數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)初探

李東陽(yáng)，張書亮，儲(chǔ)征偉，陶亞婷

數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)初探

李東陽(yáng)1，張書亮2，3，儲(chǔ)征偉4，陶亞婷2

( 1．浙江省地理信息中心，浙江杭州310012; 2．南京師范大學(xué)虛擬地理環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，江蘇南京210023; 3．江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京210023; 4．南京市測(cè)繪勘察研究院有限公司，江蘇南京210019)

The Primary Exploration of Data Operation Platform for Digital City

LI Dongyang，ZHANG Shuliang，CHU Zhengwei，TAO Yating

針對(duì)數(shù)字城市建設(shè)中普遍存在的“兩重視、兩忽視和兩匱乏”問題，提出了數(shù)據(jù)運(yùn)維的概念及內(nèi)容，設(shè)計(jì)和開發(fā)了數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)軟件。應(yīng)用結(jié)果表明，軟件能滿足市縣獨(dú)立開展數(shù)據(jù)運(yùn)維的需求，并顯著提高數(shù)據(jù)運(yùn)維的效率和水平。

數(shù)字城市;地理信息公共平臺(tái);數(shù)據(jù)運(yùn)維;地理空間框架

一、引言

國(guó)家測(cè)繪地理信息局于2006年啟動(dòng)了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)工作，截至2013年底，國(guó)內(nèi)已有321個(gè)地級(jí)市開展數(shù)字城市建設(shè)，已建成190個(gè)數(shù)字城市，開發(fā)應(yīng)用系統(tǒng)逾2500個(gè)，成果的廣泛應(yīng)用有力促進(jìn)了城市運(yùn)行管理的科學(xué)化、精細(xì)化、信息化、協(xié)同化，并成為城市管理的重要平臺(tái)［1］。地理信息公共平臺(tái)是數(shù)字城市地理空間框架項(xiàng)目建設(shè)的重要內(nèi)容和核心軟件系統(tǒng)，也是數(shù)字城市地理信息資源集成、管理、發(fā)布與共享交換的基礎(chǔ)性空間服務(wù)平臺(tái)。隨著國(guó)內(nèi)眾多數(shù)字城市的建成并投入應(yīng)用，保持地理信息公共平臺(tái)數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性與提升數(shù)據(jù)更新的效率正在成為數(shù)字城市運(yùn)行維護(hù)工作的核心［2］。然而，縱觀當(dāng)前的數(shù)字城市運(yùn)維工作，普遍存在著“兩重視(重視地理信息公共平臺(tái)軟件能力、界面和易用性的建設(shè);重視數(shù)字城市應(yīng)用軟件和系統(tǒng)的運(yùn)維)、兩忽視(忽視數(shù)字城市縱向數(shù)據(jù)體系的內(nèi)容更新;忽視數(shù)字城市橫向數(shù)據(jù)體系的集中管理和聯(lián)動(dòng)更新)和兩匱乏(區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)維和數(shù)據(jù)中心運(yùn)維的思路，數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)行維護(hù)思路的匱乏;專業(yè)的數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維技術(shù)方法與軟件的匱乏)”的問題，因此，本著推動(dòng)數(shù)字城市相關(guān)成果朝縱深方向推進(jìn)及保障其可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)出發(fā)，突破傳統(tǒng)“平臺(tái)建設(shè)”與“平臺(tái)運(yùn)維”的思維局限，探討和研究數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維相關(guān)的概念、內(nèi)容、關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用系統(tǒng)，則顯得迫切且意義重大。

二、數(shù)字城市“數(shù)據(jù)運(yùn)維”的概念及內(nèi)容體系

1．地理空間框架的數(shù)據(jù)及其相互關(guān)系

數(shù)字城市地理空間框架項(xiàng)目主要包含3大類數(shù)據(jù):基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、面向服務(wù)的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、目錄及專題數(shù)據(jù)［3-4］，3類數(shù)據(jù)的內(nèi)容體系及其相互間的關(guān)系如圖1所示。其中，地理實(shí)體數(shù)據(jù)是在數(shù)字線劃圖( DLG)基礎(chǔ)上經(jīng)過面向?qū)ο蟮臄?shù)據(jù)重組和模型重構(gòu)形成的，可掛接社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然信息的數(shù)據(jù);影像數(shù)據(jù)是在數(shù)字正射影像( DOM)基礎(chǔ)上通過影像的拼接、勻色、反差、重影和鑲嵌等處理，以及影像金字塔構(gòu)建形成的數(shù)據(jù);地圖數(shù)據(jù)包括對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)經(jīng)過符號(hào)化處理和圖面整飾后形成的地圖，以及在此基礎(chǔ)上經(jīng)提取、重組和擴(kuò)充形成的政務(wù)電子地圖和公眾電子地圖，政務(wù)電子地圖整合了政府關(guān)注的社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息，公眾電子地圖增加了公眾興趣信息，并經(jīng)過保密技術(shù)處理;地名地址數(shù)據(jù)是通過對(duì)山脈、山峰、河流、湖泊等自然地名和行政區(qū)域、街巷、小區(qū)、門(樓)址等人文地名進(jìn)行規(guī)范化處理，建立其與空間位置之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系形成的數(shù)據(jù);三維景觀數(shù)據(jù)是將影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型( DEM)和地名地址數(shù)據(jù)進(jìn)行集成，擴(kuò)充各類政府或企業(yè)、公眾的興趣信息形成的數(shù)據(jù)。

地理空間框架中的數(shù)據(jù)類型多樣、內(nèi)容豐富，但由于應(yīng)用目的、表達(dá)形式和處理流程的差異，數(shù)據(jù)間的組織與管理方法有著較大的不同。此外，以地理信息服務(wù)為核心、面向3類用戶、制作3版數(shù)據(jù)、基于3種網(wǎng)絡(luò)、提供3套應(yīng)用系統(tǒng)的地理信息公共平臺(tái)建設(shè)模式［5］，也使得框架中數(shù)據(jù)間的關(guān)系更加復(fù)雜。傳統(tǒng)的各自進(jìn)行數(shù)據(jù)管理，且在不同時(shí)間構(gòu)建的基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)、電子地圖配圖與管理系統(tǒng)、地名/地址管理系統(tǒng)等，在面對(duì)數(shù)字城市地理空間框架數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和聯(lián)動(dòng)更新的新需求下，面臨著技術(shù)、方法和支撐軟件匱乏的種種問題。

圖1 空間框架數(shù)據(jù)內(nèi)容及其關(guān)系

2．?dāng)?shù)據(jù)運(yùn)維的概念及內(nèi)容體系

區(qū)別于傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)運(yùn)維及數(shù)據(jù)庫(kù)運(yùn)維概念，數(shù)字城市的數(shù)據(jù)運(yùn)維以基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、地理實(shí)體數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)(政務(wù)電子地圖、公眾電子地圖)、地名地址數(shù)據(jù)、專題地理信息數(shù)據(jù)等框架數(shù)據(jù)資源體系中各種類型數(shù)據(jù)的更新為基礎(chǔ)，以提高數(shù)據(jù)更新效率和質(zhì)量為目標(biāo)，通過數(shù)據(jù)集中管理及聯(lián)動(dòng)更新的關(guān)鍵技術(shù)方法，重點(diǎn)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)變化發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫(kù)變更和數(shù)據(jù)服務(wù)更新的一體化、自動(dòng)化流程。數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維工作的開展，將改善現(xiàn)行采用已有專業(yè)系統(tǒng)分別維護(hù)各類數(shù)據(jù)造成的系統(tǒng)之間信息不對(duì)稱、孤島現(xiàn)象明顯和數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新困難等弊端，從而為數(shù)字城市可持續(xù)發(fā)展提供強(qiáng)勁動(dòng)力。

基于此，數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維工作的內(nèi)容體系如圖2所示，它主要由實(shí)施邏輯集成的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新環(huán)境、統(tǒng)一地理信息服務(wù)管理、數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)和數(shù)據(jù)運(yùn)維保障制度5部分內(nèi)容組成。

1)實(shí)施邏輯集成的數(shù)據(jù)管理策略。將空間框架中的數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中管理起來，改善以往不同類型數(shù)據(jù)分散管理的弊端。這并非完全替代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的職能，而是通過統(tǒng)一管理手段實(shí)施邏輯上不同應(yīng)用及數(shù)據(jù)庫(kù)間的集成，保證在任意時(shí)刻都能了解和查看不同數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性版本，從而為數(shù)據(jù)運(yùn)維工作奠定基礎(chǔ)。

圖2 數(shù)據(jù)運(yùn)維內(nèi)容體系

2)建立數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新環(huán)境。以往的數(shù)據(jù)更新受數(shù)據(jù)自身生產(chǎn)工藝流程和獲取頻度的影響，在不同的應(yīng)用環(huán)境中獨(dú)立進(jìn)行，而通過構(gòu)建數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新環(huán)境，將改變具有聯(lián)動(dòng)關(guān)系數(shù)據(jù)更新效率低且時(shí)效性差的問題。數(shù)據(jù)的聯(lián)動(dòng)更新也不是簡(jiǎn)單集成以往的各種數(shù)據(jù)更新方法，而是在共享不同數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)中更新數(shù)據(jù)集的基礎(chǔ)上，維護(hù)數(shù)據(jù)變更元素(更新要素、更新區(qū)域、更新數(shù)據(jù)目錄及元數(shù)據(jù))之間的關(guān)系，規(guī)范數(shù)據(jù)變更流程，推動(dòng)數(shù)據(jù)變更工作的科學(xué)開展。

3)構(gòu)建統(tǒng)一的地理信息服務(wù)管理體系。地理信息公共服務(wù)平臺(tái)最大的技術(shù)特點(diǎn)就是以地理信息服務(wù)為核心進(jìn)行構(gòu)建和應(yīng)用，數(shù)據(jù)籍由服務(wù)對(duì)外發(fā)布和共享，數(shù)據(jù)的更新推動(dòng)服務(wù)更新。因此，構(gòu)建統(tǒng)一的地理信服務(wù)管理體系，管理服務(wù)的發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、啟動(dòng)/停止，是數(shù)據(jù)運(yùn)維工作重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。在平臺(tái)服務(wù)體系中，WMS/WMTS和WFS/WFS-G是面向瓦片數(shù)據(jù)資源和矢量數(shù)據(jù)資源的兩類具有代表性的服務(wù)形式，如何在不影響服務(wù)正常運(yùn)行和應(yīng)用的情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)局部變更驅(qū)動(dòng)的服務(wù)更新，是數(shù)據(jù)運(yùn)維中服務(wù)管理的核心之所在。

4)開發(fā)數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)軟件。數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)軟件以數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理為基礎(chǔ)，以數(shù)據(jù)更新的相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)為支撐，是數(shù)據(jù)運(yùn)維管理工作的支撐性工具軟件，也是空間框架數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱庫(kù)管系統(tǒng))概念及能力的提升。

5)制定科學(xué)的數(shù)據(jù)運(yùn)維保障制度。數(shù)據(jù)運(yùn)維涉及不同標(biāo)準(zhǔn)、不同形式、不同更新頻度數(shù)據(jù)的管理與集成，這就需要建立科學(xué)有效的運(yùn)維保障制度，規(guī)范運(yùn)維工作合理、可持續(xù)的開展。具體需要在包括數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、建庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)、更新數(shù)據(jù)規(guī)范、更新數(shù)據(jù)技術(shù)規(guī)程的基礎(chǔ)上，制定能保障軟件長(zhǎng)期運(yùn)行、數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、人員職責(zé)明確的運(yùn)維制度。

三、數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1．?dāng)?shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)的設(shè)計(jì)

數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)并非是要完全替代現(xiàn)有的面向框架中不同數(shù)據(jù)的多個(gè)應(yīng)用管理系統(tǒng)，更不是對(duì)各個(gè)數(shù)據(jù)源另起爐灶的集中拷貝，而是一個(gè)可連接多數(shù)據(jù)源，以數(shù)據(jù)更新為主線匯集數(shù)據(jù)的平臺(tái)。平臺(tái)實(shí)時(shí)監(jiān)控各數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)變更，記錄變化要素，推送各關(guān)聯(lián)服務(wù)及數(shù)據(jù)的更新提示，并完成其局部更新。平臺(tái)的設(shè)計(jì)框架如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)設(shè)計(jì)框架

數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)框架主要由支撐層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務(wù)層及應(yīng)用層4部分組成。支撐層主要包括軟硬件、網(wǎng)絡(luò)及運(yùn)維保障制度等支撐環(huán)境;數(shù)據(jù)層主要由基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、公共地理框架數(shù)據(jù)庫(kù)、目錄與元數(shù)據(jù)庫(kù)、專題數(shù)據(jù)庫(kù)及更新數(shù)據(jù)庫(kù)組成;業(yè)務(wù)層主要由框架數(shù)據(jù)管理、更新數(shù)據(jù)管理及服務(wù)管理組成;應(yīng)用層主要包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)運(yùn)維管理、電子地圖運(yùn)維管理、地名/地址數(shù)據(jù)運(yùn)維管理及地理實(shí)體數(shù)據(jù)運(yùn)維管理。

2．?dāng)?shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)的軟件實(shí)現(xiàn)

以Esri ArcGIS 10．1為GIS開發(fā)平臺(tái)，基于Oracle11g，在．NET環(huán)境下，筆者所在的課題組研制了數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)軟件，如圖4所示，面向地理空間框架中的各類地理信息資源，提供數(shù)據(jù)/服務(wù)的管理與更新等功能。

圖4 軟件界面

1)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的管理與更新。在數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的支撐下，平臺(tái)支持基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)按區(qū)域級(jí)或要素級(jí)方式進(jìn)行更新，用戶可根據(jù)各自需求選擇使用。區(qū)域級(jí)更新方法簡(jiǎn)單，易操作，但容易造成地理語(yǔ)義上沒有發(fā)生變化的數(shù)據(jù)也被修改，造成了大量的數(shù)據(jù)冗余，同時(shí)追蹤地物變得較為困難。要素級(jí)更新過程及實(shí)現(xiàn)方法復(fù)雜，但以要素為更新單位，可改善區(qū)域級(jí)更新造成的數(shù)據(jù)冗余等問題，并可較為便捷地形成多時(shí)相數(shù)據(jù)集，保存要素的完整版本。

2)電子地圖的管理與更新。當(dāng)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)或地名/地址數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，軟件會(huì)驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生電子地圖的瓦片更新任務(wù)，檢測(cè)出指定時(shí)間范圍內(nèi)變化的要素，形成區(qū)域范圍，并自動(dòng)更新變化區(qū)域內(nèi)的地圖瓦片。此方法不僅避免了每次更新重新切片的問題，而且解決了瓦片數(shù)據(jù)應(yīng)用中的歷史追溯與推演問題，其優(yōu)勢(shì)在于在數(shù)據(jù)更新時(shí)無(wú)須維護(hù)每個(gè)瓦片的生命周期，只需要調(diào)整檢測(cè)事件對(duì)應(yīng)的變化要素，即可動(dòng)態(tài)產(chǎn)生瓦片。

3)地理實(shí)體數(shù)據(jù)的管理與更新。系統(tǒng)可利用權(quán)威部門提供的地理實(shí)體輔助信息，通過地名匹配或人工選取的方式，依據(jù)不同類型要素間統(tǒng)一的圖形編碼方式，即圖形身份證，建立實(shí)體輔助信息與相應(yīng)基礎(chǔ)地理信息要素間的映射，自動(dòng)/半自動(dòng)生成圖元及地理實(shí)體的數(shù)據(jù)及相關(guān)編碼。在此過程中，圖形身份證技術(shù)保證了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、圖元數(shù)據(jù)及地理實(shí)體數(shù)據(jù)間的一致性，同時(shí)也使得不同數(shù)據(jù)間的聯(lián)動(dòng)成為可能。當(dāng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)發(fā)生變化時(shí)，驅(qū)動(dòng)著與之關(guān)聯(lián)的圖元及地理實(shí)體，從而保障了地理實(shí)體數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢(shì)性。

4)地名/地址數(shù)據(jù)的管理與更新。軟件實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)地名/地址庫(kù)的管理、地址匹配及地名/地址采集數(shù)據(jù)的更新等功能，通過中文分詞技術(shù)，將地名地址數(shù)據(jù)進(jìn)行語(yǔ)義拆分，借助從各類地理信息資源中篩選的領(lǐng)域特征詞庫(kù)，采用全文檢索工具Lucene實(shí)現(xiàn)地名地址信息索引的構(gòu)建與維護(hù)，并根據(jù)文本相關(guān)性和地理語(yǔ)義相關(guān)性的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)結(jié)果進(jìn)行排序，實(shí)現(xiàn)地名地址檢索。基于中文分詞和Lucene的地名地址索引技術(shù)，顧及了地理語(yǔ)義，融合主流信息檢索技術(shù)，具有準(zhǔn)確、高效等特點(diǎn)。此外，當(dāng)稅務(wù)、教育等各行業(yè)非空間數(shù)據(jù)在包含地址信息的前提下，即可利用地址匹配技術(shù)完成空間化，與地理實(shí)體、專題數(shù)據(jù)對(duì)接，進(jìn)一步豐富地理空間框架數(shù)據(jù)庫(kù)。

數(shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)了框架數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新、地理信息服務(wù)統(tǒng)一管理等功能，通過在部分市縣的應(yīng)用，平臺(tái)能滿足市縣數(shù)字城市項(xiàng)目管理人員獨(dú)立開展數(shù)據(jù)運(yùn)維的需求，極大地提高了數(shù)據(jù)運(yùn)維的效率和質(zhì)量，提升了數(shù)字城市的應(yīng)用和服務(wù)水平。

四、結(jié)束語(yǔ)

本文分析了當(dāng)前數(shù)字城市建設(shè)中存在的問題，提出了數(shù)據(jù)運(yùn)維的概念及其建設(shè)內(nèi)容，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)

了數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)軟件。當(dāng)前，眾多城市的數(shù)字城市地理空間框架項(xiàng)目都已建成完畢，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)在各個(gè)行業(yè)信息化中發(fā)揮著日益重要的作用，從傳統(tǒng)的平臺(tái)建設(shè)到數(shù)據(jù)運(yùn)維思路的轉(zhuǎn)變，不僅可以豐富數(shù)字城市的建設(shè)內(nèi)涵，更是數(shù)字城市向智慧城市邁進(jìn)的重要舉措。

［1］ 國(guó)家測(cè)繪地理信息局．截至2013年底數(shù)字城市已建成190個(gè)［EB/OL］．［2014-01-11］．http:∥www．gov．cn/jrzg/2014-01/11/content_2564461．htm．

［2］ 衛(wèi)東．地理空間數(shù)據(jù)一體化更新發(fā)布系統(tǒng)的技術(shù)研究［J］．測(cè)繪通報(bào)，2013( 7) : 77－81．

［3］ 國(guó)家測(cè)繪地理信息局．CH/T 9003—2009地理空間框架基本規(guī)定［S］．北京:測(cè)繪出版社，2009．

［4］ 國(guó)家測(cè)繪地理信息局．CH/T 9004—2009地理信息公共平臺(tái)基本規(guī)定［S］．北京:測(cè)繪出版社，2009．

［5］ 陳軍，蔣捷，周旭，等．地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的總體技術(shù)設(shè)計(jì)研究［J］．地理信息世界，2009( 3) : 7-11．

P208

B

0494-0911( 2015) 11-0088-04

李東陽(yáng)，張書亮，儲(chǔ)征偉，等．?dāng)?shù)字城市數(shù)據(jù)運(yùn)維平臺(tái)初探［J］．測(cè)繪通報(bào)，2015( 11) : 88-91．

10．13474/j．cnki．11-2246．2015．0354

2014-11-05

國(guó)家自然科學(xué)基金( 41171301)

李東陽(yáng)( 1979—)，男，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)閿?shù)字城市。E-mail: ldywish@ 126．com

張書亮