多样化军事任务异构数据集成应用方法*

田福平，田野，裴英博

（1.清华大学，北京 100084；2.北京交通大学，北京 100044；3.解放军68210部队，陕西 宝鸡 721001）

多样化军事任务异构数据集成应用方法*

田福平1，3，田野2，裴英博3

（1.清华大学，北京 100084；2.北京交通大学，北京 100044；3.解放军68210部队，陕西 宝鸡 721001）

为实现多源异构作战数据高效融合共享，提出了改进型中间件异构数据集成框架，设计了作战数据融合运用核心组件，实现了多源异构作战数据综合应用平台，提高了各类作战数据的融合运用效率，为指挥员及时掌握战场态势，高效科学决策提供了数据支撑。

多样化军事任务，异构数据，数据集成，中间件

0 引言

随着我国安全环境和经济社会的发展变化，军队执行多样化军事任务的行动更加频繁,配套行动方案体系更加庞大，数据需求纷繁复杂，主要包括211K作战数据、综合兵要地志数据、地理空间数据、北斗导航数据、边情数据、反恐维稳数据和综合保障数据等。这些数据所处数据库平台、数据模型、语义语法各异，数据源互操作困难，信息孤岛问题突出。实现多源异构作战数据分布式存储、共享互操作、融合运用成为部队作战数据建设亟待解决的重大课题［1］。

为解决以上问题，本文提出了改进型中间件异构数据集成框架，设计了作战数据融合运用核心组件，实现了多源异构作战数据综合应用平台，提升了多样化军事任务数据保障效率。

1 改进型中间件异构数据集成框架

1.1 中间件异构数据集成框架

数据集成是指把不同来源、不同格式、不同特性的异构数据资源进行统一的表示、存储和管理，实现异构自治数据的资源整合，形成统一的信息源，提供统一的结构化信息。基于中间件的数据资源集成技术，可以屏蔽多源异构数据资源间的差异，能够以一致的方式，方便快捷地进行数据交换和数据共享［3,6-7］。其系统总体框架分为三层结构：数据层、中间件层和表示层。数据层是指各异构数据源,表示层是提供给用户的接口,在这两层之间是屏蔽数据源异构性的中间件层［1-3］。传统的中间件异构数据集成框架图如图1所示。

图1 传统中间件异构数据集成框架图

传统的中间件异构数据集成框架，层次划分简单，在系统的功能扩展和业务敏捷性上存在一定的局限。面向多样化军事任务的作战数据融合运用，其数据来源已突破传统的数据库框架，数据格式多样，包括各类结构化数据、半结构化数据和无结构化数据，这些都对系统的可扩展性和业务敏捷性提出了更高要求。

本文在传统的中间件异构数据集成框架基础上，采用面向服务的设计思想，结合XML异构数据集成技术，进一步细化改进数据集成框架中间件层，提出了改进型异构数据集成框架。

1.2 改进型异构数据集成框架

改进型异构数据集成框架分为数据层、数据服务层、核心组件层、组件集成层、应用业务层和表示层，其框架图如图2所示。

图2 改进型异构数据集成框架图

1.2.1 数据层

数据层是各种异构系统的数据存储中心，不同的异构系统采用不同的方式存储相关数据，如文本形式、层次数据库、关系数据库等，在改进型异构数据集成架构中它们作为数据源对外提供用户需要的数据。

1.2.2 数据服务层

该层采用XML（Extensible Markup Language）对结构化数据、半结构化数据、无结构化数据进行统一描述，建立数据的XML公共模型，为上层提供统一的数据访问接口以及数据抽取、数据关联、数据操作等服务［4-5］。

1.2.3 功能组件层

该层包含原子、组合两种不同粒度的组件，这些组件共同构成异构数据集成中间件的功能基础。

1.2.4 组件集成层

组件集成层是架构的核心部分，主要采用面向服务的思想，完成功能组件的注册、查询、调用、协同，以及功能组件的编排工作，同时完成功能组件之间的信息交互。

1.2.5 应用业务层

该层是在数据层、数据服务层、功能组件层及组件集成层基础上，实现各类系统业务规则应用。主要对组件集成层提供的服务进行组装，从而完成不同的用户需求。

1.2.6 表示层

这是用户与多源异构数据集成中间件进行交互的界面，用户可根据需要通过表示层进行相关数据操作，如数据的添加、删除、修改、查询等，或者进行与中间件相关的配置、管理等工作。

改进型异构数据集成框架，通过定义积木式原子组件和组合组件来提供基础功能，可支持松散耦合和最小构件重用。新增数据源时，根据实际需求，调整应用业务，优选集成相关功能组件，完成数据描述，实现数据集成应用。系统功能扩展时，通过重构或装配部分功能构件，实现组件集成，优化业务逻辑，快速实现功能扩展。通过对中间件层细化改进，各层功能区分更加明确，数据集成更易实现，降低了各层核心组件的开发难度；以面向服务的设计思想对数据集成过程中的主要业务流程进行了划分，将业务流程逻辑分离为松耦合的、自治的、可复用的功能实体，并将其封装为具有统一描述标准的集成服务组件，提高了数据集成中间件的可复用性和扩展性［6］。

2 核心组件设计

本文结合部队遂行多样化军事任务数据综合保障实际需求，基于改进型异构数据集成框架，实现了多源异构作战数据综合应用平台。这里主要介绍系统数据服务层、功能组件层和组件集成层核心功能组件。

2.1 数据服务层设计

该层的核心组件有：公共数据接口（IMGK_DataAccess）、关键字操作组件（IMGK_Key-WordOp）、综合索引操作组件（IMGK_Indexer）和主题数据库操作组件（IMGK_SubjectOp）等。

IMGK_DataAccess采用XML对各类作战数据源进行统一描述建模，并构建相应的存储管理子构件，向上隐蔽数据层存储方式、空间数据异构等技术细节，提供统一的数据访问服务。其中XML文档与数据库之间的相互转化流程如图3和图4所示。

图3 数据库数据转换为XML文档流程示意图

图4 XML文档转换为数据库数据流程示意图

IMGK_KeyWordOp组件主要用于实现作战数据库关键字的建立、查询等操作。通过关键字可以建立不同数据实体之间的热链接，实现不同作战数据库之间数据的有机关联。IMGK_Indexer组件实现对各类作战数据综合索引的建立、删除、修改和读取等操作。通过对各类作战数据库建立综合全文索引，实现海量作战数据的快速检索。IMGK_SubjectOp组件可定义主题数据库的结构，从基础专题作战数据中进行信息抽取，构建针对具体任务的主题数据库，实现对主题数据库的读取查询等功能。数据服务层主要组件关系如图5所示。

图5 数据服务层主要组件关系图

2.2 功能组件层设计

该层的核心组件有：数字地图管理与可视化组件、作战数据态势生成与部署组件、作战数据查询与分析组件等。数字地图管理与可视化组件为系统其他功能组件提供统一的空间基准和可视化平台，同时为指挥员和参谋人员认知战场基础地理环境提供工具，其关键子构件有：坐标转换组件(IMGK_CoordinateTransform)、图形绘制组件（IMGK_MapGDI）和地图输出组件（IMGK_Export）。作战态势数据生成与部署组件主要实现作战态势数据的生成与数字地图部署，关键子构件有：态势数据生成组件（IMGK_SituationDataBuilder）、态势对象生成组件（IMGK_SituationObjSet）、态势数据部署组件(IMGK_SituationDataDeploy)。作战数据查询与分析组件提供依据属性查询、图上查询、地形分析、周边要素分析和路网分析等功能。作战态势数据生成与部署构件和作战数据查询分析构件的主要功能流程如图6和图7所示。

图6 作战态势数据生成与部署功能流程示意图

图7 作战数据查询分析功能流程示意图

2.3 组件集成层设计

组件集成层是整个系统运行的核心，向上连接应用业务层，向下协调各功能组件。其主要组件包括主控组件（IMGK_MainControl）、组件管理组件（IMGK_ComponentManage）、消息控制组件（IMGK_ MessageControl）、业务编排组件（IMGK_BusinessArrange）和定时器控制组件（IMGK_TimerControl）等。IMGK_MainControl组件定义了一系列方法，用于协调其他各功能组件。IMGK_ComponentManage组件实现各组件的注册、查询、调用、协同、注销等。IMGK_MessageControl组件主要控制各组件之间、以及各组件与主控组件之间的消息传递。IMGK_BusinessArrange组件实现各类组件之间的调用、组件间依序协同，编排各功能组件共同完成具体的业务逻辑。IMGK_TimerControl组件实现定时器功能，功能组件通过IMGK_MainControl组件设置定时器后，每当定时器事件发生，IMGK_TimerControl组件负责向功能组件发送相关消息，以完成相应处理。组件集成层核心组件间的关系如图8所示。

图8 组件集成层核心组件关系图

3 系统实现

本文设计并实现了多源异构作战数据综合应用平台，其主要功能包括：多样化任务数据维护与管理、数字地图可视化、多样化任务数据显示与查询、态势标绘与演播、北斗指挥监控、权限管理、打印输出等。系统功能界面如图9和图10所示。

图9 寺庙信息查询系统界面

图10 重要设施查询系统界面

4 结束语

为解决多样化军事任务作战数据保障中多源异构作战数据融合应用问题，本文设计了一种改进型中间件数据集成框架，构建了数据融合运用核心组件，实现了多源异构作战数据综合应用平台。该平台在部队多次重大演训活动中进行了试用，验证了其在多源异构数据融合方面的有效性，提升了部队多样化军事任务数据综合保障能力。

［1］刑艳辉，宋瀚涛.基于多Agent系统的异构数据库联合使用［J］.软件学报，1998，9（增刊）：70-74.

［2］麻志毅.一种面向服务的体系结构参考模型［J］.计算机学报，2006，29（7）：1011-1019.

［3］宋瀚涛.异构信息源集成技术［J］.北京理工大学学报，2002，22（5）：533-536.

［4］吴焕，王晓箴.基于LINQ的多源异构数据查询中间件［J］.计算机工程，2011，37（2）：1-3.

［5］陈昕，高明，宋瀚涛.基于语义对象模型的无结构化数据集成的研究［J］.计算机工程与应用，2003，31（5）：200-202.

［6］何荣茂.基于SOA的异构数据集成中间件的研究与设计［J］.舰船电子工程，2011，3（(1）：77-124.

［7］姚华新.异构数据集成中间件集成引擎设计与实现［D］.西安：西北工业大学，2007.

A Method of Heterogeneous Data Integration and Application for Diversified Military Tasks

TIAN Fu-ping1，3，TIAN Ye2，PEI Ying-bo3
（1.Tsinghua University，Beijing 100084，China；2.Beijing Jiaotong University，Beijing 100044，China；
3.Unit 68210 of PLA，Baoji 721001，China）

For efficiently fusion and sharing of multi-source heterogeneous operational data,a method is proposed which including the advanced middleware heterogeneous data integration framework,the core component of operational data fusion and application and the integrated application platform of multi-source heterogeneous operational data.This method can improve the efficiency of fusion and application for various data greatly and provide the data support for commander to grasping the battlefield situation timely and making decision intellectually.

diversified military tasks，heterogeneous data，data integration，middleware

E917

A

1002-0640（2015）07-0164-04

2014-06-25

2014-07-30

*获军队科技进步二等奖

田福平（1965- ），男，陕西咸阳人，博士研究生。研究方向：作战指挥。