一種基于云GIS技術的地理信息服務新方式

李明巨，吳勤書，劉昱君

(江蘇省測繪研究所，江蘇南京210013)

一、引 言

地理信息資源是國家信息資源的重要組成部分，也是集成整合其他信息資源的重要基礎。地理信息服務方式一直是3S領域研究的熱點和重點［1-3］。從軟件技術手段角度看，地理信息服務方式經歷了面向文件的第一代共享服務方式和面向空間數據庫的第二代共享服務兩個階段的發展，當前正在迎來面向服務的地理信息共享方式建設的高峰期［4］。近年來，全國從國家、省、市、縣等多個層級，以及各個行業都在建設地理信息公共服務平臺，推進著地理信息的數據和功能共享。地理信息服務方式經歷了從原來的文件拷貝到現在的在線Web服務，提高了資源分享的效率，促進了地理信息資源的廣泛使用。隨著云計算的不斷發展和深入應用，云GIS技術應運而生，而云GIS發展勢必會提升現有的地理信息服務方式。

二、基于云GIS的地理信息服務新方式

云計算具有超大規模、虛擬化、高可靠性、通用性和高可伸縮性、按需服務、極其廉價的特征［5］。云GIS是基于云計算的理論、方法和技術，擴展GIS的基本功能，從而進一步改進傳統GIS的結構體系，以實現海量空間數據的高性能存取與處理操作，使其更好地提供高效的計算能力和數據處理能力，解決地理信息科學領域中各種計算密集型和數據密集型的問題［6］。云GIS實質是將GIS的平臺、軟件和地理空間信息方便、高效地部署到以云計算為支撐的“云”基礎設施之上，能夠以彈性的、按需獲取的方式提供最廣泛的基于Web的服務。

借助最新的云GIS技術，地理信息服務部門可以構建云GIS地理信息服務平臺，從而最大限度地拓展地理信息服務能力，為各級政府部門、企事業單位和廣大民眾提供豐富的云GIS服務［7-9］。從總體上看，根據用戶對GIS數據和功能的需求程度不同，可以將用戶分為弱GIS和強GIS兩個層次，弱GIS部門主要以查圖、看圖為主，強GIS部門主要以服務發布管理、地理空間分析為主。基于云計算技術，可以將地理信息服務能力延伸到對硬件軟件環境(基礎設施)服務的層面，而對硬件軟件環境的需求有少量的分散需求和大量的集中需求兩個方面，分散需求如臨時需要一至多臺服務器搭建一個業務應用GIS系統;集中需求如需要數據中心環境構建一個較為復雜龐大的GIS平臺，其需要大量硬軟件資源支持。為了充分滿足用戶的多層次需要，基于云計算和GIS技術，可以在地理信息服務平臺基礎上構建一種云GIS四層服務體系，面向不同層次的用戶需求，提供不同層級的云服務，如圖1所示。

圖1 云GIS四層服務體系架構

每一層的服務能力具體如下:

1.Service服務層

Service服務層面向弱GIS部門，為其快速構建簡單業務WebGIS站點。用戶無須安裝應用程序，通過瀏覽器或進行簡單二次開發直接使用云GIS端發布的各種地圖資源、空間分析服務和開發API等。

基于云GIS Service服務層，可以將地理信息數據發布成符合OGC標準的各種空間信息服務，如WMTS、WPS、WMS等，以供用戶直接調用。空間分析服務WPS網絡處理服務提供了一系列常用的GIS操作服務調用接口，可以實現從簡單的空間分析操作到復雜的空間計算模型等各種地理處理功能［10］。此外，云端OpenAPI為用戶提供了功能豐富的二次開發接口，實現各種自身的業務應用，降低了開發成本和難度。

2.GIS Server服務層

GIS Server服務層面向強GIS部門，為其快速構建強大的WebGIS服務平臺。用戶無須另行購買服務器和GIS Server軟件，通過平臺GIS能力的租用，為用戶提供搭建一個完整的GIS平臺所需的基本資源，包括GIS Server服務器、空間數據庫和GIS桌面等，可以實現地理數據管理、制圖、地理處理、空間分析、服務發布和其他GIS功能。

3.基礎設施服務層

云基礎設施服務層面向一般的組織和用戶(非GIS功能需求或分散)，為其構建業務Web應用平臺。組織或用戶可直接租用基本的服務器、存儲和網絡等服務，快速部署Web應用。云服務器是云計算的核心部分，可以按照用戶需求在線定制不同性能的虛擬服務器。云硬盤空間租用服務可滿足各種數據資料存儲、備份、歸檔等用途。此外，用戶根據自身業務的需要，可選擇租用合適的網絡帶寬。

4.虛擬數據中心服務層

虛擬數據中心服務層(VDC層)面向高級的有特殊需要的組織和用戶(集中)，可為其提供一個獨立的虛擬資源池。基于該虛擬資源池，組織或用戶可以靈活調度、管理各種資源，構建一個具有自主管理權限的虛擬云GIS數據中心。

三、新服務方式的應用實踐與特征分析

江蘇省基礎地理信息中心依托江蘇省地理信息公共服務平臺(政務版)建設項目，在電子政務內網建設了“測繪·云”GIS平臺，構建了如前文所述的云GIS四層服務體系，面向省級政府部門和委辦局提供一站式的云GIS服務，如圖2所示。

圖2 “測繪·云”GIS平臺主界面

“測繪·云”GIS平臺在江蘇電子政務內網搭建了一個由計算、存儲、網絡資源等構成的云基礎資源池，實現由GIS桌面、空間數據庫、GIS服務器等構成的豐富GIS計算能力。平臺構建了四層服務體系，分別是云GIS Service、GIS Server、基礎設施與虛擬數據中心四層服務，可以向電子政務內的組織和用戶提供全方位的、立體的、不同層次的云服務。基于云GIS服務租用方式，組織和用戶采用一種全新的、按需的、安全的、可配置的地理信息服務應用方式。與傳統的地理信息服務方式相比，這種新的地理信息服務方式具有多個方面的新特征，具體分析如下:

1.按需配置

每一種云GIS服務都可以按照用戶自身的需要進行按需配置。在Service服務層，用戶可以根據自身的業務需要和技術條件，自由選擇使用地圖服務資源和二次開發語言，從而快速構建業務GIS站點。在GIS Server層，用戶選擇是否租用云端GIS桌面來編輯處理空間數據、是否租用云端空間數據庫來存儲管理空間數據、是否租用云端GIS Server來發布各種地圖服務，以及自由確定這些GIS能力的各項參數配置，以滿足GIS系統建設的需要。同理，云基礎設施服務層和虛擬數據中心服務層等，用戶根據自身的需要，按需租用相應能力的云服務。通過這種按需配置的云GIS服務租用方式，用戶可以定制最適合自身需要的服務資源，從總體上實現各種資源利用的最大化。

2.在線提供

云端的各種服務都可以在線申請、在線交付、在線使用、在線管理，這改變了現有地理信息服務的交付方式。現有地理信息服務以數據拷貝交付為主，部分發展較好的地區開始以構建公共地理信息平臺的方式，向用戶在線提供地圖服務和GIS功能。但是，用戶GIS系統所需的軟硬件環境的基礎設施大部分還是采用自己采購、部署、維護和管理的方式，系統建設周期長、投入資源較大。依托于云GIS的新服務方式，地理信息服務部門可以將地理信息地圖服務、各種GIS能力、基礎設施資源都以在線服務方式提供給用戶，無須用戶處理基礎地理數據、搭建GIS系統所需的軟硬環境，從而大大縮短GIS的建設周期，減少項目資金的投入。

3.高性能計算

依托云計算構建豐富的云端計算資源基礎，地理信息服務部門可以為用戶提供各種用途的大規模、高性能的地理信息服務，如幫助用戶處理海量的矢量數據計算、大范圍的影像數據拼接、復雜地理空間分析等需要大量計算資源才能完成的任務。

4.彈性伸縮

云服務能根據服務訪問規模和壓力進行自動擴容、自動負載，實現自動伸縮。如云GIS Server服務，當訪問壓力過大時，云GIS Server集群組就會自動創建一個新的GIS Server計算節點，實現在高負載下自動拓展計算節點的能力;當訪問壓力下降時，云GIS Server集群會自動減少計算節點，并回收釋放計算資源。

四、結束語

云GIS地理信息服務提供了一種穩定、高效、環保的地理信息資源使用方式，各種地理數據、功能、基礎設施可以在云中共享用，使GIS徹底突破專業的局限，將空間信息的服務和增值帶給更多的普通大眾，使得更多的組織以更簡單、更快速、更低成本的方式構建GIS系統，從而實現地理信息服務方式的革命性突破。

本文提出的云GIS四層服務體系——云GIS Service、GIS Server、基礎設施與虛擬數據中心四層服務，可為用戶提供一種按需的、安全的、可配置的全新地理信息服務方式。依托云GIS的四層服務體系，可以將傳統的地理信息服務延伸到“云服務”層面，從現有的數據提供、服務接口提供上升到GIS軟硬件資源的動態提供，將地理信息服務方式從文件、數據庫、GIS共享的階段，提升到面向“云GIS”服務的新階段。

［1］李德仁，邵振峰.信息化測繪的本質是服務［J］.測繪通報，2008(5):1-3.

［2］羅名海.信息時代地理信息服務方式的轉變［J］.地理空間信息，2011，9(6):6-9.

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［7］吳邊，吳信才.Cloud GIS關鍵技術研究［J］.計算機工程與設計，2011(4):1342-1346.

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