基于軍民融合的時空信息云服務體系設計

趙裴姚靜張奮楊娜

基于軍民融合的時空信息云服務體系設計

趙裴1，2，姚靜1，2，張奮1，楊娜2

（1.地理信息工程國家重點實驗室，陜西 西安 710054；2.西安航天天繪數據技術有限公司，陜西 西安 710061）

在大數據時代，時空信息作為國家的戰略性資源，具有巨大的應用空間和價值。構建分布式的時空信息云服務體系框架，統籌軍民兩類時空數據資源，是實現軍民深度融合的重要舉措。在軍民融合戰略背景下，分析了國內外時空數據資源基礎設施建設、應用服務等方面的現狀以及中國目前存在的問題，提出了軍民一體化的時空信息云服務體系建設構想，分析了體系建設目標、建設思路、路線圖及應用前景，為未來中國軍民融合時空信息云服務體系建設提供技術支撐。

軍民融合；時空信息；云服務體系；體系架構

1 軍民融合時空信息服務現狀

1.1 國外發展現狀

近年來，美國等發達國家相繼開展軍民融合時空信息服務體系構建，重點發展天基資源基礎設施建設。在導航方面，美國于2016年完成GPS-II部署，2017年發射GPS-III首顆衛星[1]，可全天候、連續、實時為全球用戶提供高精度導航、定位、定時等服務，提供精密的三維坐標、速度和時間；在通信方面，美國在2010年啟動全球覆蓋通信體系，2015年SpaceX公司發展低軌通信小衛星星座，03B公司發展OneWeb低軌寬帶通信星座，已經形成了寬帶、窄帶、防護、中繼和商業衛星構成的通信衛星體系；在遙感方面，2011年啟動建設國家生態觀測系統（NEON）。2014年SeeME快速響應小衛星網絡研制[2]，已形成高、低軌結合，涵蓋光學、微波和物理場等探測手段結合的綜合遙感觀測能力。

目前為止，美國在軌衛星數量、信息處理技術水平和應用能力均處于絕對領先地位，其構建的時空信息應用服務體系已經成熟，能夠為軍用、民用、商用等領域提供全面、精確的數據服務。

1.2 國內發展現狀

改革開放以來，中國衛星應用事業取得了輝煌成就，已經形成了東方紅系列通信衛星、返回式系列遙感衛星、風云系列氣象衛星、資源系列資源衛星、海洋系列海洋衛星以及軍用系列衛星的時空信息應用服務體系[2]，能夠為通信、導航、遙感等多個領域的信息應用提供數據支撐。

但相較于發達國家的“軍民一體、實時服務”來說，中國的時空信息服務體系存在“軍民孤立、信息分離、服務滯后”的問題，并且主要是面向專業用戶進行服務，尚未達到服務大眾的目的。具體表現在以下幾個方面。

在軍民時空信息數據交換融合方面，長期以來，由于體制、機制、安全等諸多方面的限制，軍用時空信息系統和民用時空信息系統是兩個完全獨立的系統，軍民用系統間缺乏有效的軍民數據交換和融合機制，使得大量的軍民用時空信息數據得不到充分利用。

在軍民時空信息分發服務方面，由于軍用數據的高安全保密，使得軍用數據長期以來完全處于封閉狀態，缺乏與民用時空信息系統間的有效共享和信息服務機制，無法實現時空信息數據的軍民實時有效共享分發服務。

在軍民時空信息智能化服務體系方面，缺乏完整、有效、規范的服務體系頂層設計為軍民時空信息數據融合處理、共享分發等服務應用及推廣提供指導。

因此，亟需建立軍民融合時空信息服務體系，打通軍民服務“壁壘”，為各類軍民用戶提供定位、導航、授時、遙感、通信等服務，促使時空信息服務實現大眾化、實時化、智能化[3]。

2 建設目標

面向時空信息軍民融合應用需求，基于云計算、大數據等技術，以數據為核心，以智能化服務為向導，重點研究軍民時空信息一體化方法和軍民時空信息智能化服務方法，集成軍用和民用的空間數據資源及空間數據應用成果，完成海量多源異構軍民時空信息數據資源匯交、入庫、交換融合、互聯共享、統一管理、多元化智能服務，構建結構開放、時空統一、面向服務的軍民一體化時空信息云服務體系，開展軍民一體化時空信息應用服務的典型示范應用。

3 建設內容與構想

3.1 建設路線圖

以軍民融合深度發展為戰略背景，以軍民多源異構時空信息數據為支撐，以智能化服務為核心，集成軍用領域和民用領域的時空信息數據資源，構建分布式協同、時空基準統一、面向智能化服務的軍民一體化時空信息云服務體系，針對軍民用領域時空信息應用需求，提供數據服務和應用功能服務，開展軍民一體化時空信息應用服務的驗證示范和推廣應用。其技術路線如圖1所示。

圖1 軍民一體化時空信息服務技術路線圖

3.2 軍民一體化云服務體系構建

在軍民時空信息服務標準規范支撐下，通過整合時空信息資源，構建分布式的軍民一體化云服務體系框架，在統一的時空服務框架支撐下，為軍用、民用領域提供時空信息數據服務和功能服務。

3.2.1 體系架構

軍民一體化時空信息云服務體系基于面向服務（SOA）的體系架構，其總體框架如圖2所示。

圖2 軍民一體化時空信息云服務體系框架圖

支撐層：包括硬件設施和虛擬資源兩部分，為資源并行計算、分布式調用、任務調度等提供計算、存儲、網絡等資源支撐。該層面內容是體系建設的基礎支撐部分，不作為體系建設內容，所以采用虛框標識。

資源管理層：通過引入大數據并行存儲管理和資源調度技術，對軍民多源時空信息數據資源進行統一、高效、安全地引接、規范化處理、分布式組織、存儲和管理，為資源服務層提供數據支撐。

資源服務層：在統一的服務支撐框架下，通過服務資源聚合為上層用戶提供數據服務和功能服務支撐。其中數據服務包括數據查詢/瀏覽服務、數據訂閱發布服務、數據推送服務等；功能服務包括需求提報服務、多源數據融合服務、專題產品制作服務、在線處理服務、遠程處理服務、可視化展示服務、態勢生成服務、智能分析服務和二次開發服務等。

領域應用層：在終端應用支撐框架下，為軍民領域用戶提供軍民一體化時空信息，完成具體的軍民時空信息服務和功能應用服務。

3.2.2 主要功能

軍民一體化時空信息云服務體系面向各類軍民用終端提供天基資源引接、共享、按需服務、數據支撐、協同交互、數據處理、智能化分析等，重點包括如下功能：①軍民時空信息引接功能。實現軍民時空信息數據的接入、規范化處理和質量檢查，為實現專題產品生產、空間分析、可視化展示等服務提供數據支撐。②軍民時空信息資源一體化管理功能。提供軍民時空信息資源的統一管理功能，包括目錄管理、數據編輯、查詢統計、數據歸檔等數據管理功能。③海量大數據軍民時空信息的通用處理和專業處理功能。通過并行計算集群、云計算等手段，將規范化后的時空信息進行通用處理和深加工，構建標準化的通用處理流程，實現標準產品、其他高級產品的加工制作以及產品的質量評定；同時提供面向軍用領域和民口領域應用的專題產品，如通過多時相遙感數據的專業處理和分析，生成面向國防安全、應急救援、國土、環境等輔助決策的專題情報產品。④支持多終端的時空信息可視化顯示功能。在應用終端的支撐下，提供桌面端、手持端、Web端等多終端快速、及時、準確的時空信息服務，并能夠根據用戶需求疊加不同的圖層進行顯示，實現地形數據、高程模型數據、三維模型、遙感影像、專題產品等信息的疊加顯示。⑤數據服務和功能服務功能。實現對外發布時空信息中各類標準產品、專題產品以及應用功能等的服務功能，實現各行業各類數據產品的統一展示及服務，為行業用戶提供一站式的專題產品服務，以Web Service的形式提供服務接口，使得用戶可以方便的將服務功能集成至自身業務系統中。同時，向用戶開放接口，允許用戶通過平臺定義的規范要求共享開放其所屬資源，實現入庫產品的展示、實時發布功能。⑥服務管理功能。提供數據服務、功能服務等服務的注冊、發布、申請、授權、監控等一體化管理功能，是軍民一體化時空信息云服務體系的重要組成部分。⑦智能化分析服務功能。提供軍事地形分析、近鄰分析、緩沖區分析、網絡拓撲分析、地下管線分析等智能算法。⑧終端應用支撐功能。能夠提供桌面端、手持端、Web端等多終端的時空信息服務請求、查看、資源下載、服務評價等功能。支持不同圖層的疊加顯示。⑨運行維護管理功能。對服務狀態、計算資源、服務器等的統一監控和管理，主要包括硬件設備監控管理、資源池監控、集群監控與擴展和平臺使用狀態監控，實現對云GIS資源的實時監控管理，確保平臺安全、穩定、高效運行。⑩統一服務標準功能。通過沿用、修訂以及制定等相關時空信息服務標準規范，構建統一的面向基于軍民融合的時空信息服務標準規范體系，為體系的構建提供了標準依據。

3.2.3 云服務體系組成

根據軍民一體化云服務體系構建目標及主要提供功能，將其劃分為資源管理、數據服務、功能服務、服務管理、運維管理、標準規范等系統。云服務體系組成如圖3所示。

圖3 云服務體系組成

3.2.4 服務流程

軍民一體化時空信息云服務體系主要由資源管理、服務管理、數據服務、功能服務和運維管理五大功能構成，其工作流程如圖4所示。

圖4 時空信息云服務體系流程圖

服務注冊與發布：通過服務管理，進行數據服務和功能服務的注冊、發布和管理，是用戶服務請求的統一入口以及數據服務、功能服務的統一出口。

數據服務請求與響應：當用戶通過桌面端、手持端、Web端等多終端提出數據服務時，如果存在相應數據，則通過服務管理通道將數據返回給用戶；否則通過地面網絡或衛星鏈路向相關軍民時空信息應用系統提出數據申請，并通過調用相應衛星資源獲取相關數據。

功能服務請求與響應：用戶提出功能服務時，在數據和計算資源的支撐下，實現相關數據的處理、分析等，并將結果返給用戶。

3.3 應用前景

在天基資源、通信網絡等基礎設施支撐下，軍民一體化時空信息云服務體系實現了軍民時空信息的匯聚、規范化處理、融合、交換、一體化管理，實現了數據服務、功能服務等各類服務的聚合、發布、管理，通過統一的服務接口為軍民領域用戶提供信息服務和應用服務。軍民一體化時空信息云服務體系的推廣應用將進一步加快軍民用時空資源的快速整合，并不斷促進中國軍民時空領域的深度融合，增強中國航天軟實力。

4 結語

軍民融合發展是中國的一項重大戰略部署，也是一項需要不斷改革、創新的研究課題。基于軍民融合的時空信息云服務體系是突破現有體制束縛，實現軍民時空信息融合的有效方式，通過在數據服務和功能服務層面實現軍民時空信息共享，并不斷提升時空信息的應用價值，服務于國防建設和國民經濟發展。后續將重點研究服務標準體系的框架構建，細化相關服務標準條目，通過對現有標準進行梳理，總結出哪些標準可以直接沿用、哪些標準需要修訂、哪些標準需要制訂等，不斷完善軍民融合方面的時空信息服務標準體系規范，從而更好地服務于云服務體系的建設。

［1］唐寧.空間信息柵格系統框架、服務體系與服務聚合技術研究［D］.長沙：國防科技大學，2004：25-27.

［2］李德仁.建設軍民深度融合的空天信息實時服務系統［J］.網信軍民融合，2017（2）：26-30.

［3］陳琦程.面向服務的行業解決方案：原理方法和實踐［M］.北京：電子工業出版社，2011：41-42.

2095－6835（2019）22－0080－03

E919

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.028

趙裴（1987—），女，河北保定人，碩士研究生，高級工程師，研究方向為地理信息應用服務。

〔編輯：張思楠〕