李 林 鄭海寧 彭 帆 顧進(jìn)鋒 陸書涵 張大紅

(1.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院， 北京 100083； 2.俄亥俄州立大學(xué)計(jì)算機(jī)與信息科學(xué)， 哥倫布市 43210；3.北京林業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院， 北京 100083)

引言

隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，信息管理系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域[1-6]，相比于傳統(tǒng)人工管理方式，使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行信息管理具有無法比擬的優(yōu)勢：數(shù)據(jù)處理效率高、數(shù)據(jù)查詢快速準(zhǔn)確以及信息便于長期保存等。信息管理系統(tǒng)種類較多，包含辦公自動化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、交易處理系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)等，其中數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)在生態(tài)環(huán)境監(jiān)測和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)信息管理中廣泛應(yīng)用[5-9]。

數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)的一般業(yè)務(wù)流程為:填報(bào)人員填寫并上報(bào)數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)中心集中進(jìn)行數(shù)據(jù)管理、統(tǒng)計(jì)和計(jì)算工作，統(tǒng)計(jì)與計(jì)算的結(jié)果供各級用戶查詢?yōu)g覽。在傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中，存在許多實(shí)際問題需要解決：反復(fù)從零開始，開發(fā)各種不同應(yīng)用目的的數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)，使得單個(gè)系統(tǒng)的開發(fā)速度慢、周期長，開發(fā)效率低下，同時(shí)造成數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)類系統(tǒng)領(lǐng)域中代碼冗余量很大；將已完成的系統(tǒng)更換不同數(shù)據(jù)庫類型運(yùn)行，需要大量修改程序，系統(tǒng)本身無法靈活適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)庫環(huán)境；當(dāng)系統(tǒng)需求改變時(shí)，需要不斷修改代碼和測試程序，系統(tǒng)維護(hù)困難，不易擴(kuò)充。

表驅(qū)動法是改善系統(tǒng)可維護(hù)性和提高系統(tǒng)可擴(kuò)展性的有效手段之一，研究者多建立在具體需求結(jié)構(gòu)化分析的基礎(chǔ)上，對其研究以簡化復(fù)雜任務(wù)，提高工作效率[10-12]。軟件復(fù)用是提高軟件開發(fā)效率的通用思想，也是提高軟件可維護(hù)性的高效手段。可復(fù)用軟件的應(yīng)用可極大降低相關(guān)領(lǐng)域內(nèi)軟件重復(fù)設(shè)計(jì)帶來的資源浪費(fèi)，提高同領(lǐng)域內(nèi)軟件的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化[13-17]。

本文針對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過程中存在的問題，在表驅(qū)動思想下，進(jìn)行相關(guān)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)可復(fù)用軟件——?jiǎng)討B(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)管理系統(tǒng)，完成基于表驅(qū)動的動態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)管理系統(tǒng)，并將其應(yīng)用到中國林業(yè)生態(tài)資源環(huán)境承載力：數(shù)據(jù)投放器和中國生態(tài)安全指數(shù)系統(tǒng)中，以測試該可復(fù)用軟件的有效性和實(shí)用性。

1 數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)

在數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的輸入、運(yùn)算和輸出是其基本功能。在數(shù)據(jù)輸入時(shí)，數(shù)據(jù)校驗(yàn)是重要的基礎(chǔ)性功能；進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)是首先要解決的問題；統(tǒng)計(jì)分析后，統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出是必不可少的部分。為此，設(shè)計(jì)基于表驅(qū)動的DDTMS，可以解決信息管理系統(tǒng)中數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)類系統(tǒng)的共性問題。

數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中基于表驅(qū)動的DDTMS與應(yīng)用間的關(guān)系如圖1所示。數(shù)據(jù)層的指標(biāo)結(jié)構(gòu)表是數(shù)據(jù)庫的核心，包含系統(tǒng)所需收集的指標(biāo)體系，是指標(biāo)和指標(biāo)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)以及指標(biāo)和指標(biāo)填報(bào)數(shù)據(jù)間的橋梁。而統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表是系統(tǒng)的輔助結(jié)構(gòu)表，包含系統(tǒng)所需統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容項(xiàng)，是統(tǒng)計(jì)項(xiàng)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)間的橋梁。兩個(gè)結(jié)構(gòu)表共同驅(qū)動上層的DDTMS完成其相應(yīng)功能。DDTMS位于中間層，受數(shù)據(jù)層2個(gè)結(jié)構(gòu)表驅(qū)動服務(wù)于應(yīng)用層中的各應(yīng)用。基于表驅(qū)動的數(shù)據(jù)上報(bào)管理系統(tǒng)動態(tài)提供數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)以及統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出功能，通用于數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中。

圖1 DDTMS與應(yīng)用間的關(guān)系示意圖Fig.1 Sketch of relationship between DDTMS and application

2 表驅(qū)動及數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

在不同的數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)中，所需收集的指標(biāo)和指標(biāo)描述參數(shù)不同，并且需提供具體選項(xiàng)以供用戶選擇的描述參數(shù)在不同指標(biāo)間存在差異。將指標(biāo)及其相關(guān)數(shù)據(jù)校驗(yàn)和空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)通過具體的程序?qū)崿F(xiàn)，同時(shí)將指標(biāo)、指標(biāo)描述參數(shù)和具體選項(xiàng)內(nèi)容以固定的格式和內(nèi)容在數(shù)據(jù)填報(bào)及查詢界面中顯示，開發(fā)效率低，同時(shí)系統(tǒng)難以靈活適應(yīng)各種條件的變化，在不同的數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)間更缺乏普適性。

圖2 數(shù)據(jù)庫表間關(guān)系圖Fig.2 Relationship diagram between database tables

針對上述問題，基于表驅(qū)動法[10-12]設(shè)計(jì)可擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫[18-19]，表間關(guān)系圖如圖2所示。其中T_ZBB是指標(biāo)結(jié)構(gòu)表(以下簡稱結(jié)構(gòu)表)。結(jié)構(gòu)表是建立在具體需求結(jié)構(gòu)化分析的基礎(chǔ)上，形成的指標(biāo)與不同功能中具體信息的對應(yīng)關(guān)系表，是系統(tǒng)的驅(qū)動表，也是整個(gè)數(shù)據(jù)庫的核心表。T_ZB0_LY、T_ZB0_DW 和T_ZB0_KQ這3個(gè)表是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表，分別存放供用戶選擇的指標(biāo)數(shù)據(jù)來源單位、數(shù)值單位和數(shù)據(jù)空缺原因3個(gè)指標(biāo)描述參數(shù)的具體選項(xiàng)內(nèi)容。T_ZB0_SJ_LY、T_ZB0_SJ_DW、T_ZB0_SJ_KQ和T_ZB0_SJ_YS這4個(gè)表是填報(bào)數(shù)據(jù)表，分別存放已收集的不同地區(qū)不同年份的來源單位、數(shù)值單位、數(shù)據(jù)空缺原因和數(shù)值數(shù)據(jù)。表T_ZB0_SJ與表T_ZB0_SJ_YS相對應(yīng)，存放將表T_ZB0_SJ_YS中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)單位后的數(shù)據(jù)。T_TJB表是統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表，是系統(tǒng)的輔助結(jié)構(gòu)表，存放統(tǒng)計(jì)的內(nèi)容項(xiàng)。T_ZB0_SJ_TJ是統(tǒng)計(jì)結(jié)果表，存放填報(bào)后的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)校驗(yàn)分為單指標(biāo)校驗(yàn)和多指標(biāo)校驗(yàn)兩部分。在結(jié)構(gòu)表中，ZBB_JY字段中存放正則表達(dá)式，作為對應(yīng)指標(biāo)的單指標(biāo)校驗(yàn)條件；ZBB_DJY字段中存放指標(biāo)間的關(guān)系表達(dá)式，作為多指標(biāo)校驗(yàn)條件；ZBB_ZB字段用于存放指標(biāo)相對應(yīng)的填補(bǔ)方式。實(shí)現(xiàn)了指標(biāo)與不同功能的具體實(shí)現(xiàn)方式間的相互對應(yīng)，邏輯關(guān)系結(jié)構(gòu)清晰，便于后續(xù)調(diào)用。在具體功能實(shí)現(xiàn)時(shí)，如圖3所示，將具體業(yè)務(wù)處理程序中變化頻繁的部分從程序中抽離，存放到結(jié)構(gòu)表中，將業(yè)務(wù)處理程序轉(zhuǎn)換為可動態(tài)改變的結(jié)構(gòu)表和抽象控制程序[12]。抽象控制程序通過調(diào)用結(jié)構(gòu)表中的數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)具體功能，不隨具體需求的改變而變化。當(dāng)需要收集的指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，只需要增減結(jié)構(gòu)表中的記錄，并通過ZBB_JY、ZBB_DJY和ZBB_ZB字段調(diào)配具體指標(biāo)對應(yīng)的單指標(biāo)校驗(yàn)條件、多指標(biāo)校驗(yàn)條件和空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)方式即可，無需修改程序，極大地提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和易維護(hù)性。

圖3 在表驅(qū)動思想下實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能Fig.3 Realizing function through table-driven methods

受橋接模式[20]設(shè)計(jì)思想的啟發(fā)，將一個(gè)指標(biāo)所對應(yīng)的多個(gè)描述參數(shù)看作多個(gè)實(shí)體，每個(gè)實(shí)體對應(yīng)多個(gè)選項(xiàng)內(nèi)容。每個(gè)實(shí)體對應(yīng)一張數(shù)據(jù)庫表，通過增減表的個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)描述參數(shù)的有效擴(kuò)展，通過增減實(shí)體所對應(yīng)的選項(xiàng)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)相應(yīng)描述參數(shù)下具體選項(xiàng)內(nèi)容的有效擴(kuò)展。對于部分描述參數(shù)，提供具體選項(xiàng)以供用戶選擇，在一定程度上保障了數(shù)據(jù)錄入的規(guī)范性。具體設(shè)計(jì)時(shí)，在結(jié)構(gòu)表中，通過ZBB_LY、ZBB_DW 和ZBB_KQ 3個(gè)字段實(shí)現(xiàn)指標(biāo)與每個(gè)描述參數(shù)的具體選項(xiàng)內(nèi)容間的關(guān)聯(lián)。當(dāng)指標(biāo)的描述參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，可增減基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表和結(jié)構(gòu)表中相應(yīng)字段；當(dāng)指標(biāo)描述參數(shù)中的具體選項(xiàng)內(nèi)容發(fā)生變化時(shí)，可直接修改相應(yīng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表中的具體內(nèi)容。與數(shù)據(jù)校驗(yàn)和空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)類似，數(shù)據(jù)填報(bào)及查詢界面中的指標(biāo)、指標(biāo)描述參數(shù)和具體選項(xiàng)內(nèi)容均通過抽象控制程序從數(shù)據(jù)庫中動態(tài)獲取并顯示。通過這種可靈活擴(kuò)展的設(shè)計(jì)方式，系統(tǒng)可很好地適應(yīng)指標(biāo)、指標(biāo)描述參數(shù)和具體選項(xiàng)內(nèi)容的變化。

在結(jié)構(gòu)表中，ZBB_YX字段中的內(nèi)容用于控制指標(biāo)的有效性。ZBB_ZD字段的內(nèi)容建立了指標(biāo)與具體填報(bào)數(shù)據(jù)表和統(tǒng)計(jì)結(jié)果表中ZB0_SJ_001、ZB0_SJ_002，…，ZB0_SJ_160字段的對應(yīng)關(guān)系，節(jié)省了大量指標(biāo)名稱的存儲開銷；同時(shí)代表相應(yīng)指標(biāo)的變量表示，構(gòu)建了ZBB_DJY字段中指標(biāo)間的關(guān)系表達(dá)式。同樣，統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表中TJB_ZD字段內(nèi)容建立統(tǒng)計(jì)項(xiàng)與統(tǒng)計(jì)結(jié)果表中字段的對應(yīng)關(guān)系。通過基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表將指標(biāo)描述參數(shù)的具體選項(xiàng)內(nèi)容編碼，在存儲指標(biāo)數(shù)據(jù)時(shí)，以數(shù)字編碼代替冗長的選項(xiàng)內(nèi)容存儲于填報(bào)數(shù)據(jù)表，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)壓縮，從而節(jié)省傳輸與存儲開銷?；诒眚?qū)動法的可擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫極大改善了系統(tǒng)的靈活性與普適性，為后續(xù)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)DDTMS奠定基礎(chǔ)。

3 動態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)管理系統(tǒng)

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的DDTMS位于操作系統(tǒng)之上，通過網(wǎng)絡(luò)為上層分布式應(yīng)用軟件——數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)校驗(yàn)、空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)以及統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出服務(wù)。

3.1.1系統(tǒng)框架體系結(jié)構(gòu)

分析數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)業(yè)務(wù)模式，同時(shí)考慮客戶端操作方便、簡單，本文設(shè)計(jì)的DDTMS采用B/S3層體系結(jié)構(gòu)即Browser/Web Server/DataBase Server。DDTMS整個(gè)系統(tǒng)框架如圖4所示。其中數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件、多指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件、空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)構(gòu)件和統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出構(gòu)件通過C#語言實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行于Web服務(wù)器的操作系統(tǒng)上；而單指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件基于jQuery框架研發(fā)，運(yùn)行于客戶端操作系統(tǒng)上，提供單指標(biāo)即時(shí)校驗(yàn)服務(wù)[21]。DDTMS通過數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件與數(shù)據(jù)庫交互，利用HTTP協(xié)議借助Internet與客戶端瀏覽器進(jìn)行信息通信，數(shù)據(jù)以JSON形式傳輸。

圖4 DDTMS框架體系結(jié)構(gòu)圖Fig.4 DDTMS framework architecture

3.1.2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

圖5 DDTMS功能模塊組織結(jié)構(gòu)圖Fig.5 Structure diagram of DDTMS functional modules

圖5是DDTMS功能模塊組織結(jié)構(gòu)，DDTMS主要?jiǎng)澐譃閿?shù)據(jù)庫接口管理模塊、數(shù)據(jù)庫訪問模塊、單指標(biāo)數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K、多指標(biāo)數(shù)據(jù)校驗(yàn)?zāi)K、空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)模塊、統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢模塊和統(tǒng)計(jì)結(jié)果輸出模塊。數(shù)據(jù)庫接口管理負(fù)責(zé)對DDTMS中與不同數(shù)據(jù)庫交互的接口進(jìn)行管理及調(diào)用；數(shù)據(jù)庫訪問實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫中具體表及字段的操作；單指標(biāo)數(shù)據(jù)校驗(yàn)和多指標(biāo)數(shù)據(jù)校驗(yàn)負(fù)責(zé)對填報(bào)的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行指標(biāo)及指標(biāo)間的校驗(yàn)；空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)根據(jù)具體指標(biāo)的性質(zhì)對具有可填補(bǔ)性質(zhì)的指標(biāo)進(jìn)行空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)；統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢和統(tǒng)計(jì)結(jié)果輸出是針對于統(tǒng)計(jì)完成后的結(jié)果數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)根據(jù)用戶的查詢條件，從數(shù)據(jù)庫中查詢并輸出到查詢顯示界面。

3.2 主要構(gòu)件設(shè)計(jì)

3.2.1數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件

圖6 數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件設(shè)計(jì)模型Fig.6 Design model of data access component

數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件支持DDTMS對不同數(shù)據(jù)庫訪問，支撐上層業(yè)務(wù)邏輯的實(shí)現(xiàn)。分析其內(nèi)部具體的業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)，筆者將數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件分為訪問層、工廠層和DAL應(yīng)用層。數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件的設(shè)計(jì)模型如圖6所示。

訪問層將不同數(shù)據(jù)庫中連接關(guān)閉數(shù)據(jù)庫、執(zhí)行SQL語句和執(zhí)行存儲過程等操作方法分別進(jìn)行封裝，形成一系列對不同數(shù)據(jù)庫的訪問類。支持SQL Server、MySQL、Oracle、Access等基本數(shù)據(jù)庫。為使數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件可以自動靈活地與不同數(shù)據(jù)庫交互，在工廠層采用工廠模式[22-23]與反射相結(jié)合的方式。采用工廠模式的工廠層類圖如圖7所示。SQLServerDbHelper、OracleDbHelper和AccessDbHelper等為不同數(shù)據(jù)庫的訪問類。接口IDbHelper中包含一系列抽象方法以定義所需要的訪問功能：連接和關(guān)閉數(shù)據(jù)庫，執(zhí)行一條或多條SQL語句、執(zhí)行存儲過程等等，由于包含的方法很多，在類圖中以省略號表示。每個(gè)訪問類都實(shí)現(xiàn)接口IDbHelper，提供各自具體的數(shù)據(jù)庫訪問方法。根據(jù)配置文件中選擇的數(shù)據(jù)庫，工廠類DbFactory的構(gòu)造方法通過反射機(jī)制將相應(yīng)數(shù)據(jù)庫對應(yīng)的訪問類實(shí)例化，生成數(shù)據(jù)庫訪問對象，實(shí)現(xiàn)對其它數(shù)據(jù)庫訪問類的屏蔽。在DAL應(yīng)用層中，為了將業(yè)務(wù)邏輯與數(shù)據(jù)庫之間解耦合，以使數(shù)據(jù)庫層對于業(yè)務(wù)邏輯透明，實(shí)現(xiàn)真正的完全面向?qū)ο?，本文?shù)據(jù)訪問構(gòu)件將數(shù)據(jù)庫中的表映射為實(shí)體對象Model。在對象-關(guān)系映射引擎中[24]，通過工廠類調(diào)用GetDbHelper方法直接獲取當(dāng)前數(shù)據(jù)庫所對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫訪問對象，實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)實(shí)體對象Model的持久化。

圖7 工廠層類圖Fig.7 Class diagram of factory layer

3.2.2數(shù)據(jù)校驗(yàn)構(gòu)件

數(shù)據(jù)校驗(yàn)[25-26]是指標(biāo)數(shù)據(jù)填報(bào)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。數(shù)據(jù)填報(bào)時(shí)，多出現(xiàn)數(shù)值格式錯(cuò)誤、數(shù)值空缺、數(shù)值精度不統(tǒng)一、數(shù)值大小不符合邏輯和指標(biāo)數(shù)值間的關(guān)系不滿足業(yè)務(wù)規(guī)則等情況。為了保障所收集數(shù)據(jù)的可用性，在數(shù)據(jù)錄入時(shí)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行了嚴(yán)格的“過濾”，保障數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可用性和完整性。為此，在DDTMS中設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)校驗(yàn)構(gòu)件，數(shù)據(jù)校驗(yàn)構(gòu)件的架構(gòu)如圖8所示。按照檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的邏輯復(fù)雜度，將幾種數(shù)值出現(xiàn)錯(cuò)誤的情況進(jìn)行劃分，分別設(shè)計(jì)單指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件和多指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件，單指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件負(fù)責(zé)處理邏輯復(fù)雜度低的檢驗(yàn)，而多指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件負(fù)責(zé)檢驗(yàn)較為復(fù)雜的指標(biāo)間的業(yè)務(wù)邏輯?？紤]到網(wǎng)絡(luò)傳輸開銷，單指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件在客戶端通過輕量級的jQuery方式實(shí)現(xiàn)，以加快檢驗(yàn)的速度，提高系統(tǒng)交互性[21]。

圖8 數(shù)據(jù)校驗(yàn)構(gòu)件架構(gòu)Fig.8 Architecture of data verification component

圖10 多指標(biāo)檢驗(yàn)?zāi)Ｊ紽ig.10 Multi-index logic test

圖9 單指標(biāo)檢驗(yàn)?zāi)Ｊ紽ig.9 Single index test

單指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件中的單指標(biāo)檢驗(yàn)用于檢驗(yàn)數(shù)據(jù)格式、空缺和精度，并將問題數(shù)據(jù)及錯(cuò)誤提示返回給用戶，通過用戶核對修改完成校驗(yàn)。單指標(biāo)檢驗(yàn)?zāi)Ｊ绞疽鈭D如圖9所示。需要用戶錄入的指標(biāo)來自于結(jié)構(gòu)表。結(jié)構(gòu)表ZBB_JY字段中存放相應(yīng)指標(biāo)數(shù)值檢驗(yàn)的正則表達(dá)式，與用戶輸入的指標(biāo)數(shù)值形成一一對應(yīng)的關(guān)系。以此為基礎(chǔ)，通過jQuery抽象控制程序?qū)崿F(xiàn)客戶端單指標(biāo)檢驗(yàn)。當(dāng)指標(biāo)或者具體指標(biāo)的檢驗(yàn)條件發(fā)生變化時(shí)，通過增減結(jié)構(gòu)表中的記錄或更改ZBB_JY字段中相應(yīng)正則表達(dá)式式進(jìn)行維護(hù)，無需更改jQuery抽象控制程序，方便維護(hù)的同時(shí)，可實(shí)現(xiàn)指標(biāo)的快速擴(kuò)展。針對無法嚴(yán)格限定其數(shù)值具體值域范圍的指標(biāo)，設(shè)計(jì)波動檢驗(yàn)。通過分析數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)，給出預(yù)期的指標(biāo)數(shù)值。將其與用戶輸入的指標(biāo)數(shù)值比較，若相差過大，則僅僅給予用戶提醒，并不對指標(biāo)數(shù)值進(jìn)行“過濾”操作。通過波動檢驗(yàn)，一方面規(guī)避了極端因素影響的問題，另一方面也有效解決了因用戶失誤導(dǎo)致的指標(biāo)數(shù)值過大或過小問題。多指標(biāo)檢驗(yàn)時(shí)，以表達(dá)式的形式描述指標(biāo)間的業(yè)務(wù)規(guī)則，其中表達(dá)式以字符串的形式存儲于結(jié)構(gòu)表中的ZBB_DJY字段。考慮多指標(biāo)檢驗(yàn)的具體實(shí)現(xiàn)，多指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件需要在Web服務(wù)器完成。多指標(biāo)檢驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖10所示，其中DBcheck類中的ZD、ZBName和GS屬性分別與結(jié)構(gòu)表中ZBB_ZD、ZBB_MC和ZBB_DJY字段對應(yīng)。圖10中的抽象控制程序內(nèi)包含了多指標(biāo)檢驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的過程及方法。為了執(zhí)行字符串類型的關(guān)系表達(dá)式同時(shí)判斷并給出相應(yīng)指標(biāo)的錯(cuò)誤信息提示，動態(tài)創(chuàng)建多指標(biāo)檢驗(yàn)代碼，經(jīng)過代碼的動態(tài)編譯并執(zhí)行[27]，實(shí)現(xiàn)多指標(biāo)檢驗(yàn)功能。與單指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件類似，當(dāng)指標(biāo)體系或其內(nèi)部關(guān)系發(fā)生改變時(shí)，只需要更改結(jié)構(gòu)表內(nèi)容，無需改動抽象控制程序便可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)內(nèi)容及多指標(biāo)檢驗(yàn)功能的動態(tài)改變。數(shù)據(jù)校驗(yàn)構(gòu)件為可復(fù)用構(gòu)件，將校驗(yàn)的具體需求內(nèi)容與功能實(shí)現(xiàn)解耦合，為DDTMS提供數(shù)據(jù)校驗(yàn)功能。

3.2.3空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)構(gòu)件

由于數(shù)據(jù)采集能力有限或數(shù)據(jù)丟失等各種原因，使得用戶填報(bào)時(shí)有空缺數(shù)據(jù)存在，造成系統(tǒng)收集的數(shù)據(jù)不全。為此，根據(jù)指標(biāo)性質(zhì)和具體的特性，采取合理的方式填補(bǔ)[28-29]。

分析所需收集的指標(biāo)性質(zhì)，將可填補(bǔ)的指標(biāo)抽象為類——可填補(bǔ)指標(biāo)，將其中可通過相同方法填補(bǔ)的指標(biāo)抽象為一類?？筛鶕?jù)不同類指標(biāo)實(shí)際填補(bǔ)需求，創(chuàng)建并擴(kuò)展可填補(bǔ)指標(biāo)的子類。類圖如圖11所示，人口型空間類指標(biāo)、面積型空間類指標(biāo)等均繼承自可填補(bǔ)指標(biāo)，作為可填補(bǔ)指標(biāo)的子類，它們根據(jù)各自的填補(bǔ)算法實(shí)現(xiàn)了可填補(bǔ)指標(biāo)的抽象方法：空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法。在明確類及類間關(guān)系的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)并完成空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)構(gòu)件。其內(nèi)部工作模式如圖12所示。結(jié)構(gòu)表中的ZBB_ZB字段給出了具體指標(biāo)的填補(bǔ)方式，填補(bǔ)方式與可填補(bǔ)指標(biāo)子類之間為一一對應(yīng)關(guān)系。在空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)時(shí)，通過抽象控制程序確定具體指標(biāo)的所屬類，并調(diào)用相應(yīng)類的空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法實(shí)現(xiàn)具體的數(shù)據(jù)填補(bǔ)。當(dāng)指標(biāo)發(fā)生變化時(shí)，只需更改結(jié)構(gòu)表；當(dāng)需要增添新的填補(bǔ)方式時(shí)，可通過創(chuàng)建可填補(bǔ)指標(biāo)子類，并在子類中實(shí)現(xiàn)其空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法。將不同指標(biāo)及其填補(bǔ)方法與填補(bǔ)功能的具體實(shí)現(xiàn)解耦合，提高了空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)構(gòu)件的可擴(kuò)展性，良好的可擴(kuò)展性支撐其可進(jìn)行指標(biāo)及空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法的快速擴(kuò)充，進(jìn)而提高DDTMS的普適性。

圖11 可填補(bǔ)指標(biāo)類圖Fig.11 Class diagram of index

圖12 空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)構(gòu)件內(nèi)部工作模式Fig.12 Internal working model of vacancy data filling component

3.2.4統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出構(gòu)件

在數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)類系統(tǒng)中，查詢并查看指標(biāo)統(tǒng)計(jì)結(jié)果是必不可少的部分。本文總結(jié)其實(shí)現(xiàn)的一般過程，提取出統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出部分，設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出構(gòu)件，作為解決查詢查看統(tǒng)計(jì)結(jié)果問題的通用構(gòu)件。

在統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出構(gòu)件中，將用戶選擇的查詢條件作為輸入?yún)?shù)，根據(jù)輸入?yún)?shù)查詢統(tǒng)計(jì)結(jié)果數(shù)據(jù)庫，將查詢出的數(shù)據(jù)封裝于業(yè)務(wù)實(shí)體對象中并輸出。如圖13所示。分析用戶查詢條件，將輸入?yún)?shù)分為3類，第1類為一個(gè)地區(qū)一個(gè)年份統(tǒng)計(jì)項(xiàng)查詢，參數(shù)包括用戶查詢的地區(qū)、查詢的年份和查詢的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)信息；第2類為多個(gè)地區(qū)一個(gè)年份統(tǒng)計(jì)項(xiàng)查詢，參數(shù)包括用戶查詢的地區(qū)數(shù)組、查詢的年份和查詢的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)信息；第3類為一個(gè)地區(qū)多個(gè)年份統(tǒng)計(jì)項(xiàng)查詢，參數(shù)包括用戶查詢的年份數(shù)組、查詢的地區(qū)和查詢的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)信息。抽象控制程序接收客戶端傳來的查詢參數(shù)，根據(jù)用戶查詢的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)參數(shù)，查詢統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表返回相應(yīng)統(tǒng)計(jì)項(xiàng)及其在統(tǒng)計(jì)結(jié)果表中的對應(yīng)字段，并將此字段作為統(tǒng)計(jì)項(xiàng)查詢字段，將返回的信息裝載于統(tǒng)計(jì)項(xiàng)對象集合。根據(jù)輸入?yún)?shù)中的地區(qū)信息、年份信息以及統(tǒng)計(jì)項(xiàng)對象集合，查詢統(tǒng)計(jì)結(jié)果表返回查詢結(jié)果數(shù)據(jù)集。為接收并傳輸查詢的結(jié)果數(shù)據(jù)，構(gòu)建ZBValue類作為業(yè)務(wù)實(shí)體類，ZBValue類承擔(dān)數(shù)據(jù)載體的任務(wù)，用于封裝并傳輸查詢的結(jié)果數(shù)據(jù)。根據(jù)查詢結(jié)果數(shù)據(jù)集的具體條數(shù)，多次實(shí)例化ZBValue類，生成ZBValue對象集合。將查詢的數(shù)據(jù)封裝于對象集合中，并將其輸出。

圖13 統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出構(gòu)件工作模式Fig.13 Working model of statistical result query component

4 動態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)與測試

4.1 動態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

DDTMS基于Visual Studio 2013平臺開發(fā)，分別使用SQL Server 2008、Oracle和Access數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)表驅(qū)動及相關(guān)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)，DDTMS中不同構(gòu)件分別采用了不同的技術(shù)和插件進(jìn)行開發(fā)。

4.1.1數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件中，為了獲取更好的數(shù)據(jù)庫訪問性能，本文根據(jù)不同數(shù)據(jù)庫采用有針對性的數(shù)據(jù)庫接口,對于SQL Server數(shù)據(jù)庫，用SqlConnection類連接數(shù)據(jù)庫；用SqlCommand類執(zhí)行Transact-SQL語句或存儲過程；使用SqlDataAdapter類作為DataSet和 SQL Server之間的橋接器。而對于Oracle數(shù)據(jù)庫，分別采用OracleConnection、OracleCommand和OracleDataAdapter，對于Access數(shù)據(jù)庫分別采用OleDblConnection、OleDbCommand和OleDbDataAdapter。除了數(shù)據(jù)庫連接接口不同，不同數(shù)據(jù)庫在SQL語法上有很多差別。為此，采用面向接口的方式解決。在接口IDbHelper中，定義所需要的訪問功能，包括一系列重載的方法：執(zhí)行SQL語句的方法ExecuteSql、GetDataTable等，執(zhí)行存儲過程的方法GetDataTableByProcedure、GetDataReaderByProcedure等，以及執(zhí)行多條SQL語句實(shí)現(xiàn)事務(wù)處理的方法ExecuteSqlTran。針對于不同數(shù)據(jù)庫，分別在SQLServerDbHelper、OracleDbHelper和AccessDbHelper等類中，給出IDbHelper接口中方法的具體實(shí)現(xiàn)。在數(shù)據(jù)訪問構(gòu)件DAL應(yīng)用層中，由于數(shù)據(jù)庫表及字段數(shù)目眾多，對數(shù)據(jù)庫表進(jìn)行映射時(shí)，通過開發(fā)的代碼生成器進(jìn)行批量生產(chǎn)，生成與數(shù)據(jù)庫表及表中字段具有對應(yīng)關(guān)系的Model類：T_ZBB、T_ZBO_LY和T_ZB0_SJ_LY等，以及完成相應(yīng)類到數(shù)據(jù)庫映射的對象-關(guān)系映射引擎：T_ZBBDAL.cs、T_ZBO_LYDAL.cs和T_ZB0_SJ_LYDAL.cs等。

4.1.2數(shù)據(jù)校驗(yàn)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)

數(shù)據(jù)校驗(yàn)構(gòu)件中，為改善校驗(yàn)時(shí)用戶的體驗(yàn)，提高校驗(yàn)速度，單指標(biāo)檢驗(yàn)和波動檢驗(yàn)均通過jQuery抽象控制程序?qū)崿F(xiàn)，并分別封裝于singlecheck.js和fluctuationcheck.js中。用戶每輸入一項(xiàng)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)立刻校驗(yàn)并給出錯(cuò)誤提示。多指標(biāo)檢驗(yàn)在服務(wù)器端實(shí)現(xiàn)，由于校驗(yàn)針對結(jié)構(gòu)表中多指標(biāo)校驗(yàn)條件進(jìn)行，因此將其從數(shù)據(jù)庫中取出并封裝于業(yè)務(wù)實(shí)體類中，方便后續(xù)校驗(yàn)操作。具體實(shí)現(xiàn)時(shí)，創(chuàng)建業(yè)務(wù)實(shí)體類DBcheck，通過對象-關(guān)系映射引擎T_ZBBDAL.cs操作結(jié)構(gòu)表，獲取結(jié)構(gòu)表中記錄依次裝載于業(yè)務(wù)實(shí)體類T_ZBB，選取ZBB_DJY字段值非空的記錄，依次將數(shù)據(jù)裝載于DBcheck；同時(shí)接收客戶端傳來的指標(biāo)及其在瀏覽器頁面中的位置信息，依次裝載于相應(yīng)的DBcheck對象中，最終生成DBcheck對象集合。DBcheck對象中GS屬性與Message屬性內(nèi)容相同，均為使用結(jié)構(gòu)表ZBB_ZD字段值表示的指標(biāo)間的關(guān)系表達(dá)式。遍歷T_ZBB對象集合，將DBcheck對象Message屬性中內(nèi)容替換為指標(biāo)名稱表示的關(guān)系表達(dá)式。將用戶前臺輸入的指標(biāo)數(shù)據(jù)裝載于業(yè)務(wù)實(shí)體類T_ZB0_SJ_YS。通過反射機(jī)制，獲取對象T_ZB0_SJ_YS中與DBcheck對象GS屬性中變量對應(yīng)的屬性值，并進(jìn)行替換。之后進(jìn)行一系列過程：將對象GS屬性中的關(guān)系表達(dá)式創(chuàng)建為動態(tài)代碼，動態(tài)編譯并執(zhí)行，返回關(guān)系表達(dá)式運(yùn)行結(jié)果。數(shù)據(jù)校驗(yàn)構(gòu)件把上述過程的實(shí)現(xiàn)封裝于DynCompilation類的靜態(tài)方法Calc(string expression)中。遍歷DBcheck對象集合，取對象GS屬性值作為方法Calc(string expression)的參數(shù)，通過DynCompilation類直接調(diào)用靜態(tài)方法Calc(string expression)，返回關(guān)系表達(dá)式運(yùn)行結(jié)果。當(dāng)運(yùn)行結(jié)果錯(cuò)誤時(shí)，記錄DBcheck對象中Row屬性值(Row屬性給出指標(biāo)在瀏覽器頁面所處位置)與Message屬性值(Message屬性給出具體錯(cuò)誤信息提示)，從而將錯(cuò)誤信息準(zhǔn)確地返回到瀏覽器頁面相應(yīng)位置。

4.1.3空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)

空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)構(gòu)件中，由于用戶填報(bào)的數(shù)據(jù)單位不一致，在填補(bǔ)空缺數(shù)據(jù)前，首先要將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)單位數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫T_ZB0_DW表的ZB0_DW_GS字段給出當(dāng)前單位的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)單位的數(shù)據(jù)所需要乘以的系數(shù)。遍歷用戶填報(bào)的數(shù)據(jù)，確定數(shù)據(jù)單位在T_ZB0_DW表中的ZB0_DW_GS值，將其與填報(bào)數(shù)據(jù)相乘得到標(biāo)準(zhǔn)單位數(shù)據(jù)。將標(biāo)準(zhǔn)單位的數(shù)據(jù)存放于T_ZB0_SJ表中。為保證填補(bǔ)數(shù)據(jù)的有效性，填補(bǔ)的指標(biāo)數(shù)據(jù)不作為填補(bǔ)其他指標(biāo)的依據(jù)。在填補(bǔ)空缺數(shù)據(jù)前，將所依據(jù)的指標(biāo)數(shù)據(jù)為空的指標(biāo)數(shù)據(jù)統(tǒng)一去除，不進(jìn)行填補(bǔ)。根據(jù)不同類指標(biāo)的性質(zhì)，確定各類指標(biāo)的填補(bǔ)算法，人口型空間類指標(biāo)和面積型空間類指標(biāo)均采取加權(quán)空間插值[29]的方法。具體算法如下：

對于數(shù)據(jù)缺失年份，假設(shè)縣b指標(biāo)數(shù)據(jù)缺失且缺失數(shù)據(jù)為Wb，縣b的年末總?cè)丝跀?shù)為Nb；與縣b同市的不同區(qū)縣為縣1，縣2，…，縣k，與縣b同省不同市的區(qū)縣為縣k+1，縣k+2，…，縣k+h，Wi為縣i的指標(biāo)數(shù)據(jù)，Ni為縣i的年末總?cè)丝跀?shù)，q為同市臨近縣指標(biāo)數(shù)據(jù)與人口數(shù)比所占的權(quán)重(權(quán)重q的具體值在配置文件中配置)。人口型空間類指標(biāo)填補(bǔ)算法公式為

(1)

對于數(shù)據(jù)缺失年份，假設(shè)縣a指標(biāo)數(shù)據(jù)缺失且缺失數(shù)據(jù)為Va，縣a的縣域國土面積為Sa；與縣a同市的不同區(qū)縣為縣1，縣2，…，縣k，與縣a同省不同市的區(qū)縣為縣k+1，縣k+2，…，縣k+h，Vi為縣i的指標(biāo)數(shù)據(jù)，Si為縣i的縣域國土面積，p為同市臨近縣指標(biāo)數(shù)據(jù)與面積比所占的權(quán)重(權(quán)重p的具體值在配置文件中配置)。面積型空間類指標(biāo)填補(bǔ)算法公式為

(2)

4.1.4統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出構(gòu)件的實(shí)現(xiàn)

在統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出構(gòu)件的抽象控制程序中，通過方法重載解決因用戶查詢條件不同所產(chǎn)生的不同類參數(shù)接收問題。查詢統(tǒng)計(jì)結(jié)果表時(shí)，也使用方法重載，重載的方法分別為List〈ZBValue〉 GetZBValues(List〈T_TJB〉 tjbs, string cAreaID, int searchdate)，List〈ZBValue〉 GetZBValues(List〈T_TJB〉 tjbs, List〈string〉 cAreaIDs, int searchdate)和List〈ZBValue〉 GetZBValues(List〈T_TJB〉 tjbs, string cAreaID, int[] searchdates)，方法返回ZBValue對象集合。以JSON形式將最終的對象集合向客戶端瀏覽器輸出。

4.2 動態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)管理系統(tǒng)的測試

為了驗(yàn)證DDTMS的普適性和實(shí)用性，將已通過.NET實(shí)現(xiàn)的DDTMS分別應(yīng)用在兩個(gè)不同的實(shí)際項(xiàng)目中，即中國林業(yè)生態(tài)資源環(huán)境承載力：數(shù)據(jù)投放器和中國生態(tài)安全指數(shù)系統(tǒng)。

4.2.1中國林業(yè)生態(tài)資源環(huán)境承載力：數(shù)據(jù)投放器

系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，在初期需求分析階段，未得到確定的填報(bào)指標(biāo)項(xiàng)，同時(shí)在有限的人力物力條件下，需要在較短的開發(fā)周期內(nèi)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)中國林業(yè)生態(tài)資源環(huán)境承載力：數(shù)據(jù)投放器。系統(tǒng)每五年進(jìn)行一次指標(biāo)收集工作，需要滿足的基本要求：對用戶填報(bào)的指標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的校驗(yàn)，以保障所收集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可用性和完整性；為充分利用數(shù)據(jù)資源進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，對具有可填補(bǔ)性質(zhì)的指標(biāo)，采取合理的填補(bǔ)方式填補(bǔ)缺失數(shù)據(jù)；將經(jīng)過統(tǒng)計(jì)與計(jì)算的最終評價(jià)結(jié)果供用戶查詢?yōu)g覽。

針對上述問題，DDTMS給出了很好的解決方案。將DDTMS應(yīng)用到系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，使用SQL Server 2008數(shù)據(jù)庫。由于系統(tǒng)收集周期為5年，需增加描述指標(biāo)數(shù)據(jù)采集時(shí)間的參數(shù)：數(shù)據(jù)年度。為此擴(kuò)展數(shù)據(jù)庫，增加基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表T_ZB0_ND(ZB0_ND_ID，ZB0_ND_MC)，同時(shí)新增T_ZBB表字段ZBB_ND，作為外鍵以實(shí)現(xiàn)指標(biāo)結(jié)構(gòu)表與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表T_ZB0_ND的關(guān)聯(lián)。此外，只需做如下工作：配置指標(biāo)結(jié)構(gòu)表、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表及統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表，完成簡單的相關(guān)前端頁面開發(fā)。配置指標(biāo)結(jié)構(gòu)表時(shí)，在ZBB_JY字段中填寫用于相應(yīng)指標(biāo)檢驗(yàn)的正則表達(dá)式；在ZBB_DJY字段中填寫多指標(biāo)檢驗(yàn)的關(guān)系表達(dá)式，由于多指標(biāo)檢驗(yàn)條件涉及多個(gè)指標(biāo)，只需在任一指標(biāo)對應(yīng)的字段中配置即可；在ZBB_ZB字段中填寫可填補(bǔ)指標(biāo)的填補(bǔ)方式。配置統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表時(shí)，在TJB_MC字段中填寫統(tǒng)計(jì)項(xiàng)名稱，在TJB_ZD字段中，填寫統(tǒng)計(jì)結(jié)果表中存儲統(tǒng)計(jì)項(xiàng)值的字段名稱。通過簡單的配置，同時(shí)配合開發(fā)簡單的相關(guān)前端頁面，便可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的基本要求，完成中國林業(yè)生態(tài)資源環(huán)境承載力：數(shù)據(jù)投放器。表驅(qū)動法及相關(guān)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)支持指標(biāo)及其相關(guān)功能配置的快速擴(kuò)展與修改，當(dāng)有新增指標(biāo)或者指標(biāo)體系發(fā)生變化時(shí)，只需要簡單修改指標(biāo)結(jié)構(gòu)表和統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表的內(nèi)容。DDTMS的使用極大提高了系統(tǒng)開發(fā)的效率和可維護(hù)性，實(shí)現(xiàn)了中國林業(yè)生態(tài)資源環(huán)境承載力：數(shù)據(jù)投放器的快速開發(fā)。

在實(shí)際的指標(biāo)收集工作中，DDTMS應(yīng)用到中國林業(yè)生態(tài)資源環(huán)境承載力：數(shù)據(jù)投放器后，所收集數(shù)據(jù)的質(zhì)量得到了保障，同時(shí)針對不同可填補(bǔ)指標(biāo)的特性，分別使用合理的填補(bǔ)方法對缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行了有效的填補(bǔ)。單指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件校驗(yàn)效果如圖14所示，用戶每輸入一項(xiàng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)進(jìn)行單指標(biāo)檢驗(yàn)和波動檢驗(yàn)，給予用戶即時(shí)信息提醒；用戶填報(bào)完成所有數(shù)據(jù)時(shí)，系統(tǒng)集中進(jìn)行多指標(biāo)檢驗(yàn)，如圖15所示；填報(bào)工作結(jié)束后，由管理員統(tǒng)一進(jìn)行空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)工作，填補(bǔ)時(shí)給予用戶友好提示：“正在填補(bǔ)空缺數(shù)據(jù)，請耐心等待…”，效果如圖16所示；對填補(bǔ)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)與計(jì)算，計(jì)算結(jié)果供用戶查詢?yōu)g覽，效果如圖17所示。

圖14 單指標(biāo)校驗(yàn)構(gòu)件效果界面Fig.14 Effect drawing of single index verification component

圖15 多指標(biāo)檢驗(yàn)效果界面Fig.15 Effect drawing of multi-index test

圖16 空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)效果界面Fig.16 Effect drawing of filling vacancy data

圖17 用戶查詢?yōu)g覽統(tǒng)計(jì)與計(jì)算結(jié)果界面Fig.17 Results drawing of querying and browsing

4.2.2中國生態(tài)安全指數(shù)系統(tǒng)

中國生態(tài)安全指數(shù)系統(tǒng)所需收集的指標(biāo)包含土壤有機(jī)質(zhì)含量、年降水量、年平均氣溫和日照時(shí)數(shù)等98個(gè)指標(biāo)，指標(biāo)數(shù)目眾多；同時(shí)，指標(biāo)體系中出現(xiàn)需要通過新算法填補(bǔ)空缺數(shù)據(jù)的可填補(bǔ)指標(biāo)；系統(tǒng)每年進(jìn)行一次指標(biāo)收集工作，由于不同指標(biāo)全國統(tǒng)一采集的周期存在差異，因此不同年份需要收集的指標(biāo)變化較大。系統(tǒng)需要滿足的3個(gè)基本要求：①嚴(yán)格校驗(yàn)用戶填報(bào)的指標(biāo)數(shù)據(jù)。②對不同類別的可填補(bǔ)指標(biāo)采取不同的填補(bǔ)方式進(jìn)行缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)。③提供用戶查詢?yōu)g覽統(tǒng)計(jì)與計(jì)算的中間結(jié)果和最終評價(jià)結(jié)果。

對于上述問題，DDTMS也給出了很好的解決方案。將DDTMS應(yīng)用到系統(tǒng)開發(fā)時(shí)，選用Oracle數(shù)據(jù)庫。由于出現(xiàn)新一類可填補(bǔ)指標(biāo)，故需要增添新的填補(bǔ)方式。創(chuàng)建可填補(bǔ)指標(biāo)的子類：時(shí)序類指標(biāo)，在填補(bǔ)空缺數(shù)據(jù)時(shí)，使用回歸[28-29]的方法。其具體算法如下：

假設(shè)m年數(shù)據(jù)空缺且缺失數(shù)據(jù)為tm，取距離m年最近的5年，設(shè)最后有數(shù)據(jù)兩年為n1年、n2年，數(shù)據(jù)分別為tn1、tn2,且n1

(3)

創(chuàng)建時(shí)序類指標(biāo)并實(shí)現(xiàn)父類的抽象方法空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法后，只需通過配置結(jié)構(gòu)表中指標(biāo)的ZBB_ZB字段值即可實(shí)現(xiàn)填補(bǔ)功能的有效擴(kuò)展。由于中國生態(tài)安全指數(shù)系統(tǒng)的總體指標(biāo)體系是確定的，供用戶查詢?yōu)g覽的統(tǒng)計(jì)結(jié)果也是確定的，因此可快速配置完成指標(biāo)結(jié)構(gòu)表、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表及統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表。配置指標(biāo)結(jié)構(gòu)表時(shí)，將所有指標(biāo)的ZBB_YX字段值設(shè)為0(0代表指標(biāo)為無效指標(biāo)，1代表指標(biāo)有效指標(biāo))，進(jìn)行指標(biāo)收集工作時(shí)，通過改動指標(biāo)的ZBB_YX字段值，來設(shè)定當(dāng)前年度要收集的指標(biāo)，從而解決了每年大批量轉(zhuǎn)換指標(biāo)所帶來的一系列問題。配置統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表時(shí)，將統(tǒng)計(jì)與計(jì)算過程中產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)和最終產(chǎn)生的統(tǒng)計(jì)項(xiàng)均配置于統(tǒng)計(jì)項(xiàng)結(jié)構(gòu)表中。之后完成簡單的相關(guān)前端頁面開發(fā)。在實(shí)際的項(xiàng)目中，DDTMS應(yīng)用到中國生態(tài)安全指數(shù)系統(tǒng)后，保障了所收集數(shù)據(jù)的質(zhì)量，同時(shí)針對不同類別的可填補(bǔ)指標(biāo)，采取不同的填補(bǔ)方法，有效填補(bǔ)了缺失的指標(biāo)數(shù)據(jù)。用戶查詢?yōu)g覽中間結(jié)果和最終評價(jià)結(jié)果效果如圖18所示。

DDTMS的使用使得系統(tǒng)擴(kuò)展空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)功能變得簡單易行，極大地提高了系統(tǒng)的可擴(kuò)展性；對于大批量指標(biāo)的變化，也只通過簡單修改結(jié)構(gòu)表中ZBB_YX字段內(nèi)容即可，極大地提高了系統(tǒng)的可維護(hù)性；另外，DDTMS的使用使得系統(tǒng)可以適應(yīng)不同的數(shù)據(jù)庫環(huán)境，極大提高了系統(tǒng)的靈活性與健壯性。

圖18 用戶查詢?yōu)g覽效果界面Fig.18 Effect drawing of querying and browsing

5 結(jié)束語

闡述了數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)類信息管理系統(tǒng)的一般業(yè)務(wù)流程，提取此類應(yīng)用的共性業(yè)務(wù)需求，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)基于表驅(qū)動的動態(tài)數(shù)據(jù)上報(bào)管理系統(tǒng)(DDTMS)。將DDTMS應(yīng)用到中國林業(yè)生態(tài)資源環(huán)境承載力：數(shù)據(jù)投放器和中國生態(tài)安全指數(shù)系統(tǒng)，以充分測試該可復(fù)用軟件的實(shí)用性、穩(wěn)定性和普適性。測試表明：DDTMS縮短了應(yīng)用的開發(fā)周期，極大地提高了系統(tǒng)開發(fā)效率；DDTMS的使用使系統(tǒng)通用于不同類型的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)有效改善了系統(tǒng)在指標(biāo)、指標(biāo)描述參數(shù)等內(nèi)容上以及在數(shù)據(jù)校驗(yàn)、空缺數(shù)據(jù)填補(bǔ)和統(tǒng)計(jì)結(jié)果查詢輸出等功能上的易擴(kuò)展性。DDTMS具有良好的通用性，減少了數(shù)據(jù)填報(bào)及統(tǒng)計(jì)類系統(tǒng)領(lǐng)域中代碼冗余，并且使得此類系統(tǒng)的開發(fā)變得更加標(biāo)準(zhǔn)化。

1 黃湫堯.一個(gè)通用信息管理系統(tǒng)模板的設(shè)計(jì)與實(shí)例化應(yīng)用[D].北京：北京郵電大學(xué),2013.

HUANG Qiuyao.Design of universal information management model system and the application of instantiation[D].Beijing：Beijing University of Posts and Telecommunications,2013.(in Chinese)

2 王玲,鄒小昱,劉思瑤,等.基于RFID與ZigBee的羊場養(yǎng)殖信息管理系統(tǒng)[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2014,45(9):247-253.http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20140940&journal_id=jcsam.DOI:10.6041/j.issn.1000-1298.2014.09.040.

WANG Ling,ZOU Xiaoyu,LIU Siyao, et al.Development of handheld terminal for sheep breeding information management based on RFID and ZigBee[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2014,45(9):247-253. (in Chinese)

3 趙國安,王曉軍,劉興淼,等.管理信息系統(tǒng)通用模塊的設(shè)計(jì)[J].計(jì)算機(jī)工程,2008,34(14):49-51.

ZHAO Guoan, WANG Xiaojun, LIU Xingmiao, et al. General module design of management information systems[J].Computer Engineering,2008,34(14):49-51. (in Chinese)

4 童小華,程效軍,劉世杰,等.基于J2EE高速公路網(wǎng)絡(luò)地理信息系統(tǒng)平臺研究[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版,2006,34(12):1627-1631.

TONG Xiaohua,CHENG Xiaojun,LIU Shijie, et al.Development of J2EE and WebGIS based highway management system[J].Journal of Tongji University:Natural Science,2006,34(12):1627-1631.(in Chinese)

5 戴建國,王克如,李少昆,等.基于國營農(nóng)場的作物生產(chǎn)信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,45(11):2159-2167.

DAI Jianguo,WANG Keru,LI Shaokun, et al.Designing and implementation of crop production management information system based on state-operated farm[J].Scientia Agricultura Sinica,2012,45(11):2159-2167. (in Chinese)

6 何勇,余心杰.基于Web GIS的農(nóng)機(jī)化信息管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2005,36(10):88-90.

HE Yong,YU Xinjie.Design and implementation of agricultural mechanization information management system based on Web GIS[J].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery,2005,36(10):88-90. (in Chinese)

7 吳才聰,蔡亞平,羅夢佳,等.基于時(shí)間窗的農(nóng)機(jī)資源時(shí)空調(diào)度模型[J/OL].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào),2013,44(5):237-241. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20130541&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2013.05.041.

WU Caicong,CAI Yaping,LUO Mengjia,et al.Time-windows based temporal and spatial scheduling model for agricultural machinery resources[J/OL].Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2013,44(5):237-241. (in Chinese)

8 陳智芳,宋妮,王景雷.節(jié)水灌溉管理與決策支持系統(tǒng)[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2009,25(增刊2):1-6.

CHEN Zhifang,SONG Ni,WANG Jinglei. Water-saving irrigation management and decision support system[J].Transactions of the CSAE, 2009,25(Supp.2):1-6. (in Chinese)

9 趙玉杰,高懷友,師榮光.全國基本農(nóng)田環(huán)境質(zhì)量監(jiān)測信息填報(bào)及統(tǒng)計(jì)系統(tǒng)功能與設(shè)計(jì)[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào),2004,23(6):1241-1243.

ZHAO Yujie，GAO Huaiyou,SHI Rongguang.Design and realization of agro-environmental monitoring information collection and statistic system for basic farmland[J]. Journal of Agro-Environment Science,2004,23(6):1241-1243. (in Chinese)

10 ZHANG J, YONG Q, DI H, et al. A table-driven programming paradigm for context-aware application development[C]∥Annual International Symposium on Applications & the Internet, 2009:121-124.

11 YANG H C, JR D S P. Table-driven programming in SQL for enterprise information systems[C]∥ICEIS 2005,Proceedings of the Seventh International Conference on Enterprise Information Systems, 2005:424-427.

12 李訂芳.管理軟件設(shè)計(jì)中的表驅(qū)動思想與軟件重用[J].微型機(jī)與應(yīng)用,1997(3):20-28.

LI Dingfang. The table driving idea and software reusing in the course of management software design[J]. Microcomputer & Its Applications,1997(3):20-28. (in Chinese)

13 李林,王竹,呼延正勇,等.田間數(shù)據(jù)傳輸同步策略與中間件研究[J].農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2016,47(1):279-288. http:∥www.j-csam.org/jcsam/ch/reader/view_abstract.aspx?flag=1&file_no=20160138&journal_id=jcsam.DOI：10.6041/j.issn.1000-1298.2016.01.038.

LI Lin,WANG Zhu,HUYAN Zhengyong,et al.Research on field data transmission synchronization strategy and middleware [J]. Transactions of the Chinese Society for Agricultural Machinery, 2016,47(1):279-288. (in Chinese)

14 王孝明,胡健,陸坤,等.基于.NET平臺可復(fù)用軟件框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].計(jì)算機(jī)工程, 2004, 30(22):76-78.

WANG Xiaoming,HU Jian,LU Kun,et al. Design and implementation of reusable software framework based on .NET[J]. Computer Engineering， 2004, 30(22):76-78. (in Chinese)

15 YAO H, ETZKORN L H, VIRANI S. Automated classification and retrieval of reusable software components[J]. Journal of the Association for Information Science and Technology, 2008, 59(4):613-627.

16 SCHMIDT D C, BUSCHMANN F. Patterns, frameworks, and middleware: their synergistic relationships[C]∥2003 International Conference on Software Engineering, 2003:694-704.

17 吳泉源. 網(wǎng)絡(luò)計(jì)算中間件[J]. 軟件學(xué)報(bào), 2013, 24(1):67-76.

WU Quanyuan.Network computing middleware[J]. Journal of Software, 2013,24(1):67-76.(in Chinese)

18 王珊，薩師煊．?dāng)?shù)據(jù)庫系統(tǒng)概論[M]．北京：高等教育出版社，2006：172-182．

19 劉洋,高連生,王斌.一種面向應(yīng)用擴(kuò)展的樹狀數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)模型[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2006, 27(21):4074-4077.

LIU Yang, GAO Liansheng, WANG Bin. Tree-like database design model for expansible application[J].Computer Engineering and Design,2006, 27(21):4074-4077. (in Chinese)

20 QIU W, ZOU W, SUN Y. Design patterns applied in power system analysis software package[C]∥2012 International Conference on Industrial Control and Electronics Engineering, 2012:836-840.

21 DHAND R. Reducing web page post backs through jQuery ajax call in a trust based framework[C]∥2012 International Conference on Computing Sciences, 2012:217-219.

22 柴晟,李明富,羅莉娟,等.基于設(shè)計(jì)模式構(gòu)建數(shù)據(jù)訪問中間件[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2007, 28(17):4102-4104.

CHAI Sheng, LI Mingfu, LUO Lijuan, et al. Building data access middleware based on design pattern[J]. Computer Engineering and Design,2007, 28(17):4102-4104. (in Chinese)

23 王彬,靳大尉,郝文寧,等.設(shè)計(jì)模式在數(shù)據(jù)庫訪問權(quán)限系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2012,32(增刊2):113-115.

WANG Bin,JIN Dawei,HAO Wenning,et al. Application of design patterns in database access permission system[J]. Journal of Computer Applications,2012,32(Supp.2):113-115. (in Chinese)

24 周源. 對象關(guān)系映射引擎的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].南京：東南大學(xué),2005.

ZHOU Yuan.Object relational mapping engine design and implementation[D].Nanjing: Southeast University,2005. (in Chinese)

25 LING Y, AN Y, LIU M, et al. An error detecting and tagging framework for reducing data entry errors in electronic medical records (EMR) system[C]∥IEEE International Conference on Bioinformatics and Biomedicine, 2013:249-254.

26 劉成,張凱,陳建勛.混合方式數(shù)據(jù)驗(yàn)證方案的研究[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì),2013,34(1):366-371.

LIU Cheng,ZHANG Kai,CHEN Jianxun.Mixed-mode data validation program research[J]. Computer Engineering and Design,2013,34(1):366-371. (in Chinese)

27 廖柯.基于動態(tài)編譯的泵業(yè)電子商務(wù)平臺設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].上海：復(fù)旦大學(xué),2011.

LIAO Ke.Design and implementation of pump e-commerce platform based on dynamic compilation[D].Shanghai: Fudan University,2011. (in Chinese)

28 武森,馮小東,單志廣.基于不完備數(shù)據(jù)聚類的缺失數(shù)據(jù)填補(bǔ)方法[J].計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào),2012,35(8):1726-1738.

WU Sen, FENG Xiaodong,SHAN Zhiguang.Missing data imputation approach based on incomplete data clustering[J]. Chinese Journal of Computers,2012,35(8):1726-1738. (in Chinese)

29 劉愛利，王培法，丁園圓.地統(tǒng)計(jì)學(xué)概論[M]．北京：科學(xué)出版社，2012.