基于云架構的智慧城市GIS共享平臺架構設計

彭清濤　孫海永

作者簡介：彭清濤（1982—），男，本科，高級工程師，主要從事地理信息數據處理和地圖編制與出版研究工作。

基于云架構的智慧城市GIS共享平臺架構設計

彭清濤?? 孫海永

（吉林省航測遙感院? 吉林長春? 130000）

本文以GIS技術助力智慧城市信息共享平臺架構設計為研究對象，結合智慧城市時空信息云平臺構建為背景，基于云GIS四層地理服務體系架構，論述了智慧長春時空信息云平臺的“四橫三縱”的總體架構，橫向上包括基礎支撐環境、時空大數據、時空信息云平臺、智慧應用4個層面，縱向上采用政策制度標準和安全運維保障兩大手段，平臺已應用于長春市地理信息網、自然資源管理服務平臺、自然資源監測平臺、其他智慧應用集成，應用結果表明，云GIS平臺提高了社會管理效能和質量，為城市可持續發展的改善和調控提供有力工具。

智慧城市? GIS? 云平臺? 構建

PENG Qingtao? SUN Haiyong

（Jilin Institute of Aerial Survey and Remote Sensing， Changchun， Jilin Province， 130000 China）

This paper takes the architecture design of smart city information sharing platform assisted by GIS technology as the research object， combined with the construction of smart city spatio-temporal information cloud platform as the background， based on the cloud GIS four layer geographic service system architecture， discusses the "four horizontal and three vertical" overall architecture of smart Changchun spatio-temporal information cloud platform， which horizontally includes the basic support environment， spatio-temporal big data， spatio-temporal information cloud platform. The platform has been applied to the integration of Changchun geographic information network， natural resource management service platform， natural resource monitoring platform and other intelligent applications. The application results show that the cloud GIS platform improves the efficiency and quality of social management， It provides a powerful tool for the improvement and regulation of urban sustainable development.

Smart city; GIS; Common platform; Construction

地理空間數據是城市信息資源的重要組成部分，也是集成整合城市其他業務信息資源的重要基礎。城市地理空間數據的應用經歷了一開始以文件為中心的時代，走過了以數據庫為中心的系統建設時代，近幾年也走過了以面向地理服務為中心的服務時代，接下來將是面向云服務的智慧城市地理平臺時代。隨著云計算的不斷發展和深入應用，云GIS技術應運而生，其發展勢必會提升現有的城市地理空間數據的服務方式。云計算在智慧城市建設中落地，其資源池化、按需供應的特性可以更好地發揮地理平臺的資源共享價值。

云GIS實質是將地理空間數據的建模、存儲、處理和GIS的平臺、軟件等方便、高效地部署到以云計算為支撐的“云”基礎設施之上，能夠以彈性的、按需獲取的方式提供最廣泛的基于Web的服務，從而改變傳統GIS應用方法和建設模式，使用戶以一種更加友好的方式，高效率、低成本地使用地理信息資源。

1 云GIS架構及服務模式

1.1 數據整合在云端

傳統GIS模式下，空間數據整合的核心是數據“放在哪”，數據的提供者需要建設自有的數據中心運維數據。而在云模式下，為用戶提供了理論上無限的存儲運維終端——云端的中心。云端中心廣泛整合了各類數據資源（包括空間數據和各類業務數據），并且能應用各類數據資源提供統一的服務，但同時又對各個用戶之間的信息資源、計算資源、存儲網絡資源之間保持嚴格的邏輯安全控制。這樣一個數據資源豐富，運維有保障的一站式云門戶，也為真正地發揮數據應用價值奠定了基礎，如圖1所示。

1.2 云端資源，隨用隨取

傳統GIS，空間數據的更新和維護對技術實力和財力都是巨大挑戰。云模式下，用戶根據自身情況租用云端的資源，既可以是特定的硬軟件環境、網絡帶寬等，也可以是經過處理后的數據資源，使用戶在“一站式云門戶”平臺上方便獲取資源，用戶只需專注于業務的拓展。用戶根據度量功能的統計結果，隨需地支付資源的使用費用，實現資源最佳配置。

1.3 滿足多平臺、多用戶協同工作

云端中心是一個整合了海量數據、功能強大的超級中心，可以拓展出使用各種平臺、各種設備的終端用戶與其連接，共享交換資源、應用服務，進而滿足不同角色、使用不同技術的用戶基于統一云平臺進行協同工作。

2 ArcGIS云平臺

2.1 新型的Site-GIS Server模型架構

新型的Site-GIS Server模型采用點對點（P2P）的方式，即每一個GIS Server節點都是平等的，在邏輯上將這n個GIS Server節點組織為一個Site站點。數據存儲在單獨的數據服務器節點之上，在計算集群中即使是某一個GIS Server節點意外宕機，也不會導致整個地圖服務的停止運行。當需要增加一個GIS Server節點時，以plug-in方式插入一個節點為服務提高負載能力。這種松散的、熱插拔的架構，實現了GIS Server在計算節點上的自動伸縮。

2.2 出色的私有云解決方案

ArcGIS Server可實現“云端發布服務、本地搭建應用”，讓用戶能夠發布具有彈性調整能力的GIS服務，并可將其應用于自己的業務應用系統當中，同時允許用戶將開發的應用托管至云端。ArcGIS私有云解決了基礎底圖服務、GIS站點租用、虛擬數據中心、資源托管、智能化底層資源管理等服務問題。

3 基于云架構的智慧城市地理空間信息共享平臺構建

3.1 平臺基本情況

本文以智慧長春時空信息云平臺為例，探討“四橫三縱”的總體架構，橫向上包括基礎支撐環境、時空大數據、時空信息云平臺、智慧應用4個層面，縱向上采用政策制度標準和安全運維保障兩大手段。

采用ArcGIS和SuperMap來集成政府各類業務系統，實現基于地理空間數據的社會管理一體化服務，其中ArcGIS主要用來管理二維數據、SuperMap 主要用來管理三維數據。

平臺應用含3個子系統及多項智慧應用對接：地理信息網系統以影像、矢量、三維一體化的數字城市地理空間框架為基礎，融合疊加醫療、教育、住房、民政、交通、氣象、旅游、應急、公共設施等9個部門的專題數據，通過多種方式的數據可視化為政府輔助決策提供依據。

多項智慧應用集成實現與時空信息云平臺的數據服務對接，主要包含數字城管、智慧公安、智慧河長、智慧人居、智慧環保、智慧黨建、智慧醫療、智慧文旅等8個行業的系統對接。

3.2 平臺設計及架構

時空信息云平臺按4層架構設計，主要業務構架如圖2所示。平臺按架構層劃分為：支撐云環境、時空大數據、時空信息云平臺、智慧應用4個層面。

（1）支撐云環境：主要是本項目的運行支撐環境，包括計算資源、存儲資源、網絡資源等硬件環境，以及 GIS 軟件、數據庫軟件等軟件環境。（2）時空大數據：其數據內容包括基礎時空數據、公共專題數據、物聯網實時感知數據和互聯網在線抓取數據四大類。基于高性能分布式數據引擎，實現時空大數據的匯聚、融合和管理，構建完善的時空大數據治理體系。（3）時空信息云平臺：最核心層，基于時空大數據，構建各類服務資源池，為各類智慧應用提供按需服務。服務資源池包括數據服務、功能服務、應用服務、知識服務和開發服務等。（4）智慧應用層：通過平臺提供的各類服務資源，實現應用的智能化。各政府部門可基于時空信息云平臺，開展政府決策、城市管理和公眾應用等方面的智慧應用建設。本項目智慧應用包括長春市地理信息網、自然資源管理服務平臺、自然資源監測平臺、其他智慧應用集成。

4 云平臺中關于地理空間信息的關鍵研究工作

4.1 基于分布式計算的時空大數據分析挖掘

時空大數據具有數據體量大、數據種類多、處理速度要快等特點，這些大數據中蘊涵著豐富的知識，為形成“用數據說話、用數據決策、用數據管理、用數據創新”的城市管理新模式，需采用分布式時空大數據分析技術，基于時空大數據分析的方法模型庫，實現時空大數據在線可視化分析挖掘。

4.2 基于動態切片的海量時空數據實時渲染

矢量切片技術繼承了矢量數據和切片地圖的雙重優勢，基于矢量切片的動態渲染技術，提供不同風格的底圖服務，為用戶提供多樣化的選擇;同時提供豐富的二次開發接口，用戶可以基于ArcGIS API、Openlayers、leaflet 等客戶端進行矢量切片數據的調用。

4.3 基于實景三維的智慧城市管理與服務

基于WebGL 技術的新型三維技術，突破了三維數據的瀏覽和運算瓶頸，通過三維數據切片，用戶可以在免插件的現代瀏覽器上流暢運行三維數據。同時，該項技術支持細粒度的三維模型，對于工業級別的 BIM 模型也能流暢運行。

對項目范圍內的三維數據（包括三維建模數據、傾斜三維數據）進行升級改造和技術革新，讓用戶在線暢快體驗三維地理信息服務和價值。同時，提供開放的三維API開發接口，助力各行業開展基于三維地圖服務的深入應用。

4.4 基于物聯網感知數據的實時地圖

平臺支持不同網絡、適配不同協議，并與設備建立長對話的通信機制，進而對設備實時監測的數據進行采集、解析、存儲與預警，為時空大數據體系提供及時鮮活的物聯網實時感知數據。利用物聯網感知數據與二、三維地圖進行深度融合，為智慧城市、自然資源的動態監測提供全新的視角和手段。

5 結語

智慧城市發展階段，城市地理空間數據最終是以地理空間信息服務平臺的方式展現給用戶的。云GIS平臺架構技術結合云計算與GIS平臺架構的優點，以解決傳統GIS平臺的弊端，是智慧城市運行的智能化時空載體?；谠萍軜嫷闹腔鄢鞘蠫IS共享平臺通過集成虛擬化、網絡化、智能化等關鍵技術，實現了對城市精細化、網格化管理，創建了智慧城市社會管理與服務新模式，提高了社會管理效能和質量，為城市可持續發展的改善和調控提供有力工具。

[1]丁可.基于GIS的智慧城市照明管理系統的研究與設計[D].北京：華北電力大學，2018.

[2]常輝.面向公眾服務的安丘市地理空間信息平臺電子地圖的制作與發布[D].濟南：山東科技大學，2020.

[3]劉嫣然.德陽市柳梢堰智慧公園景觀設計研究[D].咸陽：西北農林科技大學，2021.

[4]倪家明，劉春林.三維GIS技術在智慧城市中的探究與應用[J].智能建筑與智慧城市，2019（7）：36-38.

[5]王愛萍.地理信息系統在智慧城市中的應用[J].智能城市，2019，5（15）：58-59.

[6]許怡蕾.BIM和GIS技術融合在智慧城市建設中的應用[J].智能城市，2020，6（13）：16-17.