基于云計算的智慧唐山時空信息平臺數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

杜福光，張亞南

（唐山師范學(xué)院 資源管理系，河北 唐山063000）

近幾年，為推動城市信息化進程，更好地滿足城市運行、管理與服務(wù)的自動化、智能化需求，各地正相繼開展智慧城市建設(shè)。為及時有效地給智慧城市建設(shè)提供地理信息服務(wù)，作為智慧城市建設(shè)重要組成部分的時空信息云平臺建設(shè)已迫在眉睫。此外，國家測繪地理信息局于2012年也下發(fā)了《關(guān)于開展智慧城市時空信息云平臺建設(shè)試點工作的通知》，決定組織開展智慧城市時空信息云平臺建設(shè)試點工作。由此可見，時空信息云平臺對于加快測繪地理信息事業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動與智慧城市建設(shè)具有重要意義。

智慧城市建設(shè)中，海量數(shù)據(jù)的存儲、管理與應(yīng)用是一大難題。在智慧唐山建設(shè)過程中，同樣存在此問題，而時空信息云平臺作為管理海量基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和各種專題信息數(shù)據(jù)的直接平臺，其數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的模式直接決定管理海量數(shù)據(jù)的效果。智慧唐山時空信息平臺數(shù)據(jù)庫構(gòu)建主要從云平臺基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系、數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)以及數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)三方面進行探討 通過云平臺數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與設(shè)計為智慧唐山提供數(shù)據(jù)服務(wù)，同時能夠保證數(shù)據(jù)維護更新和安全管理，實現(xiàn)對各類數(shù)據(jù)進行集中或分布式管理，形成有效的數(shù)據(jù)安全保障機制，根據(jù)不同的機構(gòu)職責(zé)和權(quán)限分配構(gòu)建整個數(shù)據(jù)體系的維護更新管理運行機制。

1 云計算與時空信息平臺

1．1 云計算

云計算（Cl oud Co mputing）是一種商業(yè)化的超大規(guī)模分布式計算技術(shù)，是信息技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。將所有可以利用的資源以“云”的形式進行網(wǎng)絡(luò)共享，所有用戶可以通過這些網(wǎng)絡(luò)向“云”申請獲取所需要資源與服務(wù)，經(jīng)過云服務(wù)器的搜索、分析、計算后將處理結(jié)果返回給用戶［1］。

從概念上講，云計算有廣義與狹義之分。廣義的云計算是指服務(wù)的交付和使用模式，用戶通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式獲得的IT、軟件、互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)的任何服務(wù)［2－3］。

狹義的云計算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，具體指通過網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴展的方式來獲取所需要的硬件、平臺、軟件等資源，提供這些資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”。“云”中的資源在用戶來講是沒有限制的，可以按照自己的需求隨時獲取，隨時使用。

1．2 時空信息平臺

時空信息平臺是以直觀表達的全覆蓋精細地理信息為基礎(chǔ)，支撐物聯(lián)網(wǎng)實時感知的面向應(yīng)用環(huán)境，按需提供地理信息、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點定位、功能軟件和開發(fā)接口的服務(wù)，智能化服務(wù)于整個智慧城市的建設(shè)與運行。

在智慧信息大背景下，作為智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)與核心，時空信息平臺把地理環(huán)境中的現(xiàn)狀、實時、多時相等信息通過云計算與物聯(lián)網(wǎng)進行集成、分析、管理和服務(wù)，形成一個規(guī)范、標準、統(tǒng)一的，能夠更智能、更廣泛、更可靠的為公眾提供服務(wù)的地理信息服務(wù)平臺，是智慧城市建設(shè)的重要空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。

2 設(shè)計目標

云數(shù)據(jù)庫建設(shè)是智慧唐山時空信息云平臺數(shù)據(jù)庫構(gòu)建的核心。平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計的目標是利用云計算技術(shù)，通過云數(shù)據(jù)庫體系建設(shè)，進一步完善唐山市基礎(chǔ)地理信息空間框架，結(jié)合現(xiàn)有各級各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，繼續(xù)補充唐山市全域范圍內(nèi)各類基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

此外，云平臺數(shù)據(jù)庫建設(shè)要按照各項標準規(guī)范對數(shù)據(jù)進行必要的整合與改造，根據(jù)時空數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建唐山市時空地理信息數(shù)據(jù)庫和相關(guān)專題信息數(shù)據(jù)庫，同時建立時空信息云管理系統(tǒng)平臺，實現(xiàn)對云平臺的各種海量信息數(shù)據(jù)進行動態(tài)管理、維護和更新，同時形成數(shù)據(jù)庫的安全管理和維護更新機制，為智慧唐山提供準確的基礎(chǔ)地理空間位置服務(wù)、豐富的專題信息服務(wù)和實時動態(tài)按需索取的云服務(wù)，切實加強基礎(chǔ)保障，為后期逐步實現(xiàn)唐山智慧應(yīng)用全面推廣打下堅實基礎(chǔ)。

3 時空信息云平臺數(shù)據(jù)庫設(shè)計

3．1 云數(shù)據(jù)庫總體技術(shù)路線

總體技術(shù)路線如圖1所示。在確定智慧唐山時空信息平臺數(shù)據(jù)庫的設(shè)計目標后，需進行云平臺數(shù)據(jù)庫建庫的需求分析，包括建庫的目的、要求、建庫內(nèi)容、數(shù)量以及建庫數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源、格式、坐標系統(tǒng)等具體內(nèi)容；在需求分析的基礎(chǔ)上，確定建庫采用的技術(shù)方案與流程，同時完成軟硬件環(huán)境的搭建、網(wǎng)絡(luò)配置以及時空數(shù)據(jù)庫的設(shè)計；然后，在已有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，根據(jù)智慧城市時空云平臺數(shù)據(jù)庫建庫的要求與規(guī)范，對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進行重構(gòu)與整合，形成以面向地理信息實體對象的政務(wù)版平臺數(shù)據(jù)，在政務(wù)版平臺數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進行脫密處理 最終形成公眾版平臺數(shù)據(jù) 這兩種數(shù)據(jù)都需要時空信息云數(shù)據(jù)庫對其進行存儲與管理，而在入庫之前也必須對數(shù)據(jù)的規(guī)范性、完整性與準確性進行入庫前檢查。對于不符合入庫標準的數(shù)據(jù)進行重新處理，對于符合標準的數(shù)據(jù)，將政務(wù)版平臺數(shù)據(jù)以及公眾版平臺數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入政務(wù)版平臺數(shù)據(jù)庫以及公眾版平臺數(shù)據(jù)庫；最后對智慧唐山時空信息云平臺數(shù)據(jù)庫進行運行管理與維護。

圖1 總體技術(shù)路線

3．2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系建設(shè)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)是智慧城市時空信息云平臺數(shù)據(jù)庫構(gòu)建中重要的組成部分 也是信息時空化、標準化處理的基礎(chǔ)和空間依據(jù)，是各部分系統(tǒng)應(yīng)用正常運行的基礎(chǔ)，因此，構(gòu)建滿足云平臺條件的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系至關(guān)重要。結(jié)合唐山市現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)情況，采用最新測繪、遙感及3S等技術(shù)，依據(jù)統(tǒng)一的技術(shù)標準和規(guī)定對全市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進行補充生產(chǎn)、數(shù)據(jù)擴充、添加時間屬性、重組集成及整合改造，進行基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系內(nèi)容的建設(shè)。具體建設(shè)內(nèi)容如表1所示。

表1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系建設(shè)內(nèi)容

3．3 云平臺數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)設(shè)計

智慧唐山時空信息云平臺數(shù)據(jù)庫主要包括基礎(chǔ)地理信息平臺數(shù)據(jù)庫和資源信息、旅游信息、規(guī)劃信息、交通信息、人口與經(jīng)濟信息等專題信息數(shù)據(jù)庫［5］。

政務(wù)版平臺數(shù)據(jù)庫是在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上經(jīng)過對數(shù)據(jù)提取、重構(gòu)而成，依靠部署于政務(wù)網(wǎng)上的云平臺提供地理信息服務(wù)［6－9］；公眾版平臺數(shù)據(jù)庫是政務(wù)版框架數(shù)據(jù)經(jīng)過系列脫密處理后，添加非涉密要素以及地名數(shù)據(jù)等，依靠部署于網(wǎng)絡(luò)上的公眾版平臺提供在線信息服務(wù)。專題信息數(shù)據(jù)庫是收集整合唐山市各部門和單位提供的專題數(shù)據(jù)和服務(wù)建立的數(shù)據(jù)庫，可以分布式部署在各應(yīng)用單位，也可以統(tǒng)一部署在云端便于管理。云平臺數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

圖2 云平臺數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)

各專題信息數(shù)據(jù)由各相關(guān)部門負責(zé)管理與維護，按照制定的標準通過平臺的資源共享服務(wù)中心注冊并發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)來進行資源共享和交換，這樣最大程度的達到各個部門之間資源共享。對各種專業(yè)信息數(shù)據(jù)進行挖掘與分析，能夠得出某一領(lǐng)域或類別的應(yīng)用信息，為各級政府與相關(guān)應(yīng)用部門提供輔助決策［10］。

3．4 云平臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)設(shè)計

時空信息云平臺數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的重點在于數(shù)據(jù)的管理，在此基礎(chǔ)上進行相應(yīng)的系統(tǒng)分析與應(yīng)用。因此，在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系與云平臺數(shù)據(jù)庫體系架構(gòu)設(shè)計基礎(chǔ)之上，建立云平臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，以實現(xiàn)對唐山市時空信息和綜合信息數(shù)據(jù)的用戶管理、權(quán)限設(shè)置、輸入輸出、數(shù)據(jù)交換、可視化查詢統(tǒng)計、數(shù)據(jù)分析、元數(shù)據(jù)管理、動態(tài)更新和安全管理等功能 保證為智慧唐山時空信息云平臺提供強大的數(shù)據(jù)支撐和服務(wù)。

云平臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的構(gòu)建有助于實現(xiàn)唐山市云數(shù)據(jù)庫平臺的日常維護、數(shù)據(jù)更新、用戶管理、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、系統(tǒng)日志記錄等工作，其中包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)入庫與更新子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽子系統(tǒng)、系統(tǒng)維護管理子系統(tǒng)和元數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)等。系統(tǒng)主要功能設(shè)計如圖3所示。

圖3 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理與更新功能是指對數(shù)據(jù)庫所存儲的幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進行管理與更新，包括各子數(shù)據(jù)庫幾何與屬性信息的更新、維護與管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的按范圍、時間、類型以及整體的動態(tài)更新。同時，支持矢量、影像、DEM三種類型的空間數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)入庫功能實現(xiàn)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)的正確性、規(guī)范性檢查，其中，系統(tǒng)支撐的數(shù)據(jù)有多重，基本包括了常見的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，如DLG、DOM、POI點以及元數(shù)據(jù)等導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫中進行管理與應(yīng)用分析。

數(shù)據(jù)查詢功能是數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基本功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對平臺數(shù)據(jù)庫所管理數(shù)據(jù)的查詢，包括由外接程序查詢屬性數(shù)據(jù)，由屬性數(shù)據(jù)查詢幾何數(shù)據(jù)，即幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的雙向互查詢。

數(shù)據(jù)管理與維護功能是指對數(shù)據(jù)庫中的歷史數(shù)據(jù)進行管理，可查詢在某一時間點上的數(shù)據(jù)的歷史狀態(tài)并符號化，可以導(dǎo)出所查詢的歷史數(shù)據(jù)。

元數(shù)據(jù)管理功能具有提供時空信息元數(shù)據(jù)編輯、修改和元數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、分析、輸出等，能夠?qū)崿F(xiàn)與其對應(yīng)的時空信息數(shù)據(jù)進行同步更新。構(gòu)建的部分原型系統(tǒng)截圖如圖4所示。

圖4 原型系統(tǒng)部分功能圖

4 結(jié)束語

智慧城市建設(shè)是一項系統(tǒng)工程，而且技術(shù)本身也在不斷發(fā)展進步，不可能一蹴而就，時空信息云平臺需按照整體規(guī)劃、分布實施的科學(xué)態(tài)度來建設(shè)。但平臺建設(shè)技術(shù)、設(shè)計要求較高，尤其是對起著基礎(chǔ)作用的時空信息云平臺設(shè)計尤為困難，目前本課題雖取得了一定成果，但仍存在一系列問題，如標準體系建設(shè)、安全保障體系架構(gòu)等方面有待于進一步研究。

［1］ 黃依周．云計算：熱炒之后該怎樣行動［J］．中國信息化，2009（11）：56－57．

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［3］ 林立云．淺談云計算［J］．科海故事博覽：科技探索，2011（8）：13．

［4］ 衛(wèi)東．面向服務(wù)的山西省地理信息公共服務(wù)平臺建設(shè)［J］．地理信息世界，2012（1）：76－79．

［5］ 李衛(wèi)東．基于公共數(shù)據(jù)中心的城市政府信息資源共享實證研究［J］．管理世界，2007（9）：152－153．

［6］ 董龍橋．韶關(guān)市城市地理信息共享服務(wù)平臺建設(shè)研究［J］．嘉應(yīng)學(xué)院學(xué)報，2011，29（8）：76－81．

［7］ 劉江濤，彭子鳳，唐嶺軍．智慧城市空間信息平臺關(guān)鍵技術(shù)芻議［J］．測繪科學(xué)，2014，39（8）：36－38．

［8］ 黎慧斌．探索智慧城市信息服務(wù)體系［J］．測繪與空間地理信息，2014，37（7）：92－94．

［9］ 王家耀．大數(shù)據(jù)時代的智慧城市［J］．測繪科學(xué)，2014，39（5）：3－7．

［10］杜福光．地市級地理信息共享服務(wù)平臺設(shè)計—以唐山市為例［J］．測繪工程，2014，23（11）：55－57．