基于云服務的e地質應用系統研究

張詩檬 王文文 付博 韓征 劉釗

摘 要：e地質應用系統包括地質公園、地質遺跡、地質災害、在線博物館、城市地質等模塊，支持PC端和移動智能終端，實現北京市各大地質公園、地質遺跡、地質災害、地質科普等信息服務于廣大群眾。e地質應用系統部署在市級政務云平臺，通過物聯網、云計算技術的介入，同時根據e地質應用系統的訪問量需求特點，使用彈性計算資源和存儲資源的云平臺技術，為廣大的地質愛好者提供獲取地質信息的平臺，為社會公眾提供了地質公園旅游導覽服務、地質科普知識服務和突發地質災害預警服務。

關鍵詞：e地質;云服務;地質公園

Abstract： This paper puts forward the construction model of e-geological system， which includes some modules such as geopark， geological relic， geological hazard， online geological museum and urban geology. This system can be applied on both PC terminal and mobile intelligent terminal. The system is in the public services of Beijing geoparks， geological relics， geological hazards and geological popular science information. The e-geological system is deployed on the municipal government cloud platform. Through the intervention of the internet of things and cloud computing technology， at the same time， according to the pageview demand characteristics of e-geological system， it uses the technology of cloud platform that can flexibly compute and store resources. This system can not only provide a platform for the majority of geological enthusiasts to obtain geological information， and also provide valuable experience and technology. Through the construction and implementation of this system， it can improve the satisfaction of tourists in the tourism， promote the development of Beijing geological tourism， and promote information sharing service and social development. It is of great significance to improve the public service level of geological knowledge in the tourism industry.

Keywords： e-geology; Cloud services; Geopark

0 引言

城市地質工作是城市規劃和經濟建設的重要支柱，與城市運行管理息息相關，更是未來地質工作的重要發展方向（衛萬順等，2016;郭萌等，2018）。近來年，云計算、互聯網+、大數據技術在行業中發展越來越深入，基于地質領域信息化云平臺的應用逐漸興起，中國地質調查局建設的“地質云”系統，開創了“互聯網+地質調查”的全新模式，是地質工作模式的轉型的里程碑，也為我國地質信息共享服務打開了全新局面，也標志著我國地質調查信息化建設的長足發展（高振記等，2016;繆謹勵等，2014）。使用WebGIS和云平臺技術，結合現代地質數據資料特征構建滿足地質行業應用的云平臺應用系統，是地質信息化的研究熱點。在土地資源調查、油氣資源評價、礦產資源評估以及地質科普服務等方面發揮著越來越重要的作用（蘇國輝等，2012;王卷樂等，2014;徐效波等，2012;Fitch et al.，2009;Feng et al.，2011）。

云服務是一種新型的網絡平臺架構和網絡服務模式，以分布式的部署方式，提供給用戶強大的存儲能力和計算能力，以虛擬化技術手段，對互聯網上龐大的資源進行統一調度和管理，為用戶提供按需服務。采用云平臺不僅可以獲取高效的計算處理能力，也能夠提升信息資源的利用率，降低信息系統的開發成本。

北京市e地質應用系統的建設利用了地質信息物聯網、云計算技術、大數據應用、移動應用、智能控制等前沿技術，主要收集、整理、集成了北京市部分地質公園、溫泉（冷泉）、地質遺跡、巖石礦物標本、突發地質災害、地質科普文獻等各類信息，是“互聯網+地質”信息資源的服務系統，將現有的地質科學信息資源、環保監測實時數據、氣象信息等公開信息，通過基于互聯網云服務的方式，面向各類用戶提供地質科學信息資源目錄服務、成果資料內容服務、專題地圖服務、巖石礦物標本的展示服務、各類突發地質災害信息以及其他相關地質科學信息資源等服務。基于云服務平臺的e地質應用系統建設，加快了地質科學信息資源的共享應用，向公眾擴充了科普地學知識，提升了北京市地質科普的服務水平，擴大了地學交流，對公眾具有重要科普意義。

1 系統云架構模式的設計

1.1 總體設計

基于云服務的e地質應用系統主要由云平臺的應用層、支撐層、管理層以及基礎設施層4個部分構成，用戶可以通過智能終端PC機、手機、平板電腦等訪問云平臺，實現單點登錄和信息同步。e地質應用系統的云平臺架構如圖1所示。

（1）應用層。云平臺應用層主要針對兩個方面，分別是：面向PC端的e地質公共服務平臺和面向移動端的e地質軟件APP。在云平臺的管理下，云平臺的應用層實現了統一認證和管理，并且還加強了認證等級，能夠提供各類服務展示功能給用戶。

（2）支撐層。支撐層是面向用戶和系統應用所必要的組件和服務，能夠提供對應用系統建設的統一支持，能夠提高系統建設的可靠度、降低其復雜程度。支撐層包括：應用服務管理子系統、系統管理維護子系統、內容管理子系統、以及在線地圖集成組件。所以，如此大量豐富的云端服務，為e地質應用系統平臺的云推送、云標簽、云分享等功能提供了強有力的支撐服務。云數據管理層：云數據管理層的作用主要針對大數據可擴展進行管理，能夠實現數據信息的采集、調度及維護。云數據管理層主要包括屬性數據庫、多媒體數據庫、空間數據庫、三維數據庫以及共享交換數據庫。e地質應用系統的數據層主要以地質遺跡、地質公園、地熱溫泉（冷泉）、地質遺跡等成果資料以及巖石礦物標本等實物信息，構造系統的底層基礎和數據資源。

（3）管理層。管理層包括數據的采集、傳輸、存取和管理，一般以數據庫管理系統作為其核心軟件，是信息系統的基礎。e地質應用系統的管理層根據不同需求，主要設計了多媒體數據庫、空間數據庫、屬性數據庫、共享交換數據庫、三維數據庫，以支撐e地質應用系統的不同類型數據。

（4）基礎設施層。基礎設施層是通過虛擬化的計算機資源、存儲資源、網絡資源等資源，以基本基礎設施即“服務”的形式，通過虛擬的網絡提供給用戶管理和使用（朱菘等，2014）。基礎設施層同時兼有軟件運行的軟件環境和硬件環境，主要包括資源抽象、負責管理、資源監控、資源部署安全、存儲管理和風險管理等功能，e地質應用系統安裝部署在北京市市級政務云上。

1.2 政務云的服務方式

e地質應用系統部署在北京市政務云上，政務云服務方式主要有以下特點：

（1）提供基礎設施服務，北京市屬政務云整合現有軟硬件資源，通過市級政務云平臺為各服務系統提供虛擬化資源，包括存儲、虛擬機、網絡等資源，通過統一的調度和數據處理，較好的實現系統的快速部署、實時監控以及綜合分析。

（2）構建了互聯互通的網絡環境，政務云的搭建符合互聯網發展的現狀和總體規劃，解決了“信息孤島”的問題，政務云提供了互聯互通的網絡設計模式，構建了網絡資源服務。

（3）完備的應用支撐和業務應用服務能力，對系統的研發和快速部署，政務云平臺提供了可靠的操作系統、數據庫、中間件和開發工具等應用支撐軟件。同時，系統部署在政務云上也能實現市級政務云平臺的統一規劃、設計、開發和管理，并能夠直接使用政務云平臺上提供的各應用服務軟件，如郵件系統、即時通訊、電子公文系統等服務軟件。

（4）較高的安全環境，e地質應用安全等級保護為三級，部署在政務云上能夠保證系統安全可靠的運行，政務云平臺建設了安全可靠的信息安全基礎設施，制定了相關保障制度，并設計了相應的安全保護措施，同時明確了信息安全職責，切實有效的規避系統安全風險。

（5）健全的運維保障機制，政務云平臺建立了統一的運行服務體系，有專人提供系統的日常維護工作，能夠保障系統在政務云平臺的正常運行、維護和更新，實現對系統服務的全生命周期精細化管理。

2 e地質應用系統功能設計

在設計初期，由于e地質應用系統的受眾群體不同，考慮到系統的使用時節，所以針對不同受眾群體、不同季節，用戶的訪問量也會按需增長。同時，在后期的系統宣傳期間，針對不同受眾群體，也在不同時間對本系統的不同功能模塊宣傳推廣，以提高本系統的訪問量。例如，春天是外出踏青的好季節，e地質應用系統將在地質公園門口向游客大力宣傳和推廣地質公園、地質遺跡模塊，游客可以使用本系統從線上更加詳細的了解地質公園及其景點信息，那么春天的時候本系統的訪問量會隨著公園人流量增多而增多;當每年夏天到來的時候，正是北京市的汛期，e地質應用系統將配合北京市規劃和自然資源委員會突發地質災害的預警推送，向公眾們大力宣傳和推廣突發地質災害模塊，公眾們可以根據通過本系統隨時了解地質公園內突發地質災害的預警，那么每年夏天的時候e地質應用系統的突發地質災害模塊的訪問量會隨著公園人流量增多而增多;當每年9月份，中小學生開展戶外教學的時候，地質工作者會走入校園，向老師、學生們宣傳本系統的科普信息模塊，老師、學生們可以通過本系統直觀、深入地了解地質科普只是，那么e地質應用系統的地質科普模塊的訪問量會隨著科普量增多而增多，而云服務技術可以利用存儲資源和計算資源提供彈性的按需服務，可以根據系統用戶的并發量分配充盈的計算資源。所以，根據e地質應用系統的訪問量趨勢與不均勻的訪問量高峰，正好需要云服務的這種按需服務的需求，最終基于云服務的e地質應用系統就應運而生了。

基于云服務的e地質應用系統采用B/S模式，系統主體使用Java開發，數據庫采用MySQL，部署在北京市市級政務云上，完成了3個主要系統的建設：e地質公共服務平臺、移動端e地質服務單元以及系統運維支撐系統，其中系統運維支撐系統包括3個子系統，分別為應用服務管理子系統、網站內容管理子系統和系統管理維護子系統。

2.1 e地質公共服務平臺

e地質公共服務平臺，主要是面向計算機終端的網頁系統，共劃分為8個大的功能模塊（圖2）。

（1）地質公園。主要報告各類地質公園列表、地質公園基本信息、社會公眾評論信息、地質公園境內導覽以及對周邊信息查詢等功能。地質公園的資料主要來源于《北京市重要地質遺跡建議保護名錄》，本系統重點整理了7個地質公園，其中包括了世界級地質公園2個：房山世界地質公園、中國延慶世界地質公園;國家級世界公園4個：十渡國家地質公園、延慶硅化木國家地質公園、云蒙山國家森林公園、北京平谷黃松峪國家地質公園;市級地質公園1個：北京房山圣蓮山地質公園，詳細介紹了7個地質公園的旅游信息、公園概況、景區圖片等信息。

（2）地質遺跡。包含地質遺跡列表、地質遺跡的基本信息以及相關的點位詳細信息。地質遺跡的資料主要來源于《北京市地質遺跡資源及其保護現狀綜合調查報告》，系統能夠將地質地貌遺跡、典型地層剖面、構造遺跡等地質遺跡進行分類，將科普文字、攝像照片、地質科普知識以空間數據的形式納入系統，實現景點的導航、旅游服務、遺跡檢索的功能。

（3）地質災害。主要實現地質災害的預警，預警信息的發布、上傳預警信息;對地質災害進行相關的科普教育;對地質公園中監測的地質災害隱患點及避險場所進行相關展示及引導工作。

（4）旅游應用。系統主要集成了七大地質公園的基本信息。通過e地質應用系統，用戶可以采用語音、視頻等手段全面的了解地質公園的旅游信息，并可通過系統進行導覽。

（5）地質文獻。系統主要集成了各類地質科普文獻，包含各類地質期刊、公開出版物以及公開的地質成果，以供對地質科普感興趣的用戶查閱。

（6）城市地質。主要展示了北京市各項地質工作內容，包括城市地質的八大監測系統展示，涉及北京市地面沉降、地下空間、隱伏線性構造、地下水環境、突發地質災害、土壤地質環境、重大線性工程、地熱兩能等監測工作的內容及成果展示。

（7）在線博物館。e地質應用系統采用三維全景和多媒體技術相融合的方法，將巖石礦物標本以全景三維的方式展示給用戶。瀏覽者可以對展館場景中的場景進行數字化漫游、進行雷達方位導航，同時具有語音視頻解說、查詢文字說明、巖石礦物360°觀看等功能。

（8）經典旅游路線。系統為用戶展示經典地質旅游路線，內容包括在地圖顯示的規劃的線路，景點介紹性文字、圖片、語音，還有景點的相關信息、交通攻略、門票及景點間的距離等信息。

2.2 移動端e地質服務單元

移動端e地質服務單元，主要是作為e地質應用系統移動端，如手機、平板電腦使用，所建設的移動APP程序。移動端e地質服務單元包含了計算機終端網頁系統柜的大部分功能，主要包含首頁導引、旅游應用、地質公園、地質遺跡、經典旅游路線、地質科普模塊等功能。用戶通過移動端的e地質服務單元可實現與網頁端系統服務的交互。

2.3 系統運維支撐系統

為保障系統正常、安全、可靠地運行，開發了對應的系統運維支撐系統。系統支持用戶進行權限管理、數據備份以及系統運行監控等功能;通過對系統數據字典、系統日志的管理，實現對系統、人員的日常管理維護工作。

2.4 系統的數據庫設計

e地質應用系統采用MySQL數據庫，針對系統業務需求的不同，分別建立了多媒體數據庫、空間數據庫、屬性數據庫、共享交換數據庫以及三維數據庫。多媒體數據庫主要用于存放流媒體文件，空間數據庫主要用于存儲地圖數據，屬性數據庫主要用于存儲基礎結構化數據，共享交換數據庫主要用于存儲日常上傳的共享文件、臨時文件等數據，三維數據庫主要用于存儲在線博物館巖石掃描生成的三維模型數據。在本系統中采用常規的數據庫設計方法實體——聯系方法（即E-R模型）。系統的安全性要求體現在數據庫安全、信息安全以及系統安全上。通過視圖機制，對不同的用戶智能訪問系統授權的視圖，再通過分配權限、設置權限級別來區別對待不同用戶對數據庫的操作，數據庫設計嚴格的命名規范，用戶也只能通過賬號登錄到系統后臺管理頁面，通過后臺管理訪問數據庫，確保數據庫的安全。

3 關鍵技術

3.1 云技術在e地質系統中的重要作用

（1）彈性計算資源和存儲資源

在云服務中，計算資源和存儲資源是可以由云服務提供擴展和縮小的，彈性計算資源和存儲資源能夠為e地質應用系統弄隨時隨地提供靈活的計算資源和存儲資源能力，這些資源中的彈性資源可以是計算的處理能力、存儲、帶寬等。政務云平臺能夠根據e地質應用系統的訪問量需求來按需計算資源，例如在系統使用高峰期，適當的增加系統資源配置，在淡季時期，適當減少資源配置。

（2）安全的運行環境

安全的運行環境是網絡信息安全的前提，政務云平臺能夠提供安全的系統運行環境。e地質應用系統部署在政務云平臺，能夠實現統一的用戶身份安全管理，信息資源安全管理，以及用戶數據的安全管理。政務云平臺能夠確保使用e地質應用系統用戶的信息安全，保障運行在系統上的數據安全，也能確保整套系統正常運行的安全。

（3）便捷、按需的資源服務

政務云平臺可以根據用戶的需求合理的購買CPU、內存、存儲、帶寬等資源，大幅的提高了e地質應用系統的業務靈活性，能夠快速的實現資源部署，并根據實際的用戶需求將業務流量分配給后端服務器，隔離不可用的云服務器，提供e地質應用系統的業務承載能力和可用性，實現負載均衡。

（4）便捷的云管理服務

e地質應用系統部署在北京市政務云平臺上，政務云平臺有專門的云服務商來進行統一的管理，在考慮e地質應用系統的建設上僅需完成系統的設計、研發和部署工作，系統后期的運維和安全保障，有專門的政務云服務商來進行管理，政務云提供了安全可靠的運維服務環境，因此我們僅需要對系統的業務層面進行完善、維護和更新，不僅確保了系統安全，也減少了后期系統運維人員的投入。

（5）集約的租賃方式

e地質應用系統部署在政務云平臺上，采用的是以年租賃的方式，這樣可以更好的實現資源的集約化，合理的運用云服務的優勢，保障系統運行環境穩定正常安全，降低后期硬件維護費用，保障系統的完善更新，降低了系統后期運維人員的投入，以租賃的方式使用政務云平臺，能夠充分的發揮e地質應用系統資源的有效使用，提高工作效益和效率。

3.2 建立地質共享服務平臺

首次建立城市地質共享服務平臺，集成七大地質公園，實現了地質公園、地質遺跡語音、視頻導覽服務。通過系統用戶管理，實現了政民互動，切實將城市地質服務于廣大群眾。系統采用三維全景與多媒體技術相融合的數媒技術，實現了巖石礦物標本的展示，進一步提升了地質科普服務能力。

3.3 支持多終端設備

e地質應用系統部署在政務云平臺，方便系統的快速部署。實現城市地質信息的云推送、云同步。通過云平臺，在同一個賬號下，無論用戶使用何種終端設備，能夠實現多平臺的信息同步、共享。系統終端設備包括PC、移動智能設備。移動智能設備包含平板電腦、智能手機等，有IOS操作系統、也包括Android等其他操作系統，在設備不同、操作系統不同的運行環境下，采用了以HTML5、CSS、JavaScript網頁開發的模式，完成了平臺的前端開發，支持主流瀏覽器，能夠有效的適配手機、平臺、PC設備，實現了跨平臺的操作。

4 結論

e地質應用系統建立了地質數據公共服務平臺，為社會公眾提供了地質公園旅游導覽服務、地質科普知識服務和突發地質災害預警服務。e地質應用系統建設主要部署在北京市政務云上，具備云服務的諸多優點，云服務技術不僅為e地質應用系統提供了較好的安全性和可靠性環境，也大大降低了系統前期的研發成本。在系統日常運維過程中，也存在著一些不足，系統需要較好的網絡運行環境，如果一旦斷網，維護起來比較麻煩;同時，系統數據的安全與質量也需要專人進行校驗與維護，需要專門的培訓與資金的支持。今后系統的研究將更集中于對數據處理、數據分析以及數據的呈現方式進行研究，將大數據、深度學習等技術應用到系統中。

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