OLAP聯(lián)機處理技術(shù)在空管自動化系統(tǒng)中的應(yīng)用

劉輝

摘 要：作為一款實時、快捷的信息存取及交互軟件， OLAP對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫的傳輸至關(guān)重要。基于此，結(jié)合OLAP的相關(guān)概念，分析了OLAP的主要特征，探究了OLAP與關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的關(guān)聯(lián)性，總結(jié)了基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的OLAP的應(yīng)用優(yōu)勢。

關(guān)鍵詞：OLAP；聯(lián)機分析處理

近年來，隨著計算機和信息處理技術(shù)在民航領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，越來越復(fù)雜的軟件系統(tǒng)已大量存在于這些領(lǐng)域的科技工作和實際應(yīng)用中。隨著目前民航航班量的與日俱增，這也使得空中交通管制人員與設(shè)備維護(hù)人員的工作量在不斷增加。伴隨著近些年自動化系統(tǒng)也陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)各種大大小小的故障，有些屬于硬件故障，有些屬于軟件故障，這些故障每次都需要花費技術(shù)維護(hù)人員大量時間去找出故障點。因此，為提高技術(shù)維護(hù)人員工作效率，降低維護(hù)成本，開發(fā)一套故障決策分析系統(tǒng)的意義非常重大，同時這也是民航空管邁向大數(shù)據(jù)時代的一大步。

一、故障決策分析系統(tǒng)的背景及意義

故障決策分析系統(tǒng)是指通過調(diào)用各種空管自動化系統(tǒng)的信息資源，結(jié)合相關(guān)技術(shù)工具實現(xiàn)對特定故障問題進(jìn)行分析，建立模型，模擬決策過程和方案的計算機應(yīng)用系統(tǒng)。目前，大部分故障決策分析系統(tǒng)是利用軟件工程中得到的知識，建立方法庫或模型庫實現(xiàn)故障決策支持，而在空管自動化系統(tǒng)運行過程中產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)既包含了空管自動化系統(tǒng)的運行狀態(tài)，也可能會產(chǎn)生大大小小的故障問題。如果將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行充分利用，可以提高維護(hù)人員故障分析決策的有效性，使技術(shù)維護(hù)人員工作效率更高，降低維護(hù)成本。故障分析決策支持系統(tǒng)可以通過相關(guān)技術(shù)對空管自動化系統(tǒng)中的海量歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、處理、分析、挖掘、比對、預(yù)測與展示，歸納出目前空管該套正在運行設(shè)備的運行趨勢，使技術(shù)人員可以準(zhǔn)確把握空管自動化系統(tǒng)的整體運行狀況，有效的找出準(zhǔn)確無誤的故障點。

OLAP聯(lián)機分析處理正是為了滿足這種需求而設(shè)計的，這種軟件技術(shù)是基于共享多維信息的，可以根據(jù)技術(shù)分析人員的要求針對特定問題對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、靈活的聯(lián)機數(shù)據(jù)訪問和分析，然后通過前端展現(xiàn)技術(shù)將查詢結(jié)果以一種對故障分析決策人員來說相對比較直觀、容易理解的形式反饋回來。

二、故障決策分析系統(tǒng)的開發(fā)調(diào)研

為了實現(xiàn)這樣一個完整的故障分析決策系統(tǒng)，為空管技術(shù)人員提供統(tǒng)一的、快速的、準(zhǔn)確的故障設(shè)備數(shù)據(jù)分析平臺，需要用到的技術(shù)不僅包括OLAP聯(lián)機分析處理技術(shù)，還包括數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)、前端展現(xiàn)技術(shù)等。

首先，從故障分析決策系統(tǒng)的概念、發(fā)展歷程及現(xiàn)狀入手，闡述了數(shù)據(jù)驅(qū)動型故障分析決策系統(tǒng)在空管自動化系統(tǒng)中的作用，并介紹了ETL、數(shù)據(jù)倉庫、OLAP聯(lián)機分析處理等相關(guān)的技術(shù)與理論。

其次，根據(jù)空管自動化系統(tǒng)常見問題故障進(jìn)行了需求分析，并依此對故障分析決策系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。

最后，對系統(tǒng)的具體實現(xiàn)過程進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，包括數(shù)據(jù)ETL過程、數(shù)據(jù)倉庫的構(gòu)建、OLAP數(shù)據(jù)分析層及系統(tǒng)中報表的具體實現(xiàn)過程。并進(jìn)一步針對在實現(xiàn)OLAP聯(lián)機分析處理過程中如何提高其性能進(jìn)行了詳細(xì)研究。故障分析決策系統(tǒng)作為一種先進(jìn)的現(xiàn)代信息技術(shù)，能夠很好的為空管技術(shù)人員提供數(shù)據(jù)支持，提高決策的有效性。

三、故障決策分析系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)及理論

（一）數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)

數(shù)據(jù)倉庫的應(yīng)用較為廣泛，在行業(yè)中扮演重要角色、占據(jù)較重要地位的有零售、保險、電信等，這些企業(yè)借助數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的力量可以從日常積累的大規(guī)模歷史數(shù)據(jù)中探尋這些數(shù)據(jù)之間的關(guān)系，并從這些關(guān)系中挖掘出一定的信息，掌握企業(yè)的整體運行情況，進(jìn)而做出正確的決策。

1、數(shù)據(jù)倉庫的特點

數(shù)據(jù)倉庫與傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫是有所不同的，傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫是未經(jīng)整理的一大堆數(shù)據(jù)集，是分散的、片段的、不完整的，無法直接對其進(jìn)行分析處理， 而數(shù)據(jù)倉庫是對傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行萃取之后形成的一個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)子集合，這個數(shù)據(jù)集合的特點包括面向主題、整合性、長期性以及穩(wěn)定性。

2、雪花模型與星型模型

事實表和維度表是數(shù)據(jù)倉庫中最主要的兩種表，在數(shù)據(jù)倉庫中扮演著不同的角色，前者用來存儲數(shù)據(jù)，通過外鍵與維度表相連，后者用來存儲各個維度的信息，包括維度的層次、類別等，一個維度至少使用一張維度表進(jìn)行存儲，二者通過事實表中的外鍵及維度表中的關(guān)鍵字相聯(lián)系，如果每一個維度都與事實表相聯(lián)，則是“星型模型”，但當(dāng)維度層次結(jié)構(gòu)復(fù)雜時，維度數(shù)據(jù)冗余的現(xiàn)象就會出現(xiàn)，為了避免這種情況，進(jìn)而在“星型模型”的基礎(chǔ)上衍生出了“雪花模型”。

從表1對星型模型和雪花模型的對比來看，星型模型存在的冗余數(shù)據(jù)可以使得在做統(tǒng)計查詢時很多情況下不用做外部連接，在這種情況下星型模型的效率比雪花模型要高一些，但雪花模型冗余數(shù)據(jù)比星型模型要少，因此雖然兩種結(jié)構(gòu)有一定差別，但沒有好壞之分，最主要的還是看項目的需求，看業(yè)務(wù)邏輯。例如，故障數(shù)據(jù)集市部分采用則星型模型以方便數(shù)據(jù)提取及對其進(jìn)行分析，而中間層使用雪花模型以降低數(shù)據(jù)冗余度。

（二）OLAP技術(shù)

OLAP技術(shù)全稱是Online Analytics Process，即聯(lián)機分析處理，是一種快速軟件技術(shù)，是專門為針對復(fù)雜的決策分析進(jìn)行支持而設(shè)計的，這種軟件技術(shù)可以根據(jù)技術(shù)分析人員的復(fù)雜的查詢分析處理需求，對數(shù)據(jù)倉庫中存儲的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行快速、準(zhǔn)確、靈活的處理，處理完成之后，再通過一種相對比較直觀的、決策人員可以比較容易理解的形式將查詢結(jié)果反饋給決策人員，這樣，技術(shù)決策者就可以根據(jù)歷史故障反饋的信息迅速、準(zhǔn)確地掌握目前系統(tǒng)的故障情況。在數(shù)據(jù)倉庫建立之后，為了使用戶可以從多個層次、多個角度、多個側(cè)面去對數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察，其中存儲的數(shù)據(jù)還需要對進(jìn)一步進(jìn)行分析處理，即多維數(shù)據(jù)分析，之后用戶便可以通過對多維數(shù)據(jù)集中的數(shù)據(jù)進(jìn)行鉆取、旋轉(zhuǎn)、切片和切塊等操作來觀察數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)了。簡單來說，OLAP即對數(shù)據(jù)倉庫中存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，主要是通過數(shù)據(jù)聚集技術(shù)以及多維數(shù)據(jù)集技術(shù)，然后使用可視化工具將結(jié)果反饋給技術(shù)分析人員，供技術(shù)人員快速找出自動化系統(tǒng)故障點。

四、故障決策分析系統(tǒng)的設(shè)計

故障決策分析系統(tǒng)是要將分散、獨立的數(shù)據(jù)源中的系統(tǒng)故障信息進(jìn)行分析處理，然后通過前臺展現(xiàn)方式為技術(shù)維護(hù)人員的決策提供支持。

首先，要從原有的自動化系統(tǒng)中將相關(guān)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳到數(shù)據(jù)倉庫中，因為原有自動化系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可能以不同的形式存在不同的地方，如數(shù)據(jù)庫、文件、文檔等，所以需要對原有業(yè)務(wù)系統(tǒng)的相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行抽取、清洗、加工，然后裝載，這樣才能形成為基礎(chǔ)的分析數(shù)據(jù)而存儲的數(shù)據(jù)倉庫。

然后，利用OLAP技術(shù)對數(shù)據(jù)倉庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，形成系統(tǒng)需要的各種數(shù)據(jù)，存儲到OLAP數(shù)據(jù)庫中，為數(shù)據(jù)查詢做好準(zhǔn)備。

最后，存儲在OLAP數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)只能供高級技術(shù)人員進(jìn)行查詢，為了使高級技術(shù)人員同樣可以方便快捷的得到需要的數(shù)據(jù)，需要建立一個前臺界面，以報表的形式向高級技術(shù)人員展現(xiàn)數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示

五、故障決策分析系統(tǒng)的技術(shù)方案

故障決策分析系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)采用B/S架構(gòu)，嚴(yán)格遵循TCP/IP協(xié)議，將主機與自動化系統(tǒng)進(jìn)行連接，并從自動化系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)源。本套系統(tǒng)采用php技術(shù)面向服務(wù)器端腳本語言開發(fā)，其優(yōu)點可以跨平臺移植，方便不同平臺的技術(shù)人員使用。同時php技術(shù)也是當(dāng)今手機app應(yīng)用軟件后臺采用的流行開發(fā)技術(shù)，希望未來華北空管可以實現(xiàn)手機實時監(jiān)控系統(tǒng)的狀態(tài)。本套系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫采用MySQL，其與服務(wù)器端的交互非常迅速，并且穩(wěn)定可靠。

（一）建立數(shù)據(jù)抽取映射和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化

為了實現(xiàn)ETL模塊的開發(fā)，成功的將基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源中的數(shù)據(jù)加載到目標(biāo)數(shù)據(jù)倉庫中，首先需要建立二者之間的映射關(guān)系，并且以一種直觀的方式將這種映射關(guān)系表現(xiàn)出來。例如，在空管自動化系統(tǒng)中建立故障信息的編號，在ETL過程中通過建立從數(shù)據(jù)源到目標(biāo)數(shù)據(jù)庫的映射表的方式來表示二者之間的映射關(guān)系，進(jìn)一步完成數(shù)據(jù)之間的映射，最后完成數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的轉(zhuǎn)換過程。

可以看出，在分散的、獨立的系統(tǒng)中，同類信息的存儲方式、存儲內(nèi)容是不盡相同的，所以，在進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取前需要將不同系統(tǒng)中存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化和規(guī)范化，以此來解決存在在異構(gòu)的OLTP系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)的一些問題，如相互矛盾的問題、不一致性問題等。

（二）ETL程序的實現(xiàn)

數(shù)據(jù)ETL過程，主要是將數(shù)據(jù)從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)源中提取、轉(zhuǎn)化、加載到目標(biāo)數(shù)據(jù)倉庫中去，各種ETL開發(fā)工具、SQL語句、ETL開發(fā)工具與SQL語句結(jié)合是其主要的三種開發(fā)方式。在故障決策分析系統(tǒng)中的ETL開發(fā)是通過php技術(shù)組建進(jìn)行ETL開發(fā)工作的，通過php技術(shù)來開發(fā)ETL程序一般需要建立控制流和數(shù)據(jù)流。

（三）多維數(shù)據(jù)集的建立

在多維數(shù)據(jù)倉庫中，數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)立方體（Data Cube）的形式進(jìn)行存儲，而在用戶對數(shù)據(jù)立方體中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析之前，必須要對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)計算，生成立方體的數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)，亦即所謂的CUBE計算，計算順利完成之后用戶才可以從這個數(shù)據(jù)立方體中查找自己需要的數(shù)據(jù)。

（四）故障決策分析系統(tǒng)的前端

故障分析決策系統(tǒng)的前端，旨在讓用戶可以清晰地了解系統(tǒng)各指標(biāo)的展現(xiàn)方式，以及方便地對各指標(biāo)進(jìn)行橫向和縱向的深入分析。本系統(tǒng)以報表的方式，通過折線圖、柱形圖、餅圖等形式提供故障分析與趨勢分析來保障空管自動化系統(tǒng)的安全，并且提供給技術(shù)人員操作維護(hù)方法建議，完全實現(xiàn)計算機的智能化。

六、結(jié)論

本文詳細(xì)探索了本文展開研究的背景和研究內(nèi)容，故障分析決策支持系統(tǒng)的發(fā)展和暢想，及數(shù)據(jù)驅(qū)動型故障分析決策系統(tǒng)在空管自動化系統(tǒng)中的作用。并對系統(tǒng)開發(fā)過程中用到的技術(shù)，如數(shù)據(jù)倉庫、OLAP數(shù)據(jù)分析處理等進(jìn)行了介紹。

在系統(tǒng)設(shè)計部分中，首先對實際需求進(jìn)行了分析，并依此對故障分析決策系統(tǒng)的架構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計，介紹了系統(tǒng)設(shè)計中的ETL過程、數(shù)據(jù)倉庫的建模。

在技術(shù)開發(fā)方案部分中，詳細(xì)介紹了數(shù)據(jù)ETL過程、多維數(shù)據(jù)集的建立過程、系統(tǒng)報表開發(fā)過程，希望未來可以就如何優(yōu)化多維數(shù)據(jù)集，提高多維數(shù)據(jù)集的查詢效率進(jìn)行深入研究。

進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代，希望民航空管可以采用創(chuàng)新技術(shù)實現(xiàn)高效率的工作，為民航空管安全提供有力的維護(hù)保障條件。

參考文獻(xiàn)：

[1]王珊.數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)與聯(lián)機分析處理[J].科技出版社，1998.

[2]王彥龍.企業(yè)級數(shù)據(jù)倉庫（EDW）原理，設(shè)計與實踐[M].電子工業(yè)出版社，2006.

[3]何玉潔，張俊超.數(shù)據(jù)倉庫與OLAP實踐教程[M].清華大學(xué)出版社，2008.