基于智慧城市的測繪基準服務平臺設計與實現

侯祥意 馮振儉 梁正鑫 范昆飛

【摘 要】地理空間數據是智慧城市建設的基礎數據，為了解決南寧市測繪生產單位不能實時將測繪成果轉換到2000國家大地坐標系的問題，文章基于南寧市權威、統一的坐標基準轉換模型和似大地水準面精化模型，利用Web Service技術、中間件技術、地理信息技術，設計與實現了面向測繪資質單位的南寧市測繪基準服務平臺，提供包括CORS賬號申請、文本坐標轉換、圖形坐標轉換、似大地水準面轉換、控制點查詢等服務功能，取得良好的成效。

【關鍵詞】智慧城市；測繪基準服務；2000坐標轉換；平臺

【中圖分類號】P226 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0024-03

0 引言

智慧城市是當前城市發展的方向，為城市規劃、自然資源管理、基于位置的服務、城市安全應急響應等創造了條件，是大數據時代城市智能發展的重要手段。地理空間數據是智慧城市建設的基礎數據，只有在統一坐標基準的地理空間數據的基礎上，才能為智慧城市提供智慧規劃、智慧出行、智慧決策等基于空間位置的準確的智慧化服務[1]。為此，國家測繪局宣布，2008年7月1日正式啟用2000國家大地坐標系（簡稱CGCS2000）。CGCS2000是國家GPS大地控制網和全國天文大地網及空間大地網聯合平差建立的我國新一代地心坐標系，具有三維、高精度、動態等特點，能更好地滿足各領域業務工作需要，更好地為經濟建設、社會公眾服務[2]。

由于歷史原因，各測繪數據生產單位的數據主要采用1954年北京坐標系、1980西安坐標系，因此需要轉換到2000國家大地坐標系。然而由于轉換參數保密要求、技術壁壘等原因，很多地方的坐標基準轉換參數與轉換技術只掌握在相關職能單位，而且只能在單位局域網特定環境進行轉換。基于這一現狀，一些小型測繪公司采用網上下載未經權威驗證的測繪工具進行轉換或自行平移轉換，致使轉換成果精度無法保障，轉換質量參差不齊，嚴重影響了測繪成果的共享應用。

為此，南寧市在2015年開展了“南寧市2000國家大地坐標系推廣應用項目”，建立了全市權威、統一的坐標基準轉換模型和似大地水準面精化模型。本文基于該轉換模型，嘗試利用計算機技術、地理信息技術，設計參數加密方案，建設南寧市測繪基準服務平臺，為相關用戶提供坐標基準轉換、似大地水準面精化等測繪基準服務。

1 系統設計

1.1 平臺總體框架

平臺軟件系統采用4層體系結構設計，從下到上依次為支撐環境層、數據庫層、平臺層、用戶層[3]。

總體框架如圖1所示。

（1）支撐環境層。最底層為運行支撐環境，包括硬件設施、軟件設施、安全設施、網絡設施，軟件設施包括平臺、軟件、防火墻、殺毒軟件等，安全設施包括安全審計網關、漏洞掃描、入侵檢測及防御設備、網頁防篡改系統等。

（2）數據庫層。數據庫層分外網數據庫、專網數據庫、內網數據庫，3個庫之間物理隔離。外網數據庫主要存儲訪問用戶信息、授權信息、上傳待轉換數據、轉換成果；專網數據庫主要存儲經過加密后的虛擬轉換參數、用戶信息、轉換元數據、模型控制范圍圖、鄉鎮范圍圖；內網數據庫主要存儲經過加密后的虛擬轉換參數、模型控制范圍圖、鄉鎮范圍圖。這3個數據庫都有相應的訪問審計、權限控制策略。

（3）平臺層。測繪基準服務平臺層實現注冊申請、單點轉換、高程轉換、文本文件轉換、控制點查詢、GIS數據轉換等功能，這些功能的實現依賴于權限管理、范圍控制、加密管理、日志記錄模塊。

（4）用戶層。最上層為用戶層，主要分為公眾用戶、各委辦局用戶、國土用戶3類，公眾用戶通過互聯網訪問測繪基準服務平臺獲取服務，主要為B/S模式；各委辦局用戶通過電子政務專網訪問測繪基準服務平臺獲取服務，主要為B/S模式；國土用戶通過國土部門局域網調用測繪基準服務平臺API獲取服務，主要為C/S模式。

1.2 平臺功能設計

平臺的總體功能結構主要包括CORS站點查詢、控制點查詢、坐標轉換、似大地水準面精化及系統管理5個部分。

平臺軟件系統總體功能架構如圖2所示。{1}CORS站點查詢。實時位置查詢：查詢現有南寧市CORS站點坐標位置、站點類型、站點名稱、站點在建情況[4]。{2}控制點查詢。C級GPS控制點查詢：查詢南寧市C級GPS控制點坐標位置。{3}坐標轉換。單點轉換：支持多種類型格式的單個坐標點在1954年北京坐標系、1980西安坐標系、CGCS2000 3種坐標系間的相互轉換。多點轉換：支持多種類型格式的多點坐標數據在1954年北京坐標系、1980西安坐標系、CGCS2000 3種坐標系間的相互轉換。文件轉換：支持dxf、Shapefile格式的文件數據在1954年北京坐標系、1980西安坐標系、CGCS2000 3種坐標系間的相互轉換。{4}似大地水準面精化。高程轉換：支持多種格式的大地高程數據向正常高程轉換。{5}系統管理。用戶管理：管理平臺用戶的注冊信息。服務管理：管理平臺的地圖服務、坐標轉換服務、查詢定位服務、水準面精化服務等。用戶服務管理：管理用戶的使用服務權限。轉換區域審核：管理用戶的坐標轉換服務使用區域范圍。資源管理：管理平臺可供下載的資源服務。坐標轉換記錄：記錄用戶使用坐標轉換服務的用戶名稱、轉換類型、源坐標、目標坐標、轉換時間等。文件轉換記錄：記錄用戶使用文件轉換服務的用戶名稱、文件名稱、文件路徑、上傳時間、轉換時間、狀態等。系統日志：記錄用戶登錄時間、登錄IP、用戶名、操作內容等。

1.3 轉換服務中間件設計

轉換服務是平臺軟件部分的核心模塊，采用中間件的模式進行構造。中間件位于數據庫層和平臺客戶層之間，向上接受各類客戶端的服務請求，向下對數據庫發出查詢請求并接受查詢的數據交換接口[5]。避免了客戶端直接訪問數據庫，總架構上確保了數據的安全。

轉換服務中間件體系結構主要分為調度處理、轉換處理、轉換模型調度、數據訪問4個部分，其體系結構如圖3所示。{1}調度處理。這是整個系統事務的調度中心，直接面向用戶，用戶通過調度中心接入中間件。調度處理中心包含了用戶權限管理、范圍控制、加密狗寫入、加密管理等功能。調度處理中心首先核查用戶的權限，根據用戶的權限、用戶服務范圍控制請求解析轉換模型處理用戶請求。{2}轉換處理。轉換處理主要為用戶提供測繪基準轉換服務，主要包含單點轉換、多點轉換、文本文件轉換、矢量柵格數據文件轉換等。轉換處理中心根據用戶的服務請求，調度相應的轉換模型為用戶提供相應的服務。{3}轉換模型調度。轉換模型調度為系統的核心部分，主要包含坐標轉換模型解析和似大地水準面精化模型解析2個部分。轉換模型調度中心根據用戶的轉換請求，調度數據訪問中心來獲取轉換參數，再通過模型解析處理用戶請求，最后經轉換處理中心處理完成用戶請求。{4}數據訪問。數據訪問中心主要由數據訪問引擎和數據訪問適配器構成。數據訪問中心根據上一層應用的不同請求，通過數據訪問引擎，調用相應的適配器，對數據庫進行增刪查改的操作。

2 平臺開發與實現

2.1 平臺實現技術

平臺采用B/S、C/S的混合架構，基于.NetFramework4.0框架。B/S平臺網站采用Web Service服務、MVC方式開發，數據庫采用Sql Server 2014；文件轉換服務部分基于ArcE-

ngine10.2.2，采用C/S架構開發，部署在服務器后臺。部分轉換偽參數和轉換控制范圍圖形存儲于Oracle 11g。開發平臺均采用Microsoft Visual Studio 2015，開發語言為C#。

2.2 參數加密存儲

坐標轉換模型參數和似大地水準面模型參數保密要求高，為了確保參數的安全，平臺使用“參數變換法”的方式進行加密存儲，即通過設計參數加密算法對真實轉換參數進行加密，將加密后的一部分參數存儲在Oracle 11g數據庫中，另一部分參數存儲在加密狗中，通過硬件地址綁定[6]。服務端的服務接口讀取數據庫和加密狗的虛擬參數后，通過非線性反函數運算得到真實參數進行模型轉換計算。避免了參數直接存儲和客戶端對轉換參數的直接訪問，大大提高了參數的安全性，從而達到保密要求。加密存儲原理如圖4所示。

2.3 平臺運行成效

平臺的開發嚴格遵守軟件工程的要求，先后完成了需求調研、軟件開發、系統測試、用戶培訓等工作，經南寧市人民政府下文，于2016年4月1日正式上線啟用（www.nncors.cn）[7]。經過2年多的在線穩定運行，平臺免費為政府各部門、企事業單位提供CORS賬號480余個，累計完成點坐標轉換12.5萬余個、圖形文件轉換1 340余幅，免費為全市400多個重大項目測繪成果提供了坐標轉換服務。

平臺的上線，推進了2000國家大地坐標系的推廣應用步伐，結束了南寧市沒有權威、統一的測繪基準服務平臺的歷史，為南寧市智慧城市空間數據的統一坐標基準奠定了堅實的基礎。此外，在西南區域，南寧市是首個建成市級測繪基準服務平臺的省會城市。平臺部分運行效果圖如圖5所示。

3 結語

本文提出了利用Web Service技術、中間件技術、地理信息技術構建在線測繪基準服務平臺的思路，為測繪資質單位提供便捷、權威、統一、無償的測繪基準服務。對于保密要求高的轉換參數，提出了采用參數變換法計算偽參數，并將偽參數分兩部分存儲的方式達到參數保密的要求。通過平臺的實現運行，取得了良好的社會效益和經濟效益，為智慧城市空間數據的建設應用提供了基礎測繪服務支持。實踐證明，只有通過構建在線測繪基準服務平臺，才能更好地滿足各類測繪數據生產單位的測繪服務需求，對2000國家大地坐標系的推廣應用至關重要。

參 考 文 獻

[1]李德仁，邵振峰，楊小敏.從數字城市到智慧城市的理論與實踐[J].地理空間信息，2011（6）：1-5.

[2]程鵬飛，成英燕，文漢江，等.2000國家大地坐標系實用寶典[M].北京：測繪出版社，2008：3-7.

[3]李延旭，劉智敏，李斐，等.區域CORS在線定位系統設計與實現[J].測繪工程，2018（4）：65-70.

[4]謝飛，李昕，張海霞，等.基于天地圖的測繪資質查詢系統設計與實現[J].測繪技術裝備，2018（1）：85-87.

[5]李朝奎，吳柏燕，高振記，等.基于中間件技術的異構數據庫集成設計與實現[J].測繪工程，2012（10）：5-12.

[6]韓聰，劉建國，梅偉長.坐標轉換及參數加密軟件設計與實現[J].長春師范大學學報，2017（6）：85-87.

[7]南寧市人民政府.南寧市人民政府關于發布我市2000國家大地坐標系基準框架的通告[EB/OL].http：//www.nanning.gov.cn/Government/jcxxgk/zcwj/bjwj/whfl/zxwj/201605/t20160509_605907.html，2016-03-23.

[責任編輯：鄧進利]