基于地理空間框架的共享服務(wù)平臺設(shè)計與實現(xiàn)

倪錫春

（1.德清縣地理信息中心，浙江 德清 313200）

目前，我國“數(shù)字城市”建設(shè)正如火如荼地展開[1,2]，德清縣作為基層的行政機構(gòu)以及全國唯一開展國家級“數(shù)字城市”建設(shè)推廣的縣級城市，與常規(guī)城市存在著財力、信息、建設(shè)方面的劣勢，在管理、組織結(jié)構(gòu)、人力資源、經(jīng)濟基礎(chǔ)等方面也存在著較大的區(qū)別，因此不能照搬其他城市的建設(shè)經(jīng)驗?！皵?shù)字德清”地理空間框架以信息基礎(chǔ)設(shè)施為支撐，以地理信息資源為基礎(chǔ)，實現(xiàn)了德清縣跨部門、跨行業(yè)地理信息資源的共享和交換[3]。本文針對統(tǒng)一的地理信息共享服務(wù)平臺設(shè)計問題進行了探討，為數(shù)字城市建設(shè)提供思路。

1 一體化的共享服務(wù)平臺總體結(jié)構(gòu)

“數(shù)字德清”地理空間框架由國家、省、市、縣分級共建，成果四方共享，采用多層式企業(yè)應(yīng)用構(gòu)架，實現(xiàn)國省市（縣）3級的互聯(lián)互通。其總體結(jié)構(gòu)分為數(shù)據(jù)層、管理層、服務(wù)層和應(yīng)用層。數(shù)據(jù)層包括GIS數(shù)據(jù)和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，GIS引擎鏈接GIS數(shù)據(jù)庫后將數(shù)據(jù)返回給服務(wù)層，業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)則通過數(shù)據(jù)訪問組件返回給服務(wù)層。服務(wù)層包括服務(wù)器框架和服務(wù)，服務(wù)器框架管理所有的服務(wù)邏輯組件，并封裝了所有的服務(wù)單元。應(yīng)用層與服務(wù)層之間通過SOAP協(xié)調(diào)通信，服務(wù)層所有數(shù)據(jù)將通過接口通道返回給應(yīng)用框架，應(yīng)用層內(nèi)的所有組件不直接鏈接服務(wù)層接口，而是通過數(shù)據(jù)管理部件統(tǒng)一管理。所有應(yīng)用層組件以XML配置組裝成終端應(yīng)用[4,5]。

共享服務(wù)平臺采用一體化框架設(shè)計開發(fā)，通過服務(wù)框架和應(yīng)用框架來構(gòu)建整個平臺 （見圖1），并為發(fā)布、發(fā)現(xiàn)和定位空間信息資源和各類空間信息交換服務(wù)目錄提供信息服務(wù)。一體化框架體系將分布在各處的資源綜合利用，可以將負載由單個節(jié)點轉(zhuǎn)移到多個，從而提高效率，避免由于單個節(jié)點開發(fā)失效而使整個系統(tǒng)崩潰的危險。應(yīng)用開發(fā)工程師關(guān)注應(yīng)用服務(wù)的開發(fā)，界面工程師關(guān)注界面的設(shè)計與實現(xiàn)，他們只需要將自己設(shè)計的成果搭建到開發(fā)的框架當(dāng)中進行組合。

2 基于混合模式的共享服務(wù)模式

目前，地理空間信息共享服務(wù)模式主要分為集中式和分布式2種。集中式共享服務(wù)模式（見圖2 a）是將服務(wù)及其共享數(shù)據(jù)統(tǒng)一匯聚到一個數(shù)據(jù)中心，各相關(guān)部門定期向數(shù)據(jù)中心提交更新的數(shù)據(jù)，再由數(shù)據(jù)中心統(tǒng)一更新后對外提供服務(wù)。數(shù)據(jù)中心或管理中心統(tǒng)一管理和調(diào)度數(shù)據(jù)，集中存儲、管理與發(fā)布服務(wù)。分布式共享服務(wù)模式（見圖2 b）由權(quán)威部門維護主要數(shù)據(jù)，各類專題數(shù)據(jù)分布在各數(shù)據(jù)生產(chǎn)部門，專業(yè)數(shù)據(jù)由專業(yè)部門維護，服務(wù)的提供者分布在各個部門，部門間采用共建共享的模式獲取、提供服務(wù)；再通過統(tǒng)一的門戶集中表現(xiàn)，邏輯上統(tǒng)一，不存在主從關(guān)系。在訪問過程中，站點端應(yīng)用程序利用了異步調(diào)用機制，根據(jù)數(shù)據(jù)需求情況向不同節(jié)點的空間信息服務(wù)分配請求。

“數(shù)字德清”共享服務(wù)平臺采用集中式與分布式相結(jié)合的混合服務(wù)共享模式，建立物理分散、邏輯集中的覆蓋全市范圍的分布式服務(wù)集成管理中心。地理空間服務(wù)資源由一個主數(shù)據(jù)中心和多個從數(shù)據(jù)中心進行生產(chǎn)、管理和維護，這些數(shù)據(jù)中心邏輯上應(yīng)統(tǒng)一。建立一個集中管理地理空間服務(wù)資源的主中心即數(shù)據(jù)中心；建立一個地理空間服務(wù)資源管理中心即注冊中心，支持各類服務(wù)的注冊、管理和發(fā)布等，并管理和維護基礎(chǔ)地理信息服務(wù)，各政府部門提供并維護自身信息資源服務(wù)。在訪問過程中，客戶端向主結(jié)點數(shù)據(jù)中心提出請求，主中心向從中心分配請求，共同處理一個請求任務(wù)，最后由主中心反饋給客戶端。這種服務(wù)模式呈多級分布式管理，服務(wù)安全需通過多級認證。該模式的優(yōu)點是便于各類數(shù)據(jù)的管理和更新維護，能有效地整合空間數(shù)據(jù)生產(chǎn)和管理的人力、物力資源。用戶無需再對這些數(shù)據(jù)進行專門的管理和維護，而且所使用的數(shù)據(jù)都是生產(chǎn)者所掌握的最新數(shù)據(jù)，減少了技術(shù)難度和使用成本，有利于促進城市各部門之間數(shù)據(jù)共享，有利于培育數(shù)據(jù)挖掘和知識發(fā)現(xiàn)市場。

圖1 “數(shù)字德清”共享服務(wù)平臺總體框架體系圖

圖2 地理空間信息共享服務(wù)模式

3 基于SOA的資源服務(wù)管理中心

資源服務(wù)管理中心（見圖3）是保障平臺穩(wěn)定、安全運行的后臺支撐系統(tǒng)，提供對平臺服務(wù)的管理（遠程服務(wù)注冊、資源服務(wù)檢索和資源服務(wù)申請）、用戶體系的管理（用戶認證與注冊管理、服務(wù)節(jié)點管理）、后臺監(jiān)控（通過設(shè)備監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、流量監(jiān)控等技術(shù)手段保證平臺的安全與穩(wěn)定，并對信息資源訪問、業(yè)務(wù)功能調(diào)用、系統(tǒng)管理等活動進行記錄）等，并及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)隱患、快速恢復(fù)系統(tǒng)故障和優(yōu)化系統(tǒng)管理，為平臺穩(wěn)定運行給予支撐?！皵?shù)字德清”共享服務(wù)平臺采用面向服務(wù)的體系架構(gòu)（SOA）設(shè)計理念[6]，以服務(wù)的方式對外提供地理信息服務(wù)，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用的分離。通過SOA，開發(fā)者可以對不同的服務(wù)或功能進行組合以完成一系列的業(yè)務(wù)邏輯與展現(xiàn)，最終可讓用戶像使用本地桌面業(yè)務(wù)組件一樣方便地調(diào)用服務(wù)或功能。

資源服務(wù)管理中心包括的具體內(nèi)容為：

1）用戶管理，要獲得地理信息的服務(wù)，需先注冊成為資源服務(wù)注冊中心的用戶；

2）服務(wù)注冊，當(dāng)服務(wù)發(fā)布后，需要將服務(wù)注冊到平臺中，而基于對服務(wù)現(xiàn)實管理的需要，注冊的服務(wù)需遵循嚴格的規(guī)則流程、滿足相應(yīng)的規(guī)范要求才能進行注冊；

3）服務(wù)管理，對平臺中所有本地服務(wù)和遠程服務(wù)進行管理和維護，包括服務(wù)瀏覽、啟動、暫停、停止、重啟、刪除、檢索、注冊、導(dǎo)入、導(dǎo)出和顯示全部服務(wù)；

4）服務(wù)請求，資源服務(wù)注冊中心將對用戶提交的服務(wù)請求進行解析，形成可以完成的各項子任務(wù)，并利用管理中心的發(fā)現(xiàn)機制發(fā)現(xiàn)服務(wù)，再根據(jù)用戶的需求對地圖數(shù)據(jù)進行處理，從而定制滿足用戶需求的地圖服務(wù)，以一定的模式將地圖服務(wù)提交給用戶。

4 共享服務(wù)接口

“數(shù)字德清”共享服務(wù)平臺所提供的服務(wù)主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)、應(yīng)用服務(wù)、地名地址服務(wù)、目錄與元數(shù)據(jù)服務(wù)、安全認證服務(wù)、數(shù)據(jù)交換服務(wù)、系統(tǒng)定制服務(wù)和二次開發(fā)接口（見圖4）。

圖4 地理信息共享服務(wù)平臺示意圖

1）數(shù)據(jù)服務(wù)。該服務(wù)用于提供地理信息空間數(shù)據(jù)的服務(wù)，包括OGC標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)、瓦片地圖服務(wù)、矢量地圖服務(wù)、三維數(shù)據(jù)服務(wù)和其他數(shù)據(jù)服務(wù)等。OGC標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)指符合OGC標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的數(shù)據(jù)服務(wù)，如WMS、WFS、WCS等。地圖瓦片服務(wù)指切片后的電子地圖、影像等。矢量地圖服務(wù)指可供編輯、查詢、分析等功能的電子地圖服務(wù)。三維數(shù)據(jù)服務(wù)指面向三維應(yīng)用的數(shù)據(jù)服務(wù)，包括三維影像服務(wù)、三維地形服務(wù)、三維模型服務(wù)等。其他數(shù)據(jù)服務(wù)指可供擴展并提供的特殊數(shù)據(jù)服務(wù)，以滿足特定數(shù)據(jù)需求，如2.5維電子地圖服務(wù)以及一些特殊的行業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)。

2）應(yīng)用服務(wù)。該服務(wù)是在地圖數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)上，提供基于地圖數(shù)據(jù)的應(yīng)用功能服務(wù)，根據(jù)需要進行選擇或定制基于SOAP和REST的接口，主要包括數(shù)據(jù)處理服務(wù)、空間分析服務(wù)以及其他的服務(wù)。按照復(fù)雜性和開發(fā)難度，應(yīng)用服務(wù)分為標(biāo)準(zhǔn)版應(yīng)用服務(wù)和高級版應(yīng)用服務(wù)。高級版應(yīng)用服務(wù)是在標(biāo)準(zhǔn)版的基礎(chǔ)上添加了一些復(fù)雜、高級的分析、處理服務(wù)，如地址匹配服務(wù)、三維分析服務(wù)等。

3）地名地址服務(wù)。該服務(wù)是基于平臺地名地址數(shù)據(jù)庫，通過Web Service接口或REST接口對外發(fā)布的服務(wù)。實現(xiàn)對平臺地名、地址數(shù)據(jù)的增刪、改、關(guān)鍵詞查詢、周邊查詢和范圍查詢等功能，以及對非空間數(shù)據(jù)的地址匹配服務(wù)。

4）目錄與元數(shù)據(jù)服務(wù)。該服務(wù)負責(zé)對地理空間信息資源的元數(shù)據(jù)和目錄以及平臺本身提供的服務(wù)資源列表進行創(chuàng)建、維護、管理和對地理信息資源的導(dǎo)航訪問。通過該服務(wù)，用戶能夠按照需求查找到地理信息資源，并根據(jù)所提供資源服務(wù)列表按指定方式訪問資源。各部門和行業(yè)節(jié)點通過注冊、交換目錄與元數(shù)據(jù)信息，形成統(tǒng)一信息資源共享機制和分布式多源異構(gòu)地理空間信息資源，實現(xiàn)地理空間信息資源的統(tǒng)一描述與整合發(fā)布。

5）安全認證服務(wù)。系統(tǒng)用戶訪問平臺提供的其他服務(wù)必須攜帶用戶身份信息，否則無法訪問。系統(tǒng)用戶身份信息主要包括IP、用戶名、密碼、用戶權(quán)限和密鑰等。認證服務(wù)可以采用Cookie或Http頭等信息來實現(xiàn)。

6）數(shù)據(jù)交換服務(wù)。主要用于支持公共平臺與其他政府部門的數(shù)據(jù)中心之間的雙向數(shù)據(jù)交換，包括數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)下載服務(wù)。

7）系統(tǒng)定制服務(wù)。通過聚合調(diào)用平臺發(fā)布的各種地理信息服務(wù)和二次開發(fā)接口，為用戶提供快速搭建專題應(yīng)用系統(tǒng)的功能展示。

8）二次開發(fā)接口服務(wù)。它提供平臺二次開發(fā)接口，用戶可以調(diào)用這些接口，組裝自己的專題應(yīng)用系統(tǒng)。

5 平臺設(shè)計與實現(xiàn)

“數(shù)字德清”共享服務(wù)平臺建設(shè)完成了地理信息公共平臺門戶、信息資源系統(tǒng)（見圖5）、服務(wù)管理系統(tǒng)（見圖6）和三維景觀系統(tǒng)（見圖7）等。同時基于該平臺開發(fā)了數(shù)字氣象三維顯示系統(tǒng)、警用地理信息平臺、天地圖·德清等應(yīng)用系統(tǒng)，為德清縣氣象、公安、公眾服務(wù)和規(guī)劃決策等提供了豐富的數(shù)據(jù)資源和技術(shù)支撐。

圖5 信息資源系統(tǒng)界面

圖6 服務(wù)管理系統(tǒng)界面

圖7 三維景觀系統(tǒng)界面

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