面向國土資源管理的云服務平臺設計與實現

盧世偉

摘? ?要：本文基于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：1674-098X（2019）10（c）-0158-02

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，與其它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[3-5]。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。HiMap SDK引入了硬件抽象層的概念，提出分層開發模型OS-GAL-IAL。

在OS-GAL-IAL模型中，與圖形界面無關的算法、模型，采用標準C++在內核中統一實現，而對一些與操作系統有關的底層接口（如Cash內存、文件、Debug、FrameBuffer、Thread、Timer等）、人機界面、圖形繪制等功能，在內核中進行統一定義與封裝，在具體的語言開發包中實現。這種分層設計既能充分發揮C++計算性能的優越，又能最大程度利用操作系統提供的接口，保證了最佳計算性能和顯示效果，并有效地屏蔽了因嵌入式硬件環境和操作系統的改變而導致的平臺移植性的問題。

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，從而最大限度的提高了網絡通信的性能。