基于數(shù)據(jù)服務的縣級國土資源“一張圖”平臺關鍵技術研究

辜寄蓉 方從剛 吳浩偉

1(四川師范大學地理與資源科學學院 四川 成都 610066)2(成都市國土資源局 四川 成都 610072)3(國家測繪地理信息局第三大地測量隊 四川 龍泉 610100)

基于數(shù)據(jù)服務的縣級國土資源“一張圖”平臺關鍵技術研究

辜寄蓉1方從剛2吳浩偉3

1(四川師范大學地理與資源科學學院 四川 成都 610066)2(成都市國土資源局 四川 成都 610072)3(國家測繪地理信息局第三大地測量隊 四川 龍泉 610100)

以縣級國土資源“一張圖”平臺建設為契機，針對縣級數(shù)據(jù)業(yè)務支撐能力較弱、數(shù)據(jù)共享隔閡、信息系統(tǒng)應用局限等問題，提出以SOA搭建面向服務的體系結構，以WCF搭建分布式通信框架，完成“一張圖”核心數(shù)據(jù)服務中心建設。數(shù)據(jù)服務實現(xiàn)了跨平臺的數(shù)據(jù)傳輸，達到國土資源“一張圖”C/S架構和B/S架構平臺的雙重支撐。在消息傳輸過程中，點到點的通信保證了數(shù)據(jù)的安全同時保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩Ｔ诜照埱笙鬏斍斑M行了消息壓縮，保證了數(shù)據(jù)的傳輸效率。此設計方案快速實現(xiàn)了國土資源部門統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理和透明的數(shù)據(jù)訪問，建設基于數(shù)據(jù)服務的縣級國土資源“一張圖”綜合管理系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)服務 一張圖 國土信息

0 引 言

作為我國現(xiàn)行土地制度的直接管理、執(zhí)行者，縣級國土資源局中各職能部門分別管理相關土地業(yè)務工作，在日常工作中積累了關于土地、礦產、環(huán)境等規(guī)模龐大、形式各樣的國土資源數(shù)據(jù)。現(xiàn)有國土資源信息管理方式各異，有的依據(jù)數(shù)據(jù)類型分類分庫存儲，有的根據(jù)數(shù)據(jù)功能、業(yè)務分類分別存儲，各種存儲方式雖然提高了數(shù)據(jù)的管理效率和安全，增強了數(shù)據(jù)與相關系統(tǒng)之間的緊密聯(lián)系，但也造成數(shù)據(jù)庫之間的隔閡，數(shù)據(jù)間、數(shù)據(jù)與其他應用系統(tǒng)間的交互、共享、服務的困難。根據(jù)國土資源部門現(xiàn)在執(zhí)行的資源信息管理方式進行梳理分析，主要存在以下兩種管理模式：

(1) 第一種模式是系統(tǒng)隔閡管理模式。這種數(shù)據(jù)管理方式多是根據(jù)業(yè)務應用需要，和業(yè)務系統(tǒng)一并建立的，它將一定區(qū)域內與之相關的業(yè)務數(shù)據(jù)、系統(tǒng)支撐數(shù)據(jù)組織、建庫。

(2) 第二種模式是專題區(qū)別管理模式。這種管理方式借助國土資源部門職能分工形成，將某職能部門一定區(qū)域內相關數(shù)據(jù)進行分類，根據(jù)部門職責將業(yè)務密切相關的數(shù)據(jù)進行組織、整合，而建立起的數(shù)據(jù)庫。

根據(jù)國土資源信息化建設模式和數(shù)據(jù)管理方式，國土資源管理存在以下四個方面問題：

(1) 業(yè)務隔閡。國土資源部門依據(jù)工作職責分工，劃分為地籍事務中心、土地整理事務中心、地質環(huán)境監(jiān)測站等多個部門。各職能部門按規(guī)定各司其職，分別管理、土地審批、供應、整治和規(guī)劃等一系列業(yè)務工作，工作銜接、配合不足。各職能部門分別管理的業(yè)務數(shù)據(jù)，有些甚至成為這些部門的“私有財產”，數(shù)據(jù)處于這些業(yè)務職能部門的“壟斷”使用狀態(tài)，業(yè)務數(shù)據(jù)在縣級各個職能部門之間難以達到全面共享。

(2) 數(shù)據(jù)多源。縣級國土部門存儲著眾多資源數(shù)據(jù)，但由于管理制度等原因，數(shù)據(jù)散落在各個業(yè)務職能部門中，各自進行管理。在縣級國土資源部門中，存在同批數(shù)據(jù)不同部門分別存儲、管理的情況，數(shù)據(jù)在實際應用過程中根據(jù)當前部門工作需要進行完善修改和維護，但未能實現(xiàn)其他部門數(shù)據(jù)同步更新，造成數(shù)據(jù)間存在差異。

(3) 數(shù)據(jù)異構。雖然上級國土資源有關部門就國土資源基礎數(shù)據(jù)建設有若干標準、規(guī)程和規(guī)范，但是由于標準自身的完善性還不夠[1]，各地區(qū)縣級國土資源部門對于標準、規(guī)范的執(zhí)行力度不統(tǒng)一，各部門的數(shù)據(jù)標準存在極大的差異性。同時，由于無統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集、處理等規(guī)范，造成數(shù)據(jù)共享的困難。海量資源數(shù)據(jù)存儲于各部門中，數(shù)據(jù)依據(jù)自身工作需要進行存儲，必然存在數(shù)據(jù)結構的差異性，造成數(shù)據(jù)存儲、管理的多樣化，從而整合困難。

(4) 系統(tǒng)異構。縣級國土部門直接參與土地管理，使用、維護著多個土地業(yè)務系統(tǒng)，這些系統(tǒng)的建設根據(jù)各自需求分別存儲數(shù)據(jù)，造成數(shù)據(jù)存儲多樣和重復。且由于建設時間、建設單位等各方面的原因，這些信息系統(tǒng)在建設時缺乏整體規(guī)劃，各系統(tǒng)獨立設計和開發(fā)。系統(tǒng)間異構已成為現(xiàn)有應用環(huán)境的基本特征，數(shù)據(jù)分布存儲，系統(tǒng)間難以建立有效的傳輸和共享機制，不能有效協(xié)作、配合進行數(shù)據(jù)分析、價值挖掘。

因此，本次研究提出建立數(shù)據(jù)服務機制，根據(jù)國土資源數(shù)據(jù)管理和應用的模式，對國土資源數(shù)據(jù)服務內容進行歸納梳理。以各類數(shù)據(jù)服務支撐國土資源系統(tǒng)運轉、業(yè)務辦理，當國土資源各部門和第三方進行信息請求和共享時，面對的不再是一個個的業(yè)務數(shù)據(jù)庫，而是統(tǒng)一的數(shù)據(jù)服務，實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲的透明化。

1 國土資源數(shù)據(jù)服務框架

國土資源數(shù)據(jù)服務主要為實現(xiàn)國土資源部門橫向的數(shù)據(jù)應用和縱向的數(shù)據(jù)交互、共享的需求[2-6]。

“服務”包含系統(tǒng)各類業(yè)務邏輯，在體系架構中起到承上啟下的關鍵作用。并且WCF具有良好的兼容性和互操作性，甚至可以實現(xiàn)建設一套“服務”滿足多種客戶端。

在系統(tǒng)總體框架的基礎上，將數(shù)據(jù)層和服務層整合，建立基于服務模式的國土資源數(shù)據(jù)服務中心，設計、剖析數(shù)據(jù)服務中心架構，說明數(shù)據(jù)服務中心架構中各層工作分工、運作模式和各層間工作組織、協(xié)調，數(shù)據(jù)服務中心架構如圖1所示。

圖1 服務中心架構

2 數(shù)據(jù)服務的實現(xiàn)

SOA(Service-Oriented Architecture)是面向服務的體系結構，是一種軟件架構模型，它將粗粒度的、分布的、松散的組件或應用系統(tǒng)通過“服務”進行組合和部署，構成一套完整的上下交互通信。而WCF(Windows Communication Foundation)是由微軟開發(fā)的一系列支持數(shù)據(jù)通信的應用程序框架，為構建面向服務的應用研發(fā)提供了便捷的手段[7]。

2.1 數(shù)據(jù)服務的內容

為滿足B/S端和C/S端的服務請求，分別設計了基于Http和基于TCP/IP的請求方式。

1) HTTP請求

(1) getData

實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取功能。必須參數(shù)為mode、name和tname，mode參數(shù)確定服務請求模式，name參數(shù)確定查詢的數(shù)據(jù)庫名，tname參數(shù)定位查詢數(shù)據(jù)表。另外，filter參數(shù)確定數(shù)據(jù)的篩選條件，參數(shù)信息如表所示。

表1 getData參數(shù)表

(2) commitData

實現(xiàn)數(shù)據(jù)保存功能，參數(shù)信息如表2所示。

表2 commitData參數(shù)表

(3) GetWkt

WKT(Well-known text)是一種文本標記語言，用于表示矢量幾何對象、空間參照系統(tǒng)及空間參照系統(tǒng)之間的轉換[10]。在系統(tǒng)中，WKT用來表示點、線、面及多面體的幾何信息。GetWkt請求用來實現(xiàn)WKT信息的獲取，參數(shù)信息如表3所示。

表3 GetWkt參數(shù)表

續(xù)表3

(4) getFeatInfo

在數(shù)據(jù)瀏覽、檢索時，系統(tǒng)中大量運用依據(jù)坐標點及配置信息檢索數(shù)據(jù)的功能，設計、開發(fā)getFeatInfo服務請求，完成根據(jù)坐標及配置獲取地塊信息，參數(shù)信息如表4所示。

表4 getFeatInfo參數(shù)表

除了以上HTTP服務請求，還建設有檔案目錄獲取請求、檔案數(shù)據(jù)獲取請求、地塊定位請求等等。

2) TCP/IP請求

(1) GetData

實現(xiàn)數(shù)據(jù)獲取功能。必要參數(shù)為dbName和sql，返回結果類型為DataTable，參數(shù)信息如表5所示。

表5 GetData參數(shù)表

(2) GetClob

Clob在開發(fā)中用來滿足超大內容的存放要求，GetClob請求則實現(xiàn)Clob的讀取功能，參數(shù)信息如表6所示。

表6 GetClob參數(shù)表

除以上兩種TCP/IP請求外，還設計、開發(fā)讀取Blob請求、保存Blob請求、保存Clob請求，獲取WKT請求等，以實現(xiàn)系統(tǒng)各個功能的完整、穩(wěn)定運行。

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2.2 數(shù)據(jù)服務的訪問

采用WCF提供一套專門定制、發(fā)布和運行的“服務”，用于消息的傳遞和處理，實現(xiàn)客戶端和數(shù)據(jù)庫之間的信息交互。這種服務契約描述了暴露給外部的類型(接口或類)、服務所支持的操作、使用的消息交換模式和消息的格式，以便客戶端對“服務”進行調用。

WCF服務模塊中每個服務都相對獨立，各自完成定義的功能；但整體又融為一體，對外存在清晰的邊界，通過接口進行外部聯(lián)接，在數(shù)據(jù)訪問過程中，WCF起到承上啟下的關鍵作用，數(shù)據(jù)服務訪問模式如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)服務訪問模式

1) 在客戶端，用戶首先通過對外暴露的接口參數(shù)信息構建請求消息。

將相關參數(shù)序列化到請求消息中并生成請求消息；同時，提取該客戶端主板編號或硬盤信息生成唯一識別ID，自動封裝至請求消息中；再將該請求消息轉換成二進制編碼并加密，保證請求消息的安全性。

2) 對通信協(xié)議進行判斷，通過HTTP或TCP/IP協(xié)議各自通道將請求消息傳輸至服務端。

3) 在服務端，接收請求消息并解密和驗證。

在傳輸層監(jiān)聽和接收來自客戶端的請求，對請求消息進行解密；提取封裝在請求消息中的唯一識別ID，進行數(shù)據(jù)訪問的權限驗證，如果權限驗證不通過，服務端將直接回復消息；如果權限驗證通過，服務端再對請求消息進行二進制流解析，依據(jù)解析內容連接數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)讀取。

將數(shù)據(jù)讀取結果生成回復消息，將回復消息轉成二進制編碼并加密，通過傳輸通道發(fā)送到客戶端。

5) 在客戶端，通過傳輸通道接收回復消息，解密并解析二進制流獲取數(shù)據(jù)結果，用于展示和利用。

對于數(shù)據(jù)庫的基本操作，主要存在數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表和數(shù)據(jù)三個層級定位，在客戶端進行請求消息構建時，這些數(shù)據(jù)的訪問內容和條件就封裝在請求消息中，這些訪問內容和條件在服務端進行解析后，執(zhí)行完成數(shù)據(jù)庫中的操作。

1) 數(shù)據(jù)庫

在數(shù)據(jù)訪問時，首先需要明確訪問的數(shù)據(jù)庫。因采用多個業(yè)務數(shù)據(jù)庫的建設方式，導致國土資源數(shù)據(jù)被劃分為多個場所進行存儲和管理，當客戶端創(chuàng)建數(shù)據(jù)訪問服務請求時，需要根據(jù)當前土地業(yè)務類型確定訪問數(shù)據(jù)庫。

對于請求消息中訪問數(shù)據(jù)庫的確定，主要采用兩種方式：(1) 在系統(tǒng)建設中，無論任何開發(fā)框架、體系結構、編程語言的應用程序，都會設計、建設CONFIG系統(tǒng)配置文件，它是一個XML文本文件，用于儲存應用程序的相關參數(shù)和配置信息。在客戶端構建數(shù)據(jù)請求消息時，根據(jù)當前操作的土地業(yè)務模塊檢索系統(tǒng)配置文件，在CONFIG系統(tǒng)配置文件中記錄了各種土地業(yè)務模塊對應的業(yè)務數(shù)據(jù)庫。(2) 當某個土地業(yè)務模型需要調用其他業(yè)務數(shù)據(jù)庫時，客戶端構建數(shù)據(jù)請求消息將采用直接鍵入固定值的形式。例如，當征地模塊需要獲取土地供應數(shù)據(jù)進行占用分析時，征地業(yè)務模塊默認連接征地業(yè)務數(shù)據(jù)庫，而該庫中當前并沒有存儲土地供應數(shù)據(jù)，此時構建數(shù)據(jù)訪問請求消息將直接鍵入供應業(yè)務數(shù)據(jù)庫名。

2) 數(shù)據(jù)表

確定數(shù)據(jù)庫后，其次是對查詢數(shù)據(jù)表的選擇，數(shù)據(jù)表的選擇分為三種形式：

(1) 在系統(tǒng)建設中依據(jù)需求調研，土地業(yè)務模塊將根據(jù)業(yè)務應用、功能需求檢索指定數(shù)據(jù)表，在某業(yè)務功能構建數(shù)據(jù)訪問請求消息時系統(tǒng)將自動鍵入該功能模塊所對應的數(shù)據(jù)表信息。例如，在構建客戶端登錄請求消息時，數(shù)據(jù)訪問服務將直接確定訪問用戶數(shù)據(jù)表。

(2) 對于數(shù)據(jù)檢索、查詢等通用功能，無法提前確定數(shù)據(jù)表信息，系統(tǒng)將自動獲取、構建數(shù)據(jù)請求消息。例如，當客戶端進行數(shù)據(jù)模糊查詢時，客戶端將自動獲取當前可見圖層的種類和信息，對當前已顯示的所有圖層構建查詢條件，統(tǒng)一進行數(shù)據(jù)訪問請求。

(3) 同時，系統(tǒng)還為客戶端提供更加靈活的數(shù)據(jù)表選擇。當某些土地業(yè)務功能或客戶端需要進行精確數(shù)據(jù)檢索時，客戶端將自動獲取查詢業(yè)務數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)表目錄信息，構建該業(yè)務數(shù)據(jù)庫的圖層樹后返回至客戶端以供選擇，用戶根據(jù)當前需求選擇、確定查詢數(shù)據(jù)表。例如，在征收土地數(shù)據(jù)精確查找過程中，首先返回查詢征地業(yè)務數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)表目錄，提供靈活的數(shù)據(jù)表選擇。

3) 數(shù)據(jù)

在確定服務訪問的數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表后，已經能夠獲取數(shù)據(jù)結果，但根據(jù)系統(tǒng)功能設定或用戶需求，某些業(yè)務功能無需數(shù)據(jù)表的全部內容或還需要對查詢結果進行處理，所以在構建數(shù)據(jù)請求消息時還需要明確數(shù)據(jù)檢索內容，構建數(shù)據(jù)檢索的限制條件。主要分為固定使用、構建條件、傳遞參數(shù)三種模式。

(1) 根據(jù)前期需求調研，在系統(tǒng)建設中某些土地業(yè)務模塊采用固定形式獲取數(shù)據(jù)。那么在構建數(shù)據(jù)請求消息時，客戶端將使用固定的檢索條件封裝至請求消息中用以數(shù)據(jù)獲取。例如，對土地供應數(shù)據(jù)進行年度統(tǒng)計時，直接使用“group by NF”(以年份進行分組統(tǒng)計)構建檢索條件。

(2) 除了固定使用某查詢條件，系統(tǒng)還為客戶端提供靈活的數(shù)據(jù)檢索條件構建，通過客戶端提供的功能自行構建查詢語句。例如，進行數(shù)據(jù)精確查找時，用戶可根據(jù)客戶端提供的字段、關鍵字等選擇或填寫來組織檢索條件。

(3) 在服務模塊中提供了通過傳遞某個或某類值的數(shù)據(jù)服務，達到數(shù)據(jù)檢索的目的。例如，調用“getFeatInfo”請求時，通過傳遞X、Y坐標值完成數(shù)據(jù)查詢。

通過以上數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)表、數(shù)據(jù)三層的定位構建數(shù)據(jù)訪問請求消息，通過WCF搭建通信橋梁，來實現(xiàn)服務的訪問、數(shù)據(jù)的獲取。

2.3 數(shù)據(jù)服務的實現(xiàn)

1) 定義服務契約

在使用WCF數(shù)據(jù)通信框架時，首先需要使用ServiceContract特性將接口或者類聲明成一個契約，契約描述了WCF服務對外接口的定義和聲明。例如，提供瀏覽器端的基本數(shù)據(jù)操作，構建了獲取數(shù)據(jù)、上傳文件等Web服務接口。

[ServiceContract]

public interface IWebHandler

{///獲取數(shù)據(jù)

[OperationContract]

[WebInvoke(BodyStyle = WebMessageBodyStyle.Bare, ResponseFormat = WebMessageFormat.Json, RequestFormat = WebMessageFormat.Json, UriTemplate = ″/WebDataSync″)]

string WebDataSync(string para);///上傳文件

[OperationContract]

[WebInvoke(BodyStyle = WebMessageBodyStyle.Bare, ResponseFormat = WebMessageFormat.Json, RequestFormat = WebMessageFormat.Json, UriTemplate = ″/UploadFile″)]

string UploadFile(WebReqData data);

}

2) 實現(xiàn)服務操作

定義契約后，再約定服務提供的操作和方法，實現(xiàn)數(shù)據(jù)接口。監(jiān)聽和接收來自客戶端的請求，解析請求內容，完成服務操作，并構建返回消息。例如，實現(xiàn)瀏覽器端“getData”請求，如下所示。

//getData請求實現(xiàn)

if (string.IsNullOrEmpty(nvc[″sql″]))

{PageInx = PageNums = 0;

b1 = int.TryParse(nvc[″PageNums″], out PageNums)

&& int.TryParse(nvc[″PageInx″], out PageInx);//獲取頁碼等參數(shù)

b2 = string.IsNullOrEmpty(nvc[″Fields″]); //獲取getData請求中其他的參數(shù)}

dt1 = dbOrcl.getData(s1);

if (dt1 != null)

{sb = new StringBuilder(″[″);

foreach (DataRow dr in dt1.Rows)

{sb.Append(″{″);

foreach (DataColumn dc in dt1.Columns) //構建返回消息}}

else

throw new Exception(″獲取數(shù)據(jù)失敗.″);

3) 實現(xiàn)宿主程序承載服務

在WCF中構建了服務契約、描述了具體的服務方法，但由于服務本身是一個類(Class)，不具備消息請求的響應能力，所以這些WCF服務還需要依存在一個應用程序域(Host)上。本系統(tǒng)采用Windows Service作為WCF服務的宿主，實現(xiàn)WCF服務的持續(xù)監(jiān)聽。

4) 客戶端實現(xiàn)

在客戶端方面，需要進行服務的信息配置，在CONFIG配置文件的結點中配置服務的“ABC”，對服務地址、綁定和協(xié)議等信息進行設定，通過生成一個代理變量實現(xiàn)和服務器之間的通信，如下所示。

3 結 語

通過以上服務內容的設計、服務訪問的建設，以及客戶端的服務信息配置，實現(xiàn)了跨平臺、安全、高效的服務通信。

(1) 跨平臺：WCF框架本身就支持實現(xiàn)跨平臺的通信，所以通過WCF服務實現(xiàn)TCP/IP協(xié)議和HTTP協(xié)議的通信，從而達到國土資源“一張圖”C/S架構和B/S架構平臺的雙重支撐，也能夠為其他各類信息系統(tǒng)提供服務支持。

(2) 安全：WCF框架具有良好的安全性能，在消息傳輸過程中，點到點的通信保證了數(shù)據(jù)的安全。通過獲取瀏覽器信息或者客戶端主板編號或硬盤信息生成的唯一識別ID，與服務端的ID信息進行比對，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)操作權限控制。同時，在服務請求消息通過傳輸通道發(fā)送到服務端前，還進行了請求消息的加密操作，這一系列的安全措施保證了通信的安全。

(3) 高效：在服務請求消息傳輸前進行了消息壓縮，保證了數(shù)據(jù)的傳輸效率。

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KEYTECHNOLOGYFOR“ONEMAP”PLATFORMOFCOUNTY-LEVELLANDANDRESOURCEBASEDONDATASERVERS

Gu Jirong1Fang Conggang2Wu Haowei31

(TheFacultyofGeographyResourceScience,SichuanNormalUniversity,Chengdu610066,Sichuan,China)2(TheBureauofLandandResourcesChengdu,Chengdu610072,Sichuan,China)3(TheThirdGeodeticTeamofNationalAdministrationofSurveying,MappingandGeoinformation,Longquan610100,Sichuan,China)

With the development of information system construction, land and resource management department is making rapid progress on data management and application system. Since data services on the county-level come up against a series of problems, for example, their weak technical supporting system, obstructed internal and external information communication, and many limitations within the applications. In this study, we constructed the core information service platform of "One Map" on the base of service-oriented architecture (SOA) and windows communication foundation (WCF), in order to achieve uniform data management and transparent access. Data servers supported cross platform between C/S and B/S. Moreover, point-to-point communications ensure the safety of data transferring. Message compressions ensured the speed of data transferring. Our approach has rapidly consolidated data management and transparent data access for land and resources, as well as the construction of "one map" integrated management system for county-level land resources based on data service.

Data services One map land and resource Land information

TP319

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2017.09.017

2016-11-02。四川省國土資源廳“一張圖”項目(KJ-2015-017)。辜寄蓉，教授，主研領域：地理信息系統(tǒng)理論與應用。方從剛，高工。吳浩偉，助理工程師。