數(shù)字城市地理空間框架建設新模式探索

瞿曉雯，李 林

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

數(shù)字城市地理空間框架建設新模式探索

瞿曉雯1，李 林1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

數(shù)字城市地理空間框架在城市的社會經(jīng)濟發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。隨著地理國情普查工作的完成以及云計算技術的成熟，為數(shù)字城市的建設提供了新的機遇。基于此背景，對地理空間框架建設涉及的軟硬件、數(shù)據(jù)資源、公共服務平臺等內(nèi)容進行研究，提出了一種新的建設模式，為數(shù)字城市的建設提供參考。

數(shù)字城市；地理空間框架；地理國情普查；云計算

近年來，數(shù)字城市地理空間框架建設工作的推動力度逐漸減弱[1,2]，分析其原因，一方面智慧城市建設正風生水起，一定程度上造成了數(shù)字城市勢弱的印象。另一方面，由于前期建設推動力度大，有能力、有需求建設的城市已完成建設，未開展建設的城市要么因為財政原因不足以支撐其開展建設，要么因信息化基礎水平未達到需要建設的程度。此外，已建成的成果中，由于后續(xù)數(shù)據(jù)更新、運行維護等保障工作跟不上，導致應用情況不甚理想。基于傳統(tǒng)的模式開展數(shù)字城市地理空間框架建設已不再適應新形勢的要求。在這種背景下，本文在分析新的工作形式及技術發(fā)展的基礎上，探索了一種新的數(shù)字城市建設模式，旨在提供一種節(jié)約、快速的方式，形成數(shù)字城市地理空間框架的初步成果，在此基礎上再開展深化建設，向智慧城市方向發(fā)展。

1 傳統(tǒng)模式的分析

傳統(tǒng)的數(shù)字城市地理空間框架建設模式一般按照“1+1+n+1”的模式開展，即一套地理信息數(shù)據(jù)庫，一套地理信息公共服務平臺軟件，n個應用示范以及一套支撐環(huán)境[3-6]。其建設框架如圖1所示。

一般而言，地理信息數(shù)據(jù)庫包括基礎地理信息數(shù)據(jù)庫，空間數(shù)據(jù)庫和專題數(shù)據(jù)庫；地理信息公共服務平臺軟件包括數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、共享交換系統(tǒng)、公共服務系統(tǒng)、運維管理系統(tǒng)等；支撐環(huán)境包括平臺運行和應用的相關政策與規(guī)范、硬件環(huán)境、軟件環(huán)境和網(wǎng)絡環(huán)境等；應用示范則根據(jù)城市發(fā)展的需要選擇典型行業(yè)開展建設。

每一個城市都需要建立一套硬件及網(wǎng)絡環(huán)境，一套公共服務平臺軟件，而且硬件服務能力以及軟件功能大同小異；此外，還要建立一套地理信息數(shù)據(jù)庫，特別是基礎地理信息數(shù)據(jù)庫的建設，需要花費大量的人力和經(jīng)費投入，甚至在大部分數(shù)字城市建設中，基礎數(shù)據(jù)的采集、建庫占據(jù)整個項目經(jīng)費的一半以上，從經(jīng)濟角度而言，投入產(chǎn)出比較低。

圖1 傳統(tǒng)的數(shù)字城市地理空間框架建設總體架構(gòu)

2 新形勢下的數(shù)字城市建設技術路線及架構(gòu)

2.1 技術路線

1）依托城市云計算中心建立硬件支撐環(huán)境。隨著信息技術水平的不斷發(fā)展，以及政府對信息化建設的支持，特別是省會城市，一般而言都已建立起了或大或小的云計算中心，此外，阿里云等商用云服務系統(tǒng)也非常成熟，因此數(shù)字城市的建設完全可以依托云計算中心的計算能力提供硬件支撐，實現(xiàn)集約化的建設和管理，實現(xiàn)節(jié)約成本和提高效率的目的。

2）依托地理國情普查成果開展數(shù)據(jù)庫建設。眾所周知，測繪行業(yè)牽頭開展的地理國情普查工作已經(jīng)積累了海量的地理信息數(shù)據(jù)成果，除1∶500，1∶2 000等傳統(tǒng)基礎測繪成果外，基本囊括了圖1中所表達的地理信息數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，可以提供絕大部分數(shù)字城市地理空間框架所需的數(shù)據(jù)。

3）基于云架構(gòu)建設地理信息公共服務平臺[7]。云技術的發(fā)展帶來了地理信息軟件的變革，目前國內(nèi)外已有成熟的GIS軟件產(chǎn)品支持云架構(gòu)的建設。如上所述，各城市的地理信息公共服務平臺的軟件功能大同小異，完全可以建立基于云架構(gòu)的地理信息公共服務平臺，在省域內(nèi)多個城市共用一套平臺，實現(xiàn)集約建設。

2.2 總體架構(gòu)

新形勢下的公共服務平臺基于云GIS架構(gòu)方式建設，利用面向服務的架構(gòu)理念SOA（Service Oriented Architecture），采用層次化結(jié)構(gòu)建設，包括基礎設施層、數(shù)據(jù)層、平臺層、應用層，如圖2所示。

圖2 基于云架構(gòu)及地理國情普查成果的地理空間框架

1）基礎設施層：構(gòu)建支撐公共服務平臺運行所需的數(shù)據(jù)處理、存儲和服務等硬件基礎設施及網(wǎng)絡基礎設施，利用VMWare 、OpenStack等云基礎設施中間件建設計算資源池，實現(xiàn)彈性計算能力，支撐時空信息云平臺的運行。這部分內(nèi)容的建設，可以租用阿里云、百度云等共有服務，也可以根據(jù)需要自建。

2）數(shù)據(jù)層：按照統(tǒng)一的標準規(guī)范、空間參考，整合各政府部門現(xiàn)有的信息資源，構(gòu)建影像數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫，建成權威性高、開放性好、現(xiàn)勢性強、內(nèi)容全面、標準統(tǒng)一的地理空間信息數(shù)據(jù)庫，為后續(xù)的平臺、應用等提供高效、可靠的地理空間信息服務，全面支撐數(shù)字城市的建設。這部分內(nèi)容主要依托地理國情普查成果開展，大大降低了數(shù)據(jù)建設成本。

3）平臺層：構(gòu)建公共服務平臺的核心服務支撐能力，依托于ArcGIS私有云管理套件、SuperMap iCloudManager等云GIS平臺，結(jié)合云基礎設施中間件的資源池化能力，將平臺的GIS數(shù)據(jù)資源與底層的基礎設施資源進行深度整合，構(gòu)建成GIS資源池，通過預定義的資源調(diào)度策略實現(xiàn)對GIS資源池中GIS資源實例的自動化管理。同時還可按需對平臺服務類型進行分區(qū)管理，如二維地圖分區(qū)、三維地圖分區(qū)、地理編碼分區(qū)、平臺管理分區(qū)等。

4）應用層：在平臺層的基礎上，根據(jù)對核心組件的需要，通過選取不同功能的分區(qū)，實現(xiàn)各區(qū)縣地理空間框架的組合式搭建。一方面快速完成平臺建設，另一方面平臺建設所需的資源按需分配，大大節(jié)約了服務資源的成本。比如，A區(qū)縣的平臺服務壓力增大時，可利用平臺層的彈性資源實現(xiàn)服務能力的自主增加，“借用”其他區(qū)縣平臺的資源；服務壓力減少時自動“交還”多余的服務資源，供其他平臺使用，實現(xiàn)集約建設。

2.3 平臺主要功能

2.3.1 門戶系統(tǒng)

門戶系統(tǒng)是數(shù)字城市公共服務平臺對外提供服務的窗口，主要展示平臺熱點服務、功能模塊、典型應用、平臺相關的新聞以及數(shù)據(jù)更新動態(tài)等內(nèi)容。此外，還向用戶提供平臺各子系統(tǒng)的快速入口。系統(tǒng)界面如圖3。

2.3.2 云服務系統(tǒng)

提供數(shù)據(jù)服務、功能化API服務、宿主環(huán)境服務等各個層面的服務能力，為各行業(yè)應用提供全面支撐。

1） 數(shù)據(jù)服務：包括矢量、影像、三維、地名地址以及其他數(shù)據(jù)產(chǎn)品（例如，傾斜攝影）等數(shù)據(jù)的標準化服務，如OGC標準服務，主流平臺的技術標準服務等。

圖3 地理空間框架門戶系統(tǒng)

2）功能化API服務：提供主流開發(fā)平臺的二次開發(fā)接口服務，對傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務API進行再次封裝，形成粒度更大的功能服務API，進而形成可復用的功能模塊。

3） 宿主環(huán)境服務：為用戶提供智慧應用所需的軟硬件宿主環(huán)境，直接部署其業(yè)務應用即可，不必獨立建設網(wǎng)絡、硬件等設施，降低了GIS應用門檻。

2.3.3 資源展示

向用戶提供平臺資源瀏覽，包括用戶登錄、地圖操作、關鍵字查詢、周邊搜索、專題地圖、地圖糾錯等功能，一方面展示平臺豐富的數(shù)據(jù)資源，另一方面為用戶直接提供基礎的地理信息服務。顯示界面見圖4。

圖4 地理空間框架資源展示系統(tǒng)（審圖號為：渝S（2015）012號）

2.3.4 地址編碼引擎

地址編碼引擎是實現(xiàn)非空間數(shù)據(jù)向空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的橋梁，是行業(yè)部門開展數(shù)字城市建設的關鍵入口。建立高效、實用的地址編碼引擎，可以幫助用戶快速集成行業(yè)專題數(shù)據(jù)，開展數(shù)字城市應用。地址編碼系統(tǒng)包括核心引擎以及地址編碼系統(tǒng)兩部分內(nèi)容，核心引擎主要涉及數(shù)據(jù)處理和匹配算法，形成可用的匹配數(shù)據(jù)庫和匹配接口。地址編碼系統(tǒng)基于匹配接口開發(fā)，形成界面友好、功能齊備的應用系統(tǒng)，直接提供功能應用，主要包括正向和逆向地址匹配。界面見圖5。

2.3.5 運維管理系統(tǒng)

建設運維管理系統(tǒng)，實現(xiàn)資源管理、安全管理、服務管理、系統(tǒng)監(jiān)控、日志管理、統(tǒng)計分析、信息管理等功能，對平臺軟硬件設施、數(shù)據(jù)、功能運行狀態(tài)進行全面監(jiān)控和管理，對用戶行為特征進行收集和分析，為平臺下一步的改進和完善提供充分的依據(jù)。界面見圖6。

圖5 地理空間框架地理編碼服務系統(tǒng)（審圖號為：渝S（2015）012號）

圖6 地理空間框架運維管理系統(tǒng)

3 應用模式設計

根據(jù)區(qū)縣用戶的應用需求，建立4種應用模式：

1）在線應用服務模式。用戶通過終端應用程序?qū)崿F(xiàn)地理國情普查數(shù)據(jù)的在線瀏覽、查詢、分析等應用，終端應用程序可以是移動端，也可以是桌面端。該模式可以讓用戶快速、直接使用地理國情普查成果，方便快捷。

2）二次開發(fā)服務模式。用戶可結(jié)合自身業(yè)務需求，利用云服務系統(tǒng)對外發(fā)布標準化數(shù)據(jù)接口以及二次開發(fā)API開展系統(tǒng)開發(fā)。該模式可滿足用戶多樣的應用需求，靈活多變。

3）離線數(shù)據(jù)拷貝服務模式。針對有離線數(shù)據(jù)拷貝需求的用戶，比如獨立網(wǎng)絡運行、安全保密要求、深度數(shù)據(jù)應用等，提供離線數(shù)據(jù)拷貝方式，通過向測繪主管部門申請數(shù)據(jù)，經(jīng)過審批后可進行拷貝使用。該模式需用戶單位通過完善的審批手續(xù)，建立相應的保密機制，承擔數(shù)據(jù)保密的責任，數(shù)據(jù)成果僅可以在特定的環(huán)境中使用。此外，由于非在線使用，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性得不到保障。 4）區(qū)縣節(jié)點部署服務模式。針對應用需求多樣、數(shù)據(jù)精度要求高、數(shù)據(jù)共享需求強的區(qū)縣，提供區(qū)縣節(jié)點部署服務模式，按照全市的云平臺模式將成果在區(qū)縣進行部署，由牽頭單位進行數(shù)據(jù)維護、軟件維護、運行維護、應用支持等工作，以滿足區(qū)縣個性化的應用需求。該模式需要投入較大的資金開展機房、軟硬件支撐環(huán)境的建設，同時要配套相應的保障機制、人才隊伍，實現(xiàn)區(qū)縣節(jié)點的穩(wěn)定運行。

4 結(jié) 語

從數(shù)字城市地理空間框架建設的實際出發(fā)，結(jié)合地理國情普查工作的成果，以及當前云計算技術的發(fā)展，對地理空間框架建設涉及的軟硬件設施、數(shù)據(jù)資源、公共服務平臺等內(nèi)容進行研究，提出了“數(shù)據(jù)來源主要依托地理國情普查成果，平臺技術依托云GIS技術”的新模式。基于該模式，可以在少量資金投入的同時，加快成果建設速度。此外，建設成果的可維護性和擴展性得到增強，有利于成果的應用推廣。

[1] 國家測繪地理信息局． 關于加快數(shù)字城市地理空間框架建設全面推廣應用的通知[EB/OL]．http：//www．sbsm．gov．cn/article/tzgg/201306/20130600127272．shtml，2013-06-14/2015-10-13

[2] 金婧．淺析數(shù)字城市地理空間框架建設存在的若干問題[J]．城市勘測,2012(1)：24-26

[3] 李成名,劉曉麗,印潔,等．數(shù)字城市到智慧城市的思考與探索[J]．測繪通報,2013(11)：1-3

[4] CH/T 9003—2009．地理空間框架基本規(guī)定[S]．

[5] CH/T 9004—2009．地理信息公共平臺基本規(guī)定[S]．

[6] CH/T 9005—2009．基礎地理信息數(shù)據(jù)庫基本規(guī)定[S]．

[7] 李明臣,吳勤書,劉昱君．一種基于云GIS技術的地理信息服務新方式[J]．測繪通報,2015(02)：92-94

P208

B

1672-4623（2016）04-0030-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.010

瞿曉雯，工程師，研究方向為智慧城市、數(shù)字城市、文本挖掘、空間數(shù)據(jù)集成與共享等。

2015-12-29。