陳開 陳柯辰

摘 要：為了提升現(xiàn)有氣象探測設(shè)備監(jiān)控管理效率，實現(xiàn)對氣象設(shè)備探測監(jiān)控管理的統(tǒng)一調(diào)度，采用MVC三層模式和Spring MVC框架，對氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究與實現(xiàn)，主要包括Spring MVC框架的概念與特性、Spring框架的氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)框架設(shè)計，同時對Spring框架應(yīng)用于氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和主要模塊進(jìn)行討論與分析，最后基于Spring MVC與Mybatis框架實現(xiàn)了氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。應(yīng)用結(jié)果顯示，該系統(tǒng)有效降低了氣象探測設(shè)備故障率，提高了其運維效率，對氣象設(shè)備探測監(jiān)控管理發(fā)揮了一定作用。

關(guān)鍵詞：氣象設(shè)備;監(jiān)控運維;Spring MVC;Spring框架

DOI：10. 11907/rjdk. 192412 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

中圖分類號：TP319文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-7800（2020）007-0112-05

Research on Meteorological Equipment Monitoring System

Based on Spring Framework

CHEN Kai1， CHEN Ke-chen 2

（1. Zhejiang Provincial Center for Technical Support of Atmospheric Exploration， Hangzhou 310017，China;

2. Shaoxing Meteorological Service， Shaoxing 312000，China）

Abstract： In order to improve the efficiency of monitoring and management of existing meteorological detection equipment and realize the unified dispatch of monitoring and management of meteorological equipment， this paper uses MVC three-tier model and Spring MVC framework to study and implement the key technologies of monitoring and control system of meteorological detection equipment， including the concept and characteristics of Spring MVC framework， and the meteorological detection equipment monitoring and control framework of Spring framework. At the same time， the hierarchical structure and main modules of Spring framework applied in meteorological detection equipment monitoring system are discussed and analyzed. Finally， meteorological detection equipment monitoring system is realized based on Spring MVC and Mybatis framework. The application results show that the system can effectively reduce the failure rate of meteorological detection equipment， improve its operation and maintenance efficiency， and play a certain role in meteorological equipment detection， monitoring and management.

Key Words： meteorological equipment; monitoring and management; spring MVC; Spring framework

0 引言

氣象探測設(shè)備探測的氣象數(shù)據(jù)種類多、信息量大、精度高[1]，是氣象業(yè)務(wù)的重要基礎(chǔ)及組成部分[2]。隨著我國自動化氣象探測網(wǎng)的不斷發(fā)展和更新，氣象部門氣象探測裝備保障任務(wù)的壓力與日俱增[3]，統(tǒng)一規(guī)范的氣象探測設(shè)備的技術(shù)保障體系建設(shè)顯得尤其重要，先進(jìn)的氣象探測設(shè)備保障體系建設(shè)，可以為氣象監(jiān)測、預(yù)報預(yù)警和服務(wù)提供高效、準(zhǔn)確的氣象信息，為公眾提供更加準(zhǔn)確的天氣預(yù)報，為人們的生活提供更多的便利[4]。其中，氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)是氣象探測設(shè)備技術(shù)保障體系建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為氣象探測設(shè)備技術(shù)保障提供基礎(chǔ)的設(shè)備信息和技術(shù)保障信息。因此，需要研發(fā)一套氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)以實現(xiàn)信息化管理。

Spring框架是經(jīng)典的模型—視圖—控制器（Model-View-Controller，MVC）分層次設(shè)計模式，技術(shù)框架成熟且開發(fā)簡捷方便，較多的學(xué)者對其框架的應(yīng)用進(jìn)行了研究[5-10]，為了提升現(xiàn)有的氣象探測設(shè)備監(jiān)控管理效率，實現(xiàn)對氣象設(shè)備探測監(jiān)控管理的統(tǒng)一的調(diào)度，本文嘗試采用Spring MVC框架，對氣象設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，并對其采用的技術(shù)方法加以實現(xiàn)。

鑒于此，本文以氣象設(shè)備監(jiān)控保障需求為牽引，結(jié)合氣象探測設(shè)備監(jiān)控管理現(xiàn)有應(yīng)用成果，利用Spring MVC框架，設(shè)計與研發(fā)了一套能充分發(fā)揮分層結(jié)構(gòu)、提高氣象設(shè)備監(jiān)控保障應(yīng)用服務(wù)性能，為用戶提供扁平化服務(wù)體驗的氣象探測設(shè)備監(jiān)控管理服務(wù)平臺。應(yīng)用結(jié)果表明，系統(tǒng)為準(zhǔn)確高效的氣象探測設(shè)備監(jiān)控管理提供了翔實的基礎(chǔ)及服務(wù)平臺，且操作簡單、實用性強、服務(wù)效率高，有效地提高了氣象探測設(shè)備監(jiān)控保障效率。

1 Spring MVC模式概述

目前流行的大部分應(yīng)用程序設(shè)計與實現(xiàn)都是基于MVC模式[11-18]，Spring MVC為Spring框架的一部分，Spring框架提供了對MVC模式的實現(xiàn)機制，主要應(yīng)用于Web應(yīng)用程序開發(fā)。MVC作為一種設(shè)計模型，主要由模型、視圖和控制器3部分組成。其中，模型主要位于數(shù)據(jù)端，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)訪問、數(shù)據(jù)持久化及數(shù)據(jù)相關(guān)邏輯處理。視圖又稱表示層，它是模型的外在表現(xiàn)，一個模型可以對應(yīng)一個或多個視圖。視圖是應(yīng)用程序與外界輸入的接口?？刂破魇荕VC模型中最重要的核心部分，是模型和視圖聯(lián)系的紐帶，一方面將外界輸入交給模型處理，另一方面又將模型處理好的數(shù)據(jù)交給視圖來表現(xiàn)，起到負(fù)責(zé)分發(fā)請求和返回處理結(jié)果的作用。

Spring MVC模型采用“分治”思想，使用控制器將數(shù)據(jù)模型和視圖進(jìn)行分離，將視圖和數(shù)據(jù)解耦。當(dāng)數(shù)據(jù)模型或視圖發(fā)生變化時，相互之間的影響也會降到最低。

Spring MVC的主要功能特性如下：

（1）實現(xiàn)應(yīng)用快捷構(gòu)建。Spring MVC框架集成了Spring框架的所有其它功能，Spring MVC架構(gòu)通過配置，能夠快速實現(xiàn)應(yīng)用程序搭建。

（2）角色結(jié)構(gòu)清晰?？刂破鳎–ontroller）、驗證器（Validator）、命令對象（Command Obect）、表單對象（Form Object）、模型對象（Model Object）、Servlet分發(fā)器（DispatcherServlet）、處理器映射（Handler Mapping）、試圖解析器（View Resoler）等。每一個角色都可以由一個專門的對象加以實現(xiàn)，且提供了域模型代碼與視圖。

（3）Spring MVC提供了一種綁定機制。通過該機制可以從用戶請求中提取數(shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為預(yù)定義的數(shù)據(jù)格式，最后映射到一個模型類，從而創(chuàng)建一個對象。該實現(xiàn)機制只需請求參數(shù)名稱與Java類的屬性相匹配即可。

（4）Spring MVC視圖靈活性。Spring MVC視圖可以采用JSP，也可以是Velocity模板、Tiles以及XSLT等。

（5）Spring MVC是非侵入性的，因為業(yè)務(wù)邏輯代碼與框架本身是相分離的。

2 氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中的Spring MVC框架應(yīng)用

Spring MVC框架集成了Spring框架功能，能夠快速實現(xiàn)應(yīng)用程序，減低應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)的復(fù)雜性，以簡單快速的方式實現(xiàn)系統(tǒng)開發(fā)與部署，并且具有跨平臺的代碼重用性、結(jié)構(gòu)清晰、互操作性等優(yōu)勢，利用Spring MVC框架可以有效實現(xiàn)應(yīng)用層次結(jié)構(gòu)，提高應(yīng)用擴展性、快速開發(fā)部署、跨平臺等能力。Spring MVC框架應(yīng)用于氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)層次結(jié)構(gòu)如下：①數(shù)據(jù)模型層定義實現(xiàn)了一套標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)據(jù)持久化和數(shù)據(jù)訪問模型，為氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中氣象探測設(shè)備的基本信息、運行狀態(tài)、故障運維等信息的查詢、計算及統(tǒng)計分析等提供標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)據(jù)支撐;②邏輯控制層實現(xiàn)了系統(tǒng)的各種邏輯操作，對數(shù)據(jù)與視圖進(jìn)行了有效結(jié)合;③表示層實現(xiàn)了氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)中氣象探測設(shè)備的分布及運行狀態(tài)模塊、故障運維模塊、信息管理模塊等界面及操作。

Spring MVC框架對氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的實現(xiàn)作用主要有以下6點：①負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫的操作，包括查詢、增加、編輯、刪除、統(tǒng)計等;②負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)庫中氣象探測設(shè)備的基本信息、運行狀態(tài)、故障運維等數(shù)據(jù)表進(jìn)行持久化操作;③負(fù)責(zé)對氣象探測設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)的清洗和質(zhì)量控制;④負(fù)責(zé)對系統(tǒng)數(shù)據(jù)流程邏輯進(jìn)行實現(xiàn);⑤負(fù)責(zé)對系統(tǒng)表示層進(jìn)行實現(xiàn);⑥負(fù)責(zé)對系統(tǒng)用戶及運維日志等數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

3 系統(tǒng)總體框架

為了保證氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)的高擴展性和高可用性，系統(tǒng)采用了層次化的設(shè)計框架。系統(tǒng)總體框架主要分為4部分：數(shù)據(jù)資源層、數(shù)據(jù)服務(wù)層、邏輯控制層和視圖層?？傮w層次結(jié)構(gòu)框架如圖1所示。

數(shù)據(jù)資源層，即數(shù)據(jù)存儲環(huán)境，主要存儲氣象探測設(shè)備監(jiān)控的4類數(shù)據(jù)，包括氣象設(shè)備數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、監(jiān)控運維數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)。所有數(shù)據(jù)均按照結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲，其中，地理信息數(shù)據(jù)采用地圖瓦片方式存儲在非結(jié)構(gòu)化NoSQL數(shù)據(jù)系統(tǒng)中，地理信息服務(wù)采用JSON的方式。氣象設(shè)備數(shù)據(jù)、監(jiān)控運維數(shù)據(jù)和系統(tǒng)管理數(shù)據(jù)等結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)采用MySQL數(shù)據(jù)庫存儲，并對數(shù)據(jù)量大的監(jiān)控日志數(shù)據(jù)進(jìn)行按日期分表混合存儲。

數(shù)據(jù)服務(wù)層，即數(shù)據(jù)模型層，主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)邏輯處理和訪問數(shù)據(jù)庫等操作。包括實現(xiàn)訪問MySQL數(shù)據(jù)庫、對數(shù)據(jù)封裝持久化、數(shù)據(jù)訪問DAO和數(shù)據(jù)服務(wù)層配置等。通過門面模式提供業(yè)務(wù)控制層調(diào)用。

業(yè)務(wù)控制層主要提供氣象設(shè)備信息、監(jiān)控運維和系統(tǒng)管理等相關(guān)數(shù)據(jù)處理、統(tǒng)計分析、預(yù)警報警等操作的業(yè)務(wù)控制邏輯，然后請求相應(yīng)數(shù)據(jù)，并提供給表示層，它是系統(tǒng)核心部分。

表現(xiàn)層主要展示氣象探測設(shè)備的分布及運行狀態(tài)、故障運維、統(tǒng)計分析、預(yù)警報警和系統(tǒng)信息管理等五大類內(nèi)容，采用流行前端框架，為用戶提供直觀快捷的體驗。

系統(tǒng)框架流程如圖2所示。①客戶端請求被前端控制器DispatcherSerlet接收后，根據(jù)請求映射HandlerMapping映射到業(yè)務(wù)邏輯處理器;②創(chuàng)建業(yè)務(wù)邏輯處理器和處理攔截器，然后以處理執(zhí)行鏈的方式，返回給前端控制器DispatcherSerlet;③前端控制器通過處理器適配器調(diào)用業(yè)務(wù)邏輯處理器，根據(jù)業(yè)務(wù)需求，調(diào)用氣象設(shè)備監(jiān)控數(shù)據(jù)，進(jìn)行業(yè)務(wù)邏輯處理，完成業(yè)務(wù)邏輯處理后，將模型數(shù)據(jù)和視圖對象給前端控制器;④前端控制器將獲取的對象傳給視圖解析器，將邏輯視圖解析為物理視圖，然后前端控制器根據(jù)返回的視圖進(jìn)行渲染;⑤將渲染后的視圖響應(yīng)給系統(tǒng)客戶端，完成整體流程。

4 系統(tǒng)主要模塊設(shè)計

4.1 監(jiān)控信息收集及入庫模塊

設(shè)備監(jiān)控信息收集及入庫模塊作為數(shù)據(jù)層模塊，通過消息一直在監(jiān)聽設(shè)備狀態(tài)信息，隨時準(zhǔn)備接收信息。如果接收發(fā)生狀態(tài)變化的消息，則開始信息提取、分類和分析，然后生成標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)格式，通過傳輸模塊發(fā)送到中心通信機接收數(shù)據(jù)，根據(jù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議將數(shù)據(jù)解包，然后分類導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中。

4.2 設(shè)備分布及運行狀態(tài)模塊

設(shè)備分布主要采用ArcGIS地圖組件和JSP視圖技術(shù)，結(jié)合基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)和設(shè)備位置信息，實現(xiàn)在地圖上顯示設(shè)備所在位置信息。運行狀態(tài)主要采用紅、黃和綠點的方式，分別表示設(shè)備故障、設(shè)備維護(hù)、設(shè)備正常3種運行狀態(tài)，可以查看各設(shè)備詳細(xì)信息，包括運行狀態(tài)時序曲線圖、環(huán)境參數(shù)、負(fù)責(zé)人員、運維資料等。

4.3 故障運維模塊

故障運維模塊用于在線故障運維管理，實時顯示故障設(shè)備列表信息、故障類型、故障原因、故障日期、實時設(shè)備監(jiān)控信息、維護(hù)進(jìn)度、維護(hù)人員、維護(hù)日期等信息，主要采用流行框架實現(xiàn)圖表綜合展示和管理。

4.4 監(jiān)控信息顯示與分析統(tǒng)計模塊

采用全流程方式對氣象探測設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控顯示，可以從全局角度，查看所有氣象探測設(shè)備的運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)傳輸狀態(tài)等信息。按照氣象探測設(shè)備類型、故障類型等關(guān)鍵信息，對氣象探測設(shè)備監(jiān)控信息進(jìn)行直觀顯示。按照日期、類型等方式，結(jié)合統(tǒng)計方法，對監(jiān)控信息進(jìn)行統(tǒng)計分析，并以圖表的方式顯示。

4.5 預(yù)警報警模塊

采用預(yù)警報警閾值配置方式，實時監(jiān)控氣象探測設(shè)備運行狀態(tài)和環(huán)境參數(shù)是否超過其預(yù)警報警閾值，當(dāng)超過其閾值時，將相應(yīng)的報警信息通過郵件短信方式發(fā)送給業(yè)務(wù)值班人員，同時在系統(tǒng)視圖中顯示提醒，對報警信息進(jìn)行跟蹤管理。

5 應(yīng)用實現(xiàn)

按照MVC設(shè)計模式思路，采用Spring MVC開源框架實現(xiàn)氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)。主要模塊實現(xiàn)分為數(shù)據(jù)訪問（包括數(shù)據(jù)層和數(shù)據(jù)服務(wù)）、業(yè)務(wù)邏輯和表示三層結(jié)構(gòu)。

5.1 數(shù)據(jù)服務(wù)層實現(xiàn)

數(shù)據(jù)服務(wù)層主要采用Spring MVC整合Mybatis實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫訪問、數(shù)據(jù)持久化、數(shù)據(jù)訪問DAO和數(shù)據(jù)服務(wù)層配置等[19-21]。主要實現(xiàn)步驟如下：①在Pom.xml加載Spring MVC、Mybatis和MySQL相關(guān)依賴庫;②配置整合Mybatis，流程包括配置數(shù)據(jù)源參數(shù)、數(shù)據(jù)庫連接屬性、SqlSessionFactory對象等;③Mybatis掃描別名的基本包與數(shù)據(jù)源等信息;按照門面模式提供數(shù)據(jù)服務(wù)接口。其中，數(shù)據(jù)源參數(shù)配置文件如下：

datasource.properties

jdbc.datasource.url=jdbc：mysql：//數(shù)據(jù)庫地址：3306/數(shù)據(jù)庫名稱？useUnicode=true&characterEncoding=utf8& useSSL=false

jdbc.datasource.username=用戶名

jdbc.datasource.password=密碼

Mybatis主要配置如下：

mybatis-config.xml

<！--使用列別名替換列名-->

<！--開啟自動駝峰命名規(guī)則映射-->

<！-- 支持自動生成主鍵 -->

DAO實現(xiàn)定義一個由@Mapper注解標(biāo)注的接口即可，因為MyBatis會掃描由@Mapper注解標(biāo)注的類，將里面的@SELECT、@INSERT等注解加以解析，實現(xiàn)代理類。

5.2 業(yè)務(wù)邏輯層實現(xiàn)

業(yè)務(wù)邏輯層主要分為3步：①掃描Service包所有注解 @Service;②配置事務(wù)管理器，將事務(wù)管理交由Spring完成;③配置基于注解的聲明式事務(wù)，可以直接在方法上@Transaction。配置文件如下：

service-config.xml

<！-- 掃描service包下所有使用注解的類型 -->

<！-- 配置事務(wù)管理器 -->

<！-- 注入數(shù)據(jù)庫連接池 -->

<！-- 配置基于注解的聲明式事務(wù) -->

根據(jù)氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)分別實現(xiàn)監(jiān)控信息業(yè)務(wù)邏輯與顯示分析業(yè)務(wù)邏輯@Service類。

5.3 前端展示實現(xiàn)

系統(tǒng)前端采用Bootstrap、Thymeleaf模板引擎等框架，結(jié)合HTML5和JSP視圖，實現(xiàn)氣象探測設(shè)備分布及運行狀態(tài)、故障運維、統(tǒng)計分析、預(yù)警報警和系統(tǒng)信息管理等5個主要前端表示模塊。

為了實現(xiàn)解析html文件，需要修改視圖解析器配置文件。spring-mvc.xml主要配置如下：

spring-mvc.xml

同時，在web.xml中注冊。web.xml主要配置如下：

web.xml

jsp

*。html

在Spring MVC框架實現(xiàn)中，數(shù)據(jù)資源層只與數(shù)據(jù)服務(wù)層交互，為數(shù)據(jù)服務(wù)層提供系統(tǒng)的所有數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)服務(wù)層具有數(shù)據(jù)解析、封裝和重組等操作，是視圖層的基礎(chǔ);邏輯控制層主要根據(jù)視圖層提交的業(yè)務(wù)操作，與數(shù)據(jù)服務(wù)層進(jìn)行交互;視圖層主要采用Html5實現(xiàn)，為用戶提供直觀快捷的操作界面，包括圖表、文字等，響應(yīng)用戶的操作。其中，信息管理還為用戶提供了用戶、角色、權(quán)限等基礎(chǔ)安全管理，不同的用戶可以訪問、監(jiān)控運維、管理不同的氣象設(shè)備信息。

本文將基于Spring MVC框架的氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于浙江氣象設(shè)備監(jiān)控業(yè)務(wù)中，提高了氣象探測設(shè)備運維和監(jiān)控能力，氣象探測設(shè)備故障率同比下降了10.3%，運維效率得以極大提高，且系統(tǒng)具有較高的氣象設(shè)備監(jiān)控性能、高擴展性和友好的前端界面，具有較高應(yīng)用價值。

6 結(jié)語

本文在Spring MVC框架概念及特征基礎(chǔ)上，搭建了基于Spring MVC框架的氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用總體設(shè)計框架，包括各功能模塊設(shè)計，最后介紹了實現(xiàn)方法和應(yīng)用情況。由此可見，在實際業(yè)務(wù)中，Spring MVC框架的應(yīng)用實踐為氣象探測設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)提供了一種建設(shè)思路和手段，有效降低了氣象探測設(shè)備的故障率，提高了其運維效率，增強了氣象探測設(shè)備業(yè)務(wù)服務(wù)能力。但同時，系統(tǒng)也存在一些問題，如較難實現(xiàn)與其它系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)等，未來將采用服務(wù)方式改造系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享。

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（責(zé)任編輯：孫 娟）