環境空間信息服務模式研究

魏 斌，姜 俊，孫中平，姜青濤

一、引 言

環境空間信息作為國家空間信息的一個重要內容，是國家重要的戰略性信息資源，其開發和利用對于提高政府宏觀環境管理水平具有重要意義［1］。隨著環境保護業務的不斷深入和擴展，對環境空間信息共享與服務需求越來越迫切，由于各種空間數據產生于不同業務部門，加之管理機制和體制的約束，很難將分散在不同部門的空間信息統一集中到一個部門，以此來實現共享［2］。近年來，隨著空間信息獲取和加工能力的不斷提高，信息共享方式發生重大變化，信息服務模式就是順應這種需求而發展起來的。

信息服務模式是對信息服務活動的組成要素及這些要素之間相互關系的描述，其本質就是信息服務在其活動過程中為滿足用戶對信息需求，調整各構成要素之間相互關系組合而形成的一種信息服務工作模式［3］。信息服務模式包含了服務提供者、服務對象、服務內容及服務的策略與約束，是這幾種要素的相互作用。服務提供者負責設計、研制、實現和發布服務；服務內容是環境空間信息服務的具體表現，有多種形式，包括空間信息查詢、環境業務數據查詢與分析、環境業務模型分析、數據接口調用等；服務使用者（服務對象）是服務內容的消費者，提出信息的請求，并要求返回相應的服務結果或執行相應的操作；服務策略包含了服務提供者以何種方式提供各種服務內容，服務約束則指定了在實施服務的過程中各方需要遵守的一些規定。

本文針對國內環境空間信息共享需求，借助云計算XaaS［4］理念，結合信息服務模式，提出環境空間信息服務模式（SiaaS）和環境空間信息服務平臺總體架構，為環境空間信息服務平臺的建設和管理提供新的思路。

二、環境空間信息服務SiaaS概念與服務模式

1.空間信息服務SiaaS的概念

空間信息服務即是通過服務的方式提供信息資源應用的手段，而具體的方法就是空間信息即服務（spatial information as a service，SiaaS）。SiaaS 是基于云計算模式XaaS提出的，進一步細化為一系列概念，即空間可視化即服務（SvaaS）、空間數據即服務（SdaaS）、空間應用功能即服務（SfaaS）、應用平臺即服務（PaaS）、空間數據產品即服務（SpaaS）等。

空間可視化即服務是承載空間信息并表征出來的一個服務接口、Web插件或者應用服務軟件等，通過它們能夠提供空間信息的瀏覽和基本操作的功能。可視化服務包括電子地圖服務、三維地圖服務、KML服務、OGC標準服務、地圖圖片服務等。

空間數據即服務是以門戶網站或數據調用接口的方式為數據使用者提供數據，數據使用者可以直接進行瀏覽、互操作，或是以客戶應用程序調用所需的數據。

空間功能即服務是將空間信息應用的功能封裝為服務，能夠被服務方式調用的一類空間信息服務，如地圖查詢服務、數據處理服務、空間分析服務和專門定制開發的滿足一類業務應用的服務接口。

空間數據產品即服務是將空間數據通過加工處理形成固定形式和風格的模板或者模型一類空間信息服務內容。

應用平臺即服務是將應用系統整體作為服務內容交付的一類空間信息服務的內容，這類應用系統通常為GIS應用系統，服務的方式是通過平臺提供的空間信息資源定制。

2.環境空間信息服務模式

環境空間信息SiaaS服務模式是以先進的網絡技術、分布式技術和虛擬化技術等為基礎，通過空間信息目錄搜索服務和注冊服務將分布在網絡上與環境空間信息服務有關的信息資源整合起來，以一站式門戶網站和二次開發接口的形式為用戶提供一體化的環境空間信息服務。提供環境空間信息資源服務的節點構成了一個“云”，“云”中的資源在使用者看來是可以無限擴展的，并且可以隨時獲取，按需使用，按使用付費，像水電一樣使用環境空間信息資源基礎設施。環境空間信息SiaaS服務模式由服務內容、服務提供者和服務消費三者構成且互為因果。服務提供者主要通過各類空間信息服務的發布過程完成，而各類空間信息服務的利用則是服務消費的過程，服務內容則是空間數據。三者間循環往復、層次多樣的繼承與封裝，構成了豐富的空間信息資源，簡而言之就是空間信息的自動增值模型，是空間信息SiaaS模式的本質。圖1是環境空間信息云服務模式的概念模式。

圖1 環境空間信息服務模式

（1）數據服務節點

數據節點是在環保專網中發布空間信息服務提供信息資源的服務站點，可以是國家、省、地方、區縣任意一級環保部門。環境空間信息服務平臺數據節點的部署，是依據IaaS、和PaaS服務模式進行的，其基礎設施進行了虛擬化方式的部署和管理。

（2）服務注冊和服務發現

依據服務的來源可將服務分為兩類，即主動注冊類服務和被動發現類服務。服務注冊是其他數據節點的服務資源的元數據信息注冊到服務平臺上，并且被服務平臺的目錄進行編目的過程。注冊后的服務可被使用者正常應用，服務注冊的內容包括空間數據服務、應用功能服務、Web接口服務等內容。服務發現是通過服務搜索引擎在互聯網掃描發現未注冊數據節點的過程。被發現的數據節點上的服務通過注冊服務系統自動注冊到服務目錄中。

（3）環境空間信息服務平臺

環境空間信息服務平臺是指在環保專網上部署的提供各類環境空間信息服務、空間數據存儲服務、空間數據運算處理服務的信息服務平臺，通過服務注冊系統和服務搜索系統收集和匯集各種環境空間信息服務，形成較為完整的環境空間信息資源和目錄服務，通過門戶服務系統向用戶提供環境空間信息服務。平臺主要包括目錄資源共享門戶系統、用戶服務系統、數據管理與發布系統和運維管理系統等內容。

目錄資源共享門戶系統提供單一身份登錄技術，在實現門戶內容管理與用戶個性化管理的基礎上，采用門戶界面集成技術，實現同用戶服務系統、發布系統及其他系統的集成。目錄資源共享門戶系統通過自動機制實現共享目錄資源信息的實時監測與采集，將采集到的目錄資源信息通過SOAP協議進行數據交換。這些目錄資源信息能夠提供給環保專網的其他系統訪問，各系統及各部門用戶通過檢索這些目錄資源信息，可以找到各自感興趣的數據，實現外部單位共享數據與產品的檢索和訪問。同時，系統通過整理產品的信息資源元數據，形成對外發布的目錄資源信息數據，以滿足空間信息資源共享的需求。

用戶服務系統實現外部用戶信息管理、數據檢索、環境信息產品訂單管理、用戶反饋信息管理等功能。系統不僅向外部用戶提供現有環境信息產品的服務，同時按照用戶的要求生成產品訂單，將用戶反饋信息提交給服務平臺，實現對用戶服務的動態管理。

數據管理與發布系統提供環境空間信息產品的編輯與制作、發布等功能，通過統一的制作模板和業務流程，將環境信息產品以圖形、圖像、專題圖件、表格、文字報告、多媒體等多種形式表示，從而實現信息產品以在線、多媒體、郵件、光盤等多種方式提供給最終用戶。

運維管理系統主要是對環境空間信息服務平臺上各類服務系統的管理，提供監控數據庫運行狀態的功能，建立數據訪問、服務訪問的管理日志，以保障整個平臺系統能夠為客戶端應用訪問提供安全、穩定的支撐。

（4）應用模式

應用模式是環境空間信息服務平臺的服務消費部分，分別為直接瀏覽方式、服務定制方式、系統集成方式和接口及二次開發方式。

直接瀏覽應用方式是利用服務平臺的SvaaS直接將數據服務內容進行展示，可直接與大屏連接形成特定應用下的空間展示，如領導匯報、基礎信息查詢查看等。該類應用無需其他部署，只需連接到服務平臺即可。

服務定制應用方式是通過服務平臺資源目錄，將目錄中相關數據、功能、產品、界面Logo等元素定制到單獨系統中的過程，定制的結果可形成訂單被平臺運維系統所管理。用戶憑借平臺返回的登錄名、密碼可訪問定制后的系統。定制方式可充分體現SiaaS服務模式的優勢，使用者無需開發即可獲得應用系統。

系統集成應用方式是在定制后的系統中，將已有的信息系統通過數據庫、應用、界面等集成方式與空間信息進行關聯的過程。被集成的系統必須遵循平臺集成響應的規范和要求。

接口及開發應用方式是通過平臺提供的服務接口或者空間可視化插件的API接口進行集成后的二次開發過程。平臺會提供響應功能服務接口被開發者應用。開發分為兩部分內容:一是空間可視化插件的相關開發，這類開發主要利用空間可視化插件API進行；另一類開發是服務接口的開發，將平臺上注冊的原子服務接口進行開發形成服務產品的過程。

三、環境空間信息服務SiaaS平臺架構

基于SiaaS模式，環境空間信息服務平臺總體架構設計如圖2所示，整個架構分為5個層次，即應用層、應用服務層、平臺支撐層、數據層、基礎設施層。

1.應用層

應用層是平臺與最終用戶接口的層面，根據面向服務應用的類型不同，采用PaaS應用模式或者在線應用模式。PaaS應用是通過定制服務平臺空間信息資源目錄中的內容，并與具體應用需求相結合，開發并集成各類應用功能的方式，該層建立在應用服務層之上，通過“一站式”門戶等技術為用戶提供人性化的應用界面；在線應用模式是直接利用服務平臺空間信息資源目錄提供的內容和平臺空間展示系統的方式。

2.應用服務層

該層建立在平臺支撐層軟件基礎之上，是服務平臺空間信息服務（SiaaS）的宿主和具體實現，包涵了提供數據服務的SdaaS、提供功能的SfaaS、提供空間數據產品的SpaaS、提供可視化服務的SvaaS和提供應用系統的PaaS等。

3.平臺支撐層

平臺支撐層包括底層平臺支撐層和地理信息公共開發平臺。其中，底層平臺支撐層是整個系統所依賴的GIS平臺、三維平臺和涉及的其他相關技術平臺，包括地理信息系統平臺、數據庫平臺、各類開發環境和管理工具等。平臺支撐層所采用的基礎軟件產品構成了環境空間信息服務平臺運行的底層技術支撐環境。

圖2 環境空間信息SiaaS平臺總體架構

4.數據層

數據層是環境空間信息應用的核心。環境空間服務平臺的數據層在統一的數據標準與技術規范的規定下，應包括基礎地理信息庫、基礎地理信息應用庫、環境空間專題庫、遙感庫、主題信息庫（產品庫）、三維模型數據庫、字典庫、元數據庫和系統管理庫等。

5.基礎設施層

基礎設施層包括計算資源、網絡通信、存儲等基礎設施，是支撐環境空間信息服務平臺的軟硬件運行環境。基礎設施層基于云計算理念和技術，通過環境信息化工程項目建設或整合現有的環境基礎設施資源，建設國家環境信息化基礎設施（云計算中心），充分利用計算資源，節省投資費用，而且便于實施基礎設施資源管理和維護。

四、結束語

環境空間信息服務模式研究是以空間信息服務為需求，借助云計算原理，提出環境空間信息服務模式（SiaaS）和環境空間信息服務平臺總體架構，為下一步構建環境空間信息共享與服務平臺，實現環保空間信息的“共建共享”，提高信息資源利用效率，滿足環保行業對空間基礎信息日益增長的迫切需求，提供基礎和技術指導。

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