省級(jí)時(shí)空地理信息云平臺(tái)架構(gòu)設(shè)計(jì)研究

吳楫捷 談暢

摘要： 構(gòu)建省級(jí)時(shí)空地理信息云平臺(tái)是統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各方資源，提高政府服務(wù)能力的需要。本文以省級(jí)應(yīng)用為基礎(chǔ)，探討時(shí)空地理信息云平臺(tái)技術(shù)。通過超融合、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、云安全等技術(shù)構(gòu)筑云平臺(tái)基礎(chǔ)，同時(shí)引入數(shù)據(jù)抽取、清洗、挖掘分析、可視化等數(shù)據(jù)處理技術(shù)，以及分布式平行計(jì)算、SOA、微服務(wù)、容器等云化技術(shù)，提升時(shí)空大數(shù)據(jù)云平臺(tái)的服務(wù)能力，為同類平臺(tái)建設(shè)提供借鑒。

關(guān)鍵詞：時(shí)空大數(shù)據(jù)分布式并行計(jì)算面向服務(wù)GIS技術(shù)業(yè)務(wù)云化微服務(wù)

隨著智慧城市建設(shè)、土地確權(quán)、地名普查、地理國(guó)情監(jiān)測(cè)、土地調(diào)查等一系列國(guó)家重大工程的陸續(xù)開展，我國(guó)各行業(yè)對(duì)遙感測(cè)繪地理信息需求旺盛，地理信息云平臺(tái)是未來地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。

在智慧城市方面，智慧城市建設(shè)已經(jīng)上升為國(guó)家級(jí)戰(zhàn)略規(guī)劃，成為新型城鎮(zhèn)化的必由之路。截止到目前，國(guó)家智慧城市試點(diǎn)已達(dá)290個(gè)，投資過萬億。據(jù)工信部預(yù)計(jì)，中國(guó)智慧城市建設(shè)市場(chǎng)規(guī)模約4萬億。智慧城市建設(shè)需要基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的支撐，同時(shí)會(huì)極大地促進(jìn)地下管網(wǎng)、城市空間信息管理、交通、環(huán)保、防災(zāi)減災(zāi)等行業(yè)的信息化建設(shè)，所有這些行業(yè)的信息化都需要基礎(chǔ)地理云平臺(tái)的支持。

構(gòu)建省級(jí)時(shí)空地理信息云平臺(tái)是統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各方資源，提高政府服務(wù)能力的需要。平臺(tái)的建成，將豐富數(shù)據(jù)服務(wù)內(nèi)容，使得獲取渠道和手段多樣化，提供高效、便捷的大數(shù)據(jù)服務(wù)。政府通過該服務(wù)平臺(tái)，既能規(guī)范、簡(jiǎn)化和優(yōu)化辦事流程，提高工作效率，又能促進(jìn)政府決策合理化、管理科學(xué)化、服務(wù)高效化。

1現(xiàn)狀分析

時(shí)空大數(shù)據(jù)來源廣泛，數(shù)據(jù)的豐富性和飛速發(fā)展的云計(jì)算技術(shù)為GIS提供了新的應(yīng)用模式，在這種形勢(shì)下，經(jīng)歷了基礎(chǔ)設(shè)施的梳理到整合，從數(shù)據(jù)聚合到按業(yè)務(wù)梳理，不斷地探索時(shí)空大數(shù)據(jù)云平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)之路。為適應(yīng)當(dāng)前信息化要求，仍有以下任務(wù)[2]。

（1）做好總體框架設(shè)計(jì)，滿足未來發(fā)展需求。

（2）構(gòu)建高效基礎(chǔ)支撐層，滿足計(jì)算、存儲(chǔ)、I/O吞吐量、系統(tǒng)穩(wěn)定性等綜合要求。

（3）提升時(shí)空大數(shù)據(jù)挖掘分析能力，支撐更大范圍數(shù)據(jù)的快速分析和數(shù)據(jù)深入挖掘能力。

（4）以應(yīng)用為導(dǎo)向盤活時(shí)空大數(shù)據(jù)，探索更深入的應(yīng)用。

2時(shí)空大數(shù)據(jù)云平臺(tái)總體框架設(shè)計(jì)

以信息基礎(chǔ)設(shè)施為支撐，以地理信息資源為基礎(chǔ)，綜合采用遙感衛(wèi)星數(shù)據(jù)組織技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、GIS技術(shù)、數(shù)據(jù)集成技術(shù)，采用統(tǒng)一的技術(shù)架構(gòu)，將多源、多尺度、多類型的地理信息資源進(jìn)行有機(jī)組織，實(shí)現(xiàn)海量信息的高效管理與持續(xù)更新，提供地理信息便捷、高效、安全的在線共享服務(wù)。平臺(tái)設(shè)計(jì)采用“層服務(wù)模型”思想，通過層次劃分將其分解為若干個(gè)邏輯平臺(tái)，降低實(shí)施的復(fù)雜度。項(xiàng)目的總體建設(shè)框架由運(yùn)行支撐層、數(shù)據(jù)資源層、管理層、服務(wù)層和應(yīng)用層所構(gòu)成（見圖1）[3]。

2.1 運(yùn)行環(huán)境層

支撐層是項(xiàng)目正常運(yùn)行的基本保障，包括運(yùn)行環(huán)境（基礎(chǔ)設(shè)施）、組織機(jī)構(gòu)、安全體系、政策法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系。

2.2 數(shù)據(jù)資源層

數(shù)據(jù)層由基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫和平臺(tái)共享服務(wù)數(shù)據(jù)庫組成。平臺(tái)共享服務(wù)數(shù)據(jù)庫是在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，經(jīng)過提取、擴(kuò)充、重組、保密等處理而形成的。在平臺(tái)地理空間框架數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上整合各類專題數(shù)據(jù)，形成可為用戶提供服務(wù)的共享服務(wù)數(shù)據(jù)。共享服務(wù)數(shù)據(jù)分不同網(wǎng)絡(luò)部署，在保障數(shù)據(jù)資源安全的前提下，滿足政府、公眾用戶的不同層面需求[4]。

2.3 管理層

地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的管理層通過數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)和運(yùn)維管理子系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)各類地理空間信息資源、資源目錄、運(yùn)行日志、系統(tǒng)用戶等的管理。

2.4 服務(wù)層

服務(wù)層實(shí)現(xiàn)對(duì)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)各類空間信息資源的對(duì)外發(fā)布、交換和共享。支持的Web服務(wù)與API包括服務(wù)注冊(cè)與檢索、共享數(shù)據(jù)服務(wù)、興趣點(diǎn)服務(wù)、地名庫服務(wù)、空間分析服務(wù)、地圖API等。這些Web服務(wù)和API能夠方便地整合到其他系統(tǒng)中，有效減少系統(tǒng)建設(shè)難度，降低投入。服務(wù)層主要由共享服務(wù)子系統(tǒng)、資源展示子系統(tǒng)及一系列地理信息在線服務(wù)、二次開發(fā)接口組成，通過上述系統(tǒng)為其他用戶提供服務(wù)[5]。

2.5 應(yīng)用層

應(yīng)用層是政府職能部門、企事業(yè)單位和公眾基于地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)資源、功能接口及數(shù)據(jù)接口構(gòu)建的各類應(yīng)用系統(tǒng)，以提高輔助決策水平和公共服務(wù)能力。

3超融合高效基礎(chǔ)支撐環(huán)境

省級(jí)時(shí)空地理信息云平臺(tái)在原來虛擬化技術(shù)的基礎(chǔ)之上，按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)構(gòu)建時(shí)空大數(shù)據(jù)云技術(shù)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)裸金屬服務(wù)器、虛擬機(jī)、容器環(huán)境、華為基礎(chǔ)設(shè)施等多套技術(shù)體系的融合，最終達(dá)到統(tǒng)一化管理[6]。通過隔離驅(qū)動(dòng)層，一方面直接支撐本省時(shí)空大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，另一方面通過接口為與“數(shù)字政府”之間對(duì)接打下基礎(chǔ)。詳見圖2。

4智慧云平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)分析

4.1 互聯(lián)網(wǎng)地圖引擎

基于自主研發(fā)的擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的獨(dú)立地圖引擎。該地圖引擎主要用于地理空間數(shù)據(jù)的整合與管理、互聯(lián)網(wǎng)地圖的配置與發(fā)布、數(shù)據(jù)存取與分析，并提供符合OGC標(biāo)準(zhǔn)的地理信息服務(wù)。

4.2 多源異構(gòu)地理空間數(shù)據(jù)聚簇索引技術(shù)

借鑒數(shù)據(jù)庫中聚簇索引建構(gòu)技術(shù)思路，實(shí)現(xiàn)了非結(jié)構(gòu)化的多源異構(gòu)地理空間數(shù)據(jù)聚簇索引技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多源異構(gòu)空間數(shù)據(jù)的注記、屬性、空間位置的統(tǒng)一檢索，滿足了地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“千萬圖層，一站檢索”的應(yīng)用需求，保障海量空間數(shù)據(jù)的檢索效率。

4.3 地理空間數(shù)據(jù)前置交換技術(shù)

采用“服務(wù)器+智能代理”式松散耦合的地理空間數(shù)據(jù)前置交換架構(gòu)模式，構(gòu)建一個(gè)由地理空間數(shù)據(jù)交換管理端和各個(gè)應(yīng)用軟件的交換智能終端（前置機(jī)）構(gòu)成的分布式網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的地理空間數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)。支持網(wǎng)絡(luò)單向連通環(huán)境下文件數(shù)據(jù)和異構(gòu)數(shù)據(jù)庫的地理空間數(shù)據(jù)雙向交換和斷點(diǎn)續(xù)傳。

4.4 基于“文件-位置”形式的空間索引與查詢優(yōu)化

通過對(duì)空間數(shù)據(jù)文件的空間位置信息創(chuàng)建索引，建立基于內(nèi)存與文件形式的空間索引，實(shí)現(xiàn)了地理空間數(shù)據(jù)的綜合性空間查詢，解決了利用數(shù)據(jù)庫空間索引對(duì)大量的空間數(shù)據(jù)進(jìn)行跨表查詢效率不高、對(duì)數(shù)據(jù)庫壓力大的問題。利用該技術(shù)對(duì)外提供了空間范圍查詢地名地址、專題數(shù)據(jù)等服務(wù)，提升了平臺(tái)服務(wù)的能力。如圖3所示。

5以應(yīng)用為導(dǎo)向盤活時(shí)空大數(shù)據(jù)

5.1 業(yè)務(wù)云化技術(shù)

在面向服務(wù)GIS架構(gòu)基礎(chǔ)上探索云化實(shí)現(xiàn)，從云化模板出發(fā)，結(jié)合容器技術(shù)實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)微服務(wù)，達(dá)到云化業(yè)務(wù)程序的目的。

在微服務(wù)架構(gòu)下應(yīng)用docker容器技術(shù)，通過模板制作、應(yīng)用類型注冊(cè)、投遞方案配置、投遞參數(shù)配置、投遞訂單解析、投遞流程實(shí)現(xiàn)等環(huán)節(jié)，初步構(gòu)建了一套從開發(fā)、測(cè)試、部署、發(fā)布到持續(xù)交付的業(yè)務(wù)云化機(jī)制。

5.2 應(yīng)用服務(wù)支撐

一是已實(shí)現(xiàn)包括三大陽光工程（陽光用地、陽光用礦、陽光用海）、國(guó)土空間規(guī)劃、城市地質(zhì)和決策參閱等重點(diǎn)應(yīng)用支撐。二是政務(wù)信息共享方面，擬通過數(shù)據(jù)交換、服務(wù)對(duì)接等方式和政務(wù)大數(shù)據(jù)中心等實(shí)現(xiàn)聯(lián)通對(duì)接，依照部門的職能按需共享，為其他政府部門共享自然資源專題數(shù)據(jù)，延伸數(shù)據(jù)服務(wù)范圍。三是豐富自然資源時(shí)空大數(shù)據(jù)資源。計(jì)劃利用政務(wù)大數(shù)據(jù)中心的人口、法人、社會(huì)信用等各類數(shù)據(jù)和服務(wù)，豐富數(shù)據(jù)內(nèi)容。

6結(jié)語

省級(jí)時(shí)空地理信息云平臺(tái)自建設(shè)以來運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)踐證明取得較好效果：通過應(yīng)用超融合架構(gòu)，節(jié)省了硬件投資;通過云化業(yè)務(wù)技術(shù)，簡(jiǎn)化了應(yīng)用部署;通過分布式高性能計(jì)算框架，提升了業(yè)務(wù)的對(duì)外服務(wù)能力;依托云平臺(tái)建成的自然資源時(shí)空大數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)資源的統(tǒng)一管理。隨著數(shù)字中國(guó)的發(fā)展，時(shí)空大數(shù)據(jù)云平臺(tái)將發(fā)揮更多作用。

參考文獻(xiàn)

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