(沈陽工學院 信息與控制學院，沈陽 113122)

0 引言

信息盲檢索系統(tǒng)現(xiàn)已在航空、新聞、視頻和教育等各個不同領(lǐng)域得以應用，它主要起到信息索引的作用[1]，但信息呈現(xiàn)出的結(jié)構(gòu)和非結(jié)構(gòu)化形式，缺乏明顯特征，導致信息盲檢索系統(tǒng)很難實現(xiàn)精準的檢索[2]。當前空中通信多使用無人機進行，絕大多數(shù)的通信信息存入無人機空中通信數(shù)據(jù)庫中，使得無人機空中通信數(shù)據(jù)庫的信息呈現(xiàn)爆炸性的增長趨勢，對無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)進行設計成為了亟待解決的問題[3]。傳統(tǒng)的信息盲檢索系統(tǒng)存在數(shù)據(jù)召回率低、細粒度差，檢索準確度低、實時性差等問題，很難滿足現(xiàn)代人們對于信息檢索的要求[4]。為改進傳統(tǒng)盲檢索系統(tǒng)，提出設計一種無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)。構(gòu)建信息存儲器對系統(tǒng)硬件進行優(yōu)化，以便后續(xù)對數(shù)據(jù)進行調(diào)度，使用Java語言進行系統(tǒng)軟件開發(fā)，主要對可視化的頁面布局和中間件搜索功能進行設計，通過搜索功能的實現(xiàn)，完成無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)的設計。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)相比傳統(tǒng)盲檢索系統(tǒng)，數(shù)據(jù)召回率更高，細粒度更好，檢索準確度更高，實時性更好。

1 系統(tǒng)總體構(gòu)架設計

對無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)進行研究，首先需對空阿金數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)進行設計，給出盲檢索系統(tǒng)的總體設計結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 盲檢索系統(tǒng)總體設計結(jié)構(gòu)圖

分析圖1可知：在無人機空中通信數(shù)據(jù)庫中，信息的盲檢索可在計算機平臺上進行，為了滿足盲檢索系統(tǒng)設計的兼容性，需安裝在Linux系統(tǒng)上[5]，并在內(nèi)核的結(jié)構(gòu)中對軟件進行設計。通過信息采集功能收集數(shù)據(jù)，并進行數(shù)據(jù)訪問，該部分需進行多模控制，將控制后的數(shù)據(jù)存儲到存儲器之中，經(jīng)過網(wǎng)絡通信功能，再次對控制后的數(shù)據(jù)進行訪問，獲取安全信息。而人機交互模塊主要包括：顯示板、繪圖儀、操作臺和數(shù)據(jù)輸出這四部分。對大量信息進行管理與文件配置，并采用控制的方法對數(shù)據(jù)進行調(diào)度，進而對數(shù)據(jù)進行輸出，結(jié)合該系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)和軟件部分的設計將動態(tài)信息進行實時的存取與盲檢索，從而完成無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)的設計。

2 系統(tǒng)硬件設計

傳統(tǒng)的信息盲檢索系統(tǒng)采用的是集中串行的盲檢索方式，該方式對檢索信息范圍有一定的限制，很難實現(xiàn)對無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息的盲檢索[6]。因此，改進的無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)在硬件部分進行優(yōu)化。組成盲檢索系統(tǒng)硬件的最關(guān)鍵部分是信息存儲器，合理組建的存儲器結(jié)構(gòu)可以使信息在盲檢索時，提高信息的調(diào)度速率，從而構(gòu)建一個更完善、更高效的硬件環(huán)境。

無人機空中通信數(shù)據(jù)庫作為計算機物理存儲介質(zhì)，存儲著全部可應用的信息，這些信息一般是以一系列特定文件的形式，存儲在無人機空中通信數(shù)據(jù)庫中。無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)的設計主要是以網(wǎng)絡為中心，將各種設備集介起來共同完成盲檢索的工作，因此需要建立數(shù)據(jù)中心，將大量的信息從無人機空中通信數(shù)據(jù)庫中調(diào)出，存儲在服務器中，從而可以方便的為盲檢索系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務，給出改進的信息存儲器結(jié)構(gòu)設計，如圖2所示。

圖2 信息存儲器結(jié)構(gòu)圖

分析圖2可知：信息存儲器是采用三層體系的結(jié)構(gòu)，主要負責的是對信息進行存儲。當存儲器對數(shù)據(jù)存取時間減少時，需提高存取的速度，增大存取內(nèi)存，促使信息進行存取時節(jié)省時間，此時存取的數(shù)據(jù)可直接被CPU訪問；當存儲器對數(shù)據(jù)存取速度加快時，需利用相關(guān)程序?qū)?shù)據(jù)讀取，轉(zhuǎn)化為內(nèi)存形式，此時存取的數(shù)據(jù)可被CPU訪問；當存儲器容量減小時，需提高數(shù)據(jù)存取速度，利用程序?qū)?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為內(nèi)存形式，并經(jīng)過高速緩存使數(shù)據(jù)被CPU訪問。

在無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)硬件設計中，通過實時發(fā)送的動態(tài)信息對數(shù)據(jù)庫進行訪問，并對信息進行盲檢索，此外，改進的無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)硬件部分的微機內(nèi)核是由顯示板、繪圖儀、操作臺等共同組成的，硬件結(jié)構(gòu)的設計主要是為完成信息盲檢索任務創(chuàng)建良好的平臺環(huán)境。

綜上所述，優(yōu)化設計的信息存儲器，配合其他改進后的硬件設備，共同構(gòu)建出最優(yōu)的無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)硬件環(huán)境，為系統(tǒng)軟件部分的設計奠定良好基礎。

3 系統(tǒng)軟件設計

無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)的軟件部分采用Java語言和嵌入式開發(fā)庫進行編程開發(fā)。利用存儲器提供的信息，對系統(tǒng)軟件部分的資料目錄、清單服務及盲檢索等多項功能進行開發(fā)。通過在危機內(nèi)核中建立內(nèi)核源碼，設計可視化檢索頁面，先對檢索信息進行選取，增設中間件搜索功能，通過盲檢索功能的實現(xiàn)，完成空阿金數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)軟件部分的設計。具體設計過程描述如下：

3.1 可視化檢索頁面設計

采用LiveConnect的程序包、Java語言和Applet訪問對可視化檢索頁面進行開發(fā)[7]，具體實現(xiàn)步驟如下：

1)獲取信息并安裝包程序，其中包含有關(guān)瀏覽器的所有信息；

2)將所有需要檢索的信息安裝在Applet中，并在Applet中加入一行代碼：

import netscape.javascript.JSObject;

3)創(chuàng)建關(guān)于Java語言的引用：

JSObject window=JSObject.getWindow(this);//this=Applet

4)獲取Java屬性。針對可視化檢索頁面的設計

是通過采用獲取資格的方法將鼠標所選定四角坐標區(qū)域值與檢索主頁相對應的文本屬性相互連接。

JSObject myForm=(JSObject)document.getMember

("myFormName");

JSObject someElement=(JSObject)someForm.getMember

("someElementName");

5)設置相關(guān)的Java屬性[8]。可視化檢索頁面將鼠標所選定四角坐標區(qū)域值轉(zhuǎn)換為對應經(jīng)緯度值賦予給檢索主頁中對應的文本框：

someElement.setMember("value","textfield value");

6)允許網(wǎng)頁訪問Applet[9]，也就是在盲檢索的程序中加入如下代碼：

圖3展示了無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索的頁面。

圖3 可視化檢索頁面

由圖3可知：可視化檢索頁面的設計可接收無人機空中通信數(shù)據(jù)庫的所有信息，用戶可以在感興趣的區(qū)域進行搜索，從而方便的獲取需要的資料。

3.2 檢索信息的選取

實時發(fā)送的動態(tài)消息是由改進設計的無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)硬件部分提供的，系統(tǒng)軟件的可視化檢索頁面接收動態(tài)消息，并依據(jù)動態(tài)消息對數(shù)據(jù)庫進行訪問，訪問到數(shù)據(jù)庫中的存儲器時，對需要盲檢索的信息進行搜索，此時開始創(chuàng)建信息盲檢索任務，依據(jù)檢索信息的選取流程，選取出目標信息。信息選取流程如圖4所示。

圖4 信息選取流程圖

分析圖4可知：選取的模塊中信息處理的數(shù)據(jù)主要包括：HTML、XML這兩種，對于信息的流轉(zhuǎn)需要完成以下幾個步驟：1)根據(jù)URL地址獲取原始信息的網(wǎng)頁內(nèi)容[8]；2)根據(jù)獲取的內(nèi)容進行數(shù)據(jù)的篩選，并將原始數(shù)據(jù)的格式轉(zhuǎn)換為XML格式的數(shù)據(jù)；3)根據(jù)文檔加載XML格式的數(shù)據(jù)內(nèi)容構(gòu)建文檔對象模型；4)在該模型上，根據(jù)路徑語言得到相關(guān)信息內(nèi)容；5)將以上內(nèi)容轉(zhuǎn)換為相關(guān)的文檔，保存在文件當中?；谛畔⒘鬓D(zhuǎn)的步驟，使內(nèi)容節(jié)點間接的確定信息流轉(zhuǎn)的方式，進行定位的思想，從而實現(xiàn)檢索信息的選取。

3.3 中間件搜索功能設計

在系統(tǒng)軟件部分增設中間件搜索功能，可提高改進設計的盲檢索系統(tǒng)的檢索準確度。將可視化檢索主頁傳來的信息傳入到存儲器中，并將相應的程序通過頁面布局中的相應代碼轉(zhuǎn)換為語句，將該語句提交給數(shù)據(jù)庫；經(jīng)過對數(shù)據(jù)庫中信息的搜索找到滿足查詢的條件，得出查詢結(jié)果；將查詢的結(jié)果傳送給服務器，通過服務器把得出的結(jié)果轉(zhuǎn)化為可供瀏覽器閱讀的文檔，采用回送的傳輸方式供用戶瀏覽。該種方法能夠使主頁與其它對象相互連接，當鼠標框定檢索信息結(jié)束后，其主頁中的文本框會自動顯示搜索目標的位置，同時，主頁還能為客戶提供搜索的名稱和時間選項。中間件搜索功能的實質(zhì)就是將可視化檢索頁面?zhèn)鱽淼臋z索目標，預先模糊搜索一遍，為后面的盲檢索功能做好準備，以提高系統(tǒng)的檢索速率和檢索準確度。

3.4 盲檢索功能的實現(xiàn)

無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)軟件部分的最主要功能就是盲檢索功能。綜合以上步驟，對可視化檢索頁面接收到的信息進行盲檢索。根據(jù)設計的高速緩存機制，能快速為盲檢索系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)服務，并對信息進行存儲；而軟件部分設計的可視化檢索頁面、資料目錄、清單服務及盲檢索等多項功能都需存儲器提供數(shù)據(jù)才可實現(xiàn)。采用JavaScript編程，結(jié)合Java Applet[9]，通過頁面布局中的相應代碼轉(zhuǎn)換、回送傳輸方式供用戶方便瀏覽，由此完成該系統(tǒng)的設計。

將含有服務器端的Java語言和文件結(jié)合在一起編譯成可執(zhí)行的文件，并將源代碼轉(zhuǎn)換為相對獨立的平臺字節(jié)碼，最后，將應用程序放在服務器上并使用JavaScript ApplicationManager安裝，并由此啟動盲檢索程序，用戶可直接訪問該程序，實現(xiàn)了無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息的盲檢索。

根據(jù)以上存儲器等硬件部分的優(yōu)化，和可視化檢索頁面等軟件部分的創(chuàng)建，完成了無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)的設計。

4 實驗結(jié)果分析

為了驗證無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)設計的有效性，進行實驗。數(shù)據(jù)召回率、細粒度、檢索準確度與實時性是檢驗系統(tǒng)性能好壞的4個重要指標。分別對改進系統(tǒng)的四項指標進行測試，分析實驗結(jié)果，最后對實驗結(jié)果進行總結(jié)。

實驗假設在某網(wǎng)站上輸入關(guān)鍵詞筆記本，根據(jù)關(guān)鍵詞搜索出來的相關(guān)頁面有100個左右，每頁產(chǎn)品的數(shù)量為30個，那么就會有3 000個準備選取的信息。分別采用傳統(tǒng)盲檢索系統(tǒng)和改進盲檢索系統(tǒng)對信息進行盲檢索，得到兩種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)召回率、檢索準確度及實時性對比結(jié)果，如表1所示。

表1 兩種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)召回率、檢索準確度及實時性對比

觀察表1可知：先對兩種系統(tǒng)的數(shù)據(jù)召回率測試結(jié)果進行分析。在備選信息數(shù)量均為3 000個的情況下，采用傳統(tǒng)盲檢索系統(tǒng)對信息進行盲檢索，其數(shù)據(jù)召回率為60%；采用改進盲檢索系統(tǒng)對信息進行盲檢索時，其數(shù)據(jù)召回率為100%。對比傳統(tǒng)系統(tǒng)和改進系統(tǒng)的實驗結(jié)果，明顯看出，改進系統(tǒng)的數(shù)據(jù)召回率遠遠高于傳統(tǒng)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)召回率，結(jié)果充分表明改進系統(tǒng)的數(shù)據(jù)召回率更高。

對兩種系統(tǒng)的檢索準確度測試結(jié)果進行分析。在備選信息數(shù)量相同，即均為3 000個的情況下，傳統(tǒng)系統(tǒng)進行了2 165次抽取，其中抽取正確的有1 600個，其檢索準確度為52%。采用改進盲檢索系統(tǒng)對信息進行盲檢索時，共抽取了2 987次，且全部抽取正確，且檢索準確度為100%。對比傳統(tǒng)系統(tǒng)和改進系統(tǒng)的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，改進系統(tǒng)的抽取次數(shù)明顯高于傳統(tǒng)系統(tǒng)的抽取次數(shù)，改進系統(tǒng)的抽取正確次數(shù)近乎是傳統(tǒng)系統(tǒng)抽取正確次數(shù)的2倍，改進系統(tǒng)的檢索準確度遠遠高于傳統(tǒng)系統(tǒng)的準確度，且達到了100%。實驗結(jié)果充分說明，改進系統(tǒng)的檢索準確度更高。

對兩種系統(tǒng)的實時性測試結(jié)果進行分析。備選信息數(shù)量相同時，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)對信息進行盲檢索，其檢索時間為2 260 ms。采用改進系統(tǒng)對信息進行盲檢索，其檢索時間為2 100 ms。對比傳統(tǒng)系統(tǒng)和改進系統(tǒng)的檢索時間得出，改進系統(tǒng)的檢索時間比傳統(tǒng)系統(tǒng)的檢索時間少，說明改進系統(tǒng)的檢索速度更快，實時性更好。以上3個實驗結(jié)果充分驗證了改進設計的無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)具有較好有效性和實用性。

將2 GB的數(shù)據(jù)分別以32 MB、64 MB、128 MB、256 MB、512 MB的Input Split大小進行劃分，分別對傳統(tǒng)系統(tǒng)和改進系統(tǒng)的索引建立時間進行測試，驗證Input Split大小對改進系統(tǒng)實時性的影響。

圖5 不同系統(tǒng)索引建立時間對比結(jié)果

由圖5可知：傳統(tǒng)系統(tǒng)的索引建立時間曲線波動較大，當Input Split的大小由25mb增大到27mb時，其索引建立時間呈下降趨勢，在Input Split為27mb時，出現(xiàn)索引建立時間最小值，為1 300 ms。當Input Split的大小由27mb增大到29mb時，其索引建立時間呈上升趨勢，在Input Split為29mb時，出現(xiàn)索引建立時間最大值，為1 800 ms，計算傳統(tǒng)系統(tǒng)的平均索引建立時間約為1 500 ms。改進系統(tǒng)的索引建立時間曲線十分平穩(wěn)，其索引建立時間并沒有隨著Input Split的增大而增大，其平均索引建立時間約為600 ms。對比兩個系統(tǒng)的實驗結(jié)果可知，改進系統(tǒng)的索引建立時間遠遠少于傳統(tǒng)系統(tǒng)的索引建立時間，說明改進系統(tǒng)的實時性更高。

根據(jù)上述實驗結(jié)果還可發(fā)現(xiàn)，合理的選擇數(shù)據(jù)大小能夠顯著減小索引建立時間，在增加盲檢索任務時，盲檢索數(shù)據(jù)量過大會使硬件部分的開銷增加，軟件部分的負載過高，導致盲檢索任務失敗。合理的選擇數(shù)據(jù)大小能夠有效提高盲檢索系統(tǒng)的檢索效率，改善系統(tǒng)的實時性。

分別對傳統(tǒng)系統(tǒng)和改進系統(tǒng)的細粒度進行測試，得到兩種系統(tǒng)細粒度的對比結(jié)果，如圖6所示。

圖6 兩種不同系統(tǒng)細粒度對比結(jié)果

由圖6可知：圖6(a)是傳統(tǒng)系統(tǒng)細粒度測試結(jié)果，采用傳統(tǒng)系統(tǒng)對信息進行盲檢索，其細粒度分布稀疏，偏離細粒度基準線較遠，其細粒度點較少。圖6(b)是改進系統(tǒng)細粒度測試結(jié)果，采用改進系統(tǒng)對信息進行盲檢索，其細粒度分布緊密，基本分布在細粒度基準線上，且細粒度點較多。對比傳統(tǒng)系統(tǒng)和改進系統(tǒng)的細粒度實驗結(jié)果，改進系統(tǒng)的細粒度遠遠強于傳統(tǒng)系統(tǒng)的細粒度，充分說明，改進系統(tǒng)的細粒度更強。

綜合以上實驗結(jié)果可得，提出設計的無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)召回率高，檢索準確度高、細粒度強、實時性好的優(yōu)點，在信息盲檢索方面實用性強。

5 結(jié)束語

為解決傳統(tǒng)盲檢索系統(tǒng)數(shù)據(jù)召回率較低，檢索準確度較低，細粒度較弱、實時性較差等問題，提出設計了一種無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)。通過對改進盲檢索系統(tǒng)硬件部分的存儲器結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，采用Java語言開發(fā)可視化檢索頁面、中間件搜索功能和盲檢索功能，對系統(tǒng)軟件部分進行改進，從而完成無人機空中通信數(shù)據(jù)庫信息盲檢索系統(tǒng)的設計。實驗結(jié)果表明，改進的盲檢索系統(tǒng)數(shù)據(jù)召回率高，檢索準確度高，細粒度強，實時性好。但改進系統(tǒng)的檢索速率還有待提高，未來將針對盲檢索系統(tǒng)的檢索速率進行深入研究，為信息盲檢索技術(shù)的快速發(fā)展提供幫助。

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