基于Spring框架的氣象探測設備監控系統設計與實現

陳開 陳柯辰

摘 要：為了提升現有氣象探測設備監控管理效率，實現對氣象設備探測監控管理的統一調度，采用MVC三層模式和Spring MVC框架，對氣象探測設備監控系統中的關鍵技術進行研究與實現，主要包括Spring MVC框架的概念與特性、Spring框架的氣象探測設備監控系統框架設計，同時對Spring框架應用于氣象探測設備監控系統的層次結構和主要模塊進行討論與分析，最后基于Spring MVC與Mybatis框架實現了氣象探測設備監控系統。應用結果顯示，該系統有效降低了氣象探測設備故障率，提高了其運維效率，對氣象設備探測監控管理發揮了一定作用。

關鍵詞：氣象設備;監控運維;Spring MVC;Spring框架

DOI：10. 11907/rjdk. 192412 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻標識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）007-0112-05

Research on Meteorological Equipment Monitoring System

Based on Spring Framework

CHEN Kai1， CHEN Ke-chen 2

（1. Zhejiang Provincial Center for Technical Support of Atmospheric Exploration， Hangzhou 310017，China;

2. Shaoxing Meteorological Service， Shaoxing 312000，China）

Abstract： In order to improve the efficiency of monitoring and management of existing meteorological detection equipment and realize the unified dispatch of monitoring and management of meteorological equipment， this paper uses MVC three-tier model and Spring MVC framework to study and implement the key technologies of monitoring and control system of meteorological detection equipment， including the concept and characteristics of Spring MVC framework， and the meteorological detection equipment monitoring and control framework of Spring framework. At the same time， the hierarchical structure and main modules of Spring framework applied in meteorological detection equipment monitoring system are discussed and analyzed. Finally， meteorological detection equipment monitoring system is realized based on Spring MVC and Mybatis framework. The application results show that the system can effectively reduce the failure rate of meteorological detection equipment， improve its operation and maintenance efficiency， and play a certain role in meteorological equipment detection， monitoring and management.

Key Words： meteorological equipment; monitoring and management; spring MVC; Spring framework

0 引言

氣象探測設備探測的氣象數據種類多、信息量大、精度高[1]，是氣象業務的重要基礎及組成部分[2]。隨著我國自動化氣象探測網的不斷發展和更新，氣象部門氣象探測裝備保障任務的壓力與日俱增[3]，統一規范的氣象探測設備的技術保障體系建設顯得尤其重要，先進的氣象探測設備保障體系建設，可以為氣象監測、預報預警和服務提供高效、準確的氣象信息，為公眾提供更加準確的天氣預報，為人們的生活提供更多的便利[4]。其中，氣象探測設備監控系統是氣象探測設備技術保障體系建設的關鍵環節，為氣象探測設備技術保障提供基礎的設備信息和技術保障信息。因此，需要研發一套氣象探測設備監控系統以實現信息化管理。

Spring框架是經典的模型—視圖—控制器（Model-View-Controller，MVC）分層次設計模式，技術框架成熟且開發簡捷方便，較多的學者對其框架的應用進行了研究[5-10]，為了提升現有的氣象探測設備監控管理效率，實現對氣象設備探測監控管理的統一的調度，本文嘗試采用Spring MVC框架，對氣象設備監控系統中的關鍵技術進行研究，并對其采用的技術方法加以實現。

鑒于此，本文以氣象設備監控保障需求為牽引，結合氣象探測設備監控管理現有應用成果，利用Spring MVC框架，設計與研發了一套能充分發揮分層結構、提高氣象設備監控保障應用服務性能，為用戶提供扁平化服務體驗的氣象探測設備監控管理服務平臺。應用結果表明，系統為準確高效的氣象探測設備監控管理提供了翔實的基礎及服務平臺，且操作簡單、實用性強、服務效率高，有效地提高了氣象探測設備監控保障效率。

1 Spring MVC模式概述

目前流行的大部分應用程序設計與實現都是基于MVC模式[11-18]，Spring MVC為Spring框架的一部分，Spring框架提供了對MVC模式的實現機制，主要應用于Web應用程序開發。MVC作為一種設計模型，主要由模型、視圖和控制器3部分組成。其中，模型主要位于數據端，負責數據訪問、數據持久化及數據相關邏輯處理。視圖又稱表示層，它是模型的外在表現，一個模型可以對應一個或多個視圖。視圖是應用程序與外界輸入的接口。控制器是MVC模型中最重要的核心部分，是模型和視圖聯系的紐帶，一方面將外界輸入交給模型處理，另一方面又將模型處理好的數據交給視圖來表現，起到負責分發請求和返回處理結果的作用。

Spring MVC模型采用“分治”思想，使用控制器將數據模型和視圖進行分離，將視圖和數據解耦。當數據模型或視圖發生變化時，相互之間的影響也會降到最低。

Spring MVC的主要功能特性如下：

（1）實現應用快捷構建。Spring MVC框架集成了Spring框架的所有其它功能，Spring MVC架構通過配置，能夠快速實現應用程序搭建。

（2）角色結構清晰。控制器（Controller）、驗證器（Validator）、命令對象（Command Obect）、表單對象（Form Object）、模型對象（Model Object）、Servlet分發器（DispatcherServlet）、處理器映射（Handler Mapping）、試圖解析器（View Resoler）等。每一個角色都可以由一個專門的對象加以實現，且提供了域模型代碼與視圖。

（3）Spring MVC提供了一種綁定機制。通過該機制可以從用戶請求中提取數據，然后將數據轉換為預定義的數據格式，最后映射到一個模型類，從而創建一個對象。該實現機制只需請求參數名稱與Java類的屬性相匹配即可。

（4）Spring MVC視圖靈活性。Spring MVC視圖可以采用JSP，也可以是Velocity模板、Tiles以及XSLT等。

（5）Spring MVC是非侵入性的，因為業務邏輯代碼與框架本身是相分離的。

2 氣象探測設備監控系統中的Spring MVC框架應用

Spring MVC框架集成了Spring框架功能，能夠快速實現應用程序，減低應用系統實現的復雜性，以簡單快速的方式實現系統開發與部署，并且具有跨平臺的代碼重用性、結構清晰、互操作性等優勢，利用Spring MVC框架可以有效實現應用層次結構，提高應用擴展性、快速開發部署、跨平臺等能力。Spring MVC框架應用于氣象探測設備監控系統的實現層次結構如下：①數據模型層定義實現了一套標準規范的數據持久化和數據訪問模型，為氣象探測設備監控系統中氣象探測設備的基本信息、運行狀態、故障運維等信息的查詢、計算及統計分析等提供標準化的數據支撐;②邏輯控制層實現了系統的各種邏輯操作，對數據與視圖進行了有效結合;③表示層實現了氣象探測設備監控系統中氣象探測設備的分布及運行狀態模塊、故障運維模塊、信息管理模塊等界面及操作。

Spring MVC框架對氣象探測設備監控系統的實現作用主要有以下6點：①負責對數據庫的操作，包括查詢、增加、編輯、刪除、統計等;②負責對數據庫中氣象探測設備的基本信息、運行狀態、故障運維等數據表進行持久化操作;③負責對氣象探測設備監控數據的清洗和質量控制;④負責對系統數據流程邏輯進行實現;⑤負責對系統表示層進行實現;⑥負責對系統用戶及運維日志等數據進行管理。

3 系統總體框架

為了保證氣象探測設備監控系統的高擴展性和高可用性，系統采用了層次化的設計框架。系統總體框架主要分為4部分：數據資源層、數據服務層、邏輯控制層和視圖層。總體層次結構框架如圖1所示。

數據資源層，即數據存儲環境，主要存儲氣象探測設備監控的4類數據，包括氣象設備數據、基礎地理信息數據、監控運維數據和系統管理數據。所有數據均按照結構化數據與非結構化數據進行分類存儲，其中，地理信息數據采用地圖瓦片方式存儲在非結構化NoSQL數據系統中，地理信息服務采用JSON的方式。氣象設備數據、監控運維數據和系統管理數據等結構化數據采用MySQL數據庫存儲，并對數據量大的監控日志數據進行按日期分表混合存儲。

數據服務層，即數據模型層，主要負責系統的數據邏輯處理和訪問數據庫等操作。包括實現訪問MySQL數據庫、對數據封裝持久化、數據訪問DAO和數據服務層配置等。通過門面模式提供業務控制層調用。

業務控制層主要提供氣象設備信息、監控運維和系統管理等相關數據處理、統計分析、預警報警等操作的業務控制邏輯，然后請求相應數據，并提供給表示層，它是系統核心部分。

表現層主要展示氣象探測設備的分布及運行狀態、故障運維、統計分析、預警報警和系統信息管理等五大類內容，采用流行前端框架，為用戶提供直觀快捷的體驗。

系統框架流程如圖2所示。①客戶端請求被前端控制器DispatcherSerlet接收后，根據請求映射HandlerMapping映射到業務邏輯處理器;②創建業務邏輯處理器和處理攔截器，然后以處理執行鏈的方式，返回給前端控制器DispatcherSerlet;③前端控制器通過處理器適配器調用業務邏輯處理器，根據業務需求，調用氣象設備監控數據，進行業務邏輯處理，完成業務邏輯處理后，將模型數據和視圖對象給前端控制器;④前端控制器將獲取的對象傳給視圖解析器，將邏輯視圖解析為物理視圖，然后前端控制器根據返回的視圖進行渲染;⑤將渲染后的視圖響應給系統客戶端，完成整體流程。

4 系統主要模塊設計

4.1 監控信息收集及入庫模塊

設備監控信息收集及入庫模塊作為數據層模塊，通過消息一直在監聽設備狀態信息，隨時準備接收信息。如果接收發生狀態變化的消息，則開始信息提取、分類和分析，然后生成標準的設備狀態數據格式，通過傳輸模塊發送到中心通信機接收數據，根據數據傳輸協議將數據解包，然后分類導入數據庫中。

4.2 設備分布及運行狀態模塊

設備分布主要采用ArcGIS地圖組件和JSP視圖技術，結合基礎地圖數據和設備位置信息，實現在地圖上顯示設備所在位置信息。運行狀態主要采用紅、黃和綠點的方式，分別表示設備故障、設備維護、設備正常3種運行狀態，可以查看各設備詳細信息，包括運行狀態時序曲線圖、環境參數、負責人員、運維資料等。

4.3 故障運維模塊

故障運維模塊用于在線故障運維管理，實時顯示故障設備列表信息、故障類型、故障原因、故障日期、實時設備監控信息、維護進度、維護人員、維護日期等信息，主要采用流行框架實現圖表綜合展示和管理。

4.4 監控信息顯示與分析統計模塊

采用全流程方式對氣象探測設備進行監控顯示，可以從全局角度，查看所有氣象探測設備的運行狀態、數據傳輸狀態等信息。按照氣象探測設備類型、故障類型等關鍵信息，對氣象探測設備監控信息進行直觀顯示。按照日期、類型等方式，結合統計方法，對監控信息進行統計分析，并以圖表的方式顯示。

4.5 預警報警模塊

采用預警報警閾值配置方式，實時監控氣象探測設備運行狀態和環境參數是否超過其預警報警閾值，當超過其閾值時，將相應的報警信息通過郵件短信方式發送給業務值班人員，同時在系統視圖中顯示提醒，對報警信息進行跟蹤管理。

5 應用實現

按照MVC設計模式思路，采用Spring MVC開源框架實現氣象探測設備監控系統。主要模塊實現分為數據訪問（包括數據層和數據服務）、業務邏輯和表示三層結構。

5.1 數據服務層實現

數據服務層主要采用Spring MVC整合Mybatis實現數據庫訪問、數據持久化、數據訪問DAO和數據服務層配置等[19-21]。主要實現步驟如下：①在Pom.xml加載Spring MVC、Mybatis和MySQL相關依賴庫;②配置整合Mybatis，流程包括配置數據源參數、數據庫連接屬性、SqlSessionFactory對象等;③Mybatis掃描別名的基本包與數據源等信息;按照門面模式提供數據服務接口。其中，數據源參數配置文件如下：

datasource.properties

jdbc.datasource.url=jdbc：mysql：//數據庫地址：3306/數據庫名稱？useUnicode=true&characterEncoding=utf8& useSSL=false

jdbc.datasource.username=用戶名

jdbc.datasource.password=密碼

Mybatis主要配置如下：

mybatis-config.xml

<！--使用列別名替換列名-->

<！--開啟自動駝峰命名規則映射-->

<！-- 支持自動生成主鍵 -->

DAO實現定義一個由@Mapper注解標注的接口即可，因為MyBatis會掃描由@Mapper注解標注的類，將里面的@SELECT、@INSERT等注解加以解析，實現代理類。

5.2 業務邏輯層實現

業務邏輯層主要分為3步：①掃描Service包所有注解 @Service;②配置事務管理器，將事務管理交由Spring完成;③配置基于注解的聲明式事務，可以直接在方法上@Transaction。配置文件如下：

service-config.xml

<！-- 掃描service包下所有使用注解的類型 -->

<！-- 配置事務管理器 -->

<！-- 注入數據庫連接池 -->

<！-- 配置基于注解的聲明式事務 -->

根據氣象探測設備監控系統分別實現監控信息業務邏輯與顯示分析業務邏輯@Service類。

5.3 前端展示實現

系統前端采用Bootstrap、Thymeleaf模板引擎等框架，結合HTML5和JSP視圖，實現氣象探測設備分布及運行狀態、故障運維、統計分析、預警報警和系統信息管理等5個主要前端表示模塊。

為了實現解析html文件，需要修改視圖解析器配置文件。spring-mvc.xml主要配置如下：

spring-mvc.xml

同時，在web.xml中注冊。web.xml主要配置如下：

web.xml

jsp

*。html

在Spring MVC框架實現中，數據資源層只與數據服務層交互，為數據服務層提供系統的所有數據。數據服務層具有數據解析、封裝和重組等操作，是視圖層的基礎;邏輯控制層主要根據視圖層提交的業務操作，與數據服務層進行交互;視圖層主要采用Html5實現，為用戶提供直觀快捷的操作界面，包括圖表、文字等，響應用戶的操作。其中，信息管理還為用戶提供了用戶、角色、權限等基礎安全管理，不同的用戶可以訪問、監控運維、管理不同的氣象設備信息。

本文將基于Spring MVC框架的氣象探測設備監控系統應用于浙江氣象設備監控業務中，提高了氣象探測設備運維和監控能力，氣象探測設備故障率同比下降了10.3%，運維效率得以極大提高，且系統具有較高的氣象設備監控性能、高擴展性和友好的前端界面，具有較高應用價值。

6 結語

本文在Spring MVC框架概念及特征基礎上，搭建了基于Spring MVC框架的氣象探測設備監控系統應用總體設計框架，包括各功能模塊設計，最后介紹了實現方法和應用情況。由此可見，在實際業務中，Spring MVC框架的應用實踐為氣象探測設備監控系統提供了一種建設思路和手段，有效降低了氣象探測設備的故障率，提高了其運維效率，增強了氣象探測設備業務服務能力。但同時，系統也存在一些問題，如較難實現與其它系統共享數據等，未來將采用服務方式改造系統，實現數據共享。

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（責任編輯：孫 娟）