多節(jié)點(diǎn)協(xié)同地理信息公共平臺建設(shè)實(shí)踐

范新成

(臨沂市國土資源局測繪院，山東臨沂276004)

多節(jié)點(diǎn)協(xié)同地理信息公共平臺建設(shè)實(shí)踐

范新成

(臨沂市國土資源局測繪院，山東臨沂276004)

基于地理信息與專題信息縱橫互聯(lián)和共享，探討實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)協(xié)同服務(wù)的地理信息公共平臺建設(shè)的難點(diǎn)和創(chuàng)新點(diǎn)，通過建設(shè)實(shí)踐，為數(shù)字城市建設(shè)提供有利的案例參考。

多節(jié)點(diǎn)協(xié)同服務(wù);任務(wù)解析分配;服務(wù)代理

一、引 言

2007年6月，國家測繪地理信息局批準(zhǔn)臨沂市為全國數(shù)字城市地理空間框架試點(diǎn)工程建設(shè)示范城市。項(xiàng)目啟動(dòng)前，項(xiàng)目組考察學(xué)習(xí)了許多城市，如北京、泰州、蘇州、南京，以及國家測繪地理信息局選定的試點(diǎn)城市太原、潛江、嘉興、惠州等。這些地方的公共平臺都做得很好，但大部分主要是只做一個(gè)節(jié)點(diǎn)的市級平臺和幾個(gè)應(yīng)用，縣級和專題多節(jié)點(diǎn)協(xié)同的都未做。究竟是采用集中式還是分布式多節(jié)點(diǎn)來進(jìn)行公共平臺建設(shè)是擺在項(xiàng)目組面前的難題。但是經(jīng)過深入調(diào)研發(fā)現(xiàn)，采用多節(jié)點(diǎn)方式可以更好地滿足各部門的實(shí)際需求，因此，結(jié)合其他城市的情況，筆者按照本地需求，創(chuàng)新性地進(jìn)行了多節(jié)點(diǎn)協(xié)同地理信息公共平臺的建設(shè)。

本文通過構(gòu)建多節(jié)點(diǎn)協(xié)同的地理信息公共平臺，對其中涉及的若干難點(diǎn)和關(guān)鍵技術(shù)突破問題進(jìn)行了探討。

二、主要技術(shù)特點(diǎn)

臨沂立項(xiàng)之前，全國已經(jīng)啟動(dòng)了27個(gè)城市。其中，太原、嘉興和潛江已初步建成，極大地促進(jìn)了當(dāng)?shù)匦畔⒒ㄔO(shè)。但是，這些地區(qū)的數(shù)字城市建設(shè)基本上是集中在一個(gè)節(jié)點(diǎn)，部署在市測繪行政主管部門，其他政府部門只是單向在線調(diào)用地理信息。這種情況對于臨沂來說遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。

臨沂市包括6區(qū)9縣，共17 184 km2，面積廣、人口多、發(fā)展快，如果像其他城市一樣僅僅建立一個(gè)市級測繪主節(jié)點(diǎn)，盡管可以涵蓋6個(gè)區(qū)，但仍很難滿足要求，必須建立9個(gè)縣的測繪分節(jié)點(diǎn)。另外的一個(gè)突出特點(diǎn)是，政府各個(gè)部門共建共享熱情很高，在線調(diào)用測繪信息的同時(shí)，也愿意在線提供專題信息，技術(shù)架構(gòu)是雙向?qū)α鳎辉偈菃蜗蛱峁┑乩硇畔ⅰ?/p>

因此，數(shù)字臨沂建設(shè)立足于從單一節(jié)點(diǎn)走向多節(jié)點(diǎn)，從單向提供走向雙向?qū)α鳎鐖D1所示。其技術(shù)特點(diǎn)可以概括為:測繪信息是分布式存儲、多節(jié)點(diǎn)協(xié)同;專題信息是通過在線注冊，構(gòu)建虛擬數(shù)據(jù)中心;共享方式是從“點(diǎn)—點(diǎn)”走向“點(diǎn)—中心—點(diǎn)”。

圖1 數(shù)字臨沂技術(shù)框架圖

三、難點(diǎn)與創(chuàng)新

1.“1+9”測繪節(jié)點(diǎn)的任務(wù)分配

針對“1+9”測繪節(jié)點(diǎn)，需要解決的第1個(gè)難點(diǎn)是，當(dāng)從任何部門的應(yīng)用終端發(fā)出一個(gè)請求時(shí)，首先要把這項(xiàng)任務(wù)進(jìn)行分解，并把子任務(wù)分派至相應(yīng)節(jié)點(diǎn)。具體包括6個(gè)步驟:① 確定任務(wù)重要等級，進(jìn)入排隊(duì)隊(duì)列;②將任務(wù)分解成測繪數(shù)據(jù)和功能操作兩大類;③細(xì)化數(shù)據(jù)從哪個(gè)節(jié)點(diǎn)獲取，及其范圍和類型;④判斷用戶權(quán)限;⑤同構(gòu)服務(wù)的在線數(shù)據(jù)集成;⑥同時(shí)啟動(dòng)運(yùn)維記載服務(wù)狀況。

經(jīng)過反復(fù)的研究和試驗(yàn)，項(xiàng)目創(chuàng)新地提出并建立了任務(wù)解析分配模型(RAAM)。RAAM主要是基于動(dòng)態(tài)知識庫，該庫由各節(jié)點(diǎn)關(guān)于數(shù)據(jù)、軟件功能和實(shí)時(shí)計(jì)算資源狀況3部分知識構(gòu)成。在動(dòng)態(tài)知識庫的基礎(chǔ)上，通過解釋器和基于知識的分配算子，對任務(wù)請求進(jìn)行正確解釋和精確分配，并迅速定位適用的服務(wù)節(jié)點(diǎn)。任務(wù)解析分配模型的原理如圖2所示。

圖2 任務(wù)解析分配模型原理圖

2.30 個(gè)專題節(jié)點(diǎn)的服務(wù)代理

針對30多個(gè)專題節(jié)點(diǎn)，需要解決的第2個(gè)難點(diǎn)即各部門使用了ArcGIS、MapInfo、NewMap、Super-Map、MapGIS等國內(nèi)外10多種軟件，不同專題節(jié)點(diǎn)在虛擬數(shù)據(jù)中心注冊的各種服務(wù)(數(shù)據(jù)、功能、流程等)存在較大差異，包括資源類型不同(WMS、WFS、WCS、WMTS等)、接口風(fēng)格不同(SOAP RPC、REST等)、交換格式不同(WKT、GML、KML、GeoJSON等)、表現(xiàn)形式不同(符號、線型、色彩等)。

要對外實(shí)現(xiàn)“一站式”服務(wù)，必須要求能夠自動(dòng)或智能地聚合各種服務(wù)資源。經(jīng)過反復(fù)的研究和試驗(yàn)，并完全遵照網(wǎng)絡(luò)服務(wù)規(guī)范(Web Services)，項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出并建立了服務(wù)代理模型(SAM)。SAM模型具有以下特點(diǎn):①支持文件、數(shù)據(jù)庫加載及網(wǎng)絡(luò)服務(wù)發(fā)現(xiàn);② 根據(jù)服務(wù)規(guī)范進(jìn)行適配、動(dòng)態(tài)投影及融合;③ 依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)或定制的模式進(jìn)行渲染;④支持自身和網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)與功能服務(wù)多種方式的聚合和再發(fā)布。其模型原理如圖3所示。

圖3 服務(wù)代理模型原理圖

3.多節(jié)點(diǎn)存儲三維數(shù)據(jù)的快速服務(wù)

針對部署在多節(jié)點(diǎn)上的三維數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下實(shí)現(xiàn)高效服務(wù)的難題，項(xiàng)目創(chuàng)新性地提出并建立了一種適用于網(wǎng)絡(luò)三維模型優(yōu)化的三維重建方法。該方法將模型的幾何形狀和紋理分成若干等級，建立多級LOD模型。在可視化顯示過程中，通過面向三維目標(biāo)的方向、位置、拓?fù)涞瓤臻g關(guān)系的描述與組合推理模型，參照人類的自然視覺原理，將顯示內(nèi)容與視點(diǎn)緊密相關(guān)，并在保持屏幕顯示信息量固定的前提下，動(dòng)態(tài)計(jì)算可視范圍，確定待顯示模型的等級，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的大范圍三維模型的快速顯示。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下從多節(jié)點(diǎn)調(diào)用的臨沂市區(qū)及縣駐地大面積三維模型數(shù)據(jù)情況如圖4所示。

圖4 網(wǎng)絡(luò)調(diào)用三維模型效果圖

4.多節(jié)點(diǎn)協(xié)同服務(wù)實(shí)現(xiàn)

上述3個(gè)技術(shù)難點(diǎn)突破以后，項(xiàng)目組建立了縱向貫通臨沂市縣、橫向跨接部門多節(jié)點(diǎn)協(xié)同的市級地理信息公共平臺，實(shí)現(xiàn)了臨沂市政務(wù)信息化空間支撐全覆蓋。平臺由1個(gè)市級主節(jié)點(diǎn)、9個(gè)縣級分節(jié)點(diǎn)、30個(gè)專題信息節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，分布式存放了覆蓋全市域總量4.2 TB的數(shù)據(jù)。同時(shí)，測繪信息和注冊來的部門信息之間可以雙向?qū)α鳎ㄟ^虛擬數(shù)據(jù)中心，把共享方式從“點(diǎn)—點(diǎn)”推向“點(diǎn)—中心—點(diǎn)”，如圖5所示。

圖5 數(shù)據(jù)共享方式轉(zhuǎn)變示意圖

同時(shí)，研制了高可塑適配插件，實(shí)現(xiàn)了與多種通用軟件的無縫鏈接，豐富了平臺的服務(wù)模式。截至目前，臨沂市已有30個(gè)部門建立或擴(kuò)展了42個(gè)專題應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了臨沂市政務(wù)信息化空間支撐全覆蓋，極大地提高了部門的信息化水平。其部分相關(guān)專題應(yīng)用系統(tǒng)列表如表1所示。

表1 部分專題應(yīng)用系統(tǒng)列表

5.建立長效機(jī)制

在借鑒相關(guān)城市經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合臨沂實(shí)際，建立了政策有保障、技術(shù)有手段、落實(shí)有機(jī)構(gòu)的平臺運(yùn)行服務(wù)的整套長效機(jī)制。這是國內(nèi)首次在市及下轄縣同時(shí)成立測繪地理信息局，負(fù)責(zé)測繪管理和數(shù)字城市建設(shè)及應(yīng)用推廣，并由市政府出臺了《數(shù)字臨沂地理空間框架建設(shè)與管理辦法》，確立了平臺的唯一性和權(quán)威性地位;國內(nèi)首次由測繪主管部門與相關(guān)30個(gè)部門簽訂共建共享書面協(xié)議;國內(nèi)首次提出測繪數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)更新的技術(shù)方法，并通過平臺實(shí)現(xiàn)了整個(gè)數(shù)據(jù)資源的一致性維護(hù)與更新;國內(nèi)首次在地級市成功建立了公眾地圖網(wǎng)市場化運(yùn)營機(jī)制。

四、實(shí)踐效果

通過3年時(shí)間、近百人的辛勤努力，數(shù)字臨沂順利建成，并于2010年9月份通過了國家測繪地理信息局組織的驗(yàn)收。專家組一致認(rèn)為該項(xiàng)目總體水平達(dá)到國際先進(jìn)，在多節(jié)點(diǎn)動(dòng)態(tài)協(xié)同、智能服務(wù)代理等方面國際領(lǐng)先，該項(xiàng)目的建設(shè)、應(yīng)用及運(yùn)營模式對促進(jìn)地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展和數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)具有示范作用和推廣價(jià)值。

多節(jié)點(diǎn)協(xié)同地理信息公共平臺建設(shè)成果已在全國推廣，對我國數(shù)字城市建設(shè)起到了極大的示范帶動(dòng)作用。截至2011年7月底，已有北京、江西、江蘇、河北等10多個(gè)省、直轄市的測繪行業(yè)相關(guān)人員到臨沂參觀、考察學(xué)習(xí)。

五、結(jié)束語

通過多節(jié)點(diǎn)協(xié)同地理信息公共平臺在臨沂的建設(shè)實(shí)踐，為分布式地理信息資源充分共享利用提供了一種切實(shí)可行的城市地理信息公共平臺建設(shè)思路。依托多節(jié)點(diǎn)協(xié)同服務(wù)，數(shù)字臨沂地理信息公共平臺已被臨沂市政府作為全市唯一、權(quán)威、通用的地理信息公共平臺在全市投入使用，并先后在30個(gè)市級部門、近40個(gè)縣級部門建立了應(yīng)用系統(tǒng)，公眾系統(tǒng)點(diǎn)擊率已逾300萬人次。

［1］ 李成名，安真臻，王繼周，等.城市基礎(chǔ)地理空間信息共享原理與方法［M］.北京:科學(xué)出版社，2005.

［2］ 李成名，王繼周，馬照亭.數(shù)字城市三維地理空間框架原理與方法［M］.北京:科學(xué)出版社，2008.

［3］ 劉勇，壽春法，印潔，等.城市GIS社會化應(yīng)用中的分布式數(shù)據(jù)組織方法研究［J］.測繪科學(xué)，2007，32(6): 96-98.

Practice of Construction of Multi-node Cooperative Information Public Platform

FAN Xincheng

0494-0911(2012)08-0069-03

P208

B

2012-02-20

范新成(1974—)，男，山東臨沂人，碩士生，工程師，主要從事數(shù)字城市建設(shè)與應(yīng)用方面的工作。