大型城市分布式地質資料集成與應用研究

何文娜

(1.吉林體育學院計算機教研室，吉林 長春 130000；2.吉林大學地球科學學院，吉林 長春 130061)

為了充分挖掘地質資料中蘊含的信息潛力，最大化地發揮其利用價值，逐步推進地質資料服務[1]，2010年國土資源部啟動了地質資料集群化產業化工作，通過深入分析地質資料的內涵與特征[2]，給出了推進地質資料信息服務集群化產業化的思路與構想[3]。在上海、西安、湖南等地相繼開展試點研究，取得了較好的階段性成果，并充分體現了地質資料服務在地質找礦中的作用[4]。

通過對地質資料管理與服務進展情況的分析[5]，發現通過網絡進行地質資料共享、應用的趨勢越來越明顯。受行業、部門等因素的限制，不同時期形成的地質資料一時很難實現全部共享，在北京等大(巨)型城市內更難以在短期內完成[6]。在全國地質資料館的指導下，由北京市地勘局承擔，開展了大型城市分布式地質資料集成應用研究的嘗試[7],旨在探索一條將分散在各部委、不同部門之間的地質資料有機地、靈活地集成與共享的方法和思路。

1 集成框架設計

1.1 集成需求

北京市地質資料共享平臺不僅能夠發布若干地質資料的屬性服務、空間服務、計算服務等信息資源，還能夠與已有的地質資料信息系統(如多參數系統)、基礎地理中心、國土資源局、水務局、環保局、農委、建委等多個委辦局共享的信息進行交互，甚至為首都之窗、市領導決策支持系統等提供信息服務。其中，市國土局為北京市地質資料共享平臺提供礦政、土地等信息，相關地勘單位為該平臺提供區域地質、水文地質、工程地質、環境地質、物探、化探等各類地質信息。

1.2 基于SOA的集成框架

面向服務體系結構SOA(Service-Oriented Architecture)是一種擅長在異構環境下對應用系統進行整合的組件模型，它將應用程序的不同功能單元使用標準的接口封裝成Web服務，并通過發布、查找、綁定三個步驟完成操作，它可以打破“信息孤島”的限制，基于已有的系統或數據庫，實現分散在不同單位的服務器上的各類地質資料集成與共享已得到驗證是有效的方法[8-10]。圖1給出了基于SOA構建的大型城市地質資料集成與共享框架結構，搭建了一個可復用的地質資料的資源環境，包括成數據庫層、數據訪問層、業務邏輯層、服務處理層、網絡傳輸層、客戶應用層等六層。

圖1 基于SOA的分布式地質資料集成框架

數據庫層：是地質資源的數據源，包括了各類數據，而各單位的數據庫既可以獨立運行，也可以集中存儲。數據庫可以是原始數據(Access、Oracle、文本文件等)或通過某些組件處理的結果、服務訪問的返回值，其中地質數據以北京市多參數立體地質調查數據庫為基礎。

數據訪問與基礎組件層：是用來完成對后臺數據庫進行訪問為業務處理層提供服務的組件層，它通過對ADO.NET、JDBC等數據引擎實現對數據庫的訪問操作，完成前臺具體業務所需各類地質資料的CRUD操作。業務邏輯組件通過ADO.NET等數據庫引擎技術連接到本機或網絡上其他數據庫(如Oracle 11g)上運行，它們可以是已有的舊組件(如多參數系統組件)或開發的新組件。

服務處理層：使用基于XML的Web服務作為基本組件，每個服務由多個粗粒度、細粒度的封裝了已有組件、新的Web服務組成。根據已建立的數據標準、服務共享標準，開發相應的數據服務、計算服務組件，并統一注冊到一個共享服務器上，形成虛擬的集中式服務資源池。采用Web服務組件的松耦合形式對外發布，不再受原始數據位置、格式影響，可系統靈活部署、調用、集成、展示等。

網絡傳輸層：是不同模式的前臺客戶應用程序與業務交互的通信通道，基于HTTP、TCP/IP等協議進行傳輸的各類請求，通過Internet/Intranet可突破地域、部門的限制。

通過SOA搭建的地質數據共享與集成平臺，可以實現矢量格式、柵格格式的地理、地質、礦產、水文、物探、化探等各類地質資料的動態共享，從而實現來自不同地域、不同部門、不同格式、不同比例尺、不同精度的數據集成與應用。

2 服務集群與管理

2.1 分布式服務集群模式

圖2給出了分布式地質資料服務共享集群模式，北京市國土資源局、北京市地質資料館等多個結點(以此兩個節點為例，虛線表示若干個其他部署了服務其他結點)通過Intranet / Internet實現服務的集成與共享，不同粒度的Web服務統一由SOA服務器進行管理，客戶訪問服務時，由SOA服務器統一調配位于后臺集中或分布的不同的服務器上的各類服務，每一個服務可以使用后臺一個或多個地質資料數據庫。為了達到分布式管理與共享的目的，各結點內的多個單位可自主發布共享的地質資料，各科室也可以方便地使用數據訪問組件、服務組件將其數據進行包裝、注冊到統一的地質資料分布式管理SOA服務器中。數據訪問組件有數據訪問11、數據訪問12、數據訪問21等，服務組件有服務訪問11、服務訪問12、服務訪問21等，這些服務也可以被其他服務調用，而不必關心服務位于何處。此方法體現了基于SOA模式的實現地質資料分布式管理的靈活性、實用性。

圖2 分布式地質資源服務共享集群模式

2.2 服務集群發布與管理

各參與單位搭建、管理其Web服務器(一個或多個)，將屬性數據、空間數據、計算資源等發布成對應的Web服務，統一注冊到地質資料資源共享中心，并發布可使用的服務接口，為各類應用系統提供數據源。共享的地質資料初期原則上保存在各共享單位，后續根據國家要求統一匯交到全國地質資料館。發布的Web服務的實體在各節點服務器上，數據則保存在一個與Web服務器相同網絡或其他網絡的數據庫服務器上。圖3給出了北京市地質資料館、國土資源局、地勘局等單位進行地質資料共享的服務發布示意圖，每一個節點均包括了獨立的地質資料服務器(部署其所有的屬性服務和空間服務)，其中由管理員提前植入北京市地理信息中心的數據服務URI。

圖3 多個單位Web服務發布與注冊示意圖

3 服務訪問與多源數據融合

發布的每一個服務均可滿足特定的需求，但由于客戶的需求不同，一個服務的結果可能不會完全滿足請求所需的信息，需要對一個或多個服務的返回結果進行深層次的再加工，或者對這些數據服務、計算服務返回的結果進行多種形式的拼接與處理，最終才滿足指定的檢索查詢等需求，這就需要進行地質資料信息的融合。圖4給出了多源地質資料的數據融合模式，其中橢圓形為訪問分布式地質資料的Web服務(數據服務或計算服務)，帶虛線的數據庫為每一個服務訪問的結果，信息融合方法對所有服務訪問結果中的部分或全部進行各種形式的組合處理，最后形成了滿足客戶需求的多源數據融合結果。每一個Web服務調用返回的結果均可以是一個虛擬的小型數據庫，這些數據來自Intranet / Internet上的不同Web服務調用的分布的、多源、異構地質資料數據，這些數據是各自服務調用的結果，它們僅是所需原始數據的一部分或是處理后的結果的一部分，與原始數據可能有相同的格式，也可以完全不同。DLWS1是一個地理服務，其中某個方法的調用結果顯示在圖中是基礎地理服務調用結果；DZWS1是基礎地質Web服務，其中的服務接口調用返回結果為基礎地質服務調用切片數據的結果；KZWS1是礦政管理Web服務，其調用結果為礦政管理相關服務調用結果；DBSWS1是地表水保護Web服務，其調用結果為地表水保護服務調用結果；等等。這些Web服務訪問的結果可能位于服務器端，也可能在本地調用客戶端中，使用信息融合方法根據客戶的計算需求進行信息重新組合，組合的結果就是地質資料數據融合成果，甚至可以形成一個虛擬的小型數據庫，作為一體化顯示或是其他服務處理的數據源。

圖4 多源地質資料的數據融合模式

4 服務發布與集成效果

4.1 服務發布情況

使用5臺高性能服務器物理機安裝了13臺服務器，其中數據庫服務器、地圖服務器、數據服務器各4臺，SOA服務器一臺，模擬了北京市國土資源局、地勘局、環保局、交通委等幾個部門(表1)。

地圖服務器上安裝了ArcGIS Server 10，發布了相應的矢量格式、柵格的地圖服務，并在數據服務器上發布了屬性服務、計算服務等，最后所有的Web服務均統一注冊到SOA服務器上(表2列出地圖服務注冊情況)，并且可以通過網絡訪問位置于Internet上的北京市基礎地理中心的服務資源。

4.2 集成應用效果

基于Silverlight、ASP.NET開發了北京市地質資料集群化產業化試點原型系統，能夠依據隨機注冊的服務信息(尤其是地圖服務)，按照服務URI動態提取分布在對應服務器上的Web服務(屬性服務、地圖服務、計算服務等)與方法，并對服務返回的結果進行集成、可視化。例如可以實現土地與探礦權、基礎地理信息的融合顯示，對六環內宜于建設區與土地、公路規劃、地下水保護等進行集成與統計，可進行礦產資源規劃、采礦權、地下水、污染風險、公路、交通規劃等數據的融合、統計分析，實現地下水、地表水、垃圾點、工程建設區等動態顯示與分析，以及礦產資源規劃、勘查項目登記、地質界線等數據的一站式顯示與分析。

5 結論

為了解決大型城市跨單位、部門、地域地對地質資料進行集成與應用的瓶頸問題，提出了采用SOA構建地質資料集成與共享平臺，各部門在當前狀態不變的情況下，各自發布可共享數據資源，將公布的服務接口統一注冊在一個SOA服務器上，不同模式的客戶端應用程序(C/S、B/S、M/S等)均可以訪問、調用、融合顯示、分析等，從而實現大型城市地質資料的數據資源分布、服務資源集中的地質資料集成與共享模式，并通過一體化的原型系統，證明了研究結果的可行性，并為“礦政一張圖”等應用提供了，具有一定的實用價值與推廣前景。

表1 服務器情況

表2 注冊在SOA服務器上的地圖服務列表

致謝：感謝中國地質調查局發展研究中心提供地質資料集群化產業化項目支持。

[1] 姚華軍.關于推進地質資料公共服務問題的思考[J].地質通報，2009,28(2/3)：359-366.

[2] 顏世強，連健，丁克永，等.地質資料內涵與特征分析[J].中國礦業，2013,22(7)：45-48.

[3] 王黔駒，顏世強，丁克永，等.推進地質資料信息服務集群化產業化的初步思路與構想[J].中國礦業，2011,20(12)：20-23,31.

[4] 顏世強，連健，王黔駒，等.地質資料服務在地質找礦中的應用研究[J].中國礦業，2013,22(5)：24-27.

[5] 嚴光生.中國地質資料管理與服務進展情況分析[J].中國礦業，2012，21(1)：14-16,30.

[6] 屈紅剛，潘懋，劉學清，等.巨型城市(區)地質安全保障服務系統研究--以北京市為例[J].地理信息世界，2013,20(3)：50-57.

[7] 北京市地質勘察管理局.地質資料信息服務集群化產業化試點研究報告(北京)[R].2011.

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[9] 王永志，潘懋，何文娜.基于ArcGIS和SOA的國家級油氣數據庫管理系統設計與實現[J].吉林大學：地球科學版，2009，39(5)：953-958.

[10] 王永志，潘懋，何文娜，等.基于面向服務體系結構(SOA)的鉀鹽資源潛力系統[J].地質通報，2009，28(6)：29-32.