基于REST+RIA架构的水环境监测点位管理系统实现
摘要：本文研究了REST+RIA的软件架构，针对目前水环境点位管理中系统化、规范化和标准化方面存在的问题，提出采用REST+RIA的软件架构，引入CA认证技术和GIS技术构建水环境点位管理系统，满足点位管理业务复杂性的要求。论文结合关键技术对系统的逻辑架构，部署方案，以及点位管理的业务流程进行了分析和介绍。
关键字：REST；RIA；GIS；水环境；点位监测
The Development for Point Location Management System of Water Environment Monitoring Based on REST and RIA Architecture
Chen Zhen2,Jiang Yong1,QiaoYanchun2 ,Zhang Hong2
(1 Environment Monitoring Center of Jiangsu, Nanjing 210036, China;
2 Key Laboratory of Virtual Geographic Environment Ministry of Education, Nanjing Normal University, Nanjing 210046, China)
[Abstract] Aiming at resolving the problems at systematization, normalization and standardization in point location management for water environment monitoring presently, this paper proposed a method to take REST and RIA as the software architecture, adopt CA authentication and GIS technology to develop the point location management system in water environment monitoring to meet the needs for the complicated point location management operations. The paper discussed the system’s logical architecture and deployment plan, and analyzed operation processes of water location management supported by key techniques.
[Keywords] REST, RIA, GIS, Water Environment, Point Location Monitoring
1 引言
经过三十年的发展，中国的环境监测事业取得了长足进步，各要素点位布设覆盖范围逐步扩大。但我国水环境监测点位的管理及审批制度仍然存在着一些不够完善和问题的地方。点位布设的申报材料及相关历史监测数据统一监督管理不足，导致资源利用没有充分优化，信息共享程度较低[1]。我国的水环境监测处于长期的多家管水状态，不同的部门根据不同的社会政策及重大工程，所关注的监测项目也不尽相同。同一监测网络中存在着不同的监测方案，重复监测现象十分普遍，有时同一监测断面有着不同的监测结果。由于数据的离散分布，点位布设的科学性难以判断，点位布设的趋势分析及优化工作较为困难。
通过本系统的建设，实现了点位申报业务的系统化、规范化和标准化。集中管理点位申报材料，严格控制材料内容的有效性、规范性及完整性。通过建立点位基础空间数据库，将业务数据及空间数据有效关联，利用数据库技术通过对数据的时间及空间上的分析实现了点位布设的趋势结果，并通过导入科学的数学模型(主要成分分析法、最优配置分层抽样法等)[2]，最终得出点位布设的优化方案达到点位布设减少重复性、更具代表性、反映信息更全面，点的空间分布更为合理，为点位布设决策提供有力的数据支撑和科学依据。
2 系统架构设计
2.1 REST技术
REST(Representational State Transfer表述性状态转移)是一种针对网络应用的设计和开发方式，可以降低开发的复杂性，提高系统的可伸缩性，方便服务和信息共享。REST提出了一些设计概念和准则：(1)网络上的所有事物都被抽象为资源(Resource)；(2)每个资源对应一个唯一的资源标识(Resource Identifier)；(3)通过通用的连接器接口(Generic Connector Interface)对资源进行操作；(4) 对资源的各种操作不会改变资源标识；(5) 所有的操作都是无状态的(Stateless)。
2.2RIA技术
RIA(Rich Internet Applications)富互联网应用，具有高度互动性、丰富用户体验以及功能强大的客户端。传统网络程序的开发是基于页面的、服务器端数据传递的模式，把网络程序的表示层建立于HTML页面之上，不能满足复杂应用，特别是传统复杂桌面应用的要求。RIA的出现也就是为了解决这个问题。目前应用较为广泛的RIA客户端技术有Silverlight、Adobe Flash/Flex、Ajax、JavaFX、Avalon等，RIA 具有的桌面应用程序的特点包括：(1)在消息确认和格式编排方面提供互动用户界面；(2)在无刷新页面之下提供快捷的界面响应时间；(3)提供通用的用户界面特性，以及在线和离线操作能力。同时，RIA具有的Web应用程序的特点包括：立即部署、跨平台、采用逐步下载来检索内容和数据以及可以充分利用被广泛采纳的互联网标准。
2.3REST+RIA架构应用分析
基于RIA+REST架构的应用开发模型正逐步成为网络应用的开发标准，其有点包括：(1) 将表现层与后台彻底分离，在基于REST+RIA的架构中，RIA仅需要专注于人机交互处理及前台UI设计，无需关注业务逻辑的具体实现，即后台的实现逻辑即使发生改变而只要对外提供的服务接口不变则不会对RIA产生任何影响，完全符合系统设计的低耦合设计原则。(2)合理分配负载，减轻服务器压力，基于RIA+REST的应用架构，REST负责将需要的数据传回客户端，压力较大的渲染工作交给RIA完成，避免频繁请求服务器的情况，不仅在资源分配上更加合理，也能够让服务器同时承载更多的用户[3-4]。
2.4系统架构
系统在逻辑上设计为三层架构，即前台业务应用表达层、中间件支撑层、后台数据服务层(图1)。前台业务应用表达层基于Internet/intranet的应用网络上，通过RIA技术以二维的形式显示、查询、申报、审核、分析等，界面友好，互动性强。各种系统功能通过中间件支撑层的Web服务组件来实现，如通过工作流引擎中间件来处理点位申报及审核流程，通过GIS服务中间件来实时响应前台请求，为前台应用层提供地理数据分析及处理支撑。后台数据服务层使用REST架构风格的Web服务，该层通过文件和大型关系数据库等形式为系统提供数据存储及管理服务。
1.1系统部署方案
如图2所示，系统运行网络由中心局域网、远程内部VPN专用网组成。系统选用Silverlight作为实现RIA的客户端技术，使用ArcGIS Server作为GIS中间件服务器，采用Windows2008系统提供的CA认证服务作为CA认证服务器，采用SQL Server2008数据库服务器来为系统提供数据的存储及管理服务。Web应用服务采用Microsoft Internet Information Service发布，为用户提供页面访问服务。REST服务使用专用的服务器发布，这样就有效的将页面发布服务和后台业务处理服务分离开来，很大程度上减轻了Web服务的压力，有效的控制了服务器的负载均衡。
图2系统部署
2 系统主要功能实现
为了实现点位申报业务的系统化、规范化和标准化，集中管理申报材料，严格控制材料内容的有效性和规范性，系统使用PKI体系来保证网络的安全性，使用工作流引擎技术来规范点位申报及申报流程，同时集成了数据完整性校验、数据规范性校验等功能使每个审批环节的职责更加明确、便捷。
2.1CA安全认证体系
系统使用CA安全认证体系为业务的应用提供安全保障，实现的原理是系统为注册用户颁发可被认证的证书，将证书安装在USB Key上，而USB Key作为存储证书和私钥的载体可以被识别为可信的且身份唯一的用户。在客户端登录时，将USB Key插入登录计算机，并输入个人PIN码，从而实现对网络的安全访问。这种方式实现了基于PKI理论的双因素的认证，又屏蔽了PKI理论等计算机概念，真正做到了安全便捷。实现流程见图3。
图3CA安全机制
2.2点位申报业务流程
点位申报业务流程为本系统的核心，系统通过工作流引擎流程定义规范点位申报及审批的业务流程。通过流程节点的设置规范流程节点步骤需要提交的材料、填写的数据、处理的人员，科学有效的使申报业务做到了定职、定岗、定责。
点位申报审批业务流程包含点位申报、初审、复审及结果反馈四个阶段，每个阶段人员的操作都要通过CA安全认证入口进行系统登录。完成申报业务审批流程操作分为三个人员角色，即申报人员、初审人员及复审人员，每个角色都对应不同的业务职责和操作权限。申报人员负责点位申报工作，主要内容为标明点位的地理信息、填写申报点位的基本资料及上传相关申报材料，并将申报信息提交给初审人员。初审人员收到申报信息后对申报信息的完整性及数据准确性等进行初步审核，并将申报信息及初审结果提交给复审人员。复审人员在参考初审人员的审核意见基础之上进行复审工作，最终将复审结果反馈给申报人员。
图4业务流程图
3.3 集成GIS支撑点位审核
系统将GIS技术融合到申报及审批流程中，以环境数据模型为基础，为辅助决策提供更加丰富、直观的数据支撑。GIS技术将基础地理信息数据库和业务中心数据库有效的结合起来，使审批过程不但拥有充分的数据支撑，更有直观的地理空间信息作为参考(见图 5)，同时通过地理信息分析技术，从时间及空间两个层面上对点位申报业务数据进行综合分析，并以图形的方式展现统计分析结果(见图 6)及点位布设趋势，从而使审批过程更具科学性和直观性。
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图 5GIS技术在点位申报中应用 |
图 6辅助分析 |
3 结论与展望
基于REST+RIA架构的水环境监测点位管理系统可移植性、可扩展性强，拥有很好的用户体验以及较强的客户端交互能力。引入的CA认证体系提高了网络活动的身份认证能力，保证了点位申请、审核、管理等操作都能在安全的环境中进行，从而进一步提高了点位基础数据的可信度及安全性。伴随着网络技术的发展，RIA将会为人们呈现出越来越卓越的用户体验，基于REST风格的Web服务架构也将会得到更为广泛的应用。因为这种简洁风格的网络服务架构使系统的结构更加开放，方便系统的集成和共享。
参考文献
[1] 李贵宝等.我国水环境监测存在的问题及对策，水利技术监督，2005(3)：57-60
[2] 倪云龙.水环境监测点位优化数学模型探讨，江苏环境科技，2007(4)：58-60
[3] 王建斌等.REST风格和基于SOAP的Web Services的比较与结合，计算机应用与软件，
2010,27(9)：297-300
[4] 程国雄等.基于Silverlight的RIA系统架构与设计模式研究，计算机工程与设计，
2010,31(8):1706-1709
