CN102360366A - 一种交互型可视化综合集成研讨厅系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种交互型可视化综合集成研讨厅系统，包括第一、二Web服务器，第一、二数据库管理服务器，第一、二研讨管理服务器，第一、二专家工作站以及第一、二数据处理工作站。此系统以极端洪灾风险管理为应用背景，实现了多主体进行群决策的综合集成研讨厅平台，其可将众多的气候、降水特征值查询以及决策模拟的结果结合丰富的客户端效果加以展示。本发明还公开一种用于前述交互型可视化综合集成研讨厅系统的人机交互构建方法和地图服务实现方法。

Description

一种交互型可视化综合集成研讨厅系统

技术领域

本发明属于管理信息系统及计算机应用技术领域，特别是指一种以极端洪灾风险管理平台设计为应用背景，支持服务计算架构、具有人机交互和可视化决策特征的综合集成研讨厅系统。

背景技术

钱学森教授在系统科学研究的基础上，通过对宏观经济的探索，提炼出“开放的复杂巨系统”的概念，把人脑系统、人体系统、社会经济系统和人文地理系统、生态环境系统等概括到开放的复杂巨系统的范畴之内，并提出了处理这类系统的方法论，即“从定性到定量的综合集成法”。自从理论提出以来，我国学者及国外学者在综合集成研讨厅的构建技术方面进行了大量的研究并取得了巨大进展。由于国内综合集成研讨厅的研制在上世纪九十年代末才展开，根据这一时期的技术水平和特点，国内综合集成研讨厅的软件体系基本上都基于Intranet或Internet平台，以C/S或B/S作为计算模式。例如，薛华成等提出的基于Intranet的群体决策支持系统；中科院自动化所复杂系统与智能科学实验室提出的基于Internet和Internet技术群的综合集成研讨厅体系软件结构及原型系统CWME；上海交通大学MIS中心提出的基于Internet的开放式群体决策研讨平台及原型系统GASS；中科院数学与系统所开发的群体研讨环境(GAE)。近年来，操龙兵、戴汝为等还提出了一种基于智能Agent的研讨厅计算模式，并设计了基于智能Agent的宏观经济决策研讨厅。另外，孙景乐、张朋柱等研究了决策任务的产生和分解问题，并提出了群体决策任务结构化理论。

经过近十年的发展，我国综合集成研讨厅体系的雏形已初步形成。中科院自动化所复杂系统与智能科学实验室、上海交通大学MIS中心和中科院数学与系统科学研究院是国内最有代表性的三个研究机构，它们发展了各自的理论，实现了各自的原型系统并有各自偏重的研究方向。国外目前尚没有与综合集成研讨厅体系相关的研究报道，但有与综合集成有关的工作，如对群体决策支持系统、协商支持系统、意见整合、抗模拟方法等研究。

然而，在上述的综合集成研讨厅系统研究和设计方法中，往往存在人机交互界面不够丰富、后续对决策模型、程序的修改和扩展功能复杂而不够直观、用户体验性和交互性不强等问题。因此，本案发明人针对目前结构中的种种不足，进行研究改进，本案由此产生。

发明内容

本发明的主要目的，在于提供一种交互型可视化综合集成研讨厅系统，以极端洪灾风险管理为应用背景，实现了多主体进行群决策的综合集成研讨厅平台，其可将众多的气候、降水特征值查询以及决策模拟的结果结合丰富的客户端效果加以展示。

为了达成上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种交互型可视化综合集成研讨厅系统，包括：

第一Web服务器：用于极端洪灾风险管理综合集成研讨厅整个应用系统的程序发布功能；

第一数据库管理服务器：为第一Web服务器中的应用系统提供各种极端洪灾风险管理涉及的业务数据以及决策模型库、知识库、决策方案的存储和查询功能；

第二Web服务器：提供基于Web Services的跨平台电子地图服务，并为第一Web服务器发布的空间信息查询程序提供所需的地图资源以及模型计算结果提供展示的背景；

第二数据库管理服务器：提供支持ArcGIS的geodatabase地理空间数据库的存储功能；为第二Web服务器发布的地图服务中各图层绑定相应的空间数据；

第一研讨管理服务器：提供研讨厅系统的版本控制、备份以及研讨信息的数据备份功能，并与第一Web服务器、第一数据库管理服务器之间形成交互；

第二研讨管理服务器：用于对极端洪灾风险管理综合集成研讨厅的运行环境进行配置和初始化的工作；用于研讨厅组织人或主持人发布会议信息、群发研讨会议通知以及制定会议研讨任务和流程；

第一专家工作站：用于运行基于富客户端的人机交互程序，为专家参与极端洪灾风险管理的研讨活动和群决策提供辅助工具；

第二专家工作站：运行基于富客户端的人机交互程序；

第一数据处理工作站：用于将采集得到的不同格式的极端洪灾风险管理相关的业务数据文件整理、转换并导入数据库管理服务器；

第二数据处理工作站：用于对地图文件进行处理、转换并导入数据库管理服务器的geodatabase空间数据库中。

一种交互型可视化综合集成研讨厅系统的人机交互构建方法，所述系统包括视图层、控制层和模型层，包括以下方面：

(1)在视图层采用Flex创建富客户端可视化组件，同时在视图层使用ActionScript 3创建业务对象的AS对象，由此实现视图层可视化组件与数据对象的绑定功能；

(2)在控制层采用Action Script 3控制业务逻辑，使用自定义数据交互网关来达到和模型层Java对象的交互；

(3)在模型层采用Java编程和系统数据库交互，创建业务对象的数据访问对象。

一种用于交互型可视化综合集成研讨厅系统的空间可视化集成方法，包括如下步骤：

(1)实现Flex平台下基于REST模式架构的地图服务发布与访问

①首先使用ArcMap、ArcCatalog等ArcGIS Desktop组件在地图管理端对地图的图层进行进行创建、设计和编辑等操作；

②将地图的地理空间数据库通过ArcSDE转存到Oracle中(存储类型为Geodatabase)，并生成MXD的地图文档；

③使用ArcGIS Server作为地图服务器，将MXD的地图文档抽象成REST资源发布到地图服务器中；

④在综合集成研讨厅系统的表现层采用Flex平台通过REST模式访问ArcGIS Server服务器，获取Web地图服务资源；

(2)实现综合集成研讨厅系统业务数据库以及空间数据库的多源数据交互

①建立综合集成研讨业务数据库，用于存放群决策所需的业务数据；

②系统附加J2EE应用服务器使业务数据和空间数据可以融入到WebGIS系统中；

③在Flex中通过调用ArcGIS API For Flex对地图资源进行进一步的功能设计，实现基于地理信息的空间数据查询功能；

④系统的视图层通过自定义数据交互网关技术完成与空间数据库的交互，实现Web用户对于地图数据的异步获取，最终将决策业务数据与空间信息以丰富的可视化效果进行展现。

本发明结合极端洪水干旱灾害风险管理综合集成研讨厅的研究和开发，设计了一种新型的“云服务”网络系统架构，采用前沿的RIA(Rich InternetApplications)技术和改进的MVC(Model View Controller，模型-视图-控制器)应用框架设计了系统的人机交互模块，并使用Flex技术与Arc6IS相结合作为系统的可视化决策平台，将众多例如灾害发生时的气候、降水等特征值以及灾害应急决策模拟的结果通过基于RIA的Web富客户端加以展示，实现了可视化决策研讨的功能。

采用上述方案后，本发明可以成为一种交互型的可视化群决策研讨平台。该发明的网络架构设计体现了新一代“服务计算”的思想，实现了多层的分布式共享技术；该发明通过RIA技术实现了灵活的人机交互，解决了基于C/S架构的传统的决策支持系统与基于Windows窗体的决策模拟功能的不丰富的人机交互体验效果的缺陷；该发明将GIS引入综合集成研讨厅系统，并与RIA技术框架进行集成，使用户能够在浏览器中实现无刷新页面的地图缩放操作、空间分析查询以及决策模型结果的多种形式展示(柱状图、饼图和折线图)等高级GIS决策支持功能。

附图说明

图1是本发明的总体架构图；

图2是本发明的网络拓扑图；

图3是本发明基于Flex的改进型MVC系统技术框架图；

图4是本发明Flex与ArcGIS Server结合的可视化研讨技术架构图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的技术方案具体包括以下设计内容：(1)基于服务计算的综合集成研讨厅网络拓扑结构设计；(2)交互型综合集成研讨厅的人机交互构建技术；(3)基于Flex与ArcGIS的空间可视化集成技术。以下将结合附图详细说明。

1、基于服务计算的综合集成研讨厅网络拓扑结构设计

网络架构采用了服务计算的核心思想，通过网络把多个成本相对较低的服务实体整合成一个“决策服务资源池”，各种决策资源之间可以相互调用或组合，并借助面向服务的模式向用户提供按需服务的决策服务功能。

如图2所示，各部件设计如下：

①第一Web服务器：用于极端洪灾风险管理综合集成研讨厅整个应用系统的程序发布功能。

②第一数据库管理服务器：为第一Web服务器中的应用系统提供各种极端洪灾风险管理涉及的业务数据以及决策模型库、知识库、决策方案的存储和查询等功能。

③第二Web服务器：提供基于Web Services的跨平台电子地图服务(服务以http://……wsdl的形式发布)；为第一Web服务器发布的空间信息查询程序提供所需的地图资源以及模型计算结果提供展示的背景。

④第二数据库管理服务器：提供支持ArcGIS的geodatabase地理空间数据库的存储功能；为第二Web服务器发布的地图服务中各图层绑定相应的空间数据。

⑤第一研讨管理服务器：提供研讨厅系统的版本控制、备份以及研讨信息的数据备份等功能(与第一Web服务器、第一数据库管理服务器之间形成交互)。

⑥第二研讨管理服务器：用于对极端洪灾风险管理综合集成研讨厅的运行环境进行配置和初始化的工作(如研讨角色、系统功能权限的配置设定)；用于研讨厅组织人或主持人发布会议信息、群发研讨会议通知(通过短信猫发送)以及制定会议研讨任务和流程等管理功能。

⑦第一专家工作站：用于运行基于富客户端的人机交互程序，为专家参与极端洪灾风险管理的研讨活动和群决策提供辅助工具。

⑧第二专家工作站：运行基于富客户端的人机交互程序，研讨会议的主持人可以监控会议研讨的流程、进度以及每个与会者的发言情况，展现群决策集结的最终结果。

⑨第一数据处理工作站：用于将采集得到的不同格式的极端洪灾风险管理相关的业务数据文件整理、转换并导入数据库管理服务器。

⑩第二数据处理工作站：用于对地图文件进行处理、转换并导入数据库管理服务器的geodatabase空间数据库中。

2、交互型综合集成研讨厅的人机交互构建技术

本发明采用目前业内的前沿技术RIA(Rich Internet Applications)设计主要人机对话部件，与成熟的J2EE后台业务模型开发技术相结合，并基于B/S架构进行构建和设计，解决了基于C/S架构的传统的决策支持系统与基于Windows窗体的决策模拟功能的不丰富的人机交互体验效果的缺陷。

本发明对传统的MVC应用框架进行了改进，改进后的交互框架如图3所示。

(1)在视图层采用Flex创建富客户端可视化组件，同时在视图层使用ActionScript 3创建业务对象的AS(Action Script)对象，由此实现视图层可视化组件与数据对象的绑定功能。

(2)在控制层采用Action Script 3控制业务逻辑，使用自定义数据交互网关来达到和模型层Java对象的交互。在Flex中使用模型层Java对象，自定义数据交互网关需要在remoting-object.xml文件中对远程Java对象进行配置。配置示例如下：

以上是以模型层的EmployeeDAO.java为例配置了一个远程对象，id属性是作为其被调用时的唯一标示。远程对象的每个方法都需要被定义，他们得到的结果和错误的处理函数也需要被定义。在Flex中声明远程对象及其方法的方式如下：

以上创建了一个名为EmployeeRO的远程对象，destination属性就对应于remoting-object.xml配置文件下remotedestination标签下的id属性值，通过以上一系列的配置，就把位于模型层的Java对象和Flex对象联系在一起了。调用的时候直接使用远程对象的方法即可，就如同调用本地的方法一样。

(3)在模型层采用Java编程和系统数据库交互，创建业务对象的数据访问对象。实现EmployeeDAO的findall()方法的查询功能。

在该交互框架下，综合集成研讨厅表现层的主要功能是接受专家客户端发来的请求，将请求转发给业务层，再将业务层返回的结果给表现层。本发明采用Flex技术在综合集成研讨厅的表现层完成人机交互，在业务模型层则只需提供若干Java实用类的方式，Flex客户端通过RemoteObject远程调用Java实用类，将数据管理服务、消息服务与J2EE服务器端集成在一起。

3、基于Flex与ArcGIS集成的空间可视化研讨技术

本发明采用Flex作为交互式综合集成研讨厅平台的表现层技术与ArcGIS相结合，将众多的气候、降水特征信息查询、专题图以及决策模拟的结果在客户端丰富显示，具有极高的用户体验性和交互性。用户能够在浏览器中实现无刷新页面的地图缩放操作、空间分析查询以及决策模型结果的多种形式展示(柱状图、饼图和折线图)等高级GIS功能。系统的集成架构图如图4所示。

其中，以Flex技术开发客户端，采用支持REST架构的ArcGIS Server 9.3替代传统的WebGIS，并附加了J2EE应用服务器来提供非GIS的数据与服务，使得其他应用的业务数据和服务可以融入到WebGIS系统中。GIS的数据服务可以由Flex与ArcGIS Server交互获得，ArcGIS Server则是从文件格式和geodatabase中获取GIS数据，而其他不变抽象成资源的数据与操作可以由Flex与J2EE服务器交互获得，J2EE通过从Oracle交互获得数据；

具体的可视化集成实现步骤如下：

(1)完成Flex平台下基于REST模式架构的地图服务发布与访问

①首先使用ArcMap、ArcCatalog等ArcGIS Desktop组件在地图管理端对地图的图层进行创建、设计和编辑等操作；

②将地图的地理空间数据库通过ArcSDE转存到关系型数据库Oracle中(存储类型为Geodatabase)，并生成MXD的地图文档(MXD文档实际上是起到一个组织图层的作用，本身并不包含地图的实际数据)；

③使用ArcGIS Server作为地图服务器，将MXD的地图文档抽象成REST资源发布到地图服务器中；

④在综合集成研讨厅系统的表现层采用Flex平台通过REST模式访问ArcGIS Server服务器，获取Web地图服务资源。ArcGIS Server则是从文件格式和geodatabase中获取GIS数据，而其他不变抽象成资源的数据与操作可以由Flex与J2EE服务器交互获得，J2EE通过JDBC与Oracle 10g交互获得数据；

(2)实现Flex平台下与综合集成研讨厅系统业务数据库以及空间数据库的多源数据交互技术

①综合集成研讨厅系统的数据层除了以上所提及的空间数据库Geodatabase外，还需要建立综合集成研讨业务数据库，用于存放群决策所需的业务数据(如社会经济数据和自然资源数据等)，因此业务数据不依托地图服务存在；系统附加了J2EE应用服务器来提供业务数据与服务，由此使得其他的业务数据和服务可以融入到WebGIS系统中，并在Flex平台中得到集成展现，这样也扩展了基于Flex和REST的WebGIS的应用范围和功能。

②在Flex中通过调用ArcGIS API For Flex对地图资源进行进一步的自定义功能设计，如实现基于空间数据库的地理信息查询功能(如图层控制、空间定位、图元显示控制等)；

③表现层又通过自定义数据交互网关技术完成与数据层的交互，实现Web用户对于地图数据的异步获取，最终将获取的仿真决策结果与空间信息以丰富的交互形式进行展现；

在上述基础上，扩展综合集成研讨厅的系统架构，设计出其它决策仿真的应用子模块进行进一步的可视化功能集成。

综上所述，本发明一种交互型可视化综合集成研讨厅系统，具有以下特点：

(1)本发明所建立的交互式综合集成研讨厅的在网络架构方面把多个成本相对较低的计算服务实体整合成一个“决策服务资源池”，在网络中对各种决策服务的资源进行统一管理和调度，并向群体专家用户提供按需服务的决策功能；

(2)本发明中通过改进传统交互框架以及自定义事件处理的设计，实现前端视图层组件与后端模型层J2EE组件之间的直接交互，继而实现整个综合集成研讨厅客户端决策的人机交互功能，并提升了综合集成研讨厅人机交互的效果；

(3)本发明中设计了基于Flex与ArcGIS的可视化研讨集成技术：设计了基于Flex-REST架构的地理信息服务发布技术，使得上述交互式综合集成研讨厅平台表现层的自定义Flex交互式组件与ArcGIS的REST服务之间进行交互式访问，将众多气候、降水特征信息查询、专题图和群决策的研讨信息分析以及模型计算结果在GIS平台上进行动态呈现。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (3)

1.一种交互型可视化综合集成研讨厅系统，其特征在于包括：

第一Web服务器：用于极端洪灾风险管理综合集成研讨厅整个应用系统的程序发布功能；

第一数据库管理服务器：为第一Web服务器中的应用系统提供各种极端洪灾风险管理涉及的业务数据以及决策模型库、知识库、决策方案的存储和查询功能；

第二Web服务器：提供基于Web Services的跨平台电子地图服务，并为第一Web服务器发布的空间信息查询程序提供所需的地图资源以及模型计算结果提供展示的背景；

第二数据库管理服务器：提供支持ArcGIS的geodatabase地理空间数据库的存储功能；为第二Web服务器发布的地图服务中各图层绑定相应的空间数据；

第一研讨管理服务器：提供研讨厅系统的版本控制、备份以及研讨信息的数据备份功能，并与第一Web服务器、第一数据库管理服务器之间形成交互；

第二研讨管理服务器：用于对极端洪灾风险管理综合集成研讨厅的运行环境进行配置和初始化的工作；用于研讨厅组织人或主持人发布会议信息、群发研讨会议通知以及制定会议研讨任务和流程；

第一专家工作站：用于运行基于富客户端的人机交互程序，为专家参与极端洪灾风险管理的研讨活动和群决策提供辅助工具；

第二专家工作站：运行基于富客户端的人机交互程序；

第一数据处理工作站：用于将采集得到的不同格式的洪灾业务数据整理、转换并导入数据库管理服务器；

第二数据处理工作站：用于对地图文件进行处理、转换并导入数据库管理服务器的geodatabase空间数据库中。

2.一种交互型可视化综合集成研讨厅系统的人机交互构建方法，其特征在于所述系统包括视图层、控制层和模型层，包括以下方面：

（1）在视图层采用Flex创建富客户端可视化组件，同时在视图层使用Action Script 3创建业务对象的AS对象，由此实现视图层可视化组件与数据对象的绑定功能；

（2）在控制层采用Action Script 3控制业务逻辑，使用自定义数据交互网关来达到和模型层Java对象的交互；

（3）在模型层采用Java编程和系统数据库交互，创建业务对象的数据访问对象。

3.一种用于交互型可视化综合集成研讨厅系统的空间可视化集成方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）实现Flex平台下基于REST模式架构的地图服务发布与访问

首先使用ArcMap、ArcCatalog等ArcGIS  Desktop组件在地图管理端对地图的图层进行进行创建、设计和编辑等操作；

将地图的地理空间数据库通过ArcSDE转存到Oracle中，并生成MXD的地图文档；

使用ArcGIS Server作为地图服务器，将MXD的地图文档抽象成REST资源发布到地图服务器中；

在综合集成研讨厅系统的表现层采用Flex平台通过REST模式访问ArcGIS Server服务器，获取Web地图服务资源；

（2）实现综合集成研讨厅系统业务数据库以及空间数据库的多源数据交互

建立综合集成研讨业务数据库，用于存放群决策所需的业务数据；

系统附加J2EE应用服务器使业务数据和空间数据可以融入到WebGIS系统中；

在Flex中通过调用ArcGIS API For Flex对地图资源进行进一步的功能设计，实现基于地理信息的空间数据查询功能；

系统的视图层通过自定义数据交互网关技术完成与空间数据库的交互，实现Web用户对于地图数据的异步获取，最终将决策业务数据与空间信息以丰富的可视化效果进行展现。

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