一种交互型可视化综合集成研讨厅系统 技术领域 本发明属于管理信息系统及计算机应用技术领域， 特别是指一种以极端洪灾风险 管理平台设计为应用背景， 支持服务计算架构、 具有人机交互和可视化决策特征的综合集 成研讨厅系统。
背景技术
钱学森教授在系统科学研究的基础上， 通过对宏观经济的探索， 提炼出 “开放的复 杂巨系统” 的概念， 把人脑系统、 人体系统、 社会经济系统和人文地理系统、 生态环境系统等 概括到开放的复杂巨系统的范畴之内， 并提出了处理这类系统的方法论， 即 “从定性到定量 的综合集成法” 。 自从理论提出以来， 我国学者及国外学者在综合集成研讨厅的构建技术方 面进行了大量的研究并取得了巨大进展。 由于国内综合集成研讨厅的研制在上世纪九十年 代末才展开， 根据这一时期的技术水平和特点， 国内综合集成研讨厅的软件体系基本上都 基于 Intranet 或 Internet 平台， 以 C/S 或 B/S 作为计算模式。例如， 薛华成等提出的基于 Intranet 的群体决策支持系统 ； 中科院自动化所复杂系统与智能科学实验室提出的基于 Internet 和 Internet 技术群的综合集成研讨厅体系软件结构及原型系统 CWME ； 上海交通 大学 MIS 中心提出的基于 Internet 的开放式群体决策研讨平台及原型系统 GASS ； 中科院 数学与系统所开发的群体研讨环境 (GAE)。近年来， 操龙兵、 戴汝为等还提出了一种基于智 能 Agent 的研讨厅计算模式， 并设计了基于智能 Agent 的宏观经济决策研讨厅。另外， 孙景 乐、 张朋柱等研究了决策任务的产生和分解问题， 并提出了群体决策任务结构化理论。
经过近十年的发展， 我国综合集成研讨厅体系的雏形已初步形成。中科院自动化 所复杂系统与智能科学实验室、 上海交通大学 MIS 中心和中科院数学与系统科学研究院是 国内最有代表性的三个研究机构， 它们发展了各自的理论， 实现了各自的原型系统并有各 自偏重的研究方向。国外目前尚没有与综合集成研讨厅体系相关的研究报道， 但有与综合 集成有关的工作， 如对群体决策支持系统、 协商支持系统、 意见整合、 抗模拟方法等研究。
然而， 在上述的综合集成研讨厅系统研究和设计方法中， 往往存在人机交互界面 不够丰富、 后续对决策模型、 程序的修改和扩展功能复杂而不够直观、 用户体验性和交互性 不强等问题。 因此， 本案发明人针对目前结构中的种种不足， 进行研究改进， 本案由此产生。 发明内容
本发明的主要目的， 在于提供一种交互型可视化综合集成研讨厅系统， 以极端洪 灾风险管理为应用背景， 实现了多主体进行群决策的综合集成研讨厅平台， 其可将众多的 气候、 降水特征值查询以及决策模拟的结果结合丰富的客户端效果加以展示。
为了达成上述目的， 本发明所采用的技术方案是 ：
一种交互型可视化综合集成研讨厅系统， 包括 ：
第一 Web 服务器 ： 用于极端洪灾风险管理综合集成研讨厅整个应用系统的程序发 布功能 ；第一数据库管理服务器 ： 为第一 Web 服务器中的应用系统提供各种极端洪灾风险 管理涉及的业务数据以及决策模型库、 知识库、 决策方案的存储和查询功能 ；
第二 Web 服务器 ： 提供基于 Web Services 的跨平台电子地图服务， 并为第一 Web 服务器发布的空间信息查询程序提供所需的地图资源以及模型计算结果提供展示的背 景；
第二数据库管理服务器 ： 提供支持 ArcGIS 的 geodatabase 地理空间数据库的存储 功能 ； 为第二 Web 服务器发布的地图服务中各图层绑定相应的空间数据 ；
第一研讨管理服务器 ： 提供研讨厅系统的版本控制、 备份以及研讨信息的数据备 份功能， 并与第一 Web 服务器、 第一数据库管理服务器之间形成交互 ；
第二研讨管理服务器 ： 用于对极端洪灾风险管理综合集成研讨厅的运行环境进行 配置和初始化的工作 ； 用于研讨厅组织人或主持人发布会议信息、 群发研讨会议通知以及 制定会议研讨任务和流程 ；
第一专家工作站 ： 用于运行基于富客户端的人机交互程序， 为专家参与极端洪灾 风险管理的研讨活动和群决策提供辅助工具 ；
第二专家工作站 ： 运行基于富客户端的人机交互程序 ；
第一数据处理工作站 ： 用于将采集得到的不同格式的极端洪灾风险管理相关的业 务数据文件整理、 转换并导入数据库管理服务器 ；
第二数据处理工作站 ： 用于对地图文件进行处理、 转换并导入数据库管理服务器 的 geodatabase 空间数据库中。
一种交互型可视化综合集成研讨厅系统的人机交互构建方法， 所述系统包括视图 层、 控制层和模型层， 包括以下方面 ：
(1) 在视图层采用 Flex 创建富客户端可视化组件， 同时在视图层使用 Action Script 3 创建业务对象的 AS 对象， 由此实现视图层可视化组件与数据对象的绑定功能 ；
(2) 在控制层采用 Action Script 3 控制业务逻辑， 使用自定义数据交互网关来 达到和模型层 Java 对象的交互 ；
(3) 在模型层采用 Java 编程和系统数据库交互， 创建业务对象的数据访问对象。
一种用于交互型可视化综合集成研讨厅系统的空间可视化集成方法， 包括如下步 骤：
(1) 实现 Flex 平台下基于 REST 模式架构的地图服务发布与访问
①首先使用 ArcMap、 ArcCatalog 等 ArcGIS Desktop 组件在地图管理端对地图的 图层进行进行创建、 设计和编辑等操作 ；
② 将 地 图 的 地 理 空 间 数 据 库 通 过 ArcSDE 转 存 到 Oracle 中 ( 存 储 类 型 为 Geodatabase)， 并生成 MXD 的地图文档 ；
③使用 ArcGIS Server 作为地图服务器， 将 MXD 的地图文档抽象成 REST 资源发布 到地图服务器中 ；
④在综合集成研讨厅系统的表现层采用 Flex 平台通过 REST 模式访问 ArcGIS Server 服务器， 获取 Web 地图服务资源 ；
(2) 实现综合集成研讨厅系统业务数据库以及空间数据库的多源数据交互
①建立综合集成研讨业务数据库， 用于存放群决策所需的业务数据 ；②系统附加 J2EE 应用服务器使业务数据和空间数据可以融入到 WebGIS 系统中 ；
③在 Flex 中通过调用 ArcGIS API For Flex 对地图资源进行进一步的功能设计， 实现基于地理信息的空间数据查询功能 ；
④系统的视图层通过自定义数据交互网关技术完成与空间数据库的交互， 实现 Web 用户对于地图数据的异步获取， 最终将决策业务数据与空间信息以丰富的可视化效果 进行展现。
本发明结合极端洪水干旱灾害风险管理综合集成研讨厅的研究和开发， 设计了一 种新型的 “云服务” 网络系统架构， 采用前沿的 RIA(Rich Internet Applications) 技术和 改进的 MVC(Model View Controller， 模型 - 视图 - 控制器 ) 应用框架设计了系统的人机交 互模块， 并使用 Flex 技术与 Arc6IS 相结合作为系统的可视化决策平台， 将众多例如灾害发 生时的气候、 降水等特征值以及灾害应急决策模拟的结果通过基于 RIA 的 Web 富客户端加 以展示， 实现了可视化决策研讨的功能。
采用上述方案后， 本发明可以成为一种交互型的可视化群决策研讨平台。该发明 的网络架构设计体现了新一代 “服务计算” 的思想， 实现了多层的分布式共享技术 ； 该发明 通过 RIA 技术实现了灵活的人机交互， 解决了基于 C/S 架构的传统的决策支持系统与基于 Windows 窗体的决策模拟功能的不丰富的人机交互体验效果的缺陷 ； 该发明将 GIS 引入综 合集成研讨厅系统， 并与 RIA 技术框架进行集成， 使用户能够在浏览器中实现无刷新页面 的地图缩放操作、 空间分析查询以及决策模型结果的多种形式展示 ( 柱状图、 饼图和折线 图 ) 等高级 GIS 决策支持功能。 附图说明
图 1 是本发明的总体架构图 ； 图 2 是本发明的网络拓扑图 ； 图 3 是本发明基于 Flex 的改进型 MVC 系统技术框架图 ； 图 4 是本发明 Flex 与 ArcGIS Server 结合的可视化研讨技术架构图。具体实施方式
如图 1 所示， 本发明的技术方案具体包括以下设计内容 ： (1) 基于服务计算的综合 集成研讨厅网络拓扑结构设计 ； (2) 交互型综合集成研讨厅的人机交互构建技术 ； (3) 基于 Flex 与 ArcGIS 的空间可视化集成技术。以下将结合附图详细说明。
1、 基于服务计算的综合集成研讨厅网络拓扑结构设计
网络架构采用了服务计算的核心思想， 通过网络把多个成本相对较低的服务实体 整合成一个 “决策服务资源池” ， 各种决策资源之间可以相互调用或组合， 并借助面向服务 的模式向用户提供按需服务的决策服务功能。
如图 2 所示， 各部件设计如下 ：
①第一 Web 服务器 ： 用于极端洪灾风险管理综合集成研讨厅整个应用系统的程序 发布功能。
②第一数据库管理服务器 ： 为第一 Web 服务器中的应用系统提供各种极端洪灾风 险管理涉及的业务数据以及决策模型库、 知识库、 决策方案的存储和查询等功能。③第二 Web 服务器 ： 提供基于 Web Services 的跨平台电子地图服务 ( 服务以 http://……wsdl 的形式发布 ) ； 为第一 Web 服务器发布的空间信息查询程序提供所需的地 图资源以及模型计算结果提供展示的背景。
④第二数据库管理服务器 ： 提供支持 ArcGIS 的 geodatabase 地理空间数据库的存 储功能 ； 为第二 Web 服务器发布的地图服务中各图层绑定相应的空间数据。
⑤第一研讨管理服务器 ： 提供研讨厅系统的版本控制、 备份以及研讨信息的数据 备份等功能 ( 与第一 Web 服务器、 第一数据库管理服务器之间形成交互 )。
⑥第二研讨管理服务器 ： 用于对极端洪灾风险管理综合集成研讨厅的运行环境进 行配置和初始化的工作 ( 如研讨角色、 系统功能权限的配置设定 ) ； 用于研讨厅组织人或主 持人发布会议信息、 群发研讨会议通知 ( 通过短信猫发送 ) 以及制定会议研讨任务和流程 等管理功能。
⑦第一专家工作站 ： 用于运行基于富客户端的人机交互程序， 为专家参与极端洪 灾风险管理的研讨活动和群决策提供辅助工具。
⑧第二专家工作站 ： 运行基于富客户端的人机交互程序， 研讨会议的主持人可以 监控会议研讨的流程、 进度以及每个与会者的发言情况， 展现群决策集结的最终结果。 ⑨第一数据处理工作站 ： 用于将采集得到的不同格式的极端洪灾风险管理相关的 业务数据文件整理、 转换并导入数据库管理服务器。
⑩第二数据处理工作站 ： 用于对地图文件进行处理、 转换并导入数据库管理服务 器的 geodatabase 空间数据库中。
2、 交互型综合集成研讨厅的人机交互构建技术
本发明采用目前业内的前沿技术 RIA(Rich Internet Applications) 设计主要人 机对话部件， 与成熟的 J2EE 后台业务模型开发技术相结合， 并基于 B/S 架构进行构建和设 计， 解决了基于 C/S 架构的传统的决策支持系统与基于 Windows 窗体的决策模拟功能的不 丰富的人机交互体验效果的缺陷。
本发明对传统的 MVC 应用框架进行了改进， 改进后的交互框架如图 3 所示。
(1) 在视图层采用 Flex 创建富客户端可视化组件， 同时在视图层使用 Action Script 3 创建业务对象的 AS(Action Script) 对象， 由此实现视图层可视化组件与数据对 象的绑定功能。
(2) 在控制层采用 Action Script 3 控制业务逻辑， 使用自定义数据交互网关来 达到和模型层 Java 对象的交互。在 Flex 中使用模型层 Java 对象， 自定义数据交互网关需 要在 remoting-object.xml 文件中对远程 Java 对象进行配置。配置示例如下 ：
以上是以模型层的 EmployeeDAO.java 为例配置了一个远程对象， id 属性是作为 其被调用时的唯一标示。远程对象的每个方法都需要被定义， 他们得到的结果和错误的处 理函数也需要被定义。在 Flex 中声明远程对象及其方法的方式如下 ：
以 上 创 建 了 一 个 名 为 EmployeeRO 的 远 程 对 象， destination 属 性 就 对 应 于 remoting-object.xml 配置文件下 remotedestination 标签下的 id 属性值， 通过以上一系 列的配置， 就把位于模型层的 Java 对象和 Flex 对象联系在一起了。调用的时候直接使用 远程对象的方法即可， 就如同调用本地的方法一样。
(3) 在模型层采用 Java 编程和系统数据库交互， 创建业务对象的数据访问对象。 实现 EmployeeDAO 的 findall() 方法的查询功能。
在该交互框架下， 综合集成研讨厅表现层的主要功能是接受专家客户端发来的请 求， 将请求转发给业务层， 再将业务层返回的结果给表现层。本发明采用 Flex 技术在综合 集成研讨厅的表现层完成人机交互， 在业务模型层则只需提供若干 Java 实用类的方式， Flex 客户端通过 RemoteObject 远程调用 Java 实用类， 将数据管理服务、 消息服务与 J2EE 服务器端集成在一起。
3、 基于 Flex 与 ArcGIS 集成的空间可视化研讨技术
本发明采用 Flex 作为交互式综合集成研讨厅平台的表现层技术与 ArcGIS 相结 合， 将众多的气候、 降水特征信息查询、 专题图以及决策模拟的结果在客户端丰富显示， 具 有极高的用户体验性和交互性。用户能够在浏览器中实现无刷新页面的地图缩放操作、 空 间分析查询以及决策模型结果的多种形式展示 ( 柱状图、 饼图和折线图 ) 等高级 GIS 功能。 系统的集成架构图如图 4 所示。
其中， 以 Flex 技术开发客户端， 采用支持 REST 架构的 ArcGIS Server 9.3 替代传 统的 WebGIS， 并附加了 J2EE 应用服务器来提供非 GIS 的数据与服务， 使得其他应用的业务 数据和服务可以融入到 WebGIS 系统中。GIS 的数据服务可以由 Flex 与 ArcGIS Server 交 互获得， ArcGIS Server 则是从文件格式和 geodatabase 中获取 GIS 数据， 而其他不变抽象 成资源的数据与操作可以由 Flex 与 J2EE 服务器交互获得， J2EE 通过从 Oracle 交互获得 数据 ；
具体的可视化集成实现步骤如下 ：
(1) 完成 Flex 平台下基于 REST 模式架构的地图服务发布与访问
①首先使用 ArcMap、 ArcCatalog 等 ArcGIS Desktop 组件在地图管理端对地图的 图层进行创建、 设计和编辑等操作 ；
②将地图的地理空间数据库通过 ArcSDE 转存到关系型数据库 Oracle 中 ( 存储类 型为 Geodatabase)， 并生成 MXD 的地图文档 (MXD 文档实际上是起到一个组织图层的作用， 本身并不包含地图的实际数据 ) ；
③使用 ArcGIS Server 作为地图服务器， 将 MXD 的地图文档抽象成 REST 资源发布 到地图服务器中 ；
④在综合集成研讨厅系统的表现层采用 Flex 平台通过 REST 模式访问 ArcGIS Server 服务器， 获取 Web 地图服务资源。ArcGIS Server 则是从文件格式和 geodatabase 中获取 GIS 数据， 而其他不变抽象成资源的数据与操作可以由 Flex 与 J2EE 服务器交互获
得， J2EE 通过 JDBC 与 Oracle 10g 交互获得数据 ；
(2) 实现 Flex 平台下与综合集成研讨厅系统业务数据库以及空间数据库的多源 数据交互技术
①综合集成研讨厅系统的数据层除了以上所提及的空间数据库 Geodatabase 外， 还需要建立综合集成研讨业务数据库， 用于存放群决策所需的业务数据 ( 如社会经济数据 和自然资源数据等 )， 因此业务数据不依托地图服务存在 ； 系统附加了 J2EE 应用服务器来 提供业务数据与服务， 由此使得其他的业务数据和服务可以融入到 WebGIS 系统中， 并在 Flex 平台中得到集成展现， 这样也扩展了基于 Flex 和 REST 的 WebGIS 的应用范围和功能。
②在 Flex 中通过调用 ArcGIS API For Flex 对地图资源进行进一步的自定义功 能设计， 如实现基于空间数据库的地理信息查询功能 ( 如图层控制、 空间定位、 图元显示控 制等 ) ；
③表现层又通过自定义数据交互网关技术完成与数据层的交互， 实现 Web 用户对 于地图数据的异步获取， 最终将获取的仿真决策结果与空间信息以丰富的交互形式进行展 现；
在上述基础上， 扩展综合集成研讨厅的系统架构， 设计出其它决策仿真的应用子 模块进行进一步的可视化功能集成。
综上所述， 本发明一种交互型可视化综合集成研讨厅系统， 具有以下特点 ：
(1) 本发明所建立的交互式综合集成研讨厅的在网络架构方面把多个成本相对较 低的计算服务实体整合成一个 “决策服务资源池” ， 在网络中对各种决策服务的资源进行统 一管理和调度， 并向群体专家用户提供按需服务的决策功能 ；
(2) 本发明中通过改进传统交互框架以及自定义事件处理的设计， 实现前端视图 层组件与后端模型层 J2EE 组件之间的直接交互， 继而实现整个综合集成研讨厅客户端决 策的人机交互功能， 并提升了综合集成研讨厅人机交互的效果 ；
(3) 本发明中设计了基于 Flex 与 ArcGIS 的可视化研讨集成技术 ： 设计了基于 Flex-REST 架构的地理信息服务发布技术， 使得上述交互式综合集成研讨厅平台表现层的 自定义 Flex 交互式组件与 ArcGIS 的 REST 服务之间进行交互式访问， 将众多气候、 降水特 征信息查询、 专题图和群决策的研讨信息分析以及模型计算结果在 GIS 平台上进行动态呈 现。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想， 不能以此限定本发明的保护范围， 凡是 按照本发明提出的技术思想， 在技术方案基础上所做的任何改动， 均落入本发明保护范围 之内。