建一個基于服務的應急信息共享框架，將信息資源進行整合，形成公共安全應急“一張圖”，將為應急保障、輔助決策提供強有力的技術支撐和信息保障。

本文以服務相關的技術為基礎，研究應急信息服務接入模式、應急信息共享模式以及應急信息客戶端繪制機制，提出基于服務的應急信息“一張圖”共享框架。

1面向服務的技術原理

目前，面向服務架構(Service Oriented Architecture，SOA)的概念各不相同，但SOA的關鍵特性卻具有統一的認識[2-3]：一種粗粒度、松耦合服務架構，服務之間通過簡單、精確定義接口進行通訊，不涉及底層編程接口和通訊模型。SOA的基本結構如圖1所示，主要包括服務提供者、服務使用者和服務注冊中心，各個角色之間松散耦合，相互間的交互通過廣泛使用的標準協議完成。

圖1　面向服務的架構模式

2基于服務的應急信息“一張圖”共享框架分析

任何面向服務的系統架構均由數據、服務和信息表達3層組成，因此在服務技術體制下的數據獲取、共享與互操作機制，服務聚合模式以及信息可視化表達方式成為研究重點。

2.1“一張圖”共享框架技術原理

應急信息最終以地理空間信息為參考框架，疊加到地理空間信息的背景圖上進行顯示。因此，GIS是應急信息的公共基礎框架，通過采用服務化的方式接入地理空間信息，對應急信息采取服務化的方式發布并接入到GIS的統一框架下，用戶就能一目了然地發現專題信息的空間分布以及相互之間的聯系。

如圖2所示，依托柵格化的信息網絡，采用接入、適配和聚合等技術手段調用多源的應急信息服務，實現基于“一張圖”的綜合應用框架技術，通過客戶端繪制引擎支持包括基礎市情、重大危險源、重點防護目標、應急保障資源等多種應急信息在內的疊加顯示，并適應瀏覽器、桌面等計算環境。

圖2　基于服務的應急信息“一張圖”共享框架技術原理

2.2應急信息服務接入模式

SOA本質上是一種軟件架構，主要目的是功能模塊間的松耦合，主要模式為請求/響應類型架構[4]。2003年提出的事件驅動架構(Event Driven Architecture，EDA)，同樣是一種有效的基于事件的系統開發方法[5]。該架構中各角色相互獨立，最大的特色就是基于異步的事件發布/訂閱技術，其中發布者對于訂閱者的信息完全一無所知，反之亦然。與SOA架構相比較，EDA架構中每個節點產生的事件并不依賴接受事件的節點是否可用，從而實現與其他節點的隔離[6]。

基于SOA的框架專注于信息系統提供和使用服務的能力，而EDA架構更注重于事件觸發消息，所以將兩者結合，將會發揮更強的效用，結構設計如圖3所示。

兩者結合后，業務服務之間耦合度更加松散，服務與事件都具有共同的業務目標，業務服務與事件類型一一對應，活動與服務處在相同的粒度級別。業務層不但可以實時主動獲取信息，還可以實時同步數據。分離業務最終實現信息共享。

圖3　SOA與EDA兩種架構結合略圖

2.3應急信息共享模式

2.3.1應急信息數據集成方式

目前主要有兩種數據集成方式，一種是實體化方式，另一種稱為虛擬方式(Virtual Approach)[7]，圖4為兩種集成方式的架構對比。

1)實體化方式：將所有異構數據源中的數據預先加載到某一個共享庫中，用戶的各種操作與查詢都基于共享庫進行。其優勢是可以方便集成，便于決策查詢，但是當規模增大并且數據更新頻繁時，這種方式效率不高。

2)虛擬方式：僅提供一個虛擬的集成視圖(全局模式)，把用戶對全局視圖的查詢分解為對各異構數據源的查詢，每個用戶的查詢模式都需要有一個包裝器與之對應。其優點是不需要存儲大量的數據，并且保證能實時查詢到其他數據源的最新數據。但是對于包裝器的維護費用較高，且查詢的效率相對較低。

圖4　兩種數據集成方式

2.3.2應急信息數據存儲模式

傳統信息存儲模式主要包括3個層次：外模式、概念模式(也稱為邏輯模式)和內模式。分別對應視圖層、邏輯層和物理層。這種抽象的目的在于給用戶提供數據的抽象視圖，對用戶隱藏關于數據存儲和維護的細節。

隨著網絡技術的發展，提出分布式數據庫的概念，且分布式數據庫系統抽象為4層的結構模式，分別為：全局外層、全局概念層、局部概念層和局部內層，在各層間還有相應的層間映射。但它并不適合應急信息的共享與交換，原因有兩點：

1)應用場景不一致：分布式數據庫系統針對的是同一應用領域的數據，數據遵循統一標準，只是由原來的物理集中存儲分布到不同的節點上進行存儲，邏輯上還是保持統一的視圖，而應急信息物理上分布式存儲，但在邏輯上并不是統一視圖。

2)數據模式的差異性：應急信息的種類繁多，不同的數據節點采集到的數據結構差異相差很大，很難進行概念模式的完整匹配。

社會上的應急數據資源分散在各級政府、不同的行業和部門，不同部門可能采取不同的數據庫來存儲數據，對事物的認知有自己的理解，部門間很難達到共識，應急數據資源缺乏統一的標準規范，導致數據的共享和整合都異常困難。

為此，本文提出應急信息的聯邦存儲模式，如圖5所示。應急信息聯邦模式并不是把所有系統的數據模型都統一映射到一個大而全的概念模式上進行共享，而只是規定在突發事件處理過程中需要共享的部分，這種概念模式是不同異構系統間需要交互映射的一個子集，不同系統間把需要交換的信息映射到概念模式，從而實現應急信息的共享。

圖5　應急信息聯邦存儲模式

2.3.3應急信息共享模式

為了實現從數據源到用戶的系統級流程和架構，基于服務的應急信息一張圖共享模式也包括3層結構：應用層、服務層與數據層，所不同的是每一層的內容有所變化。它不僅僅是一個數據集成的過程，而是跨越數據層、服務層和應用層，以集成為核心，包含數據集成、數據處理、服務聚合以及可視化應用的整個技術體系。

如圖6所示，應急信息來源廣泛，彼此間結構差異很大，分類存儲雖不會造成冗余數據存儲，但卻增加數據檢索和共享時數據管理的負擔，提高語義一致性維護的難度。聯邦共享模式在這一方面顯示巨大的優勢。首先根據突發事件分類，將不同領域來源的信息根據領域本體入庫存儲，這樣某種數據的更新不會影響其他來源的數據，存儲效率會大大提高，然后根據全局本體(全局模式或者叫全局數據結構)將各來源庫中的信息進行一體化集成到聯邦共享庫中，進一步實現應急信息綜合視圖，為用戶提供一張圖顯示的數據基礎。

圖6　應急信息共享模式

2.4應急信息客戶端繪制機制

在面向服務的柵格網環境下，客戶端的最主要任務就是對包括基礎地理空間信息在內的各種應急信息進行可視化表達，以地圖層面的“一張圖”為基礎，綜合展示危險源、防護目標、應急保障資源等多種應急信息。客戶端圖形支撐技術的研究內容就是實現一套統一的繪制接口，滿足不同平臺、不同環境下客戶端繪制需求。但是，不同的客戶端類型的圖形繪制能力是不同的，因此在框架的設計上必須能兼容多種客戶端，盡可能的發揮多種客戶端的最大性能。目前主要有兩種繪制機制：

1)以服務器繪制為主的客戶端圖片疊加方式。該方式下，每次用戶交互實際上是對動態圖層進行請求，基礎地理圖層不需要與服務器進行頻繁交互，因此，通過在客戶端緩存基礎地理圖層，實時疊加動態透明圖層實現一張圖的疊加顯示。這樣雖然可以屏蔽客戶端的差異性，但是服務器端的壓力過大，在圖片套合上容易出現問題，且個性化的顯示方式難以實現。

2)客戶端自身繪制的方式。這種方式下，客戶端具有一定的圖形繪制能力，將圖片與本地繪制相結合不但減輕了服務器的壓力，同時也方便用戶更好地實現應急態勢的感知，達到最終的信息共享的目的。但是對于瘦客戶端環境來說，其圖形表現能力仍有待提高。

通過對以上兩種繪制機制的分析，本文研究最適用于應急場景的模式：即采用自身繪制與服務端繪制相結合的方式，對于基礎地理數據這種更新速度慢、更新頻率低的數據類型，以服務器繪制為主，以圖片服務的方式發布在客戶端顯示疊加；對于應急信息數據則通過制定服務接口以數據服務的方式發布，在客戶端適配接入服務并在本地繪制。應急信息客戶端繪制實現機制如圖7所示。

圖7　基于服務的應急信息“一張圖”客戶端繪制機制

3基于服務的應急信息“一張圖”共享框架結構

基于服務的應急信息“一張圖”共享框架結構是以網絡為中心、面向服務的新一代應急處理保障的構想。它以柵格化信息網為支撐，以分布式應急信息服務中心與應急信息服務基礎設施為核心，采用可動態重組的高可靠、高可用、可擴展分布式系統結構和面向服務架構(SOA)，統一存儲、管理、更新、共享應急信息，統一發布和管理按需的、規范化的應急信息服務，提供適應多種計算平臺的綜合應急處理框架，為突發事件應急處理提供應急信息服務。

框架結構主要包含3個組成部分：應急信息服務注冊中心、應急信息服務應用端以及應急信息服務中心，如圖8所示。

1)應急信息服務中心：負責對多種應急信息數據進行集中存儲、管理、更新和維護，以服務方式提供標準化的應急信息服務，是應急信息服務的提供者。

2)應急信息服務應用端：提供面向多終端應用的開發框架，屏蔽多源應急數據以及功能服務調用的復雜性。在需要使用應急信息服務時，首先自動查找到能提供該服務的應急信息服務中心，然后實施調用，獲得結果后進行綜合應用以實現各自的業務需求，是應急信息服務的使用者。

3)應急信息服務注冊中心：為應急信息服務應用終端提供應急服務的統一注冊中心。應急信息服務應用端通過調用應急信息服務注冊中心的服務注冊接口，完成應急信息服務的統一注冊，支持廣域范圍的應急信息服務注冊、發現和訪問。

圖8　基于服務的應急信息“一張圖”共享框架結構

4結束語

應急信息“一張圖”共享框架的建立對于應急信息化建設具有重要的意義，同時該框架自身又是一個復雜的技術系統。在分析應急信息的服務接入模式、應急信息共享模式以及客戶端繪制機制的基礎上，提出的基于服務的應急信息“一張圖”共享框架，對于應急業務的處理以及信息化建設具有借鑒意義。

參考文獻：

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[4]LALIWALA Z,CHAUDHARY S.Event-driven Service-Oriented Architecture[A].Service Systems and Service Management International Conference[C].Gandhinagar:IEEE,2008:08-13.

[5]CHANDY K M.Event-Driven Applications-Costs,Benefits and Design Approaches[R].California:California Institute of Technology,2006.

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[7]楊先娣，彭智勇，劉君強，等.信息集成研究綜述[J].計算機科學，2006，33(7):55-59，80.

[責任編輯：張德福]

摘要：圍繞公共安全應急“一張圖”保障這一實際問題，研究面向服務的技術原理，分析應急服務接入模式、應急信息共享模式以及應急信息客戶端繪制機制，提出基于服務的應急信息“一張圖”共享框架，為應急業務的處理以及信息化建設提供思路。

關鍵詞：應急信息;“一張圖”;面向服務;共享框架;SOA

Research on shared framework ofapicturefor emergency information based on the serviceZHANG Zheng1，WANG Lin2，SUN Chen1，DING Hao3，WU Gang4

(1.Information Engineering University,Zhengzhou 450001,China；2.Troops 72515,Jinan 250001,China；3.Troops 95806,Beijing 100076,China；4.Troops 61206,Beijing 100042,China)

Abstract：As for the actual problem ofapictureguarantee of public security emergency,this paper studies the technological service-oriented principle,then analyzes the emergency service access mode,the emergency information shared mode and the client drawing mechanism,and finally proposesapictureshared framework,which can provide a good reference to the emergency operation and information construction.

Key words：emergency information;apicture;service-oriented;shared framework;SOA

作者簡介：張政(1990-)，男，碩士研究生.

基金項目：國家自然科學基金資助項目(41271450；41471336)

收稿日期：2015-01-19；修回日期：2015-06-20

中圖分類號：P208

文獻標識碼：A

文章編號：1006-7949(2016)02-0047-05