基于MVC的城市可持续发展评估系统设计与实现

摘要：信息技术在促进城市可持续发展的过程中发挥着重要的作用。该文基于MVC三层体系架构开发实际可以运行模拟评估的软件系统，为不同类型的城市可持续发展能力建设工作的开展提供方法支撑。该系统采用Mvc开发模式，使用Hibernate技术和Java开发语言，实现城市可持续发展能力的评估，具有城市信息查看和分类、统计分析、指标相关性分析等功能。该系统可弥补目前城市可持续发展能力辨识度低、建设成效评估不准确、数据监测不全面和信息化管理不完善等方面的不足，提升城市可持续发展能力评估与信息管理水平。

关键词：城市可持续发展能力;MVC框架;评价指标体系;优化方法

中图分类号：TP399      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2022）05-0079-03

1 引言

随着资源、环境等问题日益突出，温室气体排放显著增加，经济与环境发展的矛盾愈发尖锐，全球可持续发展能力受到了严峻挑战，而城市可持续发展对全球可持续发展极为重要[1]。城市可持续性主要指城市在可持续发展过程中经济、社会和环境等方面所处的理想状态[2]。如何确定城市的可持续性是推进城市可持续发展的前提，在经济、社会、资源现状发生转型的过程中，如何准确分析评价各类要素，有助于建立城市可持续发展系统[3]。同时，科学合理评价城市可持续发展能力，对于政府制定相应的政策规划，实现有效的运行和监管极为重要。

信息技术的应用在促进城市可持续发展的过程中发挥重要作用。一方面，信息技术可以实现城市发展数据的及时采集与存储，通过对大数据的计算和分析评估城市发展的运行状态，协调城市资源的流动和优化匹配;另一方面，信息技术提高了信息收集和处理的效率，使得决策部门能够及时把握整體态势，合理引导生产消费行为，并对资源和环境进行充分全面的监管。在信息技术的支持下，生态环境、人居环境、资源/能源要素等节点连接成为网络，信息能够实现充分的互通和共享，从而实现运行优化和有效监管。

从目前的研究结果看，对城市可持续发展的研究主要集中于城市可持续发展指标体系的构建，指标体系的构建主要基于主成分分析法、系统动力学、SDGs目标法、地球大数据、元数据等方法[4-8]，针对城市可持续发展评价系统的实现方面的研究较少，陈丁楷等人运用数据包络方法构建了城市可持续发展指标体系，并基于B/S结构结合面向服务架构设计城市可持续发展评价系统[9]。本文综合层次分析法、直接赋权等方法，基于MVC三层体系架构搭建和开发城市可持续发展评估系统，为不同类型城市及试验区城市开展可持续发展评估工作提供技术支撑。

2 MVC和Hibernate框架

2.1 MVC框架

目前国内外对MVC的开发框架均有所研究[10]，该框架将业务逻辑聚集到一个部件，开发者使用MVC框架改进和定制界面及与用户交互时，可以不对业务逻辑重新编写。因此，它广泛用于在一个图形化客户界面中实现映射系统的输入、处理和输出功能。

MVC由Model（模型）、View（视图）和Controll（控制器）组成，Model（模型）是开发者所建立的模型，用于处理应用程序数据逻辑相关部分，一般用来在数据库存储或者提取数据，View（视图）用于实现数据库记录的数据，其实依据模型创建[10]，Controller（控制器）用于数据库输入，通常用于从视图读取数据，控制用户输入向模型发送数据。MVC 模式可实现对HTML、CSS 和 JavaScript 的完全控制，因此其具有耦合性低、重复利用率高、生命周期成本低、部署快、可维护性高和有利于软件工程化管理等优点。

2.2 Hibernate框架

Hibernate是基于开放源代码的对象关系映射框架，其可以通过对象编程思维操作数据库，其可以应用于JDBC、Java和Servlet/JSP的Web等场合。由于Hibernate封装了JDBC，因此其简化了很多重复性代码和DAO层编码工作，使开发更对象化且移植性好，支持各种数据库和透明持久化。

对于本系统而言，在数据库操作和与业务逻辑层通信层面，使用Hibernate能够降低关联的复杂性、最大限度避免使用联合主键和ID生成机制、允许不同的数据库提供的并不完全一样机制以及适当的冗余数据，不过分追求高范式等优势。

3 城市可持续发展能力评估系统设计

3.1 城市可持续发展能力评估系统设计原则

本系统为城市可持续发展能力评估体系的软件实现，重点遵循以下三点设计原则：

1）实用性。系统需要满足评价模型的各种功能需求，实现指标体系评估的各种分析和计算功能。

2）安全性和分级权限。本系统在使用过程中保证自身运行的稳定性。同时，本系统的内部数据、数据结构和运算过程需对软件使用者保密，软件使用者仅可通过界面获得权限以内的数据。因此，本系统采用传统的“模型-视图-控制”（MVC）构架进行系统分层并封装。

3）可扩展性。系统各层次之间低耦合，便于独立开发和团队协作;层次间交互使用接口模式，并留有扩展接口，便于程序功能的增、删、改、查以及后续的功能、模块添加。

3.2 城市可持续发展能力评估系统功能设计

本系统的功能设计主要包括以下两个方面：

1）实现城市可持续发展能力评价模型的数据库构建;

2）根据相关算法完成城市可持续发展能力的量化评价。具体完成以下相关功能：操作界面;数据库及数据导入;用户账户管理;城市信息查看和指标数据查看;城市分类，可根据发展阶段或发展模式进行分类;设置指标权重;设置归一化标准;统计分析，如均值、方差、最大最小值等;指标相关性检测、回归分析、聚类等统计分析;计算城市可持续发展能力的评分值;其他常用相关存储、计算功能。

以上是本系统的主要功能，其中包含了层次分析法、蒙特卡罗法等相关算法和公式，同时软件用户可根据需求进行城市可持续能力评价的各项数据存储、查看或计算，并支持模块和功能的扩展。

3.3 城市可持续发展能力评估系统框架设计

1）系统的MVC架构

城市可持续发展能力评价模型需要本系统完成城市指标数据库的构建，再根据相关算法完成城市可持续发展能力的量化评价。针对系统设计需求，将系统根据MVC架构分为三层：数据层、业务逻辑层和界面层。

界面层主要负责与用户交互，包括展示和用户操作等功能。运算逻辑、原始数据和数据结构不在本层存储或显示。界面层主要有数据读取、查看信息、设置参数和数据分析等模块，界面层将与业务逻辑层直接通信，需要调用业务逻辑层的城市逻辑模块、指标逻辑模块和运算逻辑模块。所需数据以字符串或数字的形式进行封装之后完成通信，避免数据结构和运算逻辑的泄露。数据存储或输入也需要通过业务逻辑层才能继续传递到数据层。

业务逻辑层主要负责具体算法的实现以及与界面层、数据层通信等功能。系统的所有运算逻辑在本层实现。业务逻辑层需要接收界面层传递的用户指令，处理后传递给数据层;同时，需要接收数据层传递的数据，经过运算处理后传递给界面层。业务逻辑层各模块需要调用数据层的数据，包括城市数据、指标模型和指标数据等。数据层会将所有数据通过Hibernate进行映射，将原始数据转化为可操作的数据结构进行传递。

数据层使用Mysql数据库进行开发，通过Hibernate进行映射，使用JAVA对数据进行读取和运算操作。数据层负责数据的存储，包括根据用户指令完成后续对数据的增、删、改、查、通信等操作。数据和部分数据结构在本层实现，也对业务逻辑层可见。

对于城市可持续发展能力评估系统，所需存储的指标属性繁多，数据量大，需要考虑最优存储方案。因此，不能简单地按照指标属性直接存储，必须对指标间的共有属性进行提炼、合并，达到模型化的效果。为此，我们对离散的指标数据进行处理，将指标共有的属性剥离出来单独进行存储，构建指标模型。通过对存储结构的优化，大大降低空间占用，并提高了数据修改时的效率。

2）系统的功能需求模块

根据系统的功能需求，将系统进行功能模块划分，从功能的角度分模块实现城市管理、指标管理和运算逻辑管理。

城市管理模块：包括城市信息查询、按产业比重以及发展阶段对城市分类分析和读写城市数据库等功能。

指标管理模块：通过层次分析法确定指标权重，并根据归一法计算指标得分，包括指标特征查询、指标特征分析和读写指标数据等功能。

运算逻辑管理模块：提供多种逻辑处理选项和分析相關性，包括指标相关性分析、回归分析、蒙特卡洛预测分析等功能。

4 城市可持续发展能力评估系统实证性检验

本文在分层次、分模块的城市可持续发展能力评价系统基础上完成城市可持续发展能力评估系统数据库和评估模型的搭建与开发。系统采用MVC开发模式，编程语言主要使用JAVA编程开发语言，数据库选用Mysql。

在本系统中所有城市的指标数据将以数据库的形式被保存，并进行相关的数学、逻辑分析，包括基本统计分析、相关性分析、回归分析等，根据数据综合把握城市情况，支持政府决策。

系统中主要展示内容和对应实现方案如下：城市概况——文字图片介绍;总体情况，所有城市的发展情况统计、分布等信息——基本统计分析，如均值、中值、最大最小值、方差值等;评价结果，直观、形象地展示城市指标值以及分布情况——雷达图、柱状图等可视化模块;关键指标分析，明确显著影响城市可持续发展能力的重要指标——相关性分析、面板数据、方差分析等;城市归类，在进行综合评价分析后可以按照最终成绩或相关指标再次进行归类分析，并与之前的分类结果相对照，同时对指标之间的关联进行明确聚类分析。

用户操作本系统进行城市可持续发展能力评价的流程基本如下所示：导入城市相关数据并查看;根据已有数据对城市分类;在计算城市可持续发展能力指数之前，对各项指标进行权重赋予;对各项指标进行归一化，即每项指标的数值需要对应一个分值;对指标之间的相关性进行检测;完成权重赋予和归一化标准之后，可以对已有数据的城市进行可持续发展能力的最终评价。

以用户运用城市可持续发展能力系统进行指标归一化流程为例。图4是设置归一化标准的对话框的界面。

对于不同发展阶段的城市，其归一化标准不同。需要为不同发展阶段的城市的指标各自进行归一化。在【请选择发展阶段】框中，通过下拉菜单选择发展阶段。

同时，对于每项指标，其归一化方式可以有所不同。有些指标适用于参照值法，有些指标适用于蒙特卡罗法等分布统计的方法。对话框中的黑点表示系统推荐的归一化方法，用户可根据实际情况，为每一个指标选择合适的归一化方法。

例如，选择发展阶段为【初级阶段】，对于指标“万人年度刑事案件立案数”，选择【参照值法】为归一化方法。则单击该指标的【参照值法】圆圈，系统将自动弹出界面，设置参照值标准。用户在设置标准的文本框中，填入对应的参照值。例如，对于指标“万人年度刑事案件立案数”，数值为0对应100分，数值为50对应0分，即可填入相应文本框。文本框下方有可供参考的提示。填写完毕后单击【确定】保存参照值的设定。

同理，可对使用参照值法的其他指标进行归一化。若指标适用于蒙特卡罗法，则单击该指标的【蒙特卡罗法】圆圈，系统将自动弹出界面，设置参照值标准。用户在设置标准的文本框中，填入对应的参照值。例如，对于指标X，数值为50对应100分，数值为10和数值80均对应0分，即可填入相应文本框。注意在0分的设定中需要填入数据两侧的对应数值。填写完毕后单击【确定】保存参照值的设定。

回到归一化标准选择界面，单击【完成】。

5 结束语

目前国内城市的可持续发展能力建设工作尚处在前期阶段，相关评估机制尚不完善，指标数据库的建设和信息化评估的手段需要深入研究，本文开发了实际可以运行模拟评估城市可持续发展能力的软件系统，弥补了目前城市可持续发展能力辨识度低、建设成效评估不准确、数据监测不全面和信息化管理不完善等方面的不足，为城市可持续发展能力建设工作提供技术保障，为政府制定科学的政策规划、实现有效的监管提供决策依据。

参考文献：

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[4] 楊振山，杨航，孙东琪.基于系统动力学的城市可持续性评估模拟——以京津冀为例[J].地理科学，2021，41（9）：1515-1524.

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[10] 仝茵.基于ASP.NET MVC模式的软件开发架构的研究与探讨[J].中国电子科学研究院学报，2016，11（6）：599-602.

【通联编辑：谢媛媛】

收稿日期：2021-11-08

作者简介：吴凡（1986—），男，江西人，助理研究员，博士，研究方向为能源经济。