袁衛(wèi)平，董春，康風(fēng)光，亢曉琛

（1.遼寧工程技術(shù)大學(xué) 測繪與地理科學(xué)學(xué)院，遼寧 阜新 123000；2.中國測繪科學(xué)研究院，北京 100830；3.武漢大學(xué) 資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430079）

1 引 言

地理國情普查統(tǒng)計(jì)分析是地理國情普查的重要組成部分，是地理國情普查要素向地理國情信息轉(zhuǎn)化和提升，并與經(jīng)濟(jì)社會(huì)信息相融合，反映經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、資源、環(huán)境的空間分布規(guī)律的必要手段和階段，對(duì)于推廣普查成果應(yīng)用、推動(dòng)地理國情普查與監(jiān)測具有至關(guān)重要的作用。地理國情普查統(tǒng)計(jì)分析貫穿地理國情監(jiān)測全過程，是實(shí)現(xiàn)地理國情信息從數(shù)據(jù)服務(wù)到信息服務(wù)，再到?jīng)Q策知識(shí)服務(wù)的必要手段。

地理國情基本統(tǒng)計(jì)根據(jù)地理國情普查采集的點(diǎn)、線、面等幾何特征類型和地理實(shí)體對(duì)象，以規(guī)則地理格網(wǎng)單元、行政區(qū)劃與管理單元、地形單元為統(tǒng)計(jì)單元，進(jìn)行地形地貌、植被覆蓋、荒漠與裸露地表、水域、交通網(wǎng)絡(luò)、居民地與設(shè)施、地理單元的數(shù)量、密度、位置、高程、范圍等內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)。地理國情基本統(tǒng)計(jì)是地理國情普查統(tǒng)計(jì)分析的基礎(chǔ)。

地理國情普查基本統(tǒng)計(jì)軟件是為地理國情普查基本統(tǒng)計(jì)工作專門定制開發(fā)的生產(chǎn)性軟件操作平臺(tái)，是地理國情普查統(tǒng)計(jì)分析軟件的重要組成部分。軟件以地理國情普查要素為數(shù)據(jù)源，集數(shù)據(jù)分析、統(tǒng)計(jì)和報(bào)表生成為一體的綜合性專業(yè)空間數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析軟件，是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、地理信息技術(shù)、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、并行計(jì)算技術(shù)等為基礎(chǔ)，提供數(shù)據(jù)管理、基本統(tǒng)計(jì)、報(bào)表管理和統(tǒng)計(jì)分析的綜合解決方案。地理國情基本統(tǒng)計(jì)軟件工具為地理國情統(tǒng)計(jì)分析工作提供數(shù)據(jù)和技術(shù)支撐，并為下一步地理國情綜合統(tǒng)計(jì)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

地理國情基本統(tǒng)計(jì)軟件開發(fā)過程中需解決以下兩個(gè)問題：

①地理國情基本統(tǒng)計(jì)軟算法模型復(fù)雜，算法種類繁多，部分算法復(fù)雜度較高，需要由不同開發(fā)人員乃至不同單位的專業(yè)人員開發(fā)完成。在此基礎(chǔ)之上，如何實(shí)現(xiàn)不同單位開發(fā)功能的測試和聯(lián)調(diào)是一項(xiàng)尤為重要的工作。

②地理國情涉及國家和地方兩個(gè)層面，國家和地區(qū)關(guān)注的指標(biāo)各不相同；同時(shí)各地區(qū)發(fā)展不同，對(duì)地理國情基本統(tǒng)計(jì)的需求也有差異。軟件須適應(yīng)國家以及各地區(qū)的對(duì)統(tǒng)計(jì)計(jì)算的不同需求，因此地理國情基本統(tǒng)計(jì)軟件在設(shè)計(jì)初期就必須考慮如何適應(yīng)需求的變化，實(shí)現(xiàn)基本統(tǒng)計(jì)的靈活配置。

為解決以上兩個(gè)問題，本文將研究基于反射機(jī)制和策略模式的統(tǒng)計(jì)算法模型庫管理策略。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 反射機(jī)制

反射（Reflection）是.NET中的重要機(jī)制，通過反射在運(yùn)行時(shí)獲得.NET中每一個(gè)類型（包括類、結(jié)構(gòu)、委托、接口和枚舉等）的成員，包括方法、屬性、事件，以及構(gòu)造函數(shù)等，并且可以獲得每個(gè)成員的名稱、限定符和參數(shù)等。有了反射即可對(duì)每一個(gè)類型了如指掌，運(yùn)行時(shí)只要獲得了構(gòu)造函數(shù)的信息，即可直接創(chuàng)建對(duì)象，即使對(duì)象類型在編譯時(shí)還屬未知。

通過反射機(jī)制可以預(yù)先定義對(duì)象接口，完成程序功能框架實(shí)現(xiàn)對(duì)對(duì)象接口的調(diào)用。對(duì)于新添加的功能對(duì)象，只需實(shí)現(xiàn)預(yù)定義的接口就可以在程序運(yùn)行時(shí)通過反射的方式實(shí)例化對(duì)象。無需編譯源程序即可完成功能模塊的添加，從而提高程序的復(fù)用性和靈活性。

2.2 策略模式

策略模式（Strategy）是對(duì)算法的包裝，是把使用算法的責(zé)任和算法本身分割開來，委派給不同的對(duì)象管理。策略模式定義了一系列的算法，并將每一個(gè)算法封裝起來，而且使其還可以相互替換，讓算法獨(dú)立于使用的客戶而獨(dú)立變化。

一般情況下策略模式主要分為三個(gè)角色：

①環(huán)境角色（Context）：持有一個(gè)策略類引用，文中體現(xiàn)為地理國情基本統(tǒng)計(jì)軟件框架。

②抽象策略（Strategy）：定義了多個(gè)具體策略的公共接口，具體策略類中各種不同的算法以不同的方式實(shí)現(xiàn)這個(gè)接口；Context使用這些接口調(diào)用不同實(shí)現(xiàn)的算法。一般使用接口或抽象類實(shí)現(xiàn)，基本統(tǒng)計(jì)軟件開發(fā)過程中為IStatistic統(tǒng)計(jì)計(jì)算算法接口。

③具體策略（ConcreteStrategy）：實(shí)現(xiàn)抽象策略類中的相關(guān)的算法或操作。這部分為各開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)的具體統(tǒng)計(jì)計(jì)算類。

圖1 策略模式結(jié)構(gòu)圖

通過策略模式可以實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)算法的動(dòng)態(tài)替換以及統(tǒng)計(jì)算法的定制功能。

3 管理模式設(shè)計(jì)

3.1 程序結(jié)構(gòu)

地理統(tǒng)計(jì)基本統(tǒng)計(jì)包括多個(gè)計(jì)算指標(biāo)，涉及GIS、大地、統(tǒng)計(jì)等多個(gè)專業(yè)，部分算法具有非常高的專業(yè)性。所以統(tǒng)計(jì)過程中基本算法由多個(gè)單位合作完成，因此給軟件最后的測試和聯(lián)調(diào)帶來很大的挑戰(zhàn)。

按照傳統(tǒng)思路，如果統(tǒng)計(jì)算法沒有完成，主程序?qū)λ惴ㄕ{(diào)用功能將無法實(shí)現(xiàn)；其次，即使采用接口方式進(jìn)行開發(fā)，則在最終聯(lián)調(diào)時(shí)必須將代碼拷貝到一起再通過編譯測試。此時(shí)，若有單位無法完成模塊的開發(fā)，則會(huì)影響整個(gè)軟件的發(fā)布。

本文利用.Net反射機(jī)制實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)算法模型的設(shè)計(jì)與開發(fā)，即將基本統(tǒng)計(jì)算法模型以插件方式進(jìn)行整合。通過這種方式，可以先完成主程序框架，算法模型后期動(dòng)態(tài)添加，框架主要包括以下四個(gè)部分：

（1）程序主體框架：完成基本的系統(tǒng)功能，基本統(tǒng)計(jì)計(jì)算功能根據(jù)配置實(shí)現(xiàn)對(duì)統(tǒng)計(jì)算法的調(diào)用，開發(fā)過程中只面向接口，無需面向具體的計(jì)算方法，具體對(duì)象實(shí)現(xiàn)通過讀取配置文件獲取統(tǒng)計(jì)計(jì)算模塊位置及對(duì)象信息利用.Net反射機(jī)制實(shí)現(xiàn)。

圖2 功能結(jié)構(gòu)圖

（2）統(tǒng)計(jì)算法模型接口：定義統(tǒng)一的基本統(tǒng)計(jì)算法接口，并將該接口作為對(duì)外交互接口分發(fā)給統(tǒng)計(jì)算法開發(fā)人員。

（3）基本統(tǒng)計(jì)算法模型：統(tǒng)計(jì)分析算法都封裝成一個(gè)類，并且每個(gè)類均實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一接口。開發(fā)人員實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)算法模型并將其封裝在動(dòng)態(tài)鏈接庫中。

（4）統(tǒng)計(jì)算法模型庫：統(tǒng)計(jì)算法模型是基本統(tǒng)計(jì)軟件的核心，通過統(tǒng)計(jì)算法模型庫，將所有統(tǒng)計(jì)算法在系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)管理。統(tǒng)計(jì)算法模型庫保存模型編碼、模型名稱、模型類別、輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)等信息。通過對(duì)統(tǒng)計(jì)算法模型庫的管理，可實(shí)現(xiàn)對(duì)各單位開發(fā)的算法模型管理。

3.2 模型管理

基于反射機(jī)制開發(fā)模型庫時(shí)，主程序設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)已完成的統(tǒng)計(jì)算法模型的管理功能，并為調(diào)用算法提供功能接口。其中，模型算法管理功能主要實(shí)現(xiàn)以下三方面的功能：

（1）注冊(cè)模型：統(tǒng)計(jì)算法模型完成之后以DLL動(dòng)態(tài)鏈接庫的方式提交，模型管理功能通過對(duì)模型算法庫的管理對(duì)已完成的模型實(shí)現(xiàn)注冊(cè)，保存包括模型編碼、模型名稱、模型類別、輸入?yún)?shù)、輸出參數(shù)以及模型所屬于的動(dòng)態(tài)鏈接庫位置等信息。

（2）啟用、禁用模型：模型管理功能能夠根據(jù)用戶的需求，對(duì)已注冊(cè)但暫時(shí)不想使用的模型具有啟用或者禁用功能。

（3）配置參數(shù)：主程序能夠?qū)Σ寮M(jìn)行默認(rèn)參數(shù)配置，算法模型屬性以及其適用場景。

通過模型管理功能實(shí)現(xiàn)各類統(tǒng)計(jì)算法模型的集成，該方式只需要將部件組裝而不需要進(jìn)行編譯和鏈接，在軟件各功能模塊通過測試基礎(chǔ)上，只需拷貝模型對(duì)象所在的動(dòng)態(tài)鏈接庫，并通過修改模型算法庫即可實(shí)現(xiàn)軟件功能模塊和基本統(tǒng)計(jì)軟件的整合。

3.3 模型動(dòng)態(tài)配置

使用策略模式實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)分析模型動(dòng)態(tài)配置，采用統(tǒng)一的策略接口IStatistic來擴(kuò)展算法，所有基本統(tǒng)計(jì)算法都繼承于該接口。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)可以提高軟件靈活性，支持程序運(yùn)行期間選擇算法。對(duì)象關(guān)系如圖3所示。

表1 統(tǒng)計(jì)算法模型庫對(duì)應(yīng)表

圖3 策略模式類結(jié)構(gòu)圖

主要包括以下幾個(gè)步驟：

（1）接口定義：定義統(tǒng)一的基本統(tǒng)計(jì)算法接口IStatistic，并將該接口作為對(duì)外交互接口分發(fā)給程序開發(fā)人員。

（2）算法模塊實(shí)現(xiàn)：算法模塊程序開發(fā)人員著手實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)算法。所有統(tǒng)計(jì)算法模型都封裝成一個(gè)類，并且所有類的實(shí)現(xiàn)都繼承IStatistic接口。算法開發(fā)人員負(fù)責(zé)算法的開發(fā)和測試工作，算法完成后提交動(dòng)態(tài)鏈接庫。

（3）模型庫管理：算法模塊提交后，通過模型管理功能將統(tǒng)計(jì)模型和相關(guān)調(diào)用信息保存至基本統(tǒng)計(jì)模型庫，并實(shí)現(xiàn)對(duì)算法模型的添加、刪除、修改。算法模型庫是統(tǒng)計(jì)計(jì)算的核心，軟件通過訪問模型庫即可獲得算法模型位置以及模型相關(guān)信息。

（4）模型動(dòng)態(tài)配置：實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)對(duì)象和統(tǒng)計(jì)算法動(dòng)態(tài)配置功能，首先獲得所有統(tǒng)計(jì)對(duì)象，針對(duì)每一個(gè)統(tǒng)計(jì)對(duì)象，從基本統(tǒng)計(jì)模型庫中根據(jù)模型輸入?yún)?shù)和模型類別列出適用于當(dāng)前統(tǒng)計(jì)對(duì)象的統(tǒng)計(jì)算法。用戶根據(jù)需求選擇對(duì)應(yīng)的統(tǒng)計(jì)算法，并配置統(tǒng)計(jì)單元。

表2 統(tǒng)計(jì)對(duì)象與統(tǒng)計(jì)指標(biāo)對(duì)應(yīng)表

（5）基本統(tǒng)計(jì)計(jì)算：用戶執(zhí)行基本統(tǒng)計(jì)計(jì)算時(shí)，主程序從統(tǒng)計(jì)算法模型庫中獲得模型信息，通過反射機(jī)制實(shí)例化統(tǒng)計(jì)模型對(duì)象。統(tǒng)計(jì)模型對(duì)象根據(jù)配置文件獲得對(duì)象的輸入數(shù)據(jù)執(zhí)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算。

4 管理策略實(shí)現(xiàn)

本文以Microsoft Visual Studio 2010為開發(fā)環(huán)境，基于C＃語言開發(fā)主程序框架，實(shí)現(xiàn)地理國情基本統(tǒng)計(jì)算法模型管理策略功能開發(fā)，整體功能流程如圖4所示。

圖4 基本統(tǒng)計(jì)策略模式結(jié)構(gòu)圖

地理國情基本統(tǒng)計(jì)軟件通過算法模型管理、統(tǒng)計(jì)指標(biāo)與統(tǒng)計(jì)模型匹配、統(tǒng)計(jì)計(jì)算三部分功能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)算法模型庫的管理、統(tǒng)計(jì)計(jì)算動(dòng)態(tài)配置以及統(tǒng)計(jì)算法的調(diào)用。

（1）統(tǒng)計(jì)算法模型管理功能。開發(fā)人員提交的動(dòng)態(tài)鏈接庫，通過算法管理界面導(dǎo)入基本統(tǒng)計(jì)軟件中，并從統(tǒng)計(jì)算法管理界面完成統(tǒng)計(jì)算法模型添加、修改、刪除，通過勾選統(tǒng)計(jì)算法模型來控制選中算法的可用狀態(tài)。

圖5 統(tǒng)計(jì)算法模型庫界面圖

（2）統(tǒng)計(jì)對(duì)象與統(tǒng)計(jì)指標(biāo)匹配功能模塊。該功能實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)對(duì)象與統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的匹配工作。如圖6所示，左側(cè)是參與計(jì)算的統(tǒng)計(jì)對(duì)象，右側(cè)顯示統(tǒng)計(jì)算法。選中統(tǒng)計(jì)對(duì)象后，右側(cè)顯示從統(tǒng)計(jì)算法模型庫中獲取匹配的統(tǒng)計(jì)算法指標(biāo)。用戶通過點(diǎn)擊算法指標(biāo)選擇框即可完成統(tǒng)計(jì)算法的配置。

圖6 統(tǒng)計(jì)對(duì)象與統(tǒng)計(jì)指標(biāo)匹配界面圖

（3）統(tǒng)計(jì)計(jì)算功能。統(tǒng)計(jì)計(jì)算是基本統(tǒng)計(jì)軟件的主要功能，根據(jù)統(tǒng)計(jì)指標(biāo)的配置情況顯示所需計(jì)算的指標(biāo)。計(jì)算時(shí)通過反射機(jī)制獲得統(tǒng)計(jì)算法模型實(shí)例，核心代碼如下：

若需要添加新的算法，只需完成算法模型的開發(fā)，然后通過以上步驟將動(dòng)態(tài)鏈接庫導(dǎo)入到基本統(tǒng)計(jì)軟件中，通過算法配置即可實(shí)現(xiàn)計(jì)算。整個(gè)過程無需編譯源程序就可以定制、修改和添加統(tǒng)計(jì)算法模型。

5 結(jié)束語

本文通過.Net語言提供的反射機(jī)制和策略模式研究地理國情基本統(tǒng)計(jì)算法模型的管理策略。通過反射機(jī)制結(jié)合模型數(shù)據(jù)管理簡化應(yīng)用軟件的后期維護(hù)和升級(jí)，降低了軟件開發(fā)及維護(hù)成本。主程序和統(tǒng)計(jì)算法模型之間借助接口實(shí)現(xiàn)對(duì)象的調(diào)用，從而實(shí)現(xiàn)代碼之間的耦合。通過這個(gè)策略將應(yīng)用框架中的擴(kuò)展點(diǎn)以插件方式來動(dòng)態(tài)加載和構(gòu)建，從而實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)算法模型動(dòng)態(tài)擴(kuò)展。

該策略已經(jīng)用于地理國情基本統(tǒng)計(jì)軟件系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了基本統(tǒng)計(jì)算法模型的動(dòng)態(tài)加載和管理。并通過模型動(dòng)態(tài)配置實(shí)現(xiàn)了統(tǒng)計(jì)計(jì)算模型的動(dòng)態(tài)維護(hù)，減少了軟件開發(fā)的工作量，有效地提高了軟件的復(fù)用性和靈活性。

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