基于OSGIS的CDGS適宜性評價信息服務系統研發

崔芳姿，范振林，李旭峰,2，金曉琳,2

（1.中國地質調查局二氧化碳地質儲存重點實驗室，河北 保定 071051；2.中國地質調查局水文地質環境地質調查中心，河北 保定 071051）

采用適應互聯網模式的B/S技術架構，基于開源地理信息服務平臺，結合CO2地質存儲適宜性評價專題成果數據，建立評價成果標準化服務技術規范，實現全國區域、沉積盆地的適宜性評價數據管理分析和展示服務，為地方政府和碳排放企業提供全面的CO2地質存儲適宜性評價信息[1-5]。

國外CO2地質儲存系統基本采用ArcGIS或MapInfo地理信息系統平臺[6-10]，數據包括CO2排放源、潛在的含水層儲存地、潛在的含水層注射點、油氣領域的地點、油氣領域的注射點、煤田、潛在煤田注射點、現有管道、自然產生的CO2排放源等。信息服務系統建設采用開發專用軟件方式，功能主要包括數據輸入和管理、數據分析應用與決策支持、數據網絡發布三方面。

我國地學領域積累了自六十年代以來海量的地質與礦產資源科學數據，據不完全統計，全國性數據資源量達到近100多TB，還有大量各種調查、勘查、勘探成果資料和研究成果資料，數據積累已成規模。中國的一些企業和科研院所與國際有關機構合作，早在20世紀90年代就開展了CO2地質儲存信息服務系統方面的應用研究工作[11-16]。

CO2地質儲存適宜性評價是CO2地質儲存眾多基礎理論和關鍵技術研究中重要研究內容之一，其評價結果將為政府、企業是否采用CO2地質儲存技術減排CO2提供地學決策依據，其評價結果的真實性與客觀性將直接影響CO2地質儲存工程的成功實施。因此，非常有必要開展CO2地質儲存信息服務系統方面的應用研究工作。

1 系統總體框架設計

中國及毗鄰海域CO2地質儲存適宜性評價信息服務系統利用CO2地質存儲適宜性評價專題成果數據及評價成果標準化服務技術規范，實現全國CO2地質存儲適宜性評價成果、沉積盆地的適宜性評價數據的管理和集中展示。系統主要功能包括基礎地圖操作、專題分類導航、空間定位展示、專題評價信息展示、專題圖展示等。系統采用B/S技術，基于WebGIS技術及SOA服務架構構建。系統的核心邏輯結構可分為數據層、支撐層、應用層、用戶層等四層，此外還包括安全保障體系、維護支撐體系、評價成果數據標準規范體系外圍支持體系。總體架構如圖1所示。

圖1 中國及毗鄰海域二氧化碳地質存儲適宜性評價信息服務系統架構

系統結構分為4個層面：

1）數據層。基于評價成果數據規準化規范，完成數據統一入庫管理，入庫的數據包括基礎地圖數據（天地圖數據）、空間矢量數據、分類專題評價數據。

2）支撐層。搭建評價信息服務系統的技術支撐，包括提供基礎數據的天地圖基礎題圖服務插件、提供專業空間數據服務的GeoServer平臺、提供數據庫服務的SQL Server軟件以及實現系統Microsoft.Net Frame開發框架和WebServer服務技術。

3）應用層。在支撐層提供的技術平臺基礎上，結合數據層的資源和信息服務需求，研發一系列功能為用戶提供信息服務。提供的服務功能包括地圖基礎操作、專題分類導航、空間定位展示、專題評價信息展示、專題圖展示等。

4）用戶層。該信息服務系統面向的用戶主要為各級地方政府、碳排放企業以及其他相關部門。系統為這些用戶提供了區域CO2地質儲存適宜性評價成果，為用戶決策提供技術支撐。

2 系統關鍵技術

2.1 基于 WebGIS的網絡發布技術

WebGIS解決了GIS數據發布難題，通過定義存取各種地理數據庫的統一接口，普通人可以不需要安裝 GIS處理軟件，而只需要通過瀏覽器去簡單地搜索和瀏覽，就可以訪問到所需要的空間數據、 專題圖和影像圖，還可以根據需要進行一些簡單的空間查詢和空間分析，以得到更有價值的信息。通過 WebGIS技術，不僅可以實現應用系統的 B/S結構，方便普通公眾對空間信息的瀏覽、查詢，另一方面還可以改變傳統局限于地域的電子政務工作方式，實現多級政府部門和公務人員協同工作的新方式，為以各種獨立的政務系統為中心的工作模式向以數據和服務為中心的新模式的轉變打下堅實的基礎。

MapGIS的 Web發布包括 3個層次的體系結構：瀏覽器層、WebGIS服務層，GIS數據服務層。WebGIS服務器層的平臺是由 Windows 2003 Server以及基于MapGIS平臺的 MapGIS Server組件組成。WebGIS服務器接收到瀏覽器端的請求后，利用 MapGIS Server組件的功能，進行處理、分析、計算等，如果需要 GIS數據服務器的數據，則向 GIS數據服務器發出請求。GIS數據服務器層的平臺是 Windows 2003 Server以及空間地理數據庫。完成數據的定義存儲、檢索、完整性約束以及有關的數據庫管理工作，接收到 WebGIS服務器的數據請求，并將處理結果交送 WebGIS服務器。

2.2 SOA架構技術

為了更好地提升系統的服務能力和擴展能力，本系統采用SOA架構技術。SOA是一種新的體系架構，在基于SOA架構的系統中，具體應用程序的功能由一些松耦合并具有統一接口定義的服務組合構建起來。SOA的本質可以用一個中心、兩個基本點、三個原則、四個變化進行概括。其中一個中心是指SOA保持業務敏捷性的動機；兩個基本點是指通過高度的軟件復用和靈活的軟件互操作來保證業務的敏捷性；三個原則指服務的標準化原則、松散耦合原則及合理粒度封裝原則；而四個變化是指通過構件化、松耦合化、標準化和編排化來適應業務模型、體系結構、互操作及開發方面的調整及變化。

利用SOA架構，可以動態、快速部署新的服務資源，并且各類服務資源可以是異構的，掛接到SOA上的服務對用戶來說無需了解其中的細節，僅需關注訪問接口及返回的結果，使得整個服務過程、服務位置、服務形態透明化。

SOA有以下特性：

1）SOA服務具有平臺獨立的自我描述XML文檔。Web服務描述語言是用于描述服務的標準語言。

2）SOA 服務用消息進行通信，該消息通常使用XML Schema來定義。消費者和提供者、消費者和服務之間的通信環境可以異構。

3）SOA服務通過服務目錄列表進行維護，可以通過UDDI對服務進行注冊和搜索，并使用相應的服務。

4）SOA服務有一個與之相關的服務質量，QoS包含安全需求（例如認證和授權）、可靠通信、以及服務主動權的策略。

系統基于SOA架構技術開發，保證了數據訪問的安全性，易維護性。

2.3 天地圖服務

“天地圖”是國家測繪地理信息局建設的地理信息綜合服務網站。它是“數字中國”的重要組成部分，是國家地理信息公共服務平臺的公眾版。“天地圖”的目的在于促進地理信息資源共享和高效利用，提高測繪地理信息公共服務能力和水平，改進測繪地理信息成果的服務方式，更好地滿足國家信息化建設的需要，為社會公眾的工作和生活提供方便。“天地圖”網站裝載了覆蓋全球的地理信息數據，這些數據以矢量、影像、三維3種模式全方位、多角度展現，可漫游、能縮放。其中中國的數據覆蓋了從宏觀的中國全境到微觀的鄉鎮、村莊，是目前中國區域內數據資源最全的地理信息服務網站。于中國及毗鄰海域CO2地質儲存適宜性評價信息服務系統而言，經過授權后，利用“天地圖”提供的二次開發接口自由調用“天地圖”的地理信息服務資源，并將其嵌入已有的GIS（地理信息系統）應用系統搭建新的GIS應用系統，可以很好的利用天地圖資源來豐富和完善系統。

3 系統功能實現

軟件采用適應互聯網模式的B/S技術架構，基于開源地理信息服務平臺，結合CO2地質存儲適宜性評價專題成果數據，建立評價成果標準化服務技術規范，實現全國成果、沉積盆地的適宜性評價數據管理和展示服務，展示服務內容包括地圖交互、專題評價信息展示、專題圖展示等，為地方政府和碳排放企業提供全面的CO2地質存儲適宜性評價信息。系統功能結構如圖2所示。

圖2 系統功能結構圖

1）CO2地質儲存調查數據的管理。實現對全國成果、沉積盆地沉積盆地等數據的錄入、維護；利用GIS 可視化技術、空間分析技術和其強大的空間表現力，快速瀏覽和觀察以上數據集、相互關系和趨勢,判斷地質體空間、時間和屬性特征，建立總體的時空分布概念，提高CO2地質儲存調查工作的管理效率。

2）地圖交互。地圖交互功能包括基礎地圖操作、空間定位展示、專題分類導航。

基礎地圖操作可以實現地圖操作：放大、縮小、復位和移動；分類導航可以通過點擊目錄樹下評價區或沉積盆地名稱導航到地圖中相應區塊；空間定位展示在地圖上通過鼠標停留可高亮并展示當前評價區或沉積盆地信息。

3）專題評價信息展示。專題評價信息展示服務以全國空間基礎數據為地圖疊加全國CO2地質儲存評價專題數據提供服務，服務內容包括展示評價區屬性，如評價區名稱、評價區類型、適宜性評價等，如圖2所示。

4）專題圖展示。專題圖展示服務是在全國基礎上疊加沉積盆地專題數據，以沉積盆地評價數據為核心提供更加詳細信息服務，服務內容包括展示沉積盆地圖件，包括沉積相圖、目標靶區圖、盆地地層綜合柱狀圖、盆地地質剖面圖、儲層厚度等值線圖、地殼穩定性圖、盆地地質圖等。

4 結 語

毗鄰海域CO2地質儲存適宜性評價信息服務系統的研發與應用為CO2地質儲存綜合地質調查提供信息化、網絡化、標準化、科學化的管理手段。系統測試運行穩定，可以實現全國區域、沉積盆地的數據管理分析和展示服務。通過毗鄰海域CO2地質儲存適宜性評價信息服務系統的推廣應用，將提高CO2地質調查工作效率，對保障CO2地質儲存工程的成功實施和地質調查工作順利進行具有重大的意義。