李圣權(quán) 陳觀林 齊雋

摘 要： 數(shù)字城管在現(xiàn)代城市管理中具有重要的意義。介紹了一個面向數(shù)字城管的數(shù)據(jù)分析與挖掘系統(tǒng)的具體設(shè)計和實現(xiàn)，該系統(tǒng)基于Java EE平臺開發(fā)，綜合利用了統(tǒng)計分析方法和范例推理技術(shù)，能夠提供對城市管理的科學(xué)決策。

關(guān)鍵詞： 數(shù)字城管； 數(shù)據(jù)挖掘； 統(tǒng)計分析； Java EE

中圖分類號：TP31 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B 文章編號：1006-8228（2013）08-80-03

0 引言

數(shù)字化城市管理（簡稱“數(shù)字城管”）是現(xiàn)代城市的發(fā)展趨勢，也是城市管理走向現(xiàn)代化的必然要求。實施數(shù)字城管，可以創(chuàng)新城市管理模式，再造城市管理流程，實現(xiàn)電子政務(wù)資源的整合與共享，從而提升政府城市管理水平和公共服務(wù)能力[1]。

近年來，許多國外發(fā)達(dá)城市相繼開展了數(shù)字城管的研究和實踐，實施數(shù)字城管也已成為中國城市管理建設(shè)的熱點。2005-2007年，國家住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部先后確定了51個數(shù)字城管試點城市[2]，目前全國已有300多個城市已建立了數(shù)字城管。以浙江省杭州市為例，2006年8月杭州市順利通過國家建設(shè)部的驗收，成為首批十個數(shù)字城管試點城市中第一個通過驗收的城市，其創(chuàng)新模式被冠名為“杭州模式”[3]；至2010年底，杭州市已建成覆蓋城市市域的市轄城域數(shù)字城管統(tǒng)一平臺。

在數(shù)字化城市管理建設(shè)過程中，數(shù)字城管信息系統(tǒng)綜合利用計算機、網(wǎng)絡(luò)、通訊和數(shù)據(jù)庫等技術(shù)，積累了大量龐大又寶貴的數(shù)據(jù)[4]。從這些海量的原始數(shù)據(jù)中分析挖掘更實用、更全面的信息，對于城市管理的科學(xué)監(jiān)管和執(zhí)法具有重要的意義。

本文采用主流的Java EE技術(shù)，結(jié)合Spring和Hibernate框架，設(shè)計并實現(xiàn)了一個面向數(shù)字城管的數(shù)據(jù)分析與挖掘系統(tǒng)。系統(tǒng)充分利用統(tǒng)計分析方法和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)，能對數(shù)字城管信息進(jìn)行綜合分析和有效挖掘，為城市管理的科學(xué)決策提供全面、直觀的依據(jù)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計與分析

1.1 系統(tǒng)總體需求分析

面向數(shù)字城管的數(shù)據(jù)分析與挖掘系統(tǒng)針對數(shù)字化城市管理領(lǐng)域采集的主要信息，例如行業(yè)監(jiān)管業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)、“四化”督查業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和城管執(zhí)法業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)等海量數(shù)據(jù)，綜合利用統(tǒng)計分析方法[5]和范例推理技術(shù)（Case-Based Reasoning，CBR）進(jìn)行數(shù)據(jù)挖掘[6]，提取有價值的信息，進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字城管應(yīng)用的知識發(fā)現(xiàn)和輔助決策，提升城市管理的水平和效能。

系統(tǒng)的主要功能模塊包括：系統(tǒng)管理、簡單分析、高級分析、分析查詢和結(jié)果導(dǎo)出等。

系統(tǒng)管理：實現(xiàn)用戶管理（包括用戶登錄、創(chuàng)建和修改）和信息管理（問題、案件的管理）。

簡單分析：選取簡單的維度、指標(biāo)字段進(jìn)行分析，作廢分析等。

高級分析：選取復(fù)雜的維度、指標(biāo)、圖形區(qū)域等進(jìn)行分析，包括鉆取（Drill-up和Drill-down）、切片（Slice）和切塊（Dice）等分析。

分析查詢：提供歷史的分析管理和記錄查詢。

結(jié)果導(dǎo)出：導(dǎo)出分析結(jié)果，包括簡單報表、圖形報表等。

系統(tǒng)的基本功能框架如圖1所示。

1.2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)主要包括以下幾個方面。

⑴ 系統(tǒng)的技術(shù)選型采用目前成熟、先進(jìn)的Java EE技術(shù)，符合主流MVC框架的設(shè)計架構(gòu)，系統(tǒng)在軟件上充分考慮可擴(kuò)充性，軟件系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計，注重提高系統(tǒng)的可移植性、安全性、可伸縮性和可重用性；同時采用插件式的方式集成系統(tǒng)中的各個模塊，保證各個模塊的松散耦合、集中統(tǒng)一。

⑵ 利用統(tǒng)計分析方法研究數(shù)字城管數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系。確定數(shù)據(jù)庫字段之間存在的函數(shù)關(guān)系（能用函數(shù)公式表示）和非函數(shù)關(guān)系（不能用函數(shù)公式表示），通過統(tǒng)計海量數(shù)據(jù)中的最大值、最小值、平均值等常用統(tǒng)計方法，以及回歸分析、相關(guān)分析、差異分析等常用分析方法，對數(shù)字城管業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，挖掘出數(shù)據(jù)間存在的規(guī)律性和相關(guān)性。

⑶ 利用范例推理技術(shù)促進(jìn)數(shù)字城管領(lǐng)域的輔助決策。現(xiàn)有的數(shù)字城管信息系統(tǒng)提供了大量的案例數(shù)據(jù)，系統(tǒng)采用CBR技術(shù)進(jìn)行基于案例庫的范例推理建模，利用常用的歸納索引法構(gòu)建案例決策樹，提取案例的顯著特征，當(dāng)出現(xiàn)新的案例時，首先在案例庫中檢索和整合最相似的案例，為新案例快速提供一個參考的解決方案，從而實現(xiàn)對城市管理的輔助決策。

1.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

系統(tǒng)共設(shè)計了員工、地點、問題、監(jiān)管案例等12張數(shù)據(jù)表，部分?jǐn)?shù)據(jù)表的描述如下：

⑴ 員工表：存儲工作人員信息，包括姓名、編號和聯(lián)系方式等基本屬性；

⑵ 地點表：存儲發(fā)生問題的地點信息，包括編號、區(qū)域、街道、社區(qū)等基本屬性；

⑶ 問題表：存儲對問題事件的描述，包含編號、來源、類別、狀態(tài)等屬性；

⑷ 監(jiān)管案例表：存儲所有立案的問題或事件信息，包括案例信息、處理信息等。

其中，監(jiān)管案例表是系統(tǒng)統(tǒng)計分析和挖掘的主要來源，該數(shù)據(jù)表設(shè)計的重要字段及其含義如表1所示。

2 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計與實現(xiàn)

系統(tǒng)基于Java EE平臺進(jìn)行設(shè)計開發(fā)，以O(shè)racle作為后臺數(shù)據(jù)庫，采用Hibernate實現(xiàn)持久層管理，采用Spring實現(xiàn)事務(wù)管理與依賴注入，使用Spring MVC的設(shè)計模式管理前后臺的交互，同時綜合了目前主流的AJAX框架、JavaScript技術(shù)、JS擴(kuò)展類庫等技術(shù)，充分展示了B/S架構(gòu)的MVC設(shè)計模式的運用，可以在裝有瀏覽器以及JRE支持的系統(tǒng)上直接使用。

下面對系統(tǒng)中信息管理和高級分析等關(guān)鍵模塊的具體實現(xiàn)進(jìn)行詳細(xì)說明。

2.1 信息管理模塊的設(shè)計實現(xiàn)

信息管理模塊主要提供對數(shù)字城管案件和問題信息的管理，包括增、刪、改等基本功能，以及分頁、排序和過濾等附加功能，同時使用了“Google Suggest”模式提供對輸入詞匯的檢索提示功能。

2.1.1 利用ExtJS實現(xiàn)自動分頁功能

ExtJS是一個與后臺技術(shù)無關(guān)的前端AJAX框架，主要用于創(chuàng)建前端用戶界面。系統(tǒng)利用ExtJS的PagingToolbar控件封裝的方法，實現(xiàn)對信息管理進(jìn)行自動分頁的操作，它顯示從后臺返回的總數(shù)據(jù)數(shù)，并且定義了“上一頁”、“下一頁”等功能按鈕，分別封裝了對應(yīng)的請求，從而獲取到相應(yīng)的頁面。

實現(xiàn)分頁功能的前臺頁面部分代碼如下：

后臺利用一個Page的util類進(jìn)行所有的分頁操作，該Page類封裝了分頁的一些基本的后臺操作以對應(yīng)前臺發(fā)來的請求，從而實現(xiàn)分頁效果。

2.1.2 使用“Google Suggest”實現(xiàn)自動匹配功能

“Google Suggest”是Google搜索引擎重要的智能化服務(wù)之一，當(dāng)用戶輸入所要搜索的關(guān)鍵詞時，會以下拉框的形式出現(xiàn)關(guān)鍵詞擴(kuò)展提示。系統(tǒng)在實現(xiàn)過程中，也使用了“Google Suggest”模式實現(xiàn)關(guān)鍵詞的匹配提示。當(dāng)用戶對案件信息進(jìn)行修改或查詢時，例如對上報監(jiān)督員進(jìn)行修改，只要輸入相應(yīng)人名的前一個或幾個字符，系統(tǒng)就會自動在數(shù)據(jù)庫中尋找匹配的名字列表，以下拉框的形式供用戶選擇，這種實現(xiàn)方式能夠方便地對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理篩選，預(yù)先顯示用戶想要的數(shù)據(jù)。

系統(tǒng)實現(xiàn)該功能的過程如下：

⑴ 當(dāng)獲取到用戶的請求數(shù)據(jù)后，設(shè)置請求的相應(yīng)url為“employee？method=suggest”；

⑵ 后臺接收到該請求后，通過關(guān)鍵字獲取類似姓名的方法employeeService.getByName（name），對數(shù)據(jù)庫中的Employee表進(jìn)行查詢，返回所有包含前端輸入字符的人名，供前臺選擇。

例如，在案件信息管理模塊中，如果修改上報監(jiān)督員的人名，當(dāng)輸入一個“董”字后，將自動生成所有名字包含“董”的員工供用戶選擇，頁面效果如圖2所示。

2.2 高級分析模塊的設(shè)計實現(xiàn)

高級分析模塊能夠提供多維度、多條件的統(tǒng)計分析功能，并且以柱狀圖、餅狀圖等直觀形象的圖表進(jìn)行展示，使得分析結(jié)果一目了然，同時還提供分析結(jié)果的Excel文件導(dǎo)出功能。

2.2.1 分析結(jié)果的圖形顯示

例如，對基于地區(qū)的發(fā)案率進(jìn)行分析比較，統(tǒng)計各地區(qū)在某一時間段內(nèi)的發(fā)案數(shù)，系統(tǒng)通過使用Axis的渲染繪圖功能，實現(xiàn)結(jié)果的柱狀圖等圖形顯示。

系統(tǒng)實現(xiàn)地區(qū)發(fā)案率分析過程如下：

⑴ 當(dāng)用戶提交相應(yīng)時間的請求數(shù)據(jù)后，通過聲明屬性renderTo：document.body實時渲染標(biāo)明圖表；

⑵ 后臺接收到前臺的請求后，調(diào)用dao層的getRate（）方法獲取當(dāng)前數(shù)據(jù)庫中發(fā)案率統(tǒng)計信息；

⑶ 后臺獲取到查詢結(jié)果之后，將該結(jié)果組裝成JSON數(shù)據(jù)發(fā)往前臺。

由于該分析查詢是一個聚類查詢，系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)的SQL語句獲取發(fā)案率的統(tǒng)計信息，返回一個list對象，再對這個對象進(jìn)行操作，顯示相應(yīng)的柱狀圖，使得分析比較功能的實現(xiàn)更加方便與簡單。

2.2.2 分析結(jié)果的Excel導(dǎo)出

系統(tǒng)還實現(xiàn)了將分析結(jié)果保存到Excel文件的功能，具體實現(xiàn)的過程如下：

⑴ 當(dāng)用戶點擊“保存分析”按鈕之后，提交saveAnalysis請求給后臺；

⑵ 后臺Spring MVC獲取到該請求后，調(diào)用對應(yīng)ExcelBuild中的Excel方法進(jìn)行處理；

⑶ 該方法調(diào)用ExcelUtil類的靜態(tài)方法writeExcel，把要寫入的數(shù)據(jù)封裝成對象數(shù)組，完成Excel文件的寫入操作，將Excel文件保存到指定路徑。

基于地區(qū)統(tǒng)計發(fā)案數(shù)據(jù)的分析比較結(jié)果如圖3所示。

3 結(jié)束語

面向數(shù)字城管領(lǐng)域的數(shù)據(jù)分析與挖掘是數(shù)字化城市管理建設(shè)提升的重要手段，可以為城市管理工作者提供科學(xué)有效的決策支持。本文在介紹數(shù)字城管建設(shè)現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，設(shè)計了一個基于Java EE技術(shù)平臺、結(jié)合Spring和Hibernate框架、符合主流MVC架構(gòu)的面向數(shù)字城管的數(shù)據(jù)分析與挖掘系統(tǒng)。該系統(tǒng)綜合利用統(tǒng)計分析方法和范例推理技術(shù)，實現(xiàn)了業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的有效分析，并提供分析結(jié)果的圖形化顯示，能為城市管理的科學(xué)決策提供直觀的依據(jù)。今后，將繼續(xù)擴(kuò)展系統(tǒng)的數(shù)字城管信息來源，引入更加智能的數(shù)據(jù)挖掘算法，進(jìn)一步促進(jìn)數(shù)字化城市管理應(yīng)用的知識發(fā)現(xiàn)。

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