基于MVC的城市可持續發展評估系統設計與實現

摘要：信息技術在促進城市可持續發展的過程中發揮著重要的作用。該文基于MVC三層體系架構開發實際可以運行模擬評估的軟件系統，為不同類型的城市可持續發展能力建設工作的開展提供方法支撐。該系統采用Mvc開發模式，使用Hibernate技術和Java開發語言，實現城市可持續發展能力的評估，具有城市信息查看和分類、統計分析、指標相關性分析等功能。該系統可彌補目前城市可持續發展能力辨識度低、建設成效評估不準確、數據監測不全面和信息化管理不完善等方面的不足，提升城市可持續發展能力評估與信息管理水平。

關鍵詞：城市可持續發展能力;MVC框架;評價指標體系;優化方法

中圖分類號：TP399 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2022）05-0079-03

1 引言

隨著資源、環境等問題日益突出，溫室氣體排放顯著增加，經濟與環境發展的矛盾愈發尖銳，全球可持續發展能力受到了嚴峻挑戰，而城市可持續發展對全球可持續發展極為重要[1]。城市可持續性主要指城市在可持續發展過程中經濟、社會和環境等方面所處的理想狀態[2]。如何確定城市的可持續性是推進城市可持續發展的前提，在經濟、社會、資源現狀發生轉型的過程中，如何準確分析評價各類要素，有助于建立城市可持續發展系統[3]。同時，科學合理評價城市可持續發展能力，對于政府制定相應的政策規劃，實現有效的運行和監管極為重要。

信息技術的應用在促進城市可持續發展的過程中發揮重要作用。一方面，信息技術可以實現城市發展數據的及時采集與存儲，通過對大數據的計算和分析評估城市發展的運行狀態，協調城市資源的流動和優化匹配;另一方面，信息技術提高了信息收集和處理的效率，使得決策部門能夠及時把握整體態勢，合理引導生產消費行為，并對資源和環境進行充分全面的監管。在信息技術的支持下，生態環境、人居環境、資源/能源要素等節點連接成為網絡，信息能夠實現充分的互通和共享，從而實現運行優化和有效監管。

從目前的研究結果看，對城市可持續發展的研究主要集中于城市可持續發展指標體系的構建，指標體系的構建主要基于主成分分析法、系統動力學、SDGs目標法、地球大數據、元數據等方法[4-8]，針對城市可持續發展評價系統的實現方面的研究較少，陳丁楷等人運用數據包絡方法構建了城市可持續發展指標體系，并基于B/S結構結合面向服務架構設計城市可持續發展評價系統[9]。本文綜合層次分析法、直接賦權等方法，基于MVC三層體系架構搭建和開發城市可持續發展評估系統，為不同類型城市及試驗區城市開展可持續發展評估工作提供技術支撐。

2 MVC和Hibernate框架

2.1 MVC框架

目前國內外對MVC的開發框架均有所研究[10]，該框架將業務邏輯聚集到一個部件，開發者使用MVC框架改進和定制界面及與用戶交互時，可以不對業務邏輯重新編寫。因此，它廣泛用于在一個圖形化客戶界面中實現映射系統的輸入、處理和輸出功能。

MVC由Model（模型）、View（視圖）和Controll（控制器）組成，Model（模型）是開發者所建立的模型，用于處理應用程序數據邏輯相關部分，一般用來在數據庫存儲或者提取數據，View（視圖）用于實現數據庫記錄的數據，其實依據模型創建[10]，Controller（控制器）用于數據庫輸入，通常用于從視圖讀取數據，控制用戶輸入向模型發送數據。MVC 模式可實現對HTML、CSS 和 JavaScript 的完全控制，因此其具有耦合性低、重復利用率高、生命周期成本低、部署快、可維護性高和有利于軟件工程化管理等優點。

2.2 Hibernate框架

Hibernate是基于開放源代碼的對象關系映射框架，其可以通過對象編程思維操作數據庫，其可以應用于JDBC、Java和Servlet/JSP的Web等場合。由于Hibernate封裝了JDBC，因此其簡化了很多重復性代碼和DAO層編碼工作，使開發更對象化且移植性好，支持各種數據庫和透明持久化。

對于本系統而言，在數據庫操作和與業務邏輯層通信層面，使用Hibernate能夠降低關聯的復雜性、最大限度避免使用聯合主鍵和ID生成機制、允許不同的數據庫提供的并不完全一樣機制以及適當的冗余數據，不過分追求高范式等優勢。

3 城市可持續發展能力評估系統設計

3.1 城市可持續發展能力評估系統設計原則

本系統為城市可持續發展能力評估體系的軟件實現，重點遵循以下三點設計原則：

1）實用性。系統需要滿足評價模型的各種功能需求，實現指標體系評估的各種分析和計算功能。

2）安全性和分級權限。本系統在使用過程中保證自身運行的穩定性。同時，本系統的內部數據、數據結構和運算過程需對軟件使用者保密，軟件使用者僅可通過界面獲得權限以內的數據。因此，本系統采用傳統的“模型-視圖-控制”（MVC）構架進行系統分層并封裝。

3）可擴展性。系統各層次之間低耦合，便于獨立開發和團隊協作;層次間交互使用接口模式，并留有擴展接口，便于程序功能的增、刪、改、查以及后續的功能、模塊添加。

3.2 城市可持續發展能力評估系統功能設計

本系統的功能設計主要包括以下兩個方面：

1）實現城市可持續發展能力評價模型的數據庫構建;

2）根據相關算法完成城市可持續發展能力的量化評價。具體完成以下相關功能：操作界面;數據庫及數據導入;用戶賬戶管理;城市信息查看和指標數據查看;城市分類，可根據發展階段或發展模式進行分類;設置指標權重;設置歸一化標準;統計分析，如均值、方差、最大最小值等;指標相關性檢測、回歸分析、聚類等統計分析;計算城市可持續發展能力的評分值;其他常用相關存儲、計算功能。

以上是本系統的主要功能，其中包含了層次分析法、蒙特卡羅法等相關算法和公式，同時軟件用戶可根據需求進行城市可持續能力評價的各項數據存儲、查看或計算，并支持模塊和功能的擴展。

3.3 城市可持續發展能力評估系統框架設計

1）系統的MVC架構

城市可持續發展能力評價模型需要本系統完成城市指標數據庫的構建，再根據相關算法完成城市可持續發展能力的量化評價。針對系統設計需求，將系統根據MVC架構分為三層：數據層、業務邏輯層和界面層。

界面層主要負責與用戶交互，包括展示和用戶操作等功能。運算邏輯、原始數據和數據結構不在本層存儲或顯示。界面層主要有數據讀取、查看信息、設置參數和數據分析等模塊，界面層將與業務邏輯層直接通信，需要調用業務邏輯層的城市邏輯模塊、指標邏輯模塊和運算邏輯模塊。所需數據以字符串或數字的形式進行封裝之后完成通信，避免數據結構和運算邏輯的泄露。數據存儲或輸入也需要通過業務邏輯層才能繼續傳遞到數據層。

業務邏輯層主要負責具體算法的實現以及與界面層、數據層通信等功能。系統的所有運算邏輯在本層實現。業務邏輯層需要接收界面層傳遞的用戶指令，處理后傳遞給數據層;同時，需要接收數據層傳遞的數據，經過運算處理后傳遞給界面層。業務邏輯層各模塊需要調用數據層的數據，包括城市數據、指標模型和指標數據等。數據層會將所有數據通過Hibernate進行映射，將原始數據轉化為可操作的數據結構進行傳遞。

數據層使用Mysql數據庫進行開發，通過Hibernate進行映射，使用JAVA對數據進行讀取和運算操作。數據層負責數據的存儲，包括根據用戶指令完成后續對數據的增、刪、改、查、通信等操作。數據和部分數據結構在本層實現，也對業務邏輯層可見。

對于城市可持續發展能力評估系統，所需存儲的指標屬性繁多，數據量大，需要考慮最優存儲方案。因此，不能簡單地按照指標屬性直接存儲，必須對指標間的共有屬性進行提煉、合并，達到模型化的效果。為此，我們對離散的指標數據進行處理，將指標共有的屬性剝離出來單獨進行存儲，構建指標模型。通過對存儲結構的優化，大大降低空間占用，并提高了數據修改時的效率。

2）系統的功能需求模塊

根據系統的功能需求，將系統進行功能模塊劃分，從功能的角度分模塊實現城市管理、指標管理和運算邏輯管理。

城市管理模塊：包括城市信息查詢、按產業比重以及發展階段對城市分類分析和讀寫城市數據庫等功能。

指標管理模塊：通過層次分析法確定指標權重，并根據歸一法計算指標得分，包括指標特征查詢、指標特征分析和讀寫指標數據等功能。

運算邏輯管理模塊：提供多種邏輯處理選項和分析相關性，包括指標相關性分析、回歸分析、蒙特卡洛預測分析等功能。

4 城市可持續發展能力評估系統實證性檢驗

本文在分層次、分模塊的城市可持續發展能力評價系統基礎上完成城市可持續發展能力評估系統數據庫和評估模型的搭建與開發。系統采用MVC開發模式，編程語言主要使用JAVA編程開發語言，數據庫選用Mysql。

在本系統中所有城市的指標數據將以數據庫的形式被保存，并進行相關的數學、邏輯分析，包括基本統計分析、相關性分析、回歸分析等，根據數據綜合把握城市情況，支持政府決策。

系統中主要展示內容和對應實現方案如下：城市概況——文字圖片介紹;總體情況，所有城市的發展情況統計、分布等信息——基本統計分析，如均值、中值、最大最小值、方差值等;評價結果，直觀、形象地展示城市指標值以及分布情況——雷達圖、柱狀圖等可視化模塊;關鍵指標分析，明確顯著影響城市可持續發展能力的重要指標——相關性分析、面板數據、方差分析等;城市歸類，在進行綜合評價分析后可以按照最終成績或相關指標再次進行歸類分析，并與之前的分類結果相對照，同時對指標之間的關聯進行明確聚類分析。

用戶操作本系統進行城市可持續發展能力評價的流程基本如下所示：導入城市相關數據并查看;根據已有數據對城市分類;在計算城市可持續發展能力指數之前，對各項指標進行權重賦予;對各項指標進行歸一化，即每項指標的數值需要對應一個分值;對指標之間的相關性進行檢測;完成權重賦予和歸一化標準之后，可以對已有數據的城市進行可持續發展能力的最終評價。

以用戶運用城市可持續發展能力系統進行指標歸一化流程為例。圖4是設置歸一化標準的對話框的界面。

對于不同發展階段的城市，其歸一化標準不同。需要為不同發展階段的城市的指標各自進行歸一化。在【請選擇發展階段】框中，通過下拉菜單選擇發展階段。

同時，對于每項指標，其歸一化方式可以有所不同。有些指標適用于參照值法，有些指標適用于蒙特卡羅法等分布統計的方法。對話框中的黑點表示系統推薦的歸一化方法，用戶可根據實際情況，為每一個指標選擇合適的歸一化方法。

例如，選擇發展階段為【初級階段】，對于指標“萬人年度刑事案件立案數”，選擇【參照值法】為歸一化方法。則單擊該指標的【參照值法】圓圈，系統將自動彈出界面，設置參照值標準。用戶在設置標準的文本框中，填入對應的參照值。例如，對于指標“萬人年度刑事案件立案數”，數值為0對應100分，數值為50對應0分，即可填入相應文本框。文本框下方有可供參考的提示。填寫完畢后單擊【確定】保存參照值的設定。

同理，可對使用參照值法的其他指標進行歸一化。若指標適用于蒙特卡羅法，則單擊該指標的【蒙特卡羅法】圓圈，系統將自動彈出界面，設置參照值標準。用戶在設置標準的文本框中，填入對應的參照值。例如，對于指標X，數值為50對應100分，數值為10和數值80均對應0分，即可填入相應文本框。注意在0分的設定中需要填入數據兩側的對應數值。填寫完畢后單擊【確定】保存參照值的設定。

回到歸一化標準選擇界面，單擊【完成】。

5 結束語

目前國內城市的可持續發展能力建設工作尚處在前期階段，相關評估機制尚不完善，指標數據庫的建設和信息化評估的手段需要深入研究，本文開發了實際可以運行模擬評估城市可持續發展能力的軟件系統，彌補了目前城市可持續發展能力辨識度低、建設成效評估不準確、數據監測不全面和信息化管理不完善等方面的不足，為城市可持續發展能力建設工作提供技術保障，為政府制定科學的政策規劃、實現有效的監管提供決策依據。

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【通聯編輯：謝媛媛】

收稿日期：2021-11-08

作者簡介：吳凡（1986—），男，江西人，助理研究員，博士，研究方向為能源經濟。