张 政,王 林,孙 晨,丁 昊,吴 刚
(1.信息工程大学，河南 郑州 450001；2.72515部队，山东 济南 250001；3.95806部队，北京 100076；4.61206部队，北京 100042)
基于服务的应急信息“一张图”共享框架研究
张政1,王林2,孙晨1,丁昊3,吴刚4
(1.信息工程大学，河南 郑州 450001；2.72515部队，山东 济南 250001；3.95806部队，北京 100076；4.61206部队，北京 100042)
随着城市建设的不断发展，自然灾害、事故灾难以及社会安全等事件频频发生，带来严重的后果。如何快速响应重大紧急情况，正确实施指挥和决策，成为保障人民安全的重要任务[1]。面对这一实际问题，在现有的网络基础设施基础上，构建一个基于服务的应急信息共享框架，将信息资源进行整合，形成公共安全应急“一张图”，将为应急保障、辅助决策提供强有力的技术支撑和信息保障。
本文以服务相关的技术为基础，研究应急信息服务接入模式、应急信息共享模式以及应急信息客户端绘制机制，提出基于服务的应急信息“一张图”共享框架。
1面向服务的技术原理
目前，面向服务架构(Service Oriented Architecture，SOA)的概念各不相同，但SOA的关键特性却具有统一的认识[2-3]：一种粗粒度、松耦合服务架构，服务之间通过简单、精确定义接口进行通讯，不涉及底层编程接口和通讯模型。SOA的基本结构如图1所示，主要包括服务提供者、服务使用者和服务注册中心，各个角色之间松散耦合，相互间的交互通过广泛使用的标准协议完成。
图1 面向服务的架构模式
2基于服务的应急信息“一张图”共享框架分析
任何面向服务的系统架构均由数据、服务和信息表达3层组成，因此在服务技术体制下的数据获取、共享与互操作机制，服务聚合模式以及信息可视化表达方式成为研究重点。
2.1“一张图”共享框架技术原理
应急信息最终以地理空间信息为参考框架，叠加到地理空间信息的背景图上进行显示。因此，GIS是应急信息的公共基础框架，通过采用服务化的方式接入地理空间信息，对应急信息采取服务化的方式发布并接入到GIS的统一框架下，用户就能一目了然地发现专题信息的空间分布以及相互之间的联系。
如图2所示，依托栅格化的信息网络，采用接入、适配和聚合等技术手段调用多源的应急信息服务，实现基于“一张图”的综合应用框架技术，通过客户端绘制引擎支持包括基础市情、重大危险源、重点防护目标、应急保障资源等多种应急信息在内的叠加显示，并适应浏览器、桌面等计算环境。
图2 基于服务的应急信息“一张图”共享框架技术原理
2.2应急信息服务接入模式
SOA本质上是一种软件架构，主要目的是功能模块间的松耦合，主要模式为请求/响应类型架构[4]。2003年提出的事件驱动架构(Event Driven Architecture，EDA)，同样是一种有效的基于事件的系统开发方法[5]。该架构中各角色相互独立，最大的特色就是基于异步的事件发布/订阅技术，其中发布者对于订阅者的信息完全一无所知，反之亦然。与SOA架构相比较，EDA架构中每个节点产生的事件并不依赖接受事件的节点是否可用，从而实现与其他节点的隔离[6]。
基于SOA的框架专注于信息系统提供和使用服务的能力，而EDA架构更注重于事件触发消息，所以将两者结合，将会发挥更强的效用，结构设计如图3所示。
两者结合后，业务服务之间耦合度更加松散，服务与事件都具有共同的业务目标，业务服务与事件类型一一对应，活动与服务处在相同的粒度级别。业务层不但可以实时主动获取信息，还可以实时同步数据。分离业务最终实现信息共享。
图3 SOA与EDA两种架构结合略图
2.3应急信息共享模式
2.3.1应急信息数据集成方式
目前主要有两种数据集成方式，一种是实体化方式，另一种称为虚拟方式(Virtual Approach)[7]，图4为两种集成方式的架构对比。
1)实体化方式：将所有异构数据源中的数据预先加载到某一个共享库中，用户的各种操作与查询都基于共享库进行。其优势是可以方便集成，便于决策查询，但是当规模增大并且数据更新频繁时，这种方式效率不高。
2)虚拟方式：仅提供一个虚拟的集成视图(全局模式)，把用户对全局视图的查询分解为对各异构数据源的查询，每个用户的查询模式都需要有一个包装器与之对应。其优点是不需要存储大量的数据，并且保证能实时查询到其他数据源的最新数据。但是对于包装器的维护费用较高，且查询的效率相对较低。
图4 两种数据集成方式
2.3.2应急信息数据存储模式
传统信息存储模式主要包括3个层次：外模式、概念模式(也称为逻辑模式)和内模式。分别对应视图层、逻辑层和物理层。这种抽象的目的在于给用户提供数据的抽象视图，对用户隐藏关于数据存储和维护的细节。
随着网络技术的发展，提出分布式数据库的概念，且分布式数据库系统抽象为4层的结构模式，分别为：全局外层、全局概念层、局部概念层和局部内层，在各层间还有相应的层间映射。但它并不适合应急信息的共享与交换，原因有两点：
1)应用场景不一致：分布式数据库系统针对的是同一应用领域的数据，数据遵循统一标准，只是由原来的物理集中存储分布到不同的节点上进行存储，逻辑上还是保持统一的视图，而应急信息物理上分布式存储，但在逻辑上并不是统一视图。
2)数据模式的差异性：应急信息的种类繁多，不同的数据节点采集到的数据结构差异相差很大，很难进行概念模式的完整匹配。
社会上的应急数据资源分散在各级政府、不同的行业和部门，不同部门可能采取不同的数据库来存储数据，对事物的认知有自己的理解，部门间很难达到共识，应急数据资源缺乏统一的标准规范，导致数据的共享和整合都异常困难。
为此，本文提出应急信息的联邦存储模式，如图5所示。应急信息联邦模式并不是把所有系统的数据模型都统一映射到一个大而全的概念模式上进行共享，而只是规定在突发事件处理过程中需要共享的部分，这种概念模式是不同异构系统间需要交互映射的一个子集，不同系统间把需要交换的信息映射到概念模式，从而实现应急信息的共享。
图5 应急信息联邦存储模式
2.3.3应急信息共享模式
为了实现从数据源到用户的系统级流程和架构，基于服务的应急信息一张图共享模式也包括3层结构：应用层、服务层与数据层，所不同的是每一层的内容有所变化。它不仅仅是一个数据集成的过程，而是跨越数据层、服务层和应用层，以集成为核心，包含数据集成、数据处理、服务聚合以及可视化应用的整个技术体系。
如图6所示，应急信息来源广泛，彼此间结构差异很大，分类存储虽不会造成冗余数据存储，但却增加数据检索和共享时数据管理的负担，提高语义一致性维护的难度。联邦共享模式在这一方面显示巨大的优势。首先根据突发事件分类，将不同领域来源的信息根据领域本体入库存储，这样某种数据的更新不会影响其他来源的数据，存储效率会大大提高，然后根据全局本体(全局模式或者叫全局数据结构)将各来源库中的信息进行一体化集成到联邦共享库中，进一步实现应急信息综合视图，为用户提供一张图显示的数据基础。
图6 应急信息共享模式
2.4应急信息客户端绘制机制
在面向服务的栅格网环境下，客户端的最主要任务就是对包括基础地理空间信息在内的各种应急信息进行可视化表达，以地图层面的“一张图”为基础，综合展示危险源、防护目标、应急保障资源等多种应急信息。客户端图形支撑技术的研究内容就是实现一套统一的绘制接口，满足不同平台、不同环境下客户端绘制需求。但是，不同的客户端类型的图形绘制能力是不同的，因此在框架的设计上必须能兼容多种客户端，尽可能的发挥多种客户端的最大性能。目前主要有两种绘制机制：
1)以服务器绘制为主的客户端图片叠加方式。该方式下，每次用户交互实际上是对动态图层进行请求，基础地理图层不需要与服务器进行频繁交互，因此，通过在客户端缓存基础地理图层，实时叠加动态透明图层实现一张图的叠加显示。这样虽然可以屏蔽客户端的差异性，但是服务器端的压力过大，在图片套合上容易出现问题，且个性化的显示方式难以实现。
2)客户端自身绘制的方式。这种方式下，客户端具有一定的图形绘制能力，将图片与本地绘制相结合不但减轻了服务器的压力，同时也方便用户更好地实现应急态势的感知，达到最终的信息共享的目的。但是对于瘦客户端环境来说，其图形表现能力仍有待提高。
通过对以上两种绘制机制的分析，本文研究最适用于应急场景的模式：即采用自身绘制与服务端绘制相结合的方式，对于基础地理数据这种更新速度慢、更新频率低的数据类型，以服务器绘制为主，以图片服务的方式发布在客户端显示叠加；对于应急信息数据则通过制定服务接口以数据服务的方式发布，在客户端适配接入服务并在本地绘制。应急信息客户端绘制实现机制如图7所示。
图7 基于服务的应急信息“一张图”客户端绘制机制
3基于服务的应急信息“一张图”共享框架结构
基于服务的应急信息“一张图”共享框架结构是以网络为中心、面向服务的新一代应急处理保障的构想。它以栅格化信息网为支撑，以分布式应急信息服务中心与应急信息服务基础设施为核心，采用可动态重组的高可靠、高可用、可扩展分布式系统结构和面向服务架构(SOA)，统一存储、管理、更新、共享应急信息，统一发布和管理按需的、规范化的应急信息服务，提供适应多种计算平台的综合应急处理框架，为突发事件应急处理提供应急信息服务。
框架结构主要包含3个组成部分：应急信息服务注册中心、应急信息服务应用端以及应急信息服务中心，如图8所示。
1)应急信息服务中心：负责对多种应急信息数据进行集中存储、管理、更新和维护，以服务方式提供标准化的应急信息服务，是应急信息服务的提供者。
2)应急信息服务应用端：提供面向多终端应用的开发框架，屏蔽多源应急数据以及功能服务调用的复杂性。在需要使用应急信息服务时，首先自动查找到能提供该服务的应急信息服务中心，然后实施调用，获得结果后进行综合应用以实现各自的业务需求，是应急信息服务的使用者。
3)应急信息服务注册中心：为应急信息服务应用终端提供应急服务的统一注册中心。应急信息服务应用端通过调用应急信息服务注册中心的服务注册接口，完成应急信息服务的统一注册，支持广域范围的应急信息服务注册、发现和访问。
图8 基于服务的应急信息“一张图”共享框架结构
4结束语
应急信息“一张图”共享框架的建立对于应急信息化建设具有重要的意义，同时该框架自身又是一个复杂的技术系统。在分析应急信息的服务接入模式、应急信息共享模式以及客户端绘制机制的基础上，提出的基于服务的应急信息“一张图”共享框架，对于应急业务的处理以及信息化建设具有借鉴意义。
参考文献：
[1]陆苗，梅洋，赵勇，等.面向应急测绘保障的网络地图制图效率分析[J].测绘通报，2013(10):54-58.
[2]辛添翼．基于SOA的空间物流系统的设计与实现[D]．苏州:苏州大学,2008.
[3]吕家骐.勘测成果“一张图”数据库建设[J].测绘与空间地理信息，2015，38(5)：92-94.
[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.
[6]MICHELSON B M.Event-Driven Architecture Overview[M].California:Patricia Seybold Group,2006:51-57.
[7]杨先娣，彭智勇，刘君强，等.信息集成研究综述[J].计算机科学，2006，33(7):55-59，80.
[责任编辑：张德福]
摘要：围绕公共安全应急“一张图”保障这一实际问题，研究面向服务的技术原理，分析应急服务接入模式、应急信息共享模式以及应急信息客户端绘制机制，提出基于服务的应急信息“一张图”共享框架，为应急业务的处理以及信息化建设提供思路。
关键词：应急信息;“一张图”;面向服务;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
作者简介：张政(1990-)，男，硕士研究生.
基金项目：国家自然科学基金资助项目(41271450；41471336)
收稿日期：2015-01-19；修回日期：2015-06-20
中图分类号：P208
文献标识码：A
文章编号：1006-7949(2016)02-0047-05
