（计算机应用技术专业论文）城市应急联动系统中信息建模与显示技术研究与实现.pdf

中文摘要 随着我国经济和城市建设的迅速发展，城市的安全规划和城市突发重大事故 的应急救援日益成为不可忽视的问题。为了及时、有效的处理各种紧急事件，保 证城市的开发建设和企事业单位的生产运营安全、健康、有序地进行，必须建立 一个集信息收集、事故和灾害预警、调度指挥于一体的城市应急联动系统。 高效的信息建模和显示技术是应急联动系统有效运转的前提；信息平台的建 设是应急联动系统建设的重要基础。目前城市应急联动系统中信息平台的建设面 临着业务数据多样化，信息显示需求复杂等问题，阻碍了不同部门之间高效的数 据共享与传递，同时也给信息发布系统的构建带来了很大困难。 本文以城市应急联动系统中信息平台的建设为应用基础，对基于x m l 的信 息建模与显示技术进行了深入地研究。本文的研究工作主要由三部分组成：首先， 提出了一个基于数据库的数据表示模型，使得不同业务部门的异构数据能够统一 在一个标准的数据模型之下；然后，通过将数据表示模型与一个基于x m l s c h e m a 的信息显示模型结合起来，实现了一个高效、灵活的信息显示系统；最 后，提出了根据x m l 描述动态创建u m l 模型的方法，该方法为操作x 池模 型提供了非常直观的手段。试验表明，本文构建的系统实现了多样数据信息的标 准化，降低了建立多样信息显示系统的复杂性，并且大大提高了系统的灵活性与 可扩展性。 关键词：应急联动系统，x m l ，数据库，m v c 设计模式，u m l a b s t r a c t a l o n gw i t ht h er a p i dd e v e l o p m e n to fn a t i o n a le c o n o m y a n du r b a nc o n s t r u c t i o n ， c i t ys a f e t yp l a na n de m e r g e n c yr e s c u eo fm a j o ra c c i d e n t b e c o m em o r ea n dm o r e i m p o r t a n t i no r d e rt op r o c e s sa l l k i n d so fu r g e n te v e n t se f f e c t i v e l ymt i m ea n d g u a r a n t e et h es e c u r i t yo fu r b a nc o n s t r u c t i o na n de n t e r p r i s e sn o r m a lp r o d u c t i o n ，w e m u s th a v e 锄u | b a ni n t e g r a t e de m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e mo e r s ) t h es y s t e mi sa c o n l b i n a t i o no fi m f o r m a t i o nc o l l e c t i o n ， e m e r g e n c i e sf o r e c a s t , c o m m a n da n d d i s p o s i t i o n 。e 伍c i e n ti n f o r m a t i o nm o d e l i n ga n dd i s p l a yt e c h n o l o g i e sa l ep r e r e q u i s i t e sf o rt l l e e 疵c t i v ef u n c t i o n i n go fi e r s b u i l d i n ga ni n f o r m a t i o np l a t f o r mi s t h ek e yo ft h e b u i l d i n go ft h ei e r s d i v e r s i f i c a t i o no ft h eb u s i n e s sd a t aa n dc o m p l e x i t yo ft h e d e n 啪do fi n f o r m a t i o nd i s p l a ys y s t e m a l et h et w op r i m a r yp r o b l e m sf a c e db y i n f o r m a t i o np l a t f o r mi ni e r s 。t h e s ep r o b l e m sh i n d e rt h ee f f i c i e n ts h a r i n g a n d 扛a n s m i s s i o no fd a t ai n f o r m a t i o na m o n gd i f f e r e n td e p a r t m e n t sa n dm e a n w h i l ep o s e g r e a td i f f i c u l t i e st ot h ec o n s t r u c t i o no f i n f o r m a t i o nd i s p l a ys y s t e m b a s e d0 nt h ec o n s t r u c t i o no ft h ei m f o r m a t i o np l a t f o r mi n i e r s ，t h i s t h e s i s g t u d i e di nd c t a i lt h ex m l - b a s e dt e c h n o l o g yo fi n f o r m a t i o nm o d e l i n ga n dd i s p l a y t h e t h e s i sc o n s i s t so ft h r e ep a r t s f i r s t l y , t h et h e s i sp r e s e n t e dau n i f i e dd a t am o d e lb a s e d o nd a t a l b a s et e c h o n o l o g y ，t h r o u g hw h i c hd i f f e r e n td e p a r t m e n t s h e t e r o g e n e o u sd a t a c a nb eu n i f i e dt o g e t h e r s e c o n d l y ，a ne f f i c i e n t ，f l e x i b l ei n f o r m a t i o nd i s p l a ys y s t e m w a sb u i l tt h r o u g hc o m b i n i n gt h ed a t am o d e lw i t hax m l s c h e m ab a s e di n f o r m a t i o n d i s p l a ym o d e l a tl a s t ，t h et h e s i sp r e s e n t e dam e t h o do fd y n a m i c l yc r e a t i n gu m l m o d e lf r o mx m ls c h e m a t h i sm e t h o dp r o v i d e sav e r yi n t u i t i o n i s t i cw a y t oo p e r a t e x m lm o d e l e x p e r i m e n ts t u d i e ss h o w e dt h a t t h e d i s p l a ys y s t e m r e a l i z e dt h e s t a n d a r d i z a t i o no fd i v e r s ed a t a ，r e d u c e dt h ec o m p l e x i t yo fb u i l d i n gd i s p l a ys y s t e m a n dg r e a t l ye n h a n c e dt h ef l e x i b i l i t ya n ds c a l a b i l i t yo f t h ei e r s k e yw o r d s ：i n t e g r a t e de m e r g e n c yr e s p o n s es y s t e m ，x m l ，d a t a b a s e ，m v c ， i 瓜缸， 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：1 i 司叛，签字日期： 2 0 0 7 年月j s 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤盗盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞基堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：桶l 机乡浓 导师签名： 煞_ 。- t - 同期：伊口) 年f 月多夕r 签字同期：叶号 打 月，例年 第一章绪论 1 1 研究背景及意义 第一章绪论 1 1 1 城市应急联动系统的研究现状 城市应急联动系统是综合各种城市应急服务资源，采用统一的号码，用于公 众报告紧急事件和紧急求助，统一接警，统一指挥，联合行动，为市民提供相应 的紧急救援服务，为城市的公共安全提供强有力的保障的系统。随着我国社会经 济文化生活的不断发展和进步，建立高效统一的城市应急联动系统是一个城市步 入现代化管理的必然选择。一个城市的规模越大，现代化程度越高，它所需要的 应急指挥系统就应该愈加灵活和高效。在发达国家的许多城市中，城市应急联动 系统已经变成人民日常生活中一个不可或缺的组成部分，甚至成为显示城市管理 水平的标志性工程1 1 1 。 城市应急联动系统对各种分离的信息与通信资源进行了完整的系统集成，将 1 1 0 报警服务台、1 1 9 火警、1 2 0 急救以及市长公开电话纳入统一的指挥调度系 统，实现了跨部门、跨警区以及不同警种之间的统一指挥、协调一致，使高效应 急、联合行动成为现实。市民只需拨打上述报警电话中的任何一个即可接通联动 中心并得到所需要的应急救援服务 2 】。不仅如此，该系统在技术上可以实现特 殊服务号码的统一。在更好服务市民的同时，城市应急联动系统还可以帮助政府 改进对重大突发事件的快速反应能力和科学决策水平。 由于认识到公共危机事件所带来的巨大危害，西方发达国家很早就开始研 究、建设和优化应对公共危机的应急指挥体系，取得了良好的研究成果，并已经 得到了良好的应用。早在1 9 3 7 年，英国就首先开始使用号码9 9 9 ，作为全国处 理紧急呼救的特服号码，用以报告紧急情况的发生。在美国、日本、德国、法国 等多个国家和地区，其突发事件都是由行政首长负责制的专门机构来管理的，处 警机制灵活，其报警号码也基本统一。 今年我国s a r s 疫情的爆发暴露了城市在公共危机应急管理环节上的薄弱 性【3 】。类似于s a r s 这样的突发事件处理不当很容易引发一连串的社会问题， 甚至还会带来严重的后果。大城市的运行已经成为一个结构复杂、瞬时万变的巨 型系统，其规模的迅速扩大和运行的时刻变化迫切要求提高管理水平。然而，目 前城市管理的许多方面仍然停留在传统经验阶段，没有完整的基础数据，缺少经 第一章绪论 常性的定量分析和比较健全的动态管理机制，远远不能适应城市发展的需要。特 别是面对天灾人祸、突发事件、重大隐患等等许多方面，常常使得有关部门感到 突如其来、措手不及。为了解决这些频繁发生而又长期困扰市政府的问题，增强 城市管理的自觉性、主动性、预见性、科学性，就必须加大城市应急联动系统的 建设力度，加强城市对各种危机的应急管理能力建设，这己成为我国推进城市化 进程的重要战略任务。 1 1 2 城市应急联动系统的组成和基本功能 城市应急联动系统由计算机骨干网络、数据库、计算机辅助调度系统、地理 信息系统、无线调度通信系统、无线移动数据传输系统及应用软件、有线通信子 系统、a v l s 车辆定位系统、图像监控及大屏幕显示系统、语音记录子系统、卫 星现场图像实时传送子系统、联动中心安全系统、无人值守机房集中监控系统、 其它相关配套等子系统组成。 在对上述系统进行高度集成的基础上建立统一的信息接收和处理平台，这个 平台形成新运营模式和相关运行规则，打破多个应急指挥中心条块分割、各自为 政的传统机制，以集中投资、统一管理的方式，实现了信息资源和通信手段的共 享。 城市应急联动系统主要有五大类功能： ( 一) 公安信息收集、综合分析、预测、发布、事务指派、反馈。应急指 挥中心将收集到的信息按值班表和业务流程进行审批处理，形成信息快报等，并 进行引用统计分析和阶段性综合分析。系统主要由以下功能组成t 值班管理、网 站管理、信息采集、信息创建、刊物引用与编辑排版、审批签发和发布、采用通 报、档案管理、查询与统计分析( 查询、分类统计预测、报表统计) 、其它( 传 真收发、短信息报警) 。 ( 二) 基于g i s ( 地理信息系统) 的基础数据库，信息包括各级联动主管 部门、口岸、卡点主要领导、值班室通信录、地理位置( g p s 坐标) ，单位基本 情况、主要职能，业务及特长，各类专家库及查询系统。在指挥中心建立综合信 息库，一线联动单位可通过本地电话向联动指挥中心查询各类信息，为广大群众 服务。 ( 三) 建立针对各类公共突发事件的各类预案，如中毒、投毒、疫情、防核、 防生化、地震、灾害事故。重大疫情和突发事件报告系统利用传真计算机图文传 送功能，联接市委办公厅、政府办公厅、人大、政协、政法委及各相关部门，下 联各公安一线出警单位、各联动单位值班室。并对重大疫情和突发事件进行网上 第一章绪论 查询、评估、统计、分析等。通过对突发事件的评估，形成决策方案，下发各个 部门进行实施处理。 ( 四) 应急指挥调度系统：能够通过有线p s t n 、卫星、互联网等各类通信 手段接收各地的语音、传真、电子文档报警和上报数据，分类进行接警：误拨、 骚扰、投诉、举报、咨询、求助、情况汇报、协作事件。 ( 五) 决策分析系统：根据接处警情况数据库内容及上报统计数据，进行挖 掘分析和报表处理。并将结果发布在内部网上或通过传真将结果发布到相关单 位。 1 1 3 城市应急联动系统中信息平台的建设 信息平台的建设在城市应急联动系统当中起着至关重要的作用 4 】。在一个 反应灵活的应急联动系统中，高效的信息系统是有效运转的前提。从2 0 0 3 年抗 击“非典的战役中得到的启示说明，必须建立一个众多相关部门的数据资源达 到共享的公共信息管理系统。而大量的信息化建设也必须在平时的工作中坚持不 懈地去做。这样，才能在突发事件面前，从容应对，最大限度地减少损失。只有 建立一个由国家保障的统一的运行和管理的信息报告机制，让信息的收集更加翔 实、迅捷，才能做到应急反应快捷；也只有从国家的高度建立一个强化各级政府 领导地位和职责的应急机制，才能更加有效地调动多个部门和多个学科配合，使 应急机制运转更加有力。因此，只有在政府的高度重视和统二领导下，实行统一 规划，整合现有资源，建立信息共享机制，在出现紧急情况时，才能够实现信息 的良性互通。 目前，由于政府应急资源的部门化和利益化，加大了应急资源和信息共享机 制建设的难度。因此，应急机制建设是十分复杂的系统工程，应该在政府的统一 领导下，建立以城市为中心的应急体系，设立专门机构，组建职业化队伍，制定 相应的职责、权力和流程方案。同时可以通过政府组织和学术机构，开展应急联 动的体制、管理、运营、决策、考核等多层次的研究，构建切实可行的应急联动 业务模型、部门协作模型、管理与运营模型，通过不断改进和完善，逐步理顺政 府应急联动的体系。 应急联动系统首先要实现信息联动。因此，多部门异构数据的集成是应急指 挥系统设计的核心焦点。由于部门众多，相关的信息系统也非常多，数据库平台 也是多种多样，这就需要统一的基础信息交换平台，将不同部门的信息系统和应 用系统有效地整合在一起，形成一个覆盖全面的应急指挥信息支撑网络，满足指 挥过程中的以下应用需要：异构数据之间的查询；异构数据之间的对比；数据库 第一章绪论 之间的数据提取和更新；数据格式和类型转换；系统之间的信息传递；用户身份 认证与授权管理；数据访问与交换日志。异构系统互连与综合数据交换的实现， 与电子政务网络和应用的建设有着密切的关系。 城市应急联动系统的建设和使用也是一个长期的过程。国外大型应用系统取 得成功的重要因素，是持续不断的技术标准化和业务标准化建设。各种标准在系 统规划、系统设计、业务模型、技术选型过程中起到了强有力的引导作用，保证 了系统的改进具有良好的继承性和一致性。 在应急指挥方面，美国政府和民间有大量的专门机构进行业务规范和技术标 准的研究，如9 1 1p h a s ei 、，e 9 一l 一1 及a p c o3 5 、a p c 0 3 6 等各种业务， 以及c t i 、无线通信、g p s 、电子地图等各类技术标准。这些标准在美国应急指 挥系统的产品化过程中发挥了巨大的作用。 没有标准支持，必然会造成系统生命周期缩短，可持续发展能力下降。国家 应高度重视，不断将实践中成功的应用通过标准固定下来，不断总结、不断积累、 不断提高，促进系统产品化、产业化发展。 目前世界上许多国家都采用不同的三位数字电话号码，作为城市处理紧急呼 救的特服号码。例5 1 ：i 美国采用9 1 1 ，英国采用9 9 9 ，比利时采用9 0 0 。日本、 法国、德国、加拿大、香港等技术先进的国家和地区也相继建立了以城市为区域 中心的区域报警、求助应急处置体系。通过一个特服号码电话报警求助，指挥中 心依据报警求助内容，分别调动警察、消防、医疗急救、水电抢险等部门进行紧 急处置或联合行动处置。美国从2 0 世纪6 0 年代开始建设城市社会应急联动中心。 今天，应急联动中心( 9 1 l 中心) 已遍布美国的各个州市。美国9 1 1 服务开通以 后，各州市有了统一的应急联动中心和通信系统，警察、消防和急救等部门采用 现场合署办公的方式处理各类紧急事件。当市民拨打9 1 1 电话后，由9 1 1 中心的 接警员统一接警，根据事件内容，迅速做出反应，联合各相关部门统一处置。市 民在很短时间内便可得到最快速的救援和服务。我国南宁市城市应急联动系统已 开通统一的“1 1 0 报警电话。接警后根据内容，分转到1 1 0 、1 1 9 、1 2 0 、1 2 2 或 1 2 3 4 5 等相应席位。一般事件各席位各尽其职，下达指挥命令；重大事件由指挥 长负责，协调各警种统一指挥。实现了跨部门、跨警区以及不同警种之间的统一 协调指挥，也使报警和联动出警更加准确、快捷和高效。此外，北京、上海、天 津、深圳、南京、大连、济南、成都等城市的联动系统也已经开始建设。 应急机制的信息体系的建设，是应急机制建设的一个重要内容，而建立和完 善信息平台系统是整个应急体系建设中的重要基础工作。要充分利用现代化的技 术检测手段，做好对可能发生的突发公共事件的预警，提高突发公共事件信息收 集、分析和处理的水平，建立健全国家统一的公共安全信息技术平台，为快速决 第一章绪论 策和启动应急机制提供依据。国家公共安全信息技术平台系统体系总体目标是： 建立统一指挥、功能齐全、先进可靠、反应灵活、实用高效的国家公共安全应急 体系技术平台。 1 1 4 信息平台建设中所面临的问题 通过对城市应急联动系统中信息平台建设现状的分析，可以看出，目前信息 平台建设中所面临的问题主要是信息数据的共享与发布的问题。 目前应急联动系统信息化建设的一个重要的瓶颈就是网络自成体系，资源分 散，不能实现共享，许多部门，都有自己的网络系统和平台，但这些系统像一根 根大柱子，没有或者很难互联互通，各自独立撑着而没有建成一座大厦，形成一 个个的“信息孤岛 【5 】。 同时，应急联动系统应当能够及时地向系统内用户发 布专业信息，提供专业应急信息的服务功能：并能及时向公众发布事件发展情况、 紧急救助信息服务和善后处理工作信息。因为各个部分、不同岗位的人员对于信 息的需求是不同的，因此，若为每个不同的需求开发一套独立的信息显示系统， 势必会增加系统建设的难度和复杂性。如果希望各自独立的系统作为一个整体发 挥出应有的作用，高效的完成数据的共享与发布，则必须拥有一套统一的数据表 示模型与通用的信息显示模型，这也是建立快速、有效的突发公共事件应急处理 机制的必然要求。 1 2 课题的来源 本课题来源于天津市科委项目特大城市公共危机应急指挥体系及核心技术 研究，此项目由天津大学计算机学院承担。 本课题的主要研究目标是根据突发公共危机预防、预警与应对的需求，在研 究应急响应框架及其组织体系和信息技术支撑体系的基础上，提出突发公共危机 应急响应框架，给出该框架下组织体系建设方案的建议；并根据该框架提出与之 相适应的信息技术支撑体系，实现以突发公共危机为主线的多源信息集成与调 度，实现事件相关信息资源之间的互联互通和融合，提供灵活、强大的决策支持 能力，并最终建设具有良好服务能力的突发公共危机应急联动系统及相应的典型 应用示范。 第一章绪论 1 3 本文的研究目的和内容 城市应急联动系统要求各子系统实现全部数据开放、信息共享，在城市应急 中心实现数据信息的集中汇集、存储、分析、处理，以及服务最终应用。同时， 将应急联动系统中产生的数据信息以可视化的方式呈现给领导者时，也要求将多 样的业务数据以丰富、灵活的形式加以显示。这就要求不同的部门必须拥有一个 统一的数据表示模型和通用的信息显示模型，采用统一的基础信息交换平台，将 不同部门的应急指挥系统有效的整合在一起。拥有统一的数据表示模型和信息显 示模型不仅可以实现异构系统的互联，大大降低信息发布系统的复杂性，同时还 可以解决各子系统之间的实时大容量数据交换、安全传输、授权认证、多网融合 等问题，具有统一接警、迅速定位、快速反应、业务联动、集中监管、科学指挥、 便于扩充等特点。 本文在研究x m l 、数据库、用户界面以及u m l 技术的基础上，结合城市 应急联动系统的信息平台需求，完成了一个基于x m l 技术的数据信息共享与显 示的系统的设计与实现。在此系统中，本文提出了一个基于数据库技术的统一的 数据表示模型，并将这种数据表示模型与一个基于x m ls c h e m a 的信息显示模型 结合起来完成了应急联动系统中数据信息的共享与可视化。同时，为了使信息平 台的设计者更加方便、直观的修改与使用应急联动系统中的x m l 模型，本文提 出了根据x m l 模型动态生成u m l 类图的方法，提高了系统的灵活性与可扩展 性。最后，通过构建原型系统的实验对所提出的模型进行了相关测试，验证了模 型的可行性和有效性。 1 4 本文的结构 本论文共分为五章，各章内容安排如下： 第一章介绍研究的背景、课题的来源以及本文的研究目的和主要工作。 第二章首先介绍了x m l 技术的概念与内容，对使用x m l 技术处理信息数 据的优点进行了说明；然后详细介绍了x m l 数据库的相关知识，重点讨论了 x m l 到数据库的映射方法；最后结合不同的映射方法的优点，提出了由数据库 生成统一的数据表示模型的方法。 第三章首先讨论了应急联动系统中信息的显示所面临的问题，然后引入了一 个基于x m ls c h e m a 描述的信息显示模型，最后通过将本文的数据表示模型与信 息显示模型结合起来实现了一个灵活、高效的信息显示、发布系统。 第一章绪论 第四章对由x m l 模型动态生成u m l 视图的方法进行了讨论。首先介绍了 u m l 技术的发展，然后介绍了u m l 类图的概念和用途，最后提出了由x m l 描 述动态生成u m l 类图的方法。 第五章对全文的工作进行了总结，并提出了下一步工作的目标和思路。 第二章基于数据库的统一数据表示模型 第二章基于数据库的统一数据表示模型 2 1x m l 简介 2 1 1x m l 技术的发展 x m l 的全名是e x t e n s i b l em a r k u pl a n g u a g e ( 可扩展的标记语言) ，它的语法 类似h t m l ，都是用标签来对数据进行描述的【6 】。然而，h t m l 的标签是固定 的，我们只能使用、不能修改；x m l 则不同，它没有预先定义好的标签可以使 用，而是依据设计上的需要，自行定义标签。x m l 是一个元语言，根据不同的 行业和语义，由它可以派生出许许多多的协议和规范。 s g m l 、h t m l 是帆的先驱。s q 儿是指“通用标识语言标准”( s m n d a r d g e n e r a l i z e dm a r k u pl a n g u a g e ) ，它是国际上定义电子文件结构和内容描述的标 准，是种非常复杂的文档的结构，主要用于大量高度结构化数据的各种工业领 域，利于分类和索引。同x m l 相比，s g m l 定义的功能更强大，但是它不适用 于w e b 数据描述，而且s g m l 软件价格非常昂贵 7 】。对于h t m l ，大家都比较 熟悉，即“h y p e r t e x tm a r k u pl a n g u a g e ”( 超文本标识语言) ，它的优点是比较适 合w e b 页面的开发。但它的缺点是标记相对较少，只有固定的标记集，缺少s g m l 的柔性和适应性，不能支持特定领域的标记语言，如对数学、化学、音乐等领域 的表示支持较少。举个例子来说，开发者很难在w e bp a g e 上表示数学公式、化 学分子式和乐谱 8 】。x m l 结合了s g m l 和h t m l 的优点并消除其缺点。x m l 仍然被认为是一种s g m l 语言，它比s g m l 要简单，但能实现s g m l 的大部分 的功能。 x m l 技术自出现以来，迅速在全球掀起了x m l 应用的浪潮。在专业领域 中，出现了x m l 标记语言的许多项目，著名的有c 化学标记语言，由 p e t e rm u r r a y 开发，同时开发了第一个通用的浏览器。在数学rustx m l j u m b o 方面，包括i b m 公司在内的组织都在致力于开发m a t h m l 。1 9 9 7 年8 月，m i c r o s o f t 公司和i n s o 公司引入x s l 9 】。由于x m l 是纯结构和语义的，需要描述单个元 素格式方法。可以使用h t m l 的c s s ；另一种方案是x s l 。1 9 9 8 年1 月，m i c r o s o f t 公司出版发行了m s x s l 程序。可以利用x s l 表和x m l 文档创建能被i e 4 识 别的h t m l 页面。1 9 9 8 年2 月，w 3 c 发布了x m l l 0 的正式版本。最近一年多 来，由于网络应用的飞速发展，x m l 的发展非常迅猛。出现了d o m ( d o c u m e m 第二章基于数据库的统一数据表示模型 o b j e c tm o d e l ) ，x s l t ( x s lt r a n s f o r m a t i o n ) 等新的技术，x m l 的应用软件也 有了飞速的发展 1 0 】。 2 1 2x m l 文档的组成与文档类型声明 一篇x m l 文档由标记和内容组成。x m l 中共有六种标记：元素( e l e m e n t s ) ， 属性( a t t r i b u t e s ) ，实体引用( e n t i t yr e f e r e n c e s ) ，注释( c o m m e n t s ) ，处理指令 ( p r o c e s s i n gi n s t r u c t i o n s ) 和c d a t a 段( c d a t as e c t i o n s ) 。其中，元素是标记的 最常见的形式，由尖括号分隔，和人们熟悉的h t m l 中的标记看起来没什么两 样。大多数元素标识它所包含的内容的性质【1 1 】。 x m l 与h t m l 最大、也是最显著的不同是x m l 文档中引入了“文档类型 声明d t d 。“文档类型声明d t d 使文档可以与分析器交流关于它的内容的元 信息。元信息包括：被允许的标注的次序和嵌套，属性值和它们的类型以及默认 值，可能引用到的外部文件的名字和它们是否包含x m l ，可能包含的一些外部 数据( 非儿) 的格式，以及可能遇到的实体。 “文档类型声明d t d 的出现，赋予了x m l 文档可扩展性、结构性和可验 证性。正因为如此，x m l 具备了类似于数据库的一些性质，人们可能利用x m l 来组织和管理信息。与此同时，又可以与h t m l 一样在浏览器中方便地表示， 在i n t e r n e t 上高效地传递和交换。考虑到与h t m l 的兼容，“文档类型声明d t d ” 并不是x m l 文档必须的成份。具有“文档类型声明d t d ”的x m l 文档称作有 效的( v a l i d ) x m l 文档，否则就称为结构良好的( w | e 1 1 f o r m e d ) 的x m l 文档 1 2 】。 2 1 3x m ls c h e m a 定义 使用d t d 虽然在指定许可的元素、需要的元素以及给定x m l 文档中如何 组织元素等方面给了我们较大的方便，但是，一旦你想针对特定元素施加数据类 型就会遇到麻烦了。d t d 规范严格地定义了结构，但只支持相对功能较弱的内 容类型规范，而对强制性结构化却无计可施，比如名为d a t e 的数据，就无法规 定它必须包含的有效值。 现在通过x m ls c h e m a 技术可以做到这一点，x m ls c h e m a 的主要目的是用 来定义一类x m l 文档( 一个x m la p p l i c a t i o n ) 。x m ls c h e m a 是用一套预先规 定的x m l 元素和属性创建的，这些元素和属性定义了文档的结构和内容模式。 相应的一套精巧的规则( 这些规则是使用d t d 来定义的) 指定了每个s c h e m a 第二章基于数据库的统一数据表示模型 元素或者属性的合法用途。如果违反这些规则解析器就会拒绝解析你的s c h e m a 以及任何同它相联系的文档。x m ls c h e m a 目前作为建议已经于2 0 0 1 年提交给 了w 3 c ，这意味着它最终将成为一般用途的建议标准【1 3 】。 x m l s c h e m a 不仅可以让你定义x m l 文档的结构而且还允许你约束文档的 内容，这就不同于d t d 了。另外，一个x m ls c h e m a 自身就是一个x m l 文档， 其基于标签的语法比d t d 中的特殊字符要清楚很多。 2 1 4x m l 的优点 舭的优点主要表现在如下方面： ( 一) x m l 允许各种不同的专业( 如音乐、化学、数学等) 开发与自己的 特定领域有关的标记语言。这就使得该领域中的人们可以交换笔记、数据和信息， 而不用担心接收端的人是否有特定的软件来创建数据。 ( - - ) x m l 具有较好的保值性。过去4 0 年来的大多数计算机数据都丢失了， 不是因为自然损害或是备份介质的磨损，而只是因为没有人来写出如何读取这些 数据介质和格式的文档。以不常用的格式保存的二进制数据，数据也许会永远地 消失了。x m l 在基本水平上使用的是非常简单的数据格式。可以用1 0 0 的纯 a s c i i 文本来书写，也可以用几种其他定义好的格式来书写。a s c i i 文本是几乎 不会“磨损 的。 ( 三) 应用间交换数据。由于x m l 是非专有的并且易于阅读和编写，就使 得它成为在不同的应用间交换数据的理想格式。x m l 使用的是非专有的格式， 不受版权、专利、商业秘密或是其他种类的知识产权的限制。x m l 的功能是非 常强大的，同时对于人类或是计算机程序来说，都容易阅读和编写。因而成为交 换语言的首选。 此外，相对于h t m l ，x m l 具有先天的优越性。为了自己的浏览器增加一 些特殊的显示效果，h t m l 加入了一些特殊的标记。日益增多的标签不但使 h t m l 越来越庞大，浏览器的开发越来越复杂，还降低了不同浏览器之间的兼容 性。尽管h t m l 的标签越来越多，其显示力却还远远不够。如果你希望非常精 确地表现一些你自己的数据，可能你需要一些现在在h t m l 中尚不存在的标签。 现在通过x m l ，你便可以定义自己的标记语言。 第二章基于数据库的统一数据表示模型 2 2x m l 与数据库 2 2 1 从数据库映射到x m l 数据的必要性 x m l 语言目前正在成为各种数据特别是文档的首选格式。由于它具有标记 不同字段( f i e l d ) 的能力，使得搜索变得更简单和动态化，从而把企业准备扔进 废纸篓的文件变成了进行数据挖掘的宝藏。x m l 把内容从演示格式中解放出来， 使材料可以多次重复使用。这样一来，同样的内容可以分别用于新闻发布、白皮 书、宣传册、演示和w e b 页面。对于像应急联动系统这样需要把不兼容的各个 独立系统融合在一起的应用，x m l 可以充当公共传输工具，以中性格式进行数 据传输。此外，x m l 还可以处理各种数据，包括文本、图像和声音，并且可以 由用户进行扩展以处理任何特殊类型的数据。x m l 的特性使之成为在线和离线 数据的共同语言。 x m l 技术自出现以来，发展非常迅速，在许多领域内得到广泛的支持而有 着广阔的应用前景。例如电子数据交换、电子商务等等更是把x m l 作为一种基 础性、支柱性的技术来看待。然而，应该指出，x m l 本质上是一种描述性的标 记语言，是一种更好地表示信息的手段。同时，这也意味着x m l 可以是用于信 息存储和管理的一种方式，正如同传统的数据库技术一样。在应急联动系统的信 息平台建设中，利用x m l 技术来构建统一的数据表示模型应该是最佳的选择。 数据库技术及其应用系统诞生于6 0 年代。随后，经历了从层次数据库、网 状数据库到关系数据库以及面向对象数据库的发展。数据库，尤其是关系型数据 库，已成为计算机信息系统中的重要基础和支柱。9 0 年代以来，i n t e m e t 和w e b 的飞速发展使人类社会的信息量以指数膨胀，而对信息管理和信息交换的需求更 是空前强烈和迫切。这时，已在传统的商业和事务处理等领域内趋于成熟的数据 库技术，面临着许多新的问题和挑战。因为传统数据库的应用领域主要是针对商 业与事务处理。i n t e m e t 时代到来以后，w e b 改变了许多东西，正如它给数据库 技术提出了一个必须面对的重要问题：即如何有效地存储和管理w e b 上以指数 级增长着的数据( 文档) ，使它们既能被高效地操作和维护，又能在w e b 这个 平台上方便地表示和交换。当前，数据库面临的典型问题包括： ( 一) 将现有数据库中数据转换成适于i n t e r a c t 和w e b 的形式，需要相当的 工作量。时至今日，虽然从c g i ，s e r v e ra p i ，s c r i p t s 到j a v a 等等出现了许多解 决方法，并且已在实际应用中取得了很大的成就，但仍有问题存在。 ( 二) 传统数据库中的数据以二进制码的形式存储，并且不同的数据库管理 系统有各自的专有格式，这既带来了表示上的困难，更是进行交换的一大障碍。 第二章基于数据库的统一数据表示模型 而随着网络和i n t e m e t 的发展，数据交换的能力已成为新的应用系统的一个至关 重要的要求。 x m l 的一个重要特点是它的结构性，即它可以方便有效地表示结构化数据， 这就使得x m l 可以作为表示和存储数据的手段。因此，目前有不少将x m l 用 于数据库应用的研究正在进行中。通过对数据库、x m l 技术的研究，我们可以 从应急联动系统中各个部门的数据库中抽象出一个统一的x m l 数据表示模型， 通过这个模型实现更加方便的数据共享与显示。 2 2 2x m l 数据库 x 池数据库是一个能够在应用中管理x 池数据和文档的数据库系统。通 过对x m l 数据库的学习和研究，可以对我们找出从数据库模型到x m l 数据模 型的生成方法有启发性的作用。 x m l 数据库的定义如下：x m l 数据库是一个x m l 文档的集合，“文档” 本身提供一种方便的机制来组织元素，这些文档是持久的并且是可以操作的。 x m l 数据库不仅是结构化数据和半结构化数据的存储库，它也要像传统的关系 数据库或面向对象数据库样，提供存储、修改、查询和删除数据库中x m l 文 档以及元素的机制，还要具有维护数据的独立性、集成性、完备性、一致性和访 问权限的控制等功能 1 4 】。 目前对于怎样才算是x m l 数据库有两种主要观点：二种观点是认为只有以 x m l 原始的格式存储的数据库才是x m l 数据库，这称为n a t i v ex 池d a t a b a s e 另一个是认为只要能存入和输出x m l 格式数据，且它本身又是一个数据库( 关 系型数据库或面向对象数据库等) ，而不必考虑数据是怎样存储的，这称为 x m l e n a b l e dd a t a b a s e 。此外还有将上述两者结合在一起的观点，即通过x m l 和其他的访问接口对x m l 文档进行管理和操作，这称为h y b r i dx m l d a t a b a s e 。 x m l 文档可以分为以数据为中心的文档和以文档为中心的文档两类。 以数据为中心的文档就是将x m l 用作数据的传输载体，只提供给机器消费 的文档，在此x m l 通常并不是绝对必要的。也就是说，对于应用程序或数据库 而言，( 在某个时间段内) 数据是否以x m l 文档的形式存储并不重要。以数据 为中心的文档的特点是结构相当规整，数据粒度精细( f i n e g r a i n e dd a t a ) ( 即最 小的独立数据单位只存在于p c d a t a 元素或属性这一级别) ，很少或没有混合 内容。除非在对文档进行验证的时候，同级元素或p c d a t a 的出现次序一般来 说并不重要。以数据为中心的文档中的这类数据可以来自数据库( 此时要输入给 x m l ) 或在数据库之外( 此时要将其存入数据库) 。 第二章基于数据库的统一数据表示模型 以文档为中心的文档通常是供人消费的。例如书籍、e m a i l 、广告以及几乎 所有人工写成的x h t m l 文件。其特性为结构不太或根本不规则、数据粒度大 ( 1 a r g e rg r a i n e dd a t a ) ( 最小的独立数据单位可能存在于包含混合内容的元素甚 至整个文档本身) ，混合内容多。同级元素或p c d a t a 出现的次序一般来说总 是非常重要的。以文档为中心的文档通常是以x m l 手工写成，或从其他格式( 如 r t f ，p d f ，s q 儿) 转换到x m l ，与以数据为中心的文档不同，它们的来源通 常不是数据库。 依据x m l 文档的分类，x m l e n a b l e d 数据库系统也可以分为相应的两类， 即面向数据处理的数据库和面向文档处理的数据库。 面向数据处理的数据库的主要功能是数据的维护。因此针对以面向数据处理 的应用而开发的数据库系统是将数据存储于关系数据库中，由关系数据库来对数 据进行管理，如a d d 、u p d a t e 、d e l e t e 、q u e r y 等处理。而此类型的数据库在与 外界沟通或进行数据交换时，通常是利用一些中间过程将其转换成以数据为中心 的x m l 。微软公司的s q ls e r v e r2 0 0 0 、i b m 公司的d b 2x m l e x t e n d e r 、o r a c l e 公司的o r a c l e9 i 等，都提供了面向数据处理的x m l 的整合性支持。 面向文档处理的数据库，主要功能在于文件管理上，它特别适用于知识管理 领域。以文档为中心的x m l 文档其内容不具备结构性或结构性不强，针对此类 文档的数据库系统，由近年非常流行的内容管理系统( c o n t e n tm a n a g e m e n t s y s t e m ) ，它提供了对文档进行有效的存取与更新等操作。管理非结构化文档的 数据库通常称为r e p o s i t o r y ，它一般具有强大的s e a r c he n g i n e ，并且支持下列文 件管理功能：文件的版本，版本的修改与存取控制；具备w e b 发行机制，以利 于企业利用最新的工具进行知识管理；强大的索引与搜索能力，以帮助使用者快 速地找到所需的文件；能让文件具有良好的利用性。 n a t i v ex m l 数据库的核心功能是以原始的x m l 格式存储x m l 文档，但是它 也需要兼有一般数据库的特征，如：支持事务、并发控制、查询语言、安全机制、 应用接口等。n a t i v ex m l 数据库主要包括以下特点：文档集合，许多n a t i v ex m l 数据库支持集合运算( c o l l e c t i o no p e r a t i o n ) ，集合所扮演的角色类似于关系数据 库中的表或文件系统的目录，例如，假如使用n a t i v ex m l 数据库来存储订单数 据