基于REST+RIA架构的水环境监测点位管理系统

姜 勇,陈 朕,乔延春,张 宏

(1.江苏省环境监测中心,江苏 南京 210036;2.南京师范大学虚拟地理环境教育部重点实验室,江苏南京 210046)

0 引言

经过30年的发展,中国的环境监测事业取得了长足进步,各要素点位布设覆盖范围逐步扩大。但中国水环境监测点位的管理及审批制度仍然存在着一些问题和不足。点位布设的申报材料及相关历史监测数据统一监督管理不力,导致资源利用没有充分优化,信息共享程度较低[1]。中国的水环境监测长期处于多家管水状态,不同的部门根据不同的社会政策及重大工程,所关注的监测项目也不尽相同。同一监测网络中存在着不同的监测方案,重复监测现象十分普遍,有时同一监测断面有着不同的监测结果。由于数据的离散分布,点位布设的科学性难以判断,且趋势分析及优化工作的开展较为困难。

通过本系统的建设,实现了点位申报业务的系统化、规范化和标准化,有利于集中管理点位申报材料,严格控制材料内容的有效性、规范性及完整性。通过建立点位基础空间数据库,将业务数据及空间数据有效关联,利用数据库技术通过对数据的时间及空间上的分析,实现了点位布设的趋势结果,并通过导入科学的数学模型(主要成分分析法、最优配置分层抽样法等)[2],最终得出点位布设的优化方案,达到点位布设减少重复性、更具代表性、反映信息更全面、点的空间分布更为合理的目的,为点位布设决策提供有力的数据支撑和科学依据。

1 系统架构设计

1.1 REST技术

表述性状态转移(Representational State T ransfer,REST)针对网络应用的设计和开发方式,可以降低开发的复杂性,提高系统的可伸缩性,方便服务和信息共享。REST提出了一些设计概念和准则,包括：(1)网络上的所有事物都被抽象为资源(Resource);(2)每个资源对应一个唯一的资源标识(Resource Identifier);(3)通过通用的连接器接口(Generic Connector Interface)对资源进行操作;(4)对资源的各种操作不会改变资源标识;(5)所有的操作都是无状态的(Stateless)。

1.2 RIA技术

富互联网应用(Rich Internet Applications,RIA),具有高度互动性、用户体验丰富以及功能强大的客户端。传统网络程序的开发是基于页面的、服务器端数据传递的模式,把网络程序的表示层建立于HTML页面之上,不能满足复杂应用,特别是传统复杂桌面应用的要求。RIA的出现也就是为了解决这个问题。目前应用较为广泛的RIA客户端技术有 Silverlight、Adobe Flash/Flex、Ajax、JavaFX、Avalon等 。RIA 具有的桌面应用程序特点包括：(1)在消息确认和格式编排方面提供互动用户界面;(2)在无刷新页面之下提供快捷的界面响应时间;(3)提供通用的用户界面特性,以及在线和离线操作功能。同时,RIA具有的Web应用程序的特点包括：立即部署、跨平台、采用逐步下载来检索内容和数据以及可以充分利用被广泛采纳的互联网标准。

1.3 REST+RIA架构应用分析

基于REST+RIA架构的应用开发模型正逐步成为网络应用的开发标准,其优点包括：(1)将表现层与后台彻底分离。在基于REST+RIA的架构中,RIA仅需要专注于人机交互处理及前台UI设计,无需关注业务逻辑的具体实现,即后台的实现逻辑即使发生改变但只要对外提供的服务接口不变则不会对RIA产生任何影响,完全符合系统的低耦合设计原则。(2)合理分配负载,减轻服务器压力。基于REST+RIA的应用架构,REST负责将需要的数据传回客户端,压力较大的渲染工作交给RIA完成,避免频繁请求服务器的情况。这不仅在资源分配上更加合理,也能够让服务器同时承载更多的用户[3,4]。

1.4 系统架构

系统在逻辑上设计为3层架构,即前台业务应用展现层、业务逻辑层、后台服务层(图1)。前台应用展现层基于Internet/Intranet的应用网络上,通过RIA技术以二维的形式显示、查询、申报、审核、分析等,界面友好,互动性强。各种系统功能通过业务逻辑层的Web服务组件来实现,如通过工作流引擎中间件来处理点位申报及审核流程,通过业务逻辑层来实时响应前台请求,为应用展现层提供地理数据分析及处理支撑。后台服务层使用REST架构风格的Web服务器,该层通过文件和大型关系数据库等形式为系统提供数据存储及管理服务。

图1 系统架构

1.5 系统部署方案

如图2所示,系统运行网络由中心局域网、远程内部VPN专用网组成。系统选用Silverlight作为实现RIA的客户端技术,使用ArcGIS Server作为GIS中间件服务器,采用Windows 2008系统提供的CA认证服务作为CA认证服务器,采用SQL Server 2008数据库服务器来为系统提供数据的存储及管理服务。Web应用服务采用 Microsoft Internet Information Service发布,为用户提供页面访问服务。REST服务使用专用的服务器发布,这样就能有效地将页面发布服务和后台业务处理服务分离开来,很大程度上减轻了Web服务器的压力,有效地控制了服务器的负载均衡。

图2 系统部署

2 系统主要功能实现

为了实现点位申报业务的系统化、规范化和标准化,集中管理申报材料,严格控制材料内容的有效性和规范性,系统使用PKI体系来保证网络的安全性,使用工作流引擎技术来规范点位申报及申报流程,同时集成了数据完整性校验、数据规范性校验等功能,使每个审批环节更加明确、便捷。

2.1 CA安全认证体系

系统使用CA安全认证体系为业务的应用提供安全保障,实现的原理是系统为注册用户颁发可被认证的证书,将证书安装在USB Key上,而USB Key作为存储证书和私钥的载体可以被识别为可信的且身份唯一的用户。在客户端登录时,将USB Key插入登录计算机,并输入个人PIN码,从而实现对网络的安全访问。这种方式实现了基于PKI理论的双因素的认证,又屏蔽了PKI理论等计算机概念,真正做到了安全便捷。实现流程见图3。

2.2 点位申报业务流程

图3 CA安全机制

点位申报业务流程为本系统的核心(图4),系统通过工作流引擎流程定义规范点位申报及审批的业务流程。通过流程节点的设置规范流程节点步骤需要提交的材料、填写的数据、处理的人员,科学有效地使申报业务做到了定职、定岗、定责。

2.3 集成GIS支撑点位审核

GIS与工作流程图文一体化集成实现了在点位审核阶段,对点位周边地理环境特征、已有点位布设情况、污染源分布情况、行政管理的层级划分情况等进行直观展现和了解的目的。同时系统对接点位优化布设的分析模型,对点位的优化布设提供评价技术指标数据,并辅助审核人员优化监测方案,进行科学决策,提高工作效率。

3 结语

基于REST+RIA架构的水环境监测点位管理系统可移植性、可扩展性强,拥有很好的用户体验以及较强的客户端交互能力。引入的CA认证体系提高了网络活动的身份认证能力,保证了点位申请、审核、管理等操作都能在安全的环境中进行,从而进一步提高了点位基础数据的可行度及安全性。伴随着网络技术的发展,RIA将会为人们呈现出越来越卓越的用户体验,基于REST风格的Web服务架构也将会得到更为广泛的应用。因为这种简洁风格的网络服务架构使系统的结构更加开放,方便系统的集成和共享。

图4 点位申报审批业务流程

[1]李贵宝,周怀东,郭翔云,等.我国水环境监测存在的问题及对策[J].水利技术监督,2005,13(3)：57-60.

[2]倪云龙.水环境监测点位优化数学模型探讨[J].江苏环境科技,2007,20,(2)：58-60.

[3]王建斌,胡性,李康君,等.REST风格和基于 SOAP的Web Services的比较与结合[J].计算机应用与软件,2010,27(9)：297-300.

[4]石雪岗.基于REST架构风格的异构系统集成[J].信息与电脑,2010(5).