省級空間地理基礎信息系統建設與實施
——以貴州為例

薛蘭格，郭振華

(北京新興華安智慧科技有限公司，北京 100071)

1 引 言

多年來，由于部門管理的條塊分割、大量的地理空間信息資源始終未能按照地理空間信息自身的特點進行整合和管理，導致地理空間信息在標準規范、時效性、數據完整性、數據質量、信息化程度等方面存在很大差異，使得信息資源也條塊分割，難以發揮數據效應，基于“云上貴州”基礎平臺開發的貴州省基礎地理信息平臺，有效整合了分散的地理空間信息資源，形成可以利用的信息產品，作為國土資源定位、空間分布、空間分析以及日常空間相關業務的辦理基礎、背景數據來源，為貴州省國土資源信息化工作發揮基礎作用。

貴州省基礎地理信息平臺的建設主要是為貴州省國土資源云提供基礎空間地理信息數據和服務支撐，能夠為政府部門、企業及社會公眾提供底板數據，并完善示范數據應用。貴州省基礎地理信息數據量大，包含全省4D數據(DEM、DOM、DLG、DRG)、航攝數據、國情普查數據、各行業專題數據、統計分析數據、真三維影像數據、歷史數據等等，因此信息系統平臺數據管理格外關鍵。

2 構建與實施

2.1 系統框架

貴州省基礎地理信息系統平臺總體上由基礎設施、數據庫、數據庫管理系統三部分組成。系統平臺總體結構如圖1所示：

圖1 平臺總體結構

(1)基礎設施

基礎設施主要依附于貴州省國土云，包括計算資源、存儲資源、網絡資源、安全設施四部分。計算資源主要為系統提供基礎的計算負載能力，存儲與網絡主要提供數據的存儲空間與數據傳輸通道，安全設施則為整個系統從基礎數據到頂層系統應用之間的各項安全性保證。

(2)數據庫

主要包括地形地貌、遙感影像、地表覆蓋、地理要素、專業專題要素數據、地理信息統計分析成果、地表三維模型庫七個子庫。數據庫主要對不同數據的分類存儲，以方便統一管理、數據更新及數據維護。此外還包括為系統層提供關系型、非關系型、空間數據庫統一的訪問接口。

(3)數據庫管理系統

數據庫管理系統主要包括桌面應用系統和WEB應用系統，是集成數據管理、二三維集成展示、信息查詢分析、成果應用服務、數據更新維護、系統安全管理等為一體的對內對外出口。桌面應用系統主要負責對數據的更新及系統安全管理，數據的更新必須經過數據的質檢達到入庫的標準，同時對數據更新做日志記錄，記錄操作人員、更新內容及時間戳。WEB應用系統主要以成果展示為主，包括二三維聯動展示、查詢與分析、成果應用服務等，可分為面向公眾、面向企業和面向政府政務的三大應用類型。

2.2 建設目標

貴州省基礎地理信息系統建設項目將提供GIS管理服務、目錄服務、分發服務、在線服務等支撐能力，且能夠與國土“一張圖”“天地圖貴州公眾版、政務版和涉密版”“云上貴州”平臺進行對接，提供數據與服務支撐，在滿足現有其他平臺需求能力的基礎上，進一步改造提升計算、存儲和網絡資源能力，以提高系統運行和服務效率。

2.3 總體技術路線

采用構件化的設計思想，在需求分析抽象的基礎上，先進行軟件功能構件的設計，然后根據應用與管理對象的不同，對構件靈活組裝搭建成不同的應用模塊；按照統一時空框架、面向對象的空間數據組織和管理的基本原則進行系統開發。

采用B/S架構，并采用OGC服務標準，以ArcGIS Server作為地圖服務發布引擎，B/S應用系統服務代理采用Tomcat。

2.4 關鍵技術

系統建設關鍵技術主要有基于服務聚合與拆分的地圖服務調用，數據庫索引建立、地理底圖制作、分布式存儲技術、基于插件框架的功能模塊實現、性能加速優化技術。性能加速優化技術包括ArcGIS API for Java Script技術、Spring MVC框架技術等。云服務總線可提供強大的服務整合和服務綜合治理功能，主要面向SOA/WOA應用領域，提供快速響應，高吞吐量、高可靠性消息中介引擎和服務中介引擎。同時云服務總線還支持事件發布與訂閱，支持DB2、Oracle、MSSQL、MySQL、H2等關系數據庫訪問，支持將數據庫存儲過程封裝成服務，提供服務動態發現(WS-Dicovery規范)等。

2.5 系統實施

貴州省基礎地理信息數據庫管理系統是數據進出口的平臺，其功能包含成果數據入庫質檢工具、入庫預處理工具、數據庫集成管理系統、基本統計分析系統、成果應用服務系統。功能結構圖如圖2所示：

圖2 數據庫管理系統

(1)入庫質檢工具

加快各種基礎地理信息數據整合，包括多尺度DEM、地表覆蓋分類數據、地理國情要素數據、遙感影像解譯樣本數據等在數據成果入庫前需要進行入庫檢查，主要檢查成果數據中影響入庫的數據質量，包括文件與結構一致性檢查、空間拓撲檢查、邏輯一致性檢查、空間參考正確性檢查、數據接邊檢查。除了以上必要的檢查項外，系統還提供了可選檢查項：

①空值檢查

②圖形檢查

③精度檢查

④標準化檢查

⑤縣界檢查

⑥鄉鎮檢查

……

(2)數據預處理工具

數據質量是信息平臺建設的關鍵，深度挖掘數據價值。為保證基礎地理信息各種成果數據順利入庫，對基礎地理信息數據進行入庫前預處理，生成滿足基礎地理信息數據建庫與統計分析的數據成果。包括投影轉換模塊、屬性結構調整模塊、基本預處理模塊、數據派生提取模塊(圖3)、要素對象化處理模塊、路網與水網數據預處理模塊、數據邏輯分區處理模塊、元數據空間化處理模塊、專題數據整合處理模塊、規則格網生成模塊等。

圖3 數據派生提取模塊

(3)數據庫集成管理系統

數據庫集成管理系統提供數據入庫、管理、更新、檢索和提取等功能，可對預處理后的成果數據(包括其他擴展的數據內容)和其他專題數據進行批量自動化的數據入庫。同時還支持用戶自定義數據模型，實現DLG、DEM和DOM數據的入庫、管理、更新、檢索和分發等功能。包括以下模塊：數據入庫模塊、數據更新模塊、綜合查詢模塊、元數據查詢模塊、數據提取模塊、用戶管理模塊、運行監控模塊、備份與恢復模塊、基本統計分析模塊、綜合統計分析模塊、變化分析模塊、專題分析評價模塊、目錄服務模塊、在線服務模塊、分發服務模塊、接口服務模塊、二維模塊、三維模塊、二三維聯動模塊、系統幫助模塊、系統反饋模塊，如圖4所示。

圖4 數據庫集成管理系統

(4)統計分析系統

基本統計分析模塊。實現地形地貌統計分析、植被覆蓋統計分析、荒漠與裸露地統計分析、水域統計分析、交通網絡統計分析、居民地與設施統計分析、地理單元統計分析；

綜合統計分析模塊。實現地表要素空間分布形態、地表覆蓋空間格局、地表覆蓋程度、基礎設施配置水平、地面交通通達性、地表要素空間相關性；

專題分析評價模塊。實現區域生態協調性空間分析、城市空間發展狀況分析評價、經濟區域地理空間發展、基本公共服務設施布局空間發展。

(5)門戶系統

門戶網站是平臺面向公眾最直接和最佳的表現形式與服務窗口，因此整體布局將圍繞莊重大方、簡潔美觀，網站功能框架脈絡清晰，突出功能定位來展開。設計元素強調抽象、極簡、符號化，去除冗余的裝飾效果，突顯應用的文字圖片等內容，完美兼容PC網站、Andoid、iOS等不同系統的平臺和不同屏幕分辨率的設備，適應性強。

門戶界面主要提供平臺所有功能的入口和用戶登錄的入口，數據服務和功能服務的縮略圖，提供友好的用戶服務界面，界面如圖5所示：

門戶首頁為用戶提供基礎數據、基礎服務、電子地圖服務、平臺應用的入口，界面如圖6所示：

圖6 門戶首頁

用戶登錄后，門戶首頁的資源中心為用戶提供數據服務目錄。圖7為貴州省資料館的管理員權限登錄的界面。

圖7 用戶權限登陸

門戶首頁功能如下：

①特色功能輪播：一體化平臺、云平臺、信息時空匯聚、共享互通；

②數據服務：智能地圖、矢量數據服務、影像數據服務、三維數據服務等；

③功能服務：緩沖區分析、數據空間聚合分析等；

④電子地圖服務：二三維地圖服務、影像對比、交通導航；

⑤平臺應用：第三方集成，開發中心。

3 結 語

本文基于云計算和大數據體系關鍵技術，統一管理和安全防護多層次實踐，全面闡述貴州省基礎地理信息系統平臺解決方案，為貴州省自然資源和空間地理基礎信息庫建設奠定了基礎。通過省級層次的自然資源和空間基礎數據庫建設，建立起地理空間信息采集、加工生產、共享服務的機制和標準規范，開發典型特色應用，助力城市治理，將大大豐富國家地理空間信息基礎設施的內容、不斷提升其對自然資源、社會精細化管理綜合能力，具有重要意義。