海南國(guó)際旅游島地理信息公共平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)研究

陳 慧，李 偉

（1.國(guó)家測(cè)繪地理信息局 海南基礎(chǔ)地理信息中心，海南 ?？?570203；2.海南測(cè)繪地理信息局，海南 ?？?570203）

海南國(guó)際旅游島地理信息公共平臺(tái)（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“平臺(tái)”）是海南國(guó)際旅游島數(shù)字地理空間框架建設(shè)的核心內(nèi)容。平臺(tái)根據(jù)服務(wù)對(duì)象的不同，可分為面向政府、企事業(yè)單位的政務(wù)版平臺(tái)與面向社會(huì)公眾的公眾版平臺(tái)。2個(gè)平臺(tái)的總體架構(gòu)、主要功能以及平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)基本一致，只是針對(duì)服務(wù)對(duì)象的特點(diǎn)在功能設(shè)計(jì)上有所側(cè)重。

1 平臺(tái)總體架構(gòu)

平臺(tái)總體架構(gòu)分為3個(gè)部分：數(shù)據(jù)集、管理服務(wù)軟件系統(tǒng)和支撐環(huán)境[1]，如圖1所示。

圖1 海南國(guó)際旅游島地理信息公共平臺(tái)總體架構(gòu)圖

數(shù)據(jù)集為平臺(tái)運(yùn)行提供數(shù)據(jù)層，包括矢量電子地圖、影像電子地圖、地勢(shì)電子地圖、三維電子地圖和專(zhuān)題電子地圖等。管理服務(wù)軟件系統(tǒng)提供地圖基本操作、三維瀏覽、查詢(xún)定位、服務(wù)引用和運(yùn)行維護(hù)等功能。支撐環(huán)境是計(jì)算機(jī)軟硬件以及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的總稱(chēng)，是平臺(tái)運(yùn)行提供服務(wù)的前提。

2 平臺(tái)主要功能

平臺(tái)不僅提供基本的地圖操作、三維電子地圖瀏覽、查詢(xún)定位、服務(wù)引用等功能，針對(duì)政務(wù)版平臺(tái)和公眾版平臺(tái)的特點(diǎn)分別設(shè)計(jì)了“零碼組裝”和“我的地圖”2個(gè)功能。

零碼組裝提供基于平臺(tái)的專(zhuān)題應(yīng)用系統(tǒng)快速構(gòu)建的功能。通過(guò)對(duì)所提供的數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)的分解，平臺(tái)將其全部封裝成細(xì)顆粒度的服務(wù)庫(kù)，通過(guò)界面配置、數(shù)據(jù)配置、功能設(shè)置、代碼裝配等可視化的選擇與設(shè)定，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)框架的自動(dòng)生成，方便政府部門(mén)在無(wú)需編寫(xiě)代碼的情況下，快速搭建各自的客戶(hù)端專(zhuān)題應(yīng)用系統(tǒng)。

公眾用戶(hù)在平臺(tái)上瀏覽查詢(xún)感興趣的目標(biāo)（如旅游景點(diǎn)、餐飲住宿等）時(shí)，通過(guò)“我的地圖”標(biāo)注該目標(biāo)，選擇標(biāo)注的圖標(biāo)、顏色樣式等并添加文字描述信息；還可以共享該標(biāo)注，通過(guò)后臺(tái)審核后，其他使用平臺(tái)的用戶(hù)就可以查看到該標(biāo)注以及相關(guān)信息，從而使平臺(tái)為公眾在衣食住行等方面提供更加全面的地理信息服務(wù)。

3 平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)

平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)主要有基于SOA的Web服務(wù)、基于Ajax的WebGIS、地圖緩存技術(shù)、二三維地圖聯(lián)動(dòng)、景點(diǎn)三維全景展示、負(fù)載均衡與雙機(jī)熱備等。

3.1 基于面向服務(wù)架構(gòu)的Web服務(wù)

面向服務(wù)架構(gòu)(SOA)是一種組件模型，它通過(guò)在應(yīng)用程序不同的功能單元（稱(chēng)為服務(wù)）之間定義完善的接口和契約，來(lái)聯(lián)系應(yīng)用程序中的不同服務(wù)，即SOA是由一系列相互交互的服務(wù)組成，每種服務(wù)都能提供對(duì)該定義功能集的訪(fǎng)問(wèn)，接口的定義獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)和編程語(yǔ)言[2,3]。SOA體系結(jié)構(gòu)中主要包括服務(wù)消費(fèi)者、服務(wù)提供者和服務(wù)注冊(cè)中心。服務(wù)提供者將服務(wù)的描述信息發(fā)布到服務(wù)注冊(cè)中心，服務(wù)消費(fèi)者在注冊(cè)中心查找、定位感興趣的服務(wù)，并調(diào)用該服務(wù)，如圖2所示[3]。

圖2 SOA體系結(jié)構(gòu)圖

Web服務(wù)作為SOA中最流行的一種實(shí)現(xiàn)，是封裝成單個(gè)實(shí)體并發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)上，供其他程序使用的功能集合，是一種新型的Web應(yīng)用程序，具有自包含、自描述以及模塊化的特點(diǎn)，可以通過(guò)Web發(fā)布、查找和調(diào)用；一個(gè)Web服務(wù)配置好后，其他應(yīng)用程序和其他Web服務(wù)就可以發(fā)現(xiàn)和調(diào)用該服務(wù)了[3]。

平臺(tái)采用Web服務(wù)方式來(lái)支持SOA架構(gòu)，按照OGC標(biāo)準(zhǔn)把綜合信息以服務(wù)流的方式發(fā)布，實(shí)現(xiàn)跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語(yǔ)言、多用戶(hù)的共享，構(gòu)建具備有跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語(yǔ)言服務(wù)聚合功能，以實(shí)現(xiàn)來(lái)自其他服務(wù)器發(fā)布的GIS服務(wù)的聚合。其主要支持的接口包括WFS (矢量數(shù)據(jù)服務(wù))、WCS(柵格數(shù)據(jù)服務(wù))和WMS(地圖服務(wù))等。

3.2 基于Ajax的WebGIS

Ajax是數(shù)據(jù)異步傳輸和請(qǐng)求機(jī)制，該技術(shù)使得客戶(hù)端與服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)通信在后臺(tái)運(yùn)行，數(shù)據(jù)請(qǐng)求不打斷用戶(hù)的地圖操作或界面動(dòng)作，從而極大地提高了用戶(hù)界面的友好程度[4,5]。Ajax技術(shù)已廣泛應(yīng)用于Web應(yīng)用開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，其優(yōu)勢(shì)主要在于可以減輕服務(wù)器的負(fù)擔(dān)，提高系統(tǒng)的響應(yīng)效率，減少用戶(hù)實(shí)際和心理等待時(shí)間，顯著提升用戶(hù)的操作體驗(yàn)等[4,5]。

與Ajax技術(shù)結(jié)合，是WebGIS發(fā)展的必然趨勢(shì)，所有WebGIS基本功能都可以基于Ajax方式去實(shí)現(xiàn)，兩者的結(jié)合在用戶(hù)體驗(yàn)和數(shù)據(jù)傳輸效率上具有無(wú)可比擬的優(yōu)勢(shì)[4,5]。例如，地圖動(dòng)態(tài)更新，每一次瀏覽器的請(qǐng)求通過(guò)Ajax進(jìn)行提交，在結(jié)果返回之前用戶(hù)仍可進(jìn)行地圖漫游、縮放等操作；再結(jié)合瀏覽器端的地圖緩存技術(shù)，便可實(shí)現(xiàn)最小量的數(shù)據(jù)傳輸，即只更新需要更新范圍內(nèi)的地圖圖片內(nèi)容，不僅實(shí)現(xiàn)地圖的動(dòng)態(tài)更新，也可以使數(shù)據(jù)傳輸量減少以提高地圖的顯示速度[4,5]。

3.3 地圖緩存技術(shù)

平臺(tái)在線(xiàn)服務(wù)處理的通常是海量數(shù)據(jù)，需要大量的即時(shí)交互、頻繁的服務(wù)器通信及數(shù)據(jù)傳輸，傳統(tǒng)WebGIS地圖服務(wù)模式是根據(jù)客戶(hù)端的請(qǐng)求，地圖服務(wù)器實(shí)時(shí)計(jì)算并傳輸數(shù)據(jù)的，這種服務(wù)模式不僅加大地圖服務(wù)器負(fù)載，而且服務(wù)效率低[6,7]。

隨著科技的發(fā)展，地圖緩存技術(shù)日益成為普遍采用的方式，應(yīng)用廣泛的電子地圖網(wǎng)站如Google Maps、51ditu、百度地圖等都是采用緩存機(jī)制減輕服務(wù)器壓力，以提高地圖訪(fǎng)問(wèn)速度的。其原理是將地圖切割成“金字塔”結(jié)構(gòu)的地圖瓦片，存放在服務(wù)器端，客戶(hù)端需要顯示某個(gè)范圍的地圖時(shí)，服務(wù)器只需要?jiǎng)討B(tài)計(jì)算要加載的地圖瓦片的URL，并下載到客戶(hù)端本地存儲(chǔ)器中，再通過(guò)瀏覽器將這些瓦片無(wú)縫地拼接在一起還原圖片，從而減輕了服務(wù)器負(fù)載[6,7]。用戶(hù)再次訪(fǎng)問(wèn)平臺(tái)時(shí)，可以直接從本地緩存中請(qǐng)求已經(jīng)從服務(wù)器下載的地圖瓦片，從而縮短訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間，實(shí)現(xiàn)高速瀏覽[6,7]。

3.4 二三維地圖聯(lián)動(dòng)

平臺(tái)通過(guò)二維地圖和三維地圖坐標(biāo)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)計(jì)算與轉(zhuǎn)換，達(dá)到了多種數(shù)據(jù)之間較準(zhǔn)確的匹配，實(shí)現(xiàn)二三維地圖地圖聯(lián)動(dòng)的功能。圖3是三維電子地圖（左）與矢量電子地圖（右）的聯(lián)動(dòng)顯示。用戶(hù)在任意一個(gè)窗口下，對(duì)地圖進(jìn)行放大、縮小、移動(dòng)等地圖操作，在另一個(gè)窗口中的地圖都會(huì)同時(shí)響應(yīng)縮放移動(dòng)的操作，從而實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)。

圖3 二三維聯(lián)動(dòng)界面

三維電子地圖具有真實(shí)、直觀(guān)等特點(diǎn)，用戶(hù)在瀏覽二維電子地圖的同時(shí)，也在三維窗口中瀏覽到對(duì)應(yīng)區(qū)域的真實(shí)三維場(chǎng)景以及建筑模型，從而使平臺(tái)為社會(huì)公眾提供了更加豐富、生動(dòng)的地圖服務(wù)。

3.5 景點(diǎn)三維全景展示

平臺(tái)為了更加生動(dòng)地展示海南國(guó)際旅游島豐富的旅游資源，對(duì)重點(diǎn)景點(diǎn)提供了三維全景展示功能。

全景技術(shù)是目前全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展并逐步流行的一種視覺(jué)新技術(shù)，它給人們帶來(lái)全新的真實(shí)現(xiàn)場(chǎng)感和交互的感覺(jué)[8]。通過(guò)高精度魚(yú)眼相機(jī)拍攝地物得到全景圖片，然后使用軟件將全景圖片無(wú)縫拼接成360°全景圖像，再投影到相應(yīng)的多面體上，將多面體的中心設(shè)為視點(diǎn)位置，那么視點(diǎn)所看到的場(chǎng)景即為該位置的真實(shí)場(chǎng)景[8]。用戶(hù)點(diǎn)擊全景鏈接，平臺(tái)通過(guò)全景播放器展示該景點(diǎn)的全景圖像，用戶(hù)還可以進(jìn)行放大、縮小、360°旋轉(zhuǎn)等操作。將全景技術(shù)運(yùn)用到電子地圖中，給用戶(hù)呈現(xiàn)一個(gè)模擬的真實(shí)三維虛擬可視化環(huán)境，滿(mǎn)足公眾對(duì)地理位置服務(wù)的更高需求，給傳統(tǒng)的電子地圖帶了新的活力。

3.6 負(fù)載均衡與雙機(jī)熱備

為了保障平臺(tái)穩(wěn)定高效地提供服務(wù)，平臺(tái)在Web應(yīng)用服務(wù)器集群前段部署了負(fù)載均衡系統(tǒng)，并對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器采用雙機(jī)熱備技術(shù)，如圖4所示。

圖4 支撐運(yùn)行環(huán)境部署

基于網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載均衡技術(shù)可擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和服務(wù)器的帶寬，增加吞吐量，加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理能力，減少用戶(hù)等待響應(yīng)時(shí)間，提高服務(wù)器的響應(yīng)速度，以較低的硬件投入，有效地解決網(wǎng)絡(luò)堵塞問(wèn)題[9]。當(dāng)運(yùn)行的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器出現(xiàn)故障時(shí)，雙機(jī)熱備技術(shù)將另一臺(tái)備份的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器自動(dòng)激活，在不需要人工干預(yù)的情況下，保證平臺(tái)持續(xù)提供服務(wù)[10]。

4 結(jié) 語(yǔ)

本文從總體架構(gòu)、功能設(shè)計(jì)以及關(guān)鍵技術(shù)3個(gè)方面介紹了海南國(guó)際旅游島地理信息公共平臺(tái)。目前，平臺(tái)的搭建已基本完成，進(jìn)入調(diào)試階段，即將試運(yùn)行，以期滿(mǎn)足政府部門(mén)、企事業(yè)單位以及社會(huì)公眾對(duì)空間信息的獲取及地理位置服務(wù)的需求。

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