土地執法中移動GIS平臺設計與實現

董金金

摘 要：本文國土違法用地巡查執法和農村土地確權登記等需求，采用面向服務思想設計并實現了一種基于“云+端”模式的移動GIS快速開發平臺，提出一種分層開發模型OS-GAL-IAL，研制出跨平臺、高性能、全自主的GIS內核，實現了一套精細化、流程化、可視化、易擴展的快速開發框架，能幫助開發者快速構建業務敏捷的移動GIS應用系統。

關鍵詞：移動GIS WebGIS SOA 敏捷開發

中圖分類號：P208 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2018）06（c）-0003-02

用戶在移動狀態下使用GIS的過程稱為移動GIS，用戶所處的環境亦稱為“移動計算環境”，它是一種以計算機技術為核心、無線網絡為支撐、支持用戶訪問網絡數據，實現快捷、方便的自由通信和共享的分布式計算環境。移動GIS存在狹義和廣義的定義之分。狹義的移動GIS稱為具有桌面GIS功能的移動終端系統，它是一種離線工作模式，不與服務器進行交互。廣義的移動GIS定義為一種集成系統，是由GPS、移動通信、互聯網服務和GIS共同構成的集成系統，它基于這些集成載體將最終的服務提供給用戶，方便用戶進行日常信息的分析與決策。

移動GIS作為移動空間信息服務的基礎設施，其應用領域非常廣泛。然而，當前移動GIS還面臨一些技術難題，包括空間數據量大、計算能力不足、網絡帶寬窄、可靠性差、軟硬件兼容性差等，導致移動GIS項目實施面臨技術門檻高、開發周期長、實施成本高、項目風險大等問題。本文以移動GIS項目共性需求為導向，采用面向服務思想設計并實現了基于“云+端”模式的移動GIS快速開發平臺。平臺具有跨平臺、高性能、可配置、易擴展、支持多語言二次開發等特點，能幫助開發者快速構建業務敏捷的移動GIS應用系統，具有重要的現實意義。

1 平臺總體架構

經過多年發展，GIS己從單機工具型軟件系統逐步走向了分布式、網絡化的應用軟件平臺，從獨立GIS系統逐步過渡到具有高度資源整合能力和對外服務能力的服務式GIS。服務式GIS是一種面向服務軟件工程方法的GIS技術體系，它支持按照一定規范把GIS的全部功能以服務的方式發布出來，可以跨平臺、跨網絡、跨語言地被多種客戶端調用，同時能聚合來自其他服務器發布的GIS服務。服務式GIS可以更全面地支持SOA，通過對多種SOA實踐標準與空間信息服務標準的支持，可以使用于各種SOA架構體系中，與其他IT業務系統進行無縫的異構集成，從而可以更容易地讓應用開發者構建業務敏捷應用系統。本文以面向服務的思想，分析設計了基于SOA架構的移動GIS開發平臺，提出“云+端”的移動GIS開發模式，由應用層、服務層、支撐層、核心層組成，其總體架構如圖1所示。

其中，應用層是以移動GIS為工具的數據采集、設備巡檢、移動執法等各類應用系統，包括移動作業系統、在線監控、基于WebGIS的業務應用系統、指揮決策系統等，這些運行環境不同、架構各異的應用系統，通過調用、聚合平臺發布的服務，實現數據共享和互操作；服務層由一系列遵循一定規范的應用接口組成，是平臺暴露給應用層進行集成、擴展的應用程序接口；支撐層是平臺的核心，采用B/S和C/S相結合的混合架構，對應用層各類系統起著數據管理、配置等支撐作用。

2 平臺主要功能模塊

2.1 GIS核心庫

核心層由HiMap SDK和HiWebGIS引擎組成，前者主要面向桌面端、服務器端和嵌入式設備的輕量級GIS應用程序的開發與部署，而后者是面向WebGIS應用系統的二次開發組件。HiMap SDK采用標準C++開發從底層構建實現，支持跨平臺（Windows Mobile、Android、iOS、Win32等）、多語言（C#、JAVA、Object C）、多并發、高性能的GIS應用程序二次開發。

2.2 數據管理系統

基礎地圖數據、業務對象數據的預處理是移動GIS應用項目中至關重要的一環，由于這些數據通常是多源異構的，在存儲方式、數據格式、空間參考等方面存在差異，需要對這些數據進行格式轉換、坐標變換、拓撲檢查、符號設置、緩存制作、壓縮轉存等數據預處理工作。數據管理系統綜合考慮桌面系統和嵌入式應用系統在數據精度、顯示分辨率、尋址計算等方面的差異，進行全局的優化設計，提供了豐富實用的功能插件。如地圖緩存制作插件可同時制作多種分辨率的地圖瓦片，并提供松散、緊湊兩種存儲格式，確保數據能在桌面端、Web端和移動端均能逼真、流暢地展示。

2.3 通信傳輸系統

通信傳輸系統是承接移動GIS和服務器的關鍵部分，其傳輸效率和系統的安全性、健壯性通常決定著一個移動GIS項目能否成功實施。用戶在戶外開始作業前，移動GIS通過套接字（Socket）連接到通信服務系統進行合法性驗證，作業完成后，現場采集的數據和軌跡數據通過通信服務系統實時地保存到服務器。當監控中心需要對戶外用戶進行指揮調度、多方協助時，可通過通信服務系統將指令推送給現場終端用戶。為了達到最佳系統性能，本文采用完成端口（I/O Completion Ports，IOCP）管理套接字，IOCP充分利用內核對象的調度，只使用少量的幾個線程來處理和客戶端的所有通信，消除了無謂的線程上下文切換，從而最大限度地提高了網絡通信的性能。

2.4 運行維護系統

運行維護系統為應用層各類應用系統提供底層支撐，包括GIS數據配置、權限配置兩大部分。其中，WebGIS數據配置實現對GIS數據的組織、顯示、查詢、事件、字段等信息的設置，這些配置項在WebGIS服務契約一一對應，前端對服務調用結果依次按契約進行取值，并在前端UI組件中展示。如可配置當用戶在WebGIS上點擊某個要素時，是否彈出一個對話框，以及配置如何在對話框展示要素信息；配置前端參數取值字段，可在Web端方便地檢索出各要素的字段值，從而可輕松地實現各種擴展應用。