高 鵬，周 揚△，萬文琦，焦煜媛

（1.甘肅省地震局蘭州觀象臺，甘肅 蘭州 730046；2.甘肅省地震局張掖中心地震臺，甘肅 張掖 734300）

近年來隨著地震的頻發(fā)，各種用于震害評估的軟件系統(tǒng)也在不斷增多。數(shù)據庫在震害評估中廣泛應用。但由于各個應用系統(tǒng)的功能與應用不同，所采用的硬件環(huán)境和軟件環(huán)境也不同，各種應用系統(tǒng)構建有各自獨立的服務器與數(shù)據庫。各種異構數(shù)據源之間信息不能共享，從而形成了信息孤立。如何高效收集與集成各種數(shù)據庫之間的數(shù)據與共享成為目前急需解決的問題。本研究提出一種基于XML/VS.NET的關系數(shù)據庫集成方案，采用.NET提供的數(shù)據庫訪問中間件，實現(xiàn)異構數(shù)據源之間的連接與訪問[1]。XML數(shù)據作為一種半結構化的數(shù)據模型，在異構數(shù)據集成方面具有很好的應用，采用XML數(shù)據文件實現(xiàn)關系數(shù)據庫之間的數(shù)據傳輸與交換[2]。

1 系統(tǒng)架構

根據系統(tǒng)需求，需要實現(xiàn)異構數(shù)據庫之間的數(shù)據抽取、轉換與集成。系統(tǒng)應該具較好的適應性和擴展性，在不影響系統(tǒng)整體功能的前提下，應該具有較高的穩(wěn)定性和較低的耦合性。按照多層架構的模式將系統(tǒng)自上而下分為表現(xiàn)層、表示邏輯層、業(yè)務邏輯層、數(shù)據層。表現(xiàn)層：實現(xiàn)用戶與系統(tǒng)的良好交互，通過友好的系統(tǒng)界面為用戶提供具體的應用。同時系統(tǒng)提供公共服務應用，為這些不同的服務方式提供統(tǒng)一的出口。表示邏輯層：接受來自表現(xiàn)層的請求，分析數(shù)據類型，然后通過業(yè)務服務組件執(zhí)行業(yè)務功能。業(yè)務邏輯層：是實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關鍵核心部分。包括：業(yè)務功能接口、XML數(shù)據轉換中間件處理模塊、數(shù)據庫連接訪問中間件處理模塊。通過數(shù)據庫連接訪問中間件實現(xiàn)不同數(shù)據源的連接訪問[3]，從而進行數(shù)據抽取。異構數(shù)據源中抽取的數(shù)據通過XML數(shù)據轉換中間件模塊進行轉換與映射，處理成為可以加載顯示的數(shù)據格式。在加載數(shù)據的過程中，通過業(yè)務功能接口實現(xiàn)整合數(shù)據的加載與顯示。數(shù)據層：包括多個異構數(shù)據庫，主要由交換數(shù)據庫、資源數(shù)據庫組成。交換數(shù)據庫主要存儲不同系統(tǒng)的專業(yè)數(shù)據，如震害調查數(shù)據、活斷層數(shù)據、地震小區(qū)劃數(shù)據[4]等。資源數(shù)據庫根據需求存儲抽取的數(shù)據資料。系統(tǒng)體系結構如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)體系結構圖

2 關鍵技術

2.1 基于ADO.NET的數(shù)據工廠模式

ADO.NET是微軟.NET平臺提供的一種數(shù)據訪問技術，是由一系列數(shù)據庫相關類和接口組成的類庫。它提供了連接模式和無連接模式的數(shù)據訪問[5]。無連接模式的優(yōu)點是程序使用數(shù)據庫進行連接，并在完成訪問和交互后釋放連接，從而減少系統(tǒng)服務器的負載，使數(shù)據訪問更加靈活。并且ADO.NET支持XML文檔，運用XML文檔進行數(shù)據交互，通過ADO.NET對不同異構數(shù)據源進行訪問。

工廠模式的定義是一個創(chuàng)建產品對象的工廠接口，將實際創(chuàng)建工作推遲到子類當中，核心工廠類不再負責產品的創(chuàng)建，這樣核心類成為一個抽象工廠角色，僅負責具體工廠子類必須實現(xiàn)的接口，這樣進一步抽象化的好處可以使工廠方法模式在系統(tǒng)不修改具體工廠角色的情況下引進新的產品。數(shù)據工廠通過構建一個數(shù)據庫連接訪問類，所有訪問數(shù)據庫的行為都通過這個類實現(xiàn)。另外，通過動態(tài)配置數(shù)據庫連接配置文件，實現(xiàn)對數(shù)據庫的動態(tài)訪問。在具體開發(fā)過程中，設計思想根據工廠模式，對不同的數(shù)據庫對象進行封裝，形成一個公共抽象類。這個公共抽象類給用戶提供通用接口，用戶通過訪問接口實現(xiàn)對不同數(shù)據庫的連接與訪問。具體的功能實現(xiàn)由這個公共抽象類的子類完成。通過工廠模式的數(shù)據庫訪問可以降低應用程序模塊之間的耦合度，同時還可以提高代碼的復用性，并使模塊擴展變得容易實現(xiàn)。

用戶通過調用DBFactory類中的CreateInstance獲取一個DBAccess類的實例，DBAccess類是一個核心抽象類，它定義了應用程序與數(shù)據庫交互所使用的各種方法和屬性。由DBAccess類自動判斷用戶需要連接的數(shù)據庫，并進行訪問。在不更改應用程序的前提下實現(xiàn)了對異構數(shù)據源的訪問。

2.2 基于XML的數(shù)據庫集成模型

XML數(shù)據處理中間件模塊通過數(shù)據連接訪問處理模塊提取數(shù)據進行轉換。XML數(shù)據處理中間件模塊主要包括數(shù)據映射子模塊、數(shù)據分析子模塊、數(shù)據加載子模塊。集成模型如圖2所示。

圖2 基于XML的數(shù)據集成模型圖

（1）數(shù)據映射子模塊，主要完成關系數(shù)據庫與XML數(shù)據之間的雙向映射與轉換。

（2）數(shù)據分析子模塊，主要負責XML數(shù)據的分析處理，將XML數(shù)據解析為一棵對象樹。

（3）數(shù)據加載子模塊，主要負責將解析完成后的數(shù)據進行加載，展示給用戶。

2.3 XML和關系數(shù)據庫之間的映射機制

實現(xiàn)XML數(shù)據模型與關系數(shù)據庫之間的數(shù)據轉換，主要通過模板驅動和模型驅動兩種形式[6]。模板驅動方法是使用SQL命令嵌入到XML文件中，通過中間件中的程序讀取模塊中的SQL命令，實現(xiàn)從數(shù)據庫中抽取數(shù)據轉換為XML文檔。這種方法的優(yōu)點是簡單易于實現(xiàn)，缺點是只能實現(xiàn)從數(shù)據庫到XML文檔的單向映射。模型驅動方法是在數(shù)據庫和XML文檔之間預定義映射模型，通過這種模型把XML文檔結構映射成為數(shù)據庫結構模型[7]。這種方法可以方便地實現(xiàn)XML文檔和數(shù)據庫之間的雙向映射，具體做法是將XML文檔轉換為一棵對象樹，將對象模型映射為關系模型，本系統(tǒng)采用模型映射的方式。

2.4 XML到關系數(shù)據庫映射

（1）讀取XML文檔，將其構建為一棵帶有架構的樹[8]。其中XML文檔包含兩部分內容，架構部分和數(shù)據部分。

（2）將XML文檔中架構部分的數(shù)據類型[9]、屬性映射成為關系數(shù)據庫表的各個字段。

（3）XML文檔中的數(shù)據部分根據映射規(guī)則，映射到異構數(shù)據庫相應的表中。在數(shù)據映射過程中，如果是簡單數(shù)據類型，則直接將數(shù)據映射到相應的數(shù)據庫表中。如果是復雜元素，則通過“主鍵－外鍵”對應關系映射到數(shù)據庫表中[10]。

2.5 關系數(shù)據庫到XML映射

（1）首先通過數(shù)據連接訪問模塊抽取異構數(shù)據源中的數(shù)據，這個過程根據用戶需求動態(tài)構造出相應的SQL語句進行抽取[11]。

（2）由于XML文檔是一種半結構化的數(shù)據結構[12]，所以在將數(shù)據表轉換為XML文檔之前需要定義一個中間轉換對象類，這個類定義了數(shù)據庫表中的字段，即數(shù)據表中的字段對應對象類中的成員變量。

（3）通過中間轉換類完成對XML文檔的架構定義，確定XML文檔架構中的屬性及數(shù)據類型。然后遍歷類對象中的數(shù)據，通過定義的映射關系生成一棵帶架構的樹狀XML文檔。

3 應用實踐

在整合地震信息的過程中，分別從地圖空間及屬性數(shù)據庫、地質資料數(shù)據庫、活斷層數(shù)據庫、地震小區(qū)劃等數(shù)據庫中抽取數(shù)據，轉換整合成為有效的信息資源。這些資源可以被查詢?yōu)g覽，以及提供詳細的地震信息。地震信息在Web頁面上的展現(xiàn)如圖3所示。 圖中的圓點顯示近一年所發(fā)生的地震，圓點的大小代表地震震級的大小。

圖3 地震信息在Web頁面上的展現(xiàn)圖

4 結束語

本研究的數(shù)據集成方案雖然在很大程度上降低了勞動量，提高了數(shù)據集成的效率，但卻需要人為地定義轉換規(guī)則，編寫數(shù)據轉換中間類。在一些相關的應用中發(fā)現(xiàn)轉換過程時間過長、轉換規(guī)則與轉換中間類的編寫相對復雜。這需要在今后的工作中進一步完善轉換模型與提高轉換效率。