基于Web的氣象項目管理系統的設計與實現

邱忠洋，雷正翠，劉文偉

(常州市氣象局，江蘇 常州 213022)

0 引 言

隨著計算機技術和互聯網數字化建設的不斷推進發展，各個行業信息化建設水平逐步提高。高校及相關科研事業單位作為國家的主要科研投入單位，其科研活動和科研能力的發展水平是一個國家科技實力的標志。如何高效地使用互聯網技術發展的成果，將先進的技術應用于對科研信息科學網絡化的管理，已然成為各行業研究的重點課題之一，同時相關的建設需求也已成為科研信息系統的未來發展趨勢[1-2]。

對科創型項目的投入力度國家在逐年增大。作為科技創新項目的重要載體，科研項目呈現了“渠道多、數量多、專業多”的現實特征，而對于科研項目所需要涉及的各種資源的管理，包括人員、資金、成果、設備等復雜多變，管理繁瑣。而且承擔科研項目的科研事業單位在同一時間內同時有許多科研項目需要完成，這些現實的特征讓人為的管理變得十分困難。此外，伴隨周邊環境的改變，科研單位內部因分工不同，又不斷形成新的符合項目特征的各種各樣的任務，比如單位五年發展規劃、階段性技術創新計劃、業務流程梳理、管理平臺的建立等。

就氣象部門而言，從事天氣方面的科研活動，是提高天氣預測預報水平的奠基石。然而，就目前氣象行業網絡化信息管理能力卻不夠完善。很多科研項目在管理上存在著各種各樣的問題，如項目的申報渠道不一，項目審核效率低，紙質材料維護和查詢困難等。科研項目的重塑能力、資源配置、管理模式、管理效率以及項目成果轉化推廣存在很大的缺陷。而氣象部門中的預測、預報、災害性天氣的具體研究分門別類，在這樣的大環境下，亟待建立統一的氣象科研數據信息庫，將科研信息的管理事務納入信息化和網絡化管理，利用現代信息技術，建立現代化的科研管理信息系統，以提高管理效率。

1 關鍵要點

1.1 系統前端Vue.js及Element-ui技術

1.1.1 Vue.js技術

為方便對系統快速開發上線，對比了目前比較流行的React、Angular、Ploymer框架，最終選擇了輕量高效的前端組件化解決方案Vue.js技術。Vue.js是一套構建用戶界面的漸進式框架，通過簡潔的API提供高效的數據綁定和靈活的組件系統。與其他重量級框架不同之處在于Vue采用自底向上增量開發的設計，其核心思想在于建設“數據驅動的組件系統”[3]。Vue的核心庫關注視圖層，且易于上手，系統兼容性強，容易與其他庫或已有項目整合。同時Vue完全有能力驅動采用單文件組件和Vue生態系統支持的庫開發的復雜單頁應用。

作為當下最流行的一種Web前端開發技術，這種技術基于MVVM架構模式，這種模式也是源自于MVC模式的衍生。前端技術發展迅速，不管從業務邏輯還是界面風格設計上都變得十分復雜。DOM由原生Java Script或jQuery去操控使用變得很難實現。同時，在框架學習成本較高，但是若碰到Web整體應用的功能需求量大、復雜度高，使用類似Vue.js優秀的MVVM框架反而總體上會顯得更加方便快捷、成本得到節約。Vue的核心響應式原理，Vue實例的data選項接收一個普通JavaScript對象傳遞的消息，每個Vue實例都會有wather實例對象。當data屬性發生變化，wather將重新啟動計算，從而使前端控件關聯的組件得到最新的消息，讓Vue異步執行實時DOM更新。Vue開啟隊列等待數據的變化，并由緩存支配靈活高效。但如果一個wacher被多次觸發，將只有一組數據會被推入隊列，重復數據將被緩沖去除，計算和DOM操作將不會重復操作。同時Vue實現雙向綁定，能夠實時高效地反映數據端口的變化，對數據進行互動追蹤及映射，這樣既可以避免前端頁面開發中DOM選擇器的繁雜操作，又能夠簡化Web前端開發流程，降低了開發難度，提高了開發效率，縮短了周期和成本。響應式原理如圖1所示。

圖1 響應式原理

1.1.2 Element-ui技術

Element-ui是一個ui庫，它不依賴于Vue。但是卻是當前和Vue配合做項目開發的一個比較好的ui框架。Element-ui借用了bootstrap框架的思想，使用了柵格布局。Element-ui是餓了么前端團隊推出的一款基于Vue.js 2.0的桌面端UI框架，手機端有對應框架Mint UI[4]。以其一致性、反饋性、效率性以及可控性得到了廣泛應用。

1.2 系統數據庫建設

1.2.1 MySQL數據庫選擇

MySQL是一個高速度、高性能、多線程、開放源代碼，建立在客戶/服務器結構上的關系型數據庫管理系統。就開發人員而言一開始就倍加關注其性能。同時MySQL數據庫可以高度融合標準結構化查詢語言SQL數據庫語言。性能方面，MySQL性能卓越，服務穩定，很少出現宕機。源代碼開放，自主性，使用成本低。歷史悠久，社區用戶非常活躍，遇到問題可以尋求幫助。軟件體積小，安裝使用簡單，并且易于維護。品牌口碑效應，使得企業無需考慮就直接使用，LAMP LEMP流行架構。支持多種操作系統，提供多個API接口，支持多個開發語言，特別對流行的PHP語言有很好的支持[5-6]。

科研管理系統選擇MySQL數據庫。以其安裝便捷、使用方便、安全性能高、穩定性強以及可移植性好等性能被廣泛使用。結合局內當前實際，與科研管理相關聯的系統大部分使用了MySQL數據庫，為了能夠讓本系統與其他系統對接兼容，本系統采用了MySQL數據庫。

1.2.2 表結構構建

系統關聯是減少數據冗余、提高數據操作效率的重要方式，本系統中數據表之間有許多關聯表。本系統構建的數據庫表包括權限管理表、項目管理表、人員信息表、機構管理表、科研成果管理表、日志管理表、經費管理表、文檔資料管理表等。視圖關系如圖2所示。

圖2 數據庫表結構

1.3 Mybaitis框架提供API服務

系統對數據的調用和訪問都有一定的要求，一是數據的精準度，二是調用數據的效率，三是能夠滿足多并發的數據獲取的條件。這樣的后臺數據處理要求急需一個具備簡易存儲過程、高級映射、通用SQL及高并發的持久性框架來滿足。經過研究，系統最終選擇了MyBatis框架，除了能夠滿足上述的功能以外，通過XML和注解配置數據庫原生信息，將接口和Java對象映射成數據庫中的記錄，滿足基本數據調用需求。該模式可以讓開發者把更多的精力放在業務SQL的編輯上，節省了一定的開發成本。MyBatis功能框架主要分為三層[7]：

(1)API接口層：負責為外部應用提供API接口服務，通過這些API即可對數據庫進行操作。向接口層發送帶參數的request請求，數據處理層將接收參數并完成數據處理。

(2)數據處理層：負責將接收到的SQL及參數進行解析、執行、映射處理及反饋結果。返回的結果可以自行設定是JSON/XML等。主要目的是根據調用的請求完成一次數據庫操作。

(3)基礎支撐層：負責基礎的功能支撐，包括數據庫鏈接配置、映射管理、事務管理、配置加載和緩存處理。為上層的數據處理層提供最基礎的支撐。

考慮到系統未來使用的可擴展性、高效性、兼容性、通用性，選擇MyBatis作為系統開發的ORM框架。框架結構如圖3所示。

圖3 MyBatis架構

1.4 B/S模式

根據對系統整體架構的分析，數據的處理和展示采用了B/S開發模式。

氣象科技信息系統展示采用了B/S模式(Browser/Server)，該模式用戶頁面通過瀏覽器實現，基于應用層http協議提供的Web服務。平臺對數據的訪問可以通過Post/Get方式向服務器發送請求，服務器則是通過API接口的方式響應請求，提供服務，反饋數據。這種模式可拓展性極強，通過增加網頁即可添加服務器功能。同樣是Browser、Web Server、db Server三層架構，業務邏輯同樣被放置在了服務器端，但這種http協議下的request請求能夠實現數據的全方位共享，不僅適用于輔助決策平臺，還可以為其他業務平臺提供接口共享支撐[8]。模式結構如圖4所示。

圖4 B/S框架

1.5 開發語言及相關環境

J2EE(Java 2 Platform，EntERPrise Edition)是一種利用Java 2平臺來簡化企業解決方案的開發、部署和管理相關的復雜問題的體系結構，是一個基于組件的體系結構，定義了一套標準來簡化多層分布式企業應用程序的開發，它定義了一套標準化的組件，并為這些組件提供了完整的服務。

J2EE體系架構將表示邏輯、業務邏輯與數據邏輯相分離，使系統的并行操作、網絡計算能力大幅提高，系統的整體性能得以優化，并采用先進的軟件分層設計思想，支持基于框架的開發，降低開發難度和成本，同時降低組件的耦合度，極大地增強軟件的可維護性、可擴展性，滿足大型管理信息系統的要求。

開發語言方面，中心服務端采用基于J2EE規范的java技術，支持JDK1.6以上版本，采用流行的Spring+Struts+MyBatis架構及分層體系結構，前端采用HtmlJavaScriptXMLCSSJSON等頁面技術和規范，構建安全、穩定、高效、簡單實用的中心服務端應用。客戶端支持兩個版本，分別為Android和iOS，iOS基于Xcode 8及iOS 10的環境開發，Android基于JDK1.6及Android4.0的環境開發[9]。

網絡通信及數據傳輸方面采用3G、4G或其他無線技術，數據傳輸采用加密方式，保障信息的安全通信。

與其他系統的對接采用安全規范的接口技術，數據格式采用JSON和XML，基于安全規范的制定統一控制接口，重要數據實現加密，支持異構系統、目錄、FTP站點等手動或自動獲取數據。

2 系統設計與實現

2.1 系統業務流程分析

系統建設的目的是為了對局內課題項目的申報、審核、驗收、文檔進行統一的管理，經過對業務需求分析調研，將對系統角色進行統籌設計[10]。系統角色分為項目申報人員、科研管理人員、評審專家、超級管理員。由項目申報人對項目進行填報申請，科研管理人員對項目進行初審，審核不通過將退回至項目申報人處，修改后繼續申報，若初審通過，流程將送至復審階段，由評審專家進行復審，若不通過將退回至項目申報人處，若通過將進入終審階段，由科研管理人員對評審專家意見進行匯總，最后通知申報人。而項目的驗收流程類似。項目的管理流程如圖5所示。

圖5 業務流程

2.2 系統業務模塊分析

一套完善的科研管理系統以項目管理為中心，從宏觀上看涵蓋了項目的申報、審核、結題申報和結題審核。從微觀上看包括項目的調研報告、合同、成果、資金、人員、設備等。本系統可以實現從項目的計劃申報、項目研發、進度報告、結題、經費分撥、成果登記、評獎到歸檔、查詢和統計全過程的網絡信息化管理和共享。

系統業務架構主要分為如下九個模塊[11-12]：個人管理、項目申報、項目審核、結題申報、結題審核、項目管理、科研人員管理、組織架構以及權限管理。通過這幾個模塊可以對項目的管理和研發進行添加、刪除、修改。各個階段的信息都可查詢，可以導出報表。可實現對現有資料的調用查看，實現文檔管理的自動化，隨時便捷地查閱和修改相關文檔。系統主要包括如下幾個功能模塊：

(1)個人管理，該模塊主要包括用戶密碼修改。

(2)項目申報，該模塊主要是負責對項目的具體情況進行錄入并提交申報。包括項目名稱、起止時間、承擔單位、項目類別、項目負責人、項目聯系人、立項依據、研究內容、研究試驗方法、技術路線以及工藝流程、工作基礎和條件、計劃進度及考核指標、研究成果及效益、參加協作單位分工、經費的預算管理及人員分配。

(3)項目審核，該模塊主要由管理員對申報的項目的可行性、實用性進行審核，通過該模塊可以對申報的項目提出建設性意見，也可以直接駁回申請。

(4)結題申報，該模塊主要是由項目結題人對項目進行結題申報，申報人需要將該項目的執行情況、經費使用情況以及成果錄入本系統，包括結題報告、技術報告、應用報告、工作報告、驗收報告、獲獎情況、軟著情況、文章情況以及專利情況。供評審專家審核。

(5)結題審核，該模塊主要是由管理員對項目進行初步審核，再由評審專家對項目是否可以結題進行判定。并給出相關的建設意見。

(6)項目管理，該模塊可以實現課題補錄、修改、刪除、查詢等功能，同時可以將申報項目的合同以word、PDF等方式導出，方便存檔。模塊中可以實現對上傳附件的添加、刪除、查詢等功能。

(7)科研人員管理，該模塊中將全局科研管理人員全部錄入系統，同時具備添加、刪除、修改、查詢等功能。人員信息包括姓名、年齡、性別、學歷、單位、職稱、電話以及職務等。

(8)組織架構，對局內部門進行系統化管理，可以查詢本局目前的部門組織架構。

(9)系統管理，在該模塊中，包括四個子模塊：角色管理、用戶管理、菜單按鈕管理、權限中心管理。角色管理中對科研管理人員進行角色分配，包括科研人員、評審專家、項目管理人員以及系統管理員。用戶管理則是對用戶信息進行增刪改查以及角色指定。權限管理可以實現對不同的角色劃分不同的菜單訪問權限。系統全局功能模塊如圖6所示。

圖6 系統全局模塊圖

圖7 軟件流程

2.3 系統軟件設計

根據軟件的模塊劃分，對軟件系統進行了詳細的設計，包括Web前端、MyBatis后臺服務以及MySQL數據庫數據調用。Web前段通過用戶名密碼登錄之后，按照用戶的角色身份進行系統操作。在項目的申請、審核、結題、結題審核的流程中，提交操作請求，流程將通過POST/GET方式進入MyBatis后臺服務，經過后臺一系列的判斷最終執行訪問數據的請求，通過sql命令調用數據庫數據，數據庫經過數據準備并反饋至MyBatis后臺，數據以JSON方式傳遞。后臺經過對JSON數據的解析，將前端需要的數據進行頁面展示。并將查詢的結果以日志的方式存到數據庫中[13-15]。軟件數據流圖如圖7所示。

2.4 系統的運行

系統在研發過程中，引入了當前較為成熟的Vue.js技術、Element-ui技術、MySQL數據庫技術以及MyBatis后臺框架技術等，解決了系統實施中在技術上的基本問題。對業務流程的優化分析讓系統在建設過程中思路清晰，使系統的數據處理性能和展示性能變得更加實用，響應速度變快，軟件可擴展性更強。系統已形成原型，采用了Java語言、JavaScript技術、Vue技術及MyBatis框架提供API服務同步編程，同時結合MySQL數據庫來存儲數據。該系統兼容性較好，可以部署在Windows或Linux服務器上。實際運行效果表明系統性能良好。

3 結束語

該系統可以使科研管理部門從繁瑣的項目材料管理中解脫出來，將精力集中到對項目本身的管理，從而加強技術創新工作，將科研項目的成果轉型推動生產力的轉化，不停留在研究領域。該系統為未來科研項目的管理建立了一套完善的管理體制，同時還可以將過去多年的文檔式的項目管理文件錄入系統進行統一管理，實現項目管理的無紙化。

系統當前處于應用階段，還有很多不足和需要改進的地方。后期除了解決系統本身的問題以外，還會花更多的時間和精力對項目管理的流程進行優化和技術改進，同時還會密切關注計算機技術發展動態，將新技術應用到相關領域。