環(huán)境空間信息服務(wù)模式研究

魏 斌，姜 俊，孫中平，姜青濤

一、引 言

環(huán)境空間信息作為國家空間信息的一個重要內(nèi)容，是國家重要的戰(zhàn)略性信息資源，其開發(fā)和利用對于提高政府宏觀環(huán)境管理水平具有重要意義［1］。隨著環(huán)境保護(hù)業(yè)務(wù)的不斷深入和擴(kuò)展，對環(huán)境空間信息共享與服務(wù)需求越來越迫切，由于各種空間數(shù)據(jù)產(chǎn)生于不同業(yè)務(wù)部門，加之管理機(jī)制和體制的約束，很難將分散在不同部門的空間信息統(tǒng)一集中到一個部門，以此來實現(xiàn)共享［2］。近年來，隨著空間信息獲取和加工能力的不斷提高，信息共享方式發(fā)生重大變化，信息服務(wù)模式就是順應(yīng)這種需求而發(fā)展起來的。

信息服務(wù)模式是對信息服務(wù)活動的組成要素及這些要素之間相互關(guān)系的描述，其本質(zhì)就是信息服務(wù)在其活動過程中為滿足用戶對信息需求，調(diào)整各構(gòu)成要素之間相互關(guān)系組合而形成的一種信息服務(wù)工作模式［3］。信息服務(wù)模式包含了服務(wù)提供者、服務(wù)對象、服務(wù)內(nèi)容及服務(wù)的策略與約束，是這幾種要素的相互作用。服務(wù)提供者負(fù)責(zé)設(shè)計、研制、實現(xiàn)和發(fā)布服務(wù)；服務(wù)內(nèi)容是環(huán)境空間信息服務(wù)的具體表現(xiàn)，有多種形式，包括空間信息查詢、環(huán)境業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查詢與分析、環(huán)境業(yè)務(wù)模型分析、數(shù)據(jù)接口調(diào)用等；服務(wù)使用者（服務(wù)對象）是服務(wù)內(nèi)容的消費者，提出信息的請求，并要求返回相應(yīng)的服務(wù)結(jié)果或執(zhí)行相應(yīng)的操作；服務(wù)策略包含了服務(wù)提供者以何種方式提供各種服務(wù)內(nèi)容，服務(wù)約束則指定了在實施服務(wù)的過程中各方需要遵守的一些規(guī)定。

本文針對國內(nèi)環(huán)境空間信息共享需求，借助云計算XaaS［4］理念，結(jié)合信息服務(wù)模式，提出環(huán)境空間信息服務(wù)模式（SiaaS）和環(huán)境空間信息服務(wù)平臺總體架構(gòu)，為環(huán)境空間信息服務(wù)平臺的建設(shè)和管理提供新的思路。

二、環(huán)境空間信息服務(wù)SiaaS概念與服務(wù)模式

1.空間信息服務(wù)SiaaS的概念

空間信息服務(wù)即是通過服務(wù)的方式提供信息資源應(yīng)用的手段，而具體的方法就是空間信息即服務(wù)（spatial information as a service，SiaaS）。SiaaS 是基于云計算模式XaaS提出的，進(jìn)一步細(xì)化為一系列概念，即空間可視化即服務(wù)（SvaaS）、空間數(shù)據(jù)即服務(wù)（SdaaS）、空間應(yīng)用功能即服務(wù)（SfaaS）、應(yīng)用平臺即服務(wù)（PaaS）、空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品即服務(wù)（SpaaS）等。

空間可視化即服務(wù)是承載空間信息并表征出來的一個服務(wù)接口、Web插件或者應(yīng)用服務(wù)軟件等，通過它們能夠提供空間信息的瀏覽和基本操作的功能?？梢暬?wù)包括電子地圖服務(wù)、三維地圖服務(wù)、KML服務(wù)、OGC標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)、地圖圖片服務(wù)等。

空間數(shù)據(jù)即服務(wù)是以門戶網(wǎng)站或數(shù)據(jù)調(diào)用接口的方式為數(shù)據(jù)使用者提供數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)使用者可以直接進(jìn)行瀏覽、互操作，或是以客戶應(yīng)用程序調(diào)用所需的數(shù)據(jù)。

空間功能即服務(wù)是將空間信息應(yīng)用的功能封裝為服務(wù)，能夠被服務(wù)方式調(diào)用的一類空間信息服務(wù)，如地圖查詢服務(wù)、數(shù)據(jù)處理服務(wù)、空間分析服務(wù)和專門定制開發(fā)的滿足一類業(yè)務(wù)應(yīng)用的服務(wù)接口。

空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品即服務(wù)是將空間數(shù)據(jù)通過加工處理形成固定形式和風(fēng)格的模板或者模型一類空間信息服務(wù)內(nèi)容。

應(yīng)用平臺即服務(wù)是將應(yīng)用系統(tǒng)整體作為服務(wù)內(nèi)容交付的一類空間信息服務(wù)的內(nèi)容，這類應(yīng)用系統(tǒng)通常為GIS應(yīng)用系統(tǒng)，服務(wù)的方式是通過平臺提供的空間信息資源定制。

2.環(huán)境空間信息服務(wù)模式

環(huán)境空間信息SiaaS服務(wù)模式是以先進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、分布式技術(shù)和虛擬化技術(shù)等為基礎(chǔ)，通過空間信息目錄搜索服務(wù)和注冊服務(wù)將分布在網(wǎng)絡(luò)上與環(huán)境空間信息服務(wù)有關(guān)的信息資源整合起來，以一站式門戶網(wǎng)站和二次開發(fā)接口的形式為用戶提供一體化的環(huán)境空間信息服務(wù)。提供環(huán)境空間信息資源服務(wù)的節(jié)點構(gòu)成了一個“云”，“云”中的資源在使用者看來是可以無限擴(kuò)展的，并且可以隨時獲取，按需使用，按使用付費，像水電一樣使用環(huán)境空間信息資源基礎(chǔ)設(shè)施。環(huán)境空間信息SiaaS服務(wù)模式由服務(wù)內(nèi)容、服務(wù)提供者和服務(wù)消費三者構(gòu)成且互為因果。服務(wù)提供者主要通過各類空間信息服務(wù)的發(fā)布過程完成，而各類空間信息服務(wù)的利用則是服務(wù)消費的過程，服務(wù)內(nèi)容則是空間數(shù)據(jù)。三者間循環(huán)往復(fù)、層次多樣的繼承與封裝，構(gòu)成了豐富的空間信息資源，簡而言之就是空間信息的自動增值模型，是空間信息SiaaS模式的本質(zhì)。圖1是環(huán)境空間信息云服務(wù)模式的概念模式。

圖1 環(huán)境空間信息服務(wù)模式

（1）數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點

數(shù)據(jù)節(jié)點是在環(huán)保專網(wǎng)中發(fā)布空間信息服務(wù)提供信息資源的服務(wù)站點，可以是國家、省、地方、區(qū)縣任意一級環(huán)保部門。環(huán)境空間信息服務(wù)平臺數(shù)據(jù)節(jié)點的部署，是依據(jù)IaaS、和PaaS服務(wù)模式進(jìn)行的，其基礎(chǔ)設(shè)施進(jìn)行了虛擬化方式的部署和管理。

（2）服務(wù)注冊和服務(wù)發(fā)現(xiàn)

依據(jù)服務(wù)的來源可將服務(wù)分為兩類，即主動注冊類服務(wù)和被動發(fā)現(xiàn)類服務(wù)。服務(wù)注冊是其他數(shù)據(jù)節(jié)點的服務(wù)資源的元數(shù)據(jù)信息注冊到服務(wù)平臺上，并且被服務(wù)平臺的目錄進(jìn)行編目的過程。注冊后的服務(wù)可被使用者正常應(yīng)用，服務(wù)注冊的內(nèi)容包括空間數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用功能服務(wù)、Web接口服務(wù)等內(nèi)容。服務(wù)發(fā)現(xiàn)是通過服務(wù)搜索引擎在互聯(lián)網(wǎng)掃描發(fā)現(xiàn)未注冊數(shù)據(jù)節(jié)點的過程。被發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)節(jié)點上的服務(wù)通過注冊服務(wù)系統(tǒng)自動注冊到服務(wù)目錄中。

（3）環(huán)境空間信息服務(wù)平臺

環(huán)境空間信息服務(wù)平臺是指在環(huán)保專網(wǎng)上部署的提供各類環(huán)境空間信息服務(wù)、空間數(shù)據(jù)存儲服務(wù)、空間數(shù)據(jù)運算處理服務(wù)的信息服務(wù)平臺，通過服務(wù)注冊系統(tǒng)和服務(wù)搜索系統(tǒng)收集和匯集各種環(huán)境空間信息服務(wù)，形成較為完整的環(huán)境空間信息資源和目錄服務(wù)，通過門戶服務(wù)系統(tǒng)向用戶提供環(huán)境空間信息服務(wù)。平臺主要包括目錄資源共享門戶系統(tǒng)、用戶服務(wù)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理與發(fā)布系統(tǒng)和運維管理系統(tǒng)等內(nèi)容。

目錄資源共享門戶系統(tǒng)提供單一身份登錄技術(shù)，在實現(xiàn)門戶內(nèi)容管理與用戶個性化管理的基礎(chǔ)上，采用門戶界面集成技術(shù)，實現(xiàn)同用戶服務(wù)系統(tǒng)、發(fā)布系統(tǒng)及其他系統(tǒng)的集成。目錄資源共享門戶系統(tǒng)通過自動機(jī)制實現(xiàn)共享目錄資源信息的實時監(jiān)測與采集，將采集到的目錄資源信息通過SOAP協(xié)議進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。這些目錄資源信息能夠提供給環(huán)保專網(wǎng)的其他系統(tǒng)訪問，各系統(tǒng)及各部門用戶通過檢索這些目錄資源信息，可以找到各自感興趣的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)外部單位共享數(shù)據(jù)與產(chǎn)品的檢索和訪問。同時，系統(tǒng)通過整理產(chǎn)品的信息資源元數(shù)據(jù)，形成對外發(fā)布的目錄資源信息數(shù)據(jù)，以滿足空間信息資源共享的需求。

用戶服務(wù)系統(tǒng)實現(xiàn)外部用戶信息管理、數(shù)據(jù)檢索、環(huán)境信息產(chǎn)品訂單管理、用戶反饋信息管理等功能。系統(tǒng)不僅向外部用戶提供現(xiàn)有環(huán)境信息產(chǎn)品的服務(wù)，同時按照用戶的要求生成產(chǎn)品訂單，將用戶反饋信息提交給服務(wù)平臺，實現(xiàn)對用戶服務(wù)的動態(tài)管理。

數(shù)據(jù)管理與發(fā)布系統(tǒng)提供環(huán)境空間信息產(chǎn)品的編輯與制作、發(fā)布等功能，通過統(tǒng)一的制作模板和業(yè)務(wù)流程，將環(huán)境信息產(chǎn)品以圖形、圖像、專題圖件、表格、文字報告、多媒體等多種形式表示，從而實現(xiàn)信息產(chǎn)品以在線、多媒體、郵件、光盤等多種方式提供給最終用戶。

運維管理系統(tǒng)主要是對環(huán)境空間信息服務(wù)平臺上各類服務(wù)系統(tǒng)的管理，提供監(jiān)控數(shù)據(jù)庫運行狀態(tài)的功能，建立數(shù)據(jù)訪問、服務(wù)訪問的管理日志，以保障整個平臺系統(tǒng)能夠為客戶端應(yīng)用訪問提供安全、穩(wěn)定的支撐。

（4）應(yīng)用模式

應(yīng)用模式是環(huán)境空間信息服務(wù)平臺的服務(wù)消費部分，分別為直接瀏覽方式、服務(wù)定制方式、系統(tǒng)集成方式和接口及二次開發(fā)方式。

直接瀏覽應(yīng)用方式是利用服務(wù)平臺的SvaaS直接將數(shù)據(jù)服務(wù)內(nèi)容進(jìn)行展示，可直接與大屏連接形成特定應(yīng)用下的空間展示，如領(lǐng)導(dǎo)匯報、基礎(chǔ)信息查詢查看等。該類應(yīng)用無需其他部署，只需連接到服務(wù)平臺即可。

服務(wù)定制應(yīng)用方式是通過服務(wù)平臺資源目錄，將目錄中相關(guān)數(shù)據(jù)、功能、產(chǎn)品、界面Logo等元素定制到單獨系統(tǒng)中的過程，定制的結(jié)果可形成訂單被平臺運維系統(tǒng)所管理。用戶憑借平臺返回的登錄名、密碼可訪問定制后的系統(tǒng)。定制方式可充分體現(xiàn)SiaaS服務(wù)模式的優(yōu)勢，使用者無需開發(fā)即可獲得應(yīng)用系統(tǒng)。

系統(tǒng)集成應(yīng)用方式是在定制后的系統(tǒng)中，將已有的信息系統(tǒng)通過數(shù)據(jù)庫、應(yīng)用、界面等集成方式與空間信息進(jìn)行關(guān)聯(lián)的過程。被集成的系統(tǒng)必須遵循平臺集成響應(yīng)的規(guī)范和要求。

接口及開發(fā)應(yīng)用方式是通過平臺提供的服務(wù)接口或者空間可視化插件的API接口進(jìn)行集成后的二次開發(fā)過程。平臺會提供響應(yīng)功能服務(wù)接口被開發(fā)者應(yīng)用。開發(fā)分為兩部分內(nèi)容:一是空間可視化插件的相關(guān)開發(fā)，這類開發(fā)主要利用空間可視化插件API進(jìn)行；另一類開發(fā)是服務(wù)接口的開發(fā)，將平臺上注冊的原子服務(wù)接口進(jìn)行開發(fā)形成服務(wù)產(chǎn)品的過程。

三、環(huán)境空間信息服務(wù)SiaaS平臺架構(gòu)

基于SiaaS模式，環(huán)境空間信息服務(wù)平臺總體架構(gòu)設(shè)計如圖2所示，整個架構(gòu)分為5個層次，即應(yīng)用層、應(yīng)用服務(wù)層、平臺支撐層、數(shù)據(jù)層、基礎(chǔ)設(shè)施層。

1.應(yīng)用層

應(yīng)用層是平臺與最終用戶接口的層面，根據(jù)面向服務(wù)應(yīng)用的類型不同，采用PaaS應(yīng)用模式或者在線應(yīng)用模式。PaaS應(yīng)用是通過定制服務(wù)平臺空間信息資源目錄中的內(nèi)容，并與具體應(yīng)用需求相結(jié)合，開發(fā)并集成各類應(yīng)用功能的方式，該層建立在應(yīng)用服務(wù)層之上，通過“一站式”門戶等技術(shù)為用戶提供人性化的應(yīng)用界面；在線應(yīng)用模式是直接利用服務(wù)平臺空間信息資源目錄提供的內(nèi)容和平臺空間展示系統(tǒng)的方式。

2.應(yīng)用服務(wù)層

該層建立在平臺支撐層軟件基礎(chǔ)之上，是服務(wù)平臺空間信息服務(wù)（SiaaS）的宿主和具體實現(xiàn)，包涵了提供數(shù)據(jù)服務(wù)的SdaaS、提供功能的SfaaS、提供空間數(shù)據(jù)產(chǎn)品的SpaaS、提供可視化服務(wù)的SvaaS和提供應(yīng)用系統(tǒng)的PaaS等。

3.平臺支撐層

平臺支撐層包括底層平臺支撐層和地理信息公共開發(fā)平臺。其中，底層平臺支撐層是整個系統(tǒng)所依賴的GIS平臺、三維平臺和涉及的其他相關(guān)技術(shù)平臺，包括地理信息系統(tǒng)平臺、數(shù)據(jù)庫平臺、各類開發(fā)環(huán)境和管理工具等。平臺支撐層所采用的基礎(chǔ)軟件產(chǎn)品構(gòu)成了環(huán)境空間信息服務(wù)平臺運行的底層技術(shù)支撐環(huán)境。

圖2 環(huán)境空間信息SiaaS平臺總體架構(gòu)

4.數(shù)據(jù)層

數(shù)據(jù)層是環(huán)境空間信息應(yīng)用的核心。環(huán)境空間服務(wù)平臺的數(shù)據(jù)層在統(tǒng)一的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范的規(guī)定下，應(yīng)包括基礎(chǔ)地理信息庫、基礎(chǔ)地理信息應(yīng)用庫、環(huán)境空間專題庫、遙感庫、主題信息庫（產(chǎn)品庫）、三維模型數(shù)據(jù)庫、字典庫、元數(shù)據(jù)庫和系統(tǒng)管理庫等。

5.基礎(chǔ)設(shè)施層

基礎(chǔ)設(shè)施層包括計算資源、網(wǎng)絡(luò)通信、存儲等基礎(chǔ)設(shè)施，是支撐環(huán)境空間信息服務(wù)平臺的軟硬件運行環(huán)境?；A(chǔ)設(shè)施層基于云計算理念和技術(shù)，通過環(huán)境信息化工程項目建設(shè)或整合現(xiàn)有的環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施資源，建設(shè)國家環(huán)境信息化基礎(chǔ)設(shè)施（云計算中心），充分利用計算資源，節(jié)省投資費用，而且便于實施基礎(chǔ)設(shè)施資源管理和維護(hù)。

四、結(jié)束語

環(huán)境空間信息服務(wù)模式研究是以空間信息服務(wù)為需求，借助云計算原理，提出環(huán)境空間信息服務(wù)模式（SiaaS）和環(huán)境空間信息服務(wù)平臺總體架構(gòu)，為下一步構(gòu)建環(huán)境空間信息共享與服務(wù)平臺，實現(xiàn)環(huán)?？臻g信息的“共建共享”，提高信息資源利用效率，滿足環(huán)保行業(yè)對空間基礎(chǔ)信息日益增長的迫切需求，提供基礎(chǔ)和技術(shù)指導(dǎo)。

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