“數(shù)字珠江”基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)構(gòu)想

朱長(zhǎng)富，高愛(ài)民

(1.中水珠江規(guī)劃勘測(cè)設(shè)計(jì)有限公司，廣東廣州510610;2.廣西大藤峽水利樞紐有限責(zé)任公司，廣西南寧530021)

一、背 景

隨著我國(guó)社會(huì)信息化建設(shè)的不斷深入，基礎(chǔ)地理信息作為一種重要的信息資源，越來(lái)越受到社會(huì)各界的普遍重視，日益得到廣泛的應(yīng)用。流域信息化的建設(shè)也日新月異，珠江流域各水利部門根據(jù)自己的業(yè)務(wù)需求開(kāi)發(fā)了不同的地理信息應(yīng)用系統(tǒng)，在實(shí)際工作中發(fā)揮了很大的作用。但是，由于存在著基礎(chǔ)地理信息以及信息應(yīng)用參差不齊、標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一、缺乏信息共享、缺乏統(tǒng)一規(guī)劃等問(wèn)題，部門之間各自為政，分別安排相應(yīng)的經(jīng)費(fèi)，進(jìn)行地理信息數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和信息系統(tǒng)的建設(shè)，很多工作是低水平上的重復(fù)，這不僅造成了寶貴資金的大量浪費(fèi)，還導(dǎo)致了數(shù)據(jù)的相互矛盾，使得不同部門的系統(tǒng)之間不能進(jìn)行互連和共享，嚴(yán)重阻礙著流域信息化的進(jìn)一步發(fā)展。

為了解決上述問(wèn)題，根據(jù)國(guó)家關(guān)于“加快國(guó)家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)建設(shè)，構(gòu)建‘?dāng)?shù)字中國(guó)’地理空間基礎(chǔ)框架”的政策，適時(shí)提出建設(shè)“數(shù)字珠江流域基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)”的構(gòu)想。

二、概 述

珠江流域基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)采用4層架構(gòu)體系，由運(yùn)行支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層組成。是基于SOA的全新的服務(wù)型地理信息系統(tǒng)，是位于珠江流域底層空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)和珠江水利委員會(huì)各部門(企業(yè))上層應(yīng)用信息系統(tǒng)之間的一種中間件(Middleware)，它一方面通過(guò)空間數(shù)據(jù)引擎(SDE)對(duì)珠江流域基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一采集、建庫(kù)和維護(hù)更新，以便為所有部門提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一內(nèi)容的地理信息參考框架;另一方面又為珠江水利委員會(huì)各部門和企業(yè)的上層應(yīng)用系統(tǒng)提供統(tǒng)一的運(yùn)行和開(kāi)發(fā)環(huán)境，包括統(tǒng)一的訪問(wèn)平臺(tái)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的接口。在基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)數(shù)據(jù)的框架體系結(jié)構(gòu)之下，各部門的專業(yè)數(shù)據(jù)可以找到自己的準(zhǔn)確地理定位，從而在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上對(duì)專業(yè)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理、維護(hù)和應(yīng)用?！坝梢韵到y(tǒng)為中心向以數(shù)據(jù)為中心，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)共享與服務(wù)的轉(zhuǎn)變”的特點(diǎn)，是流域地理信息系統(tǒng)應(yīng)用的最新發(fā)展方向，也是數(shù)字流域的核心。

三、關(guān)鍵技術(shù)

1.服務(wù)型GIS共享方式

服務(wù)型GIS，采用面向服務(wù)的軟件工程方法，在組件式GIS功能強(qiáng)大的組件群基礎(chǔ)上，把GIS的全部功能封裝為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)被多種客戶端跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語(yǔ)言地調(diào)用，并具備了服務(wù)聚合能力以集成來(lái)自其他服務(wù)器發(fā)布的GIS服務(wù)。

基于SOA的全新的地理信息系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)將會(huì)為“數(shù)字珠江”的建設(shè)帶來(lái)強(qiáng)大的生命力，并為各部門形成的信息孤島現(xiàn)象找到了治愈的良方。通過(guò)OGC標(biāo)準(zhǔn)等通用網(wǎng)絡(luò)服務(wù)接口，基于服務(wù)型GIS平臺(tái)開(kāi)發(fā)的地理信息共享服務(wù)平臺(tái)，其發(fā)布的服務(wù)可以被其他GIS平臺(tái)使用或開(kāi)發(fā)的應(yīng)用系統(tǒng)集成應(yīng)用，有利于充分利用業(yè)務(wù)部門已有的GIS平臺(tái)，從而降低了在信息化應(yīng)用的成本。

2.目錄服務(wù)應(yīng)用

目錄服務(wù)是建立在元數(shù)據(jù)之上，由客戶端和服務(wù)器所組成的多級(jí)系統(tǒng)。目錄服務(wù)的功能組成分為：發(fā)現(xiàn)、訪問(wèn)和管理3部分。發(fā)現(xiàn)服務(wù)允許客戶端定位描述基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù);訪問(wèn)服務(wù)提供客戶端獲取基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)共享數(shù)據(jù)集的服務(wù);管理服務(wù)提供客戶端方法，來(lái)改變目錄中所包含的元數(shù)據(jù)。

3.空間服務(wù)的無(wú)縫聚合

服務(wù)聚合是指通過(guò)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)，聚集地理信息資源的數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)，整合各種信息、內(nèi)容和應(yīng)用，將不同主體提供的業(yè)務(wù)與服務(wù)有機(jī)地結(jié)合在一起，一站式地提供給客戶，從而滿足客戶一體化需求的一種服務(wù)能力?；诳臻g服務(wù)的無(wú)縫聚合技術(shù)，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)解決了不同數(shù)據(jù)源、異構(gòu)GIS平臺(tái)的服務(wù)聚合問(wèn)題。

4.緩存切片

緩存切片，即地圖緩存，是使網(wǎng)絡(luò)地圖運(yùn)行更快的一種非常有效的方法?；诰彺婕夹g(shù)，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)提供基于B/S模式的緩存構(gòu)建模式，用戶可以自定義緩存參數(shù)、可以實(shí)時(shí)查詢緩存構(gòu)建狀態(tài)，迅速響應(yīng)在線地圖請(qǐng)求。

5.支持一鍵抽取的空間數(shù)據(jù)ETL技術(shù)

空間數(shù)據(jù)ETL，即空間數(shù)據(jù)的提取、變換和加載功能，提供空間數(shù)據(jù)整合的解決方案?；诳臻g數(shù)據(jù)ETL技術(shù)，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的抽取功能，生成平臺(tái)公共地理框架數(shù)據(jù)，大大減少人力成本并降低物力成本。

6.單點(diǎn)登錄

單點(diǎn)登錄是指用戶在同一臺(tái)機(jī)器上登錄多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，用戶只需要在其中一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)中登錄后，登錄其他的應(yīng)用系統(tǒng)就不再需要輸入用戶信息，系統(tǒng)將默認(rèn)該用戶為信任用戶。它包括可以將這次主要的登錄映射到其他應(yīng)用中用于同一個(gè)用戶的登錄機(jī)制。

7.負(fù)載均衡的集群技術(shù)

負(fù)載均衡的集群技術(shù)，即通過(guò)將GIS應(yīng)用服務(wù)器組合起來(lái)，為任意數(shù)量的應(yīng)用程序或用戶提供GIS服務(wù)，獲得更好的可伸縮性和可用性。基于有效的負(fù)載均衡集群架構(gòu)，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)提供了有效的負(fù)載均衡的集群解決方案，根據(jù)平臺(tái)訪問(wèn)情況可實(shí)時(shí)增加負(fù)載均衡服務(wù)器，以此來(lái)解決平臺(tái)性能問(wèn)題。

8.基于RIA富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的在線用戶體驗(yàn)

RIA，即富互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，是近年發(fā)展非常迅猛的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用技術(shù)，既具有交互迅速、體驗(yàn)良好、功能強(qiáng)大等桌面軟件特性，又享有Web應(yīng)用的跨平臺(tái)、集中管理、快速部署、使用簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，為用戶提供前所未有的、豐富的網(wǎng)絡(luò)GIS使用和開(kāi)發(fā)體驗(yàn)。RIA可以幫助提供多元化的重要業(yè)務(wù)效益，包括提高站點(diǎn)忠誠(chéng)度、延長(zhǎng)網(wǎng)站逗留時(shí)間、較頻繁的重復(fù)訪問(wèn)、減少帶寬成本、減少支持求助以及增強(qiáng)客戶關(guān)系等。

四、基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)構(gòu)想

1.總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

珠江流域基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)采用4層架構(gòu)體系，由運(yùn)行支撐層、數(shù)據(jù)層、服務(wù)層和應(yīng)用層組成，采用分布式的物理架構(gòu)，見(jiàn)圖1。

2.基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)方案

珠江流域基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)的核心是海量地理空間數(shù)據(jù)的集成，即要通過(guò)各種類型空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的有機(jī)組合來(lái)真實(shí)地描述珠江流域，如高分辨率正射影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)、城市基本要素矢量數(shù)據(jù)庫(kù)、地名數(shù)據(jù)庫(kù)、流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)等，并且通過(guò)空間元數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)這些數(shù)據(jù)庫(kù)的組織和索引，從而形成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)。整個(gè)空間數(shù)據(jù)庫(kù)的建庫(kù)方案涉及眾多珠江流域基礎(chǔ)地理信息分層分類編碼等標(biāo)準(zhǔn)，以及空間數(shù)據(jù)引擎一體化存儲(chǔ)管理空間和屬性數(shù)據(jù)、分布式空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，是整個(gè)珠江流域基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)的基礎(chǔ)之一。

3.元數(shù)據(jù)平臺(tái)方案

為了提高數(shù)據(jù)共享和交換的效率，還需要采集上述基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)(特別是空間數(shù)據(jù))的元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)是對(duì)數(shù)據(jù)的描述，空間元數(shù)據(jù)用于描述空間數(shù)據(jù)的內(nèi)容、質(zhì)量、表示方法、空間定位、管理方式及其他特征，它用來(lái)組織和管理空間信息，挖掘空間信息資源，幫助數(shù)據(jù)使用者查詢所需的空間信息，用來(lái)建立空間信息的數(shù)據(jù)目錄，提供數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方面的信息。為了科學(xué)地抽取基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)組織成元數(shù)據(jù)庫(kù)，并建立相應(yīng)的元數(shù)據(jù)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)該元數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行集中管理和操作，元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、分布式的元數(shù)據(jù)平臺(tái)的結(jié)構(gòu)和功能也就成為整個(gè)珠江流域基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)的基礎(chǔ)之一。

4.平臺(tái)權(quán)限和安全管理機(jī)制

珠江流域基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)為珠江流域各部門提供一個(gè)資源共享的框架。這個(gè)框架結(jié)構(gòu)在方便部門間空間信息交換的同時(shí)，也帶來(lái)了跨部門的用戶管理和跨部門的空間數(shù)據(jù)資源的管理的問(wèn)題。原則上，各部門用戶在未授權(quán)的情況下只能訪問(wèn)本部門的數(shù)據(jù)，不同比例尺的圖形數(shù)據(jù)的安全級(jí)別也不一樣等。這一系列安全機(jī)制都需要構(gòu)建。此外，平臺(tái)空間數(shù)據(jù)在萬(wàn)維網(wǎng)上的發(fā)布還涉及了公共數(shù)據(jù)在Internet網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的安全問(wèn)題?？绮块T的數(shù)據(jù)安全和權(quán)限的整體解決方案的制定也是整個(gè)流域基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)的基礎(chǔ)之一。

5.框架平臺(tái)主要功能設(shè)計(jì)

珠江流域基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)是搭建一個(gè)功能較為強(qiáng)大的基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)，再通過(guò)應(yīng)用專題來(lái)充分展示框架平臺(tái)的功能，平臺(tái)提供數(shù)據(jù)接口支持應(yīng)用部門多方面應(yīng)用，主要的功能如下：

圖1 平臺(tái)總體架構(gòu)圖

1.多源數(shù)據(jù)的集成功能

基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)的集成：集成全珠江流域1∶250 000、1∶100 000、1∶50 000 的基礎(chǔ)矢量地圖、TM影像和DEM數(shù)據(jù);1∶10 000 DLG、DOM和DEM數(shù)據(jù);珠江流域中心線 6 km 寬，1∶2000、1∶10 000 DLG、DOM和DEM數(shù)據(jù)等的加載工作。充分利用珠江流域歷年在基礎(chǔ)測(cè)繪、防洪規(guī)劃測(cè)繪、數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)方面的成果以及其他測(cè)繪成果資料。

專題地圖數(shù)據(jù)的集成：集成珠江流域各業(yè)務(wù)部門水利信息化建設(shè)中的專題數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)及收集的其他專業(yè)地理信息數(shù)據(jù)，包括水利設(shè)施分布、水利工程專題圖、水資源分區(qū)、水環(huán)境專題數(shù)據(jù)等的加載工作。

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：有選擇地利用近幾年《珠江志》中的數(shù)據(jù)、珠江流域水利普查的成果數(shù)據(jù)以及收集整理的有關(guān)專題的其他統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。

2.基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)的顯示、查詢和瀏覽功能

該功能包括珠江流域 1∶250 000、1∶100 000、1∶50 000的基礎(chǔ)矢量地圖、TM影像和DEM數(shù)據(jù);1∶10 000和1∶2000 DLG、DOM 和 DEM 數(shù)據(jù)的入庫(kù)、疊加、無(wú)縫顯示，縮放時(shí)自動(dòng)取舍，多比例尺、多分辨率、多角度的三維地形顯示。

3.專題地圖數(shù)據(jù)的顯示、查詢和分析

包括各類水利專題圖與基礎(chǔ)矢量和柵格地圖疊加;水利工程、水資源、水環(huán)境等分布圖的顯示和查詢以及主要屬性查詢和簡(jiǎn)單的分析功能。

4.專題應(yīng)用功能

專題應(yīng)用功能包括：多媒體查詢、圖表顯示、圖查庫(kù)、庫(kù)查圖、地名查詢;對(duì)比分析、統(tǒng)計(jì)分析、趨勢(shì)與預(yù)測(cè)分析、分級(jí)顯示、統(tǒng)計(jì)制圖、地圖查詢、空間分析和綜合分析功能;提供地圖、專題圖、各種統(tǒng)計(jì)表格和查詢統(tǒng)計(jì)結(jié)果打印輸出功能。終端用戶使用IE瀏覽器實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示和分析查詢等功能。

5.元數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能

元數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能是對(duì)空間數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行編輯、檢索、查詢、統(tǒng)計(jì)、輸出等管理的應(yīng)用系統(tǒng)，元數(shù)據(jù)庫(kù)包括DLG、數(shù)字柵格圖、DEM、DOM、綜合管線數(shù)據(jù)等各類地理信息的相應(yīng)的元數(shù)據(jù)。

6.地理數(shù)據(jù)發(fā)布功能

主要是通過(guò)WebGIS技術(shù)及現(xiàn)在日益普及的網(wǎng)絡(luò)，將空間數(shù)據(jù)(地形、影像及規(guī)劃、管線等專題數(shù)據(jù))通過(guò)Internet/Intranet發(fā)布，向用戶提供基礎(chǔ)地理信息服務(wù)。為實(shí)現(xiàn)信息共享、政務(wù)協(xié)同、綜合分析等奠定基礎(chǔ)。

7.三維虛擬現(xiàn)實(shí)功能

利用虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將二維空間數(shù)據(jù)(地形、影像、數(shù)字高程模型及規(guī)劃、設(shè)計(jì)等專題數(shù)據(jù))生成三維虛擬場(chǎng)景，并與珠江流域三維模型相結(jié)合，提供珠江流域形態(tài)、水利工程、水庫(kù)和大壩建筑的三維瀏覽功能。

8.數(shù)據(jù)更新與維護(hù)功能

提供數(shù)據(jù)更新功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)以及各系統(tǒng)的維護(hù)工作，方便系統(tǒng)管理員對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的維護(hù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

建設(shè)數(shù)字珠江流域基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)將為整個(gè)珠江流域管理部門提供統(tǒng)一的地理空間信息和數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，從而既避免數(shù)據(jù)生產(chǎn)的重復(fù)投資，又可解決數(shù)據(jù)之間的相互矛盾問(wèn)題，而且還使得應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)建有了共同的基礎(chǔ)，為珠江流域的防洪規(guī)劃、防洪調(diào)度、災(zāi)害評(píng)估、工程建設(shè)、水利信息化提供服務(wù)，為珠江水利委員會(huì)的各種決策支持系統(tǒng)提供數(shù)字化、高質(zhì)量、標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)地理信息;使實(shí)現(xiàn)珠江流域空間信息數(shù)據(jù)共享成為可能;為珠江流域水利信息化建設(shè)和“數(shù)字珠江”提供“一張地圖”服務(wù)。因此，數(shù)字珠江流域基礎(chǔ)地理信息框架平臺(tái)的建設(shè)勢(shì)在必行，任重而道遠(yuǎn)。

［1］龔健雅.基礎(chǔ)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)及關(guān)鍵技術(shù)［EB/OL］.［2012-04-15］.http：∥news.3snews.net/gundong/20120420/19767-2.shtml.

［2］薦軍.城市基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)框架及關(guān)鍵技術(shù)研究［D］.北京：中國(guó)科學(xué)院研究生院，2005.

［3］李德仁，龔健雅.我國(guó)地球空間數(shù)據(jù)框架的設(shè)計(jì)思想與技術(shù)路線［J］.武漢測(cè)繪科技大學(xué)學(xué)報(bào)，1998(4)：297-303.

［4］周曉霞.空間信息共享服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)思路，湖北民族學(xué)院學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2009(3)：344-347.