（中國長江電力股份有限公司，湖北宜昌 443002）

0.引言

圖文管理系統(tǒng)為生產(chǎn)企業(yè)提供圖紙服務(wù)，支持圖紙管理的存儲檢索、審批流程、權(quán)限管控和外部接口等功能，支持各種格式的圖紙與生產(chǎn)設(shè)備關(guān)聯(lián)，整合企業(yè)內(nèi)部的其他管理信息系統(tǒng)，提供安全、開放的圖紙訪問接口，提高企業(yè)圖紙管理的標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化和高效化。

隨著生產(chǎn)企業(yè)規(guī)模的擴(kuò)大，企業(yè)設(shè)備的復(fù)雜性和規(guī)模的提升，傳統(tǒng)的基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的圖文管理系統(tǒng)存在管理復(fù)雜、存取速度慢，檢索方式單一的缺陷。大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新興技術(shù)的出現(xiàn)，提升了企業(yè)信息管理能力，為企業(yè)圖紙管理提供新的策略和解決方案。

為了提升圖文管系統(tǒng)的檢索性能、用戶體驗和可擴(kuò)展性，本文采用大數(shù)據(jù)架構(gòu)和知識圖譜(Knowledge Graph)[1-3]技術(shù)設(shè)計企業(yè)圖文管理系統(tǒng)，與僅僅依靠關(guān)系數(shù)據(jù)庫的圖文管理系統(tǒng)相比，基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)圖文管理系統(tǒng)具有更好的計算性能、可擴(kuò)展性和用戶體驗，更有效地利用生產(chǎn)企業(yè)數(shù)據(jù)中心的云存儲[4-6]和云計算[7-8]能力；將知識圖譜應(yīng)用圖紙知識模型和圖紙使用模型，可以提升圖文管理系統(tǒng)的檢索能力和用戶體驗。

1.系統(tǒng)總體架構(gòu)

本文提出的圖文管理系統(tǒng)整體分為4個層次：資源層、存儲層、服務(wù)層和應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

本系統(tǒng)基于企業(yè)的數(shù)據(jù)中心構(gòu)建資源層，資源層提供兩種基本的資源能力：存儲能力和高性能計算能力。

存儲層通過Hadoop分布式文件系統(tǒng)HDFS[9-10]提供高性能、可靠的文件存儲服務(wù)。

服務(wù)層分為服務(wù)支撐和應(yīng)用服務(wù)兩個子層，服務(wù)支撐子層提供4種基本的服務(wù)：使用關(guān)系數(shù)據(jù)庫存儲關(guān)系數(shù)據(jù)，使用分布式文件系統(tǒng)存儲圖紙文件，使用分布式檢索系統(tǒng)存儲非關(guān)系型圖紙信息，以及使用分布式集群滿足整個系統(tǒng)并行計算和智能計算要求；應(yīng)用服務(wù)子層包括圖紙存儲、圖紙檢索、審核流程、權(quán)限管理和外部接口這些具體圖紙應(yīng)用功能。

上層是圖文管理系統(tǒng)的應(yīng)用層，由桌面應(yīng)用程序、Web應(yīng)用程序和移動App組成，調(diào)用服務(wù)層的各種具體業(yè)務(wù)功能。

2.混合存儲圖紙文件和相關(guān)數(shù)據(jù)

圖紙管理涉及3種不同類型的數(shù)據(jù)：關(guān)系數(shù)據(jù)、非關(guān)系系統(tǒng)和二進(jìn)制圖紙文件。為了提高不同類型數(shù)據(jù)的存取效率和檢索效率，本文采用混合存儲結(jié)構(gòu)存取這3種不同類型數(shù)據(jù)，采用關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle存儲圖文管理系統(tǒng)的關(guān)系數(shù)據(jù)，采用分布式文件系統(tǒng)HDFS存儲圖紙文件，采用分布式檢索引擎Solr[11-12]存儲圖文管理系統(tǒng)的非關(guān)系數(shù)據(jù)。針對將3種不同形式存儲系統(tǒng)方便應(yīng)用程序訪問，本文設(shè)計一個混合存儲結(jié)構(gòu)來支持具體圖紙應(yīng)用程序模塊訪問這些不同的存儲方式，混合存儲結(jié)構(gòu)從下往上包括4個層次：存儲層、接口層、服務(wù)層和應(yīng)用層，如圖2所示。

圖2 混合存儲結(jié)構(gòu)

最低層是支撐層，由Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫、HDFS分布式文件系統(tǒng)和Solr全文引擎組成，針對不同類型的數(shù)據(jù)源向上提供不同的存儲服務(wù)。

（1）Oracle數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是目前世界上流行的關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，具有可移植性好、使用方便、功能強(qiáng)等特點(diǎn)，適用于各類大、中、小、微機(jī)環(huán)境。它是一種高效率、可靠性好、適應(yīng)高吞吐量的數(shù)據(jù)庫方案。本文使用Oracle數(shù)據(jù)系統(tǒng)存儲圖紙管理的各種關(guān)系數(shù)據(jù)：圖紙信息、圖紙流程信息、設(shè)備信息和用戶信息等。

（2）HDFS是一個適合部署在普通硬件設(shè)備上的分布式文件系統(tǒng)。HDFS適合存儲不同大小的，文件大小一般從幾百M(fèi)B～幾百TB不等；支持高吞吐量的數(shù)據(jù)訪問；具有高度容錯性，設(shè)計為可以運(yùn)行在廉價的機(jī)器集群上；支持 POSIX接口訪問，容許流式地訪問數(shù)據(jù)。本文使用HDFS存儲圖紙文件可以有效提高圖紙的讀寫速速，解決圖紙本地數(shù)據(jù)存儲和管理困難的問題。

（3）Solr是一個高性能，基于Lucene的全文搜索服務(wù)器，Solr具有可配置、可擴(kuò)展特性，具有較高的非關(guān)系型文本數(shù)據(jù)查詢性能，并且提供完善的功能管理界面，是一款非常優(yōu)秀的全文搜索引擎。使用Solr存儲圖紙的非關(guān)系數(shù)據(jù)可以提升圖紙非關(guān)系型數(shù)據(jù)的檢索能力和檢索速度。

存儲層之上的是接口層，通過Java語言和一組Java接口訪問Oracle關(guān)系數(shù)據(jù)庫、HDFS分布式文件系統(tǒng)和Solr全文引擎。

（4）本文使用JDBC (Java Database Connection)訪問關(guān)系數(shù)據(jù)庫Oracle，JDBC是Java語言中用來規(guī)范客戶端程序如何來訪問數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用程序接口，提供了諸如查詢和更新數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的方法。

（5）使用FileSystem API訪問HDFS，F(xiàn)ileSystem API是一個抽象的文件系統(tǒng)API，支持 HDFS進(jìn)行一般的文件操作。

（6）使用SolrJ訪問Solr，SolrJ是一個使Java應(yīng)用程序可以輕松與Solr對話的API。SolrJ隱藏了許多連接到Solr的細(xì)節(jié)，并允許您的應(yīng)用程序通過簡單的高級方法與Solr進(jìn)行交互。

接口層之上的訪問層，訪問層基于關(guān)系數(shù)據(jù)庫的查詢語言SQL，擴(kuò)充支持HDFS的IO接口和SolrJ的查詢接口，來支持對下面接口層不同數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一訪問，并向上面的應(yīng)用層提供一致的查詢接口，向上層應(yīng)用程序屏蔽底層存儲方式的差異，并提供不同存儲系統(tǒng)的分布式事務(wù)處理的支持。

最上層是具體應(yīng)用層，具體圖紙應(yīng)用模塊通過調(diào)用下面的統(tǒng)一訪問接口來實現(xiàn)圖紙文件及其相關(guān)數(shù)據(jù)的存取訪問。

3.基于知識圖譜的圖紙知識管理

知識圖譜在圖書情報界稱為知識域可視化或知識領(lǐng)域映射地圖，是顯示知識發(fā)展進(jìn)程與結(jié)構(gòu)關(guān)系的一系列各種不同的圖形，用可視化技術(shù)描述知識資源及其載體，挖掘、分析、構(gòu)建、繪制和顯示知識及它們之間的相互聯(lián)系。知識圖譜是通過將應(yīng)用數(shù)學(xué)、圖形學(xué)、信息可視化技術(shù)、信息科學(xué)等學(xué)科的理論與方法與計量學(xué)引文分析、共現(xiàn)分析等方法結(jié)合，并利用可視化的圖譜形象地展示學(xué)科的核心結(jié)構(gòu)、發(fā)展歷史、前沿領(lǐng)域以及整體知識架構(gòu)達(dá)到多學(xué)科融合目的的現(xiàn)代理論。它能為學(xué)科研究提供切實的、有價值的參考。

本文通過知識圖譜從海量的圖紙及其相關(guān)數(shù)據(jù)中找出有價值的知識，可以對圖紙使用者在使用過程中的圖紙文件、圖紙相關(guān)數(shù)據(jù)、圖紙功能、使用頻率、交互協(xié)作等多維度進(jìn)行測量，通過深層次挖掘有價值數(shù)據(jù)信息，揭示其內(nèi)在的規(guī)律。將知識圖譜應(yīng)用于圖紙管理，可對用戶的使用效果和使用習(xí)慣做出及時準(zhǔn)確的反饋，提供個性化圖紙服務(wù)干預(yù)，有利于改進(jìn)圖文管理系統(tǒng)的功能指標(biāo)和非功能指標(biāo)。本文使用大數(shù)據(jù)和知識圖譜挖掘設(shè)備和圖紙之間的內(nèi)在聯(lián)系，挖掘圖紙信息和用戶使用之間的內(nèi)在聯(lián)系，設(shè)計圖紙推薦和圖紙使用推薦推薦功能。

構(gòu)建基于設(shè)備的圖紙知識模型，在設(shè)備基本信息、設(shè)備之間關(guān)系、圖紙基本信息、設(shè)備圖紙關(guān)系和圖紙之間關(guān)系五個維度對圖紙的個體特征進(jìn)行了描摹，圖紙模型型根據(jù)用戶通過設(shè)備導(dǎo)航樹管理和使用圖紙的實踐不斷對圖紙個體模型個體肖像進(jìn)行動態(tài)更新。圖紙關(guān)系推薦的基礎(chǔ)是形成基于設(shè)備的動態(tài)化的圖紙知識圖譜，以顯示圖紙和不同設(shè)備之間的關(guān)聯(lián)性。將不同種類的設(shè)備和圖紙連接在一起而得到一個關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，把復(fù)雜的設(shè)備和圖紙之間多對多的關(guān)系通過數(shù)據(jù)挖掘、信息處理、知識計量和圖形繪制顯示出來，來顯示圖紙個體的知識動態(tài)發(fā)展規(guī)律。

構(gòu)建用戶為中心的圖紙使用模型，在該模型的指導(dǎo)下，結(jié)合同一用戶和不同用戶使用圖文管理系統(tǒng)的過程和習(xí)慣，本研究構(gòu)建基于用戶基本信息、用戶之間關(guān)系、圖紙基本信息、圖紙之間關(guān)系、功能模塊信息、功能與圖紙關(guān)系六個維度對圖紙使用的個體特征進(jìn)行了描摹，圖紙使用模型根據(jù)同一用戶的圖紙使用過程和不同用戶的圖紙使用過程不斷對圖紙使用模型進(jìn)行動態(tài)更新。圖紙功能推薦的基礎(chǔ)是形成基于用戶使用的動態(tài)化的圖紙使用圖譜，以顯示圖紙和不同用戶之間的關(guān)聯(lián)性。將不同種類的用戶和圖紙連接在一起而得到一個關(guān)系網(wǎng)絡(luò)，把復(fù)雜的用戶和圖紙之間多對多的關(guān)系通過數(shù)據(jù)挖掘、信息處理、知識計量和圖形繪制顯示出來，來顯示圖紙使用的知識動態(tài)發(fā)展規(guī)律。

4.基于Zeroc ICE的圖紙服務(wù)

Zeroc ICE[13-14]是由Zeroc公司開發(fā)的一套開源分布式中間件，適用于異種環(huán)境的面向?qū)ο篌w系的中間件平臺，支持遠(yuǎn)程過程調(diào)用(Remote Prcedure Call: RPC)協(xié)議?；贗CE的客戶端和服務(wù)器可以兼容不同的編程語言，可以運(yùn)行在不同的操作系統(tǒng)上，同時提供了多種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行通信（例如TCP、UDP、SSL等）。ICE作為安全性高、伸縮性強(qiáng)的底層通信平臺，特別適用于高技術(shù)和高性能需求的分布式系統(tǒng)開發(fā)。

為了確保新圖文管理系統(tǒng)的快速開發(fā)、測試、部署和實施，我們采用基于ICE RPC的圖紙應(yīng)用程序，與單體的圖紙應(yīng)用程序架構(gòu)相比，基于ICE RPC的圖文管理系統(tǒng)具有更好的性能、可擴(kuò)展性和用戶體驗，更加有效地利用企業(yè)的云端資源和云計算能力，本文基于ICE RPC的客戶/服務(wù)器架構(gòu)如圖3所示。

圖3 ICE的圖紙服務(wù)訪問

本文首先將圖紙功能封裝成一組模塊化、可重用的服務(wù)模塊：圖紙維護(hù)、圖紙查詢、流程管理、用戶管理和權(quán)限管理等，然后針對這一組服務(wù)定義模塊化接口，這組接口使用ICE的接口語言ICE Slice語言定義，Slice (Specification Language for Ice)語言建立了一種服務(wù)器和客戶端之間的契約，Slice描述接口和數(shù)據(jù)類型，這種描述和應(yīng)用程序的具體實現(xiàn)語言無關(guān)，客戶端和服務(wù)器不需要用同一種語言來編寫。

使用ICE的生成工具Slice2java生成Java版本的服務(wù)器骨架代碼(ICE Skeleton)，ICE骨架代碼提供了圖紙服務(wù)客戶端調(diào)用接口，允許 ICE 運(yùn)行時把控制線程轉(zhuǎn)交給應(yīng)用服務(wù)器里面具體圖紙服務(wù)模塊。

圖文管理系統(tǒng)的客戶端一般包括傳統(tǒng)的桌面應(yīng)用程序、Web應(yīng)用程序和移動應(yīng)用程序，基于ICE的跨語言特性，Slice2XXX工具可以不同語言客戶端服務(wù)代理代碼(ICE Stub)，ICE代理就是ICE對象在客戶端的代表，不同客戶端要想訪問遠(yuǎn)程的某個圖紙服務(wù)接口，就必須先擁有這個對象的代理，而代理就存在于客戶端的進(jìn)程地址空間中。

5.基于AppCan的混合應(yīng)用移動平臺

本文基于AppCan構(gòu)建移動APP，AppCan移動開發(fā)平臺讓HTML5開發(fā)的移動應(yīng)用基本接近Native App的體驗，基于AppCan的移動App架構(gòu)分為服務(wù)層、Restful接口層、應(yīng)用層3大部分，如圖4所示。

圖4 移動平臺體系結(jié)構(gòu)

服務(wù)層和本文前面提出的服務(wù)層結(jié)構(gòu)基本一致，通過Restful[15-16]接口層向用戶提供各項業(yè)務(wù)功能。Restful是一種網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的設(shè)計風(fēng)格和開發(fā)方式，基于HTTP，可以使用XML格式定義或JSON格式定義。RESTFUL適用于移動互聯(lián)網(wǎng)廠商作為業(yè)務(wù)使能接口的場景，實現(xiàn)第三方OTT調(diào)用移動網(wǎng)絡(luò)資源的功能，動作類型為新增、變更、刪除所調(diào)用資源。

應(yīng)用層由AppCan SDK、HMTL5和JavaScript腳本語言組成，AppCan SDK支持Hybrid App的開發(fā)和運(yùn)行，并且著重解決了基于HTML5的移動應(yīng)用“不流暢”和“體驗差”的問題，HTML5和JavaScript負(fù)責(zé)與用戶交互，調(diào)用Restful接口完成系統(tǒng)的各項功能。

6.企業(yè)梯級流域水電站的應(yīng)用成果

該系統(tǒng)現(xiàn)服務(wù)于中國長江電力股份有限公司下屬梯級流域水電站群，覆蓋了葛洲壩區(qū)域、三峽區(qū)域、金沙江區(qū)域、烏白區(qū)域等7個生產(chǎn)單位，涉及約12萬份圖文技術(shù)資料。系統(tǒng)通過大數(shù)據(jù)架構(gòu)整合公司各梯級流域水電站圖紙技術(shù)資料管理與應(yīng)用，同時結(jié)合上述信息化及電力行業(yè)前沿應(yīng)用及發(fā)展趨勢，對圖文管理系統(tǒng)業(yè)務(wù)與流程管理進(jìn)行不斷的優(yōu)化完善，為生產(chǎn)一線員工提供全面、準(zhǔn)確、穩(wěn)定、高效的技術(shù)支持，從而保障電力生產(chǎn)及運(yùn)維等各項活動，獲得了各生產(chǎn)單位用戶的高度支持與認(rèn)可。各生產(chǎn)單位在該系統(tǒng)的管理應(yīng)用過程中不斷積累沉淀，形成各生產(chǎn)單位自有的圖文技術(shù)資料管控及學(xué)習(xí)平臺，在滿足保障本單位生產(chǎn)及運(yùn)維活動時，也為新員工的培養(yǎng)提供支持。

7.總結(jié)

本文提出一種基于大數(shù)據(jù)架構(gòu)的智慧圖文管理系統(tǒng)，相對于傳統(tǒng)的圖文管理系統(tǒng)，大數(shù)據(jù)架構(gòu)的圖文管理系統(tǒng)能夠更加有效的使用企業(yè)日益增加的云存儲和云計算能力，而知識圖譜的應(yīng)用可以更加有效進(jìn)行圖紙知識管理，提升圖文管理系統(tǒng)的用戶體驗。