基于中間件技術(shù)的FGIS與PGIS對(duì)接實(shí)現(xiàn)技術(shù)研究

●楊 揚(yáng)，周 路

(1.江蘇省消防總隊(duì)，江蘇 南京 210036;2.南京市消防支隊(duì)，江蘇 南京 210036)

消防地理信息系統(tǒng)(FGIS)作為滅火救援指揮系統(tǒng)建設(shè)的一個(gè)重要組成部分，為實(shí)現(xiàn)基于“一張圖”的消防隊(duì)站、道路水源、裝備、人員等滅火救援指揮要素的可視化展示、分析，以及基于地理信息的可視化調(diào)度、接處警信息數(shù)據(jù)研判等應(yīng)用提供了基礎(chǔ)。在FGIS建設(shè)過程中，充分共享PGIS大比例尺矢量圖、高分辨率影像圖、道路、治安監(jiān)控、標(biāo)準(zhǔn)地址庫等已有地理信息數(shù)據(jù)資源，既節(jié)省了FGIS建設(shè)投資，又減輕了業(yè)務(wù)圖層數(shù)據(jù)采集、維護(hù)的壓力，是目前FGIS建設(shè)的最佳選擇。

1 PGIS與FGIS簡介

1.1 FGIS概況

FGIS遵循消防信息化建設(shè)一體化的設(shè)計(jì)原則，覆蓋公安部消防局、總隊(duì)、支隊(duì)和大(中)隊(duì)用戶，以地圖應(yīng)用為目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)對(duì)消防一體化軟件的地理應(yīng)用支撐和消防業(yè)務(wù)地理信息數(shù)據(jù)統(tǒng)一展現(xiàn)。FGIS基于ESRI ArcGIS構(gòu)建，按照公安部消防局、總隊(duì)二級(jí)分布式部署方式，統(tǒng)一制定消防地圖顯示比例尺與信息分類標(biāo)準(zhǔn)，建立消防地理信息數(shù)據(jù)庫，提供統(tǒng)一的地圖服務(wù)和標(biāo)準(zhǔn)地址數(shù)據(jù)管理。FGIS使用統(tǒng)一的導(dǎo)航電子地圖，各消防總隊(duì)在實(shí)際應(yīng)用中，需要加載使用本省大比例尺地圖數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享和疊加。

1.2 PGIS 概況

PGIS是公安信息資源整合和深層次應(yīng)用的技術(shù)平臺(tái)［1］，它以警用電子地圖為核心，以地理信息技術(shù)為支撐，以服務(wù)與公安業(yè)務(wù)管理、信息共享和決策支持的可視化為目標(biāo)。PGIS根據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，由公安部統(tǒng)一組織開發(fā)，按部、省、市三級(jí)分布式部署，它能夠?yàn)楦黝悜?yīng)用開發(fā)提供統(tǒng)一的基礎(chǔ)服務(wù)與應(yīng)用空間信息。PGIS平臺(tái)的核心是“三庫一平臺(tái)”［2］?！叭龓臁敝傅乩硇畔?shù)據(jù)庫、標(biāo)準(zhǔn)地址庫、業(yè)務(wù)地理關(guān)聯(lián)庫。地理信息數(shù)據(jù)庫就是地圖庫，包括標(biāo)準(zhǔn)化的影像地圖、矢量地圖。標(biāo)準(zhǔn)地址庫，指具有空間屬性的門牌地址信息資源庫。業(yè)務(wù)地理關(guān)聯(lián)庫，是指公安業(yè)務(wù)信息與地址信息的關(guān)聯(lián)庫?！耙黄脚_(tái)”指PGIS平臺(tái)軟件。

1.3 PGIS 與 FGIS

截至目前，PGIS的建設(shè)與應(yīng)用已初具規(guī)模，充分利用PGIS已有建設(shè)成果，加快推進(jìn)PGIS在消防的應(yīng)用具有重要現(xiàn)實(shí)意義［3］。通過PGIS提供的各警種資源數(shù)據(jù)服務(wù)，補(bǔ)充完善FGIS已有數(shù)據(jù)資源，有助于快速推進(jìn)消防地理信息系統(tǒng)建設(shè)，更好的服務(wù)于實(shí)戰(zhàn)［3］。由于FGIS與PGIS建設(shè)過程中采用的技術(shù)開發(fā)平臺(tái)存在差異，PGIS采用的是自有開發(fā)平臺(tái)，F(xiàn)GIS采用的是ESRI ArcGIS系列開發(fā)平臺(tái)，為了解決二者在數(shù)據(jù)交換和共享過程中存在的協(xié)議差異，特別是FGIS對(duì)PGIS瓦片切圖服務(wù)的訪問，本文提出了基于中間件技術(shù)實(shí)現(xiàn)地圖對(duì)接的方案，并在實(shí)際應(yīng)用中取得了良好的效果。

2 技術(shù)方案

2.1 設(shè)計(jì)思路

FGIS與PGIS的對(duì)接，需要滿足以下要求:(1)能夠在線共享訪問PGIS平臺(tái)的基礎(chǔ)和專題地理信息數(shù)據(jù);(2)能夠?qū)崿F(xiàn)或訪問PGIS平臺(tái)瓦片地圖圖片的聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)省、市PGIS瓦片地圖圖片數(shù)據(jù)的調(diào)用;(3)與PGIS的對(duì)接方案不影響現(xiàn)有的消防GIS應(yīng)用系統(tǒng)架構(gòu)。

針對(duì)上述需求，有基于客戶端(如圖1所示)和基于中間件(如圖2所示)的兩種實(shí)現(xiàn)方式?；诳蛻舳说姆桨甘峭ㄟ^在客戶端開發(fā)擴(kuò)展組件，實(shí)現(xiàn)對(duì)PGIS服務(wù)的訪問。由于FGIS客戶端應(yīng)用開發(fā)采用的技術(shù)路線存在多樣性，加之考慮到未來FGIS應(yīng)用平臺(tái)存在多樣化，需要針對(duì)每種應(yīng)用開發(fā)平臺(tái)研發(fā)客戶端組件，勢必增加應(yīng)用開發(fā)的復(fù)雜度和維護(hù)投入成本。采用基于中間件的技術(shù)，以服務(wù)請(qǐng)求調(diào)用模式，通過協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)與PGIS服務(wù)的數(shù)據(jù)交換與共享，可以最大程度的適應(yīng)各類應(yīng)用開發(fā)的需要。FGIS應(yīng)用是基于ArcGIS軟件平臺(tái)構(gòu)建的，所以中間件提供的服務(wù)協(xié)議與ESRI產(chǎn)品的服務(wù)協(xié)議一致。

圖1 基于客戶端的技術(shù)方案

圖2 基于中間件的技術(shù)方案

2.2 技術(shù)框架

FGIS與PGIS地圖的對(duì)接，是在PGIS基礎(chǔ)之上，通過調(diào)用PGIS柵格地圖圖片聯(lián)網(wǎng)服務(wù)接口，實(shí)現(xiàn)PGIS協(xié)議對(duì)FGIS的擴(kuò)展，技術(shù)框圖如圖3所示。采用部、省、市與局、總、支相對(duì)應(yīng)的關(guān)系，逐級(jí)對(duì)接，從而保證FGIS與PGIS的無縫集成。

PGIS柵格地圖圖片聯(lián)網(wǎng)服務(wù)是基于柵格圖片引擎服務(wù)，實(shí)現(xiàn)多層次、多結(jié)點(diǎn)的分布式地圖服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全國、省、市不同比例尺地圖無縫互聯(lián)互通，其主要功能包括柵格地圖圖片服務(wù)注冊(cè)、柵格地圖圖片分級(jí)配置、柵格地圖圖片調(diào)用區(qū)域設(shè)置、重疊區(qū)域柵格地圖圖片融合、柵格地圖圖片調(diào)用驗(yàn)證等。

FGIS與PGIS瓦片地圖的對(duì)接，就是將FGIS中請(qǐng)求的ArcGIS Server瓦片地圖協(xié)議與ArcGIS Server地圖服務(wù)請(qǐng)求協(xié)議，通過中間件服務(wù)轉(zhuǎn)換為PGIS瓦片地圖服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)接工作。

圖3 技術(shù)框架

服務(wù)中間件采用REST風(fēng)格架構(gòu)，具有輕量化、易于構(gòu)建等優(yōu)點(diǎn)。由于客戶端的請(qǐng)求都是獨(dú)立的，一旦被調(diào)用，服務(wù)器不保留任何會(huì)話，因此其內(nèi)存可用空間不會(huì)受到影響，同時(shí)減少了事件后通信狀態(tài)的維護(hù)工作，提高了系統(tǒng)服務(wù)器的可擴(kuò)展性。

2.3 關(guān)鍵技術(shù)

2.3.1 瓦片地圖服務(wù)協(xié)議的轉(zhuǎn)發(fā)

瓦片切圖本質(zhì)上是一種地圖發(fā)布的緩存技術(shù)，是目前普遍被WebGIS產(chǎn)品所采用的地圖發(fā)布技術(shù)［4］。其原理是將地圖設(shè)定為多個(gè)比例尺，對(duì)于每個(gè)比例尺提前將地圖生成并切分成若干小圖片存放在服務(wù)器上，客戶端訪問時(shí)直接獲取需要的小圖片拼接成地圖，而不是由服務(wù)器動(dòng)態(tài)創(chuàng)建出一幅圖片來送到客戶端，這樣的實(shí)現(xiàn)方式能極大提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度，如圖4所示。地圖切片以金子塔的方式進(jìn)行組織。創(chuàng)建瓦片地圖切片需要幾個(gè)重要參數(shù)，包括地圖范圍、切圖原點(diǎn)、切圖比例級(jí)別、圖片格式、圖片大小等，實(shí)現(xiàn)不同瓦片地圖服務(wù)協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，也就是要實(shí)現(xiàn)這些參數(shù)與協(xié)議的相互對(duì)應(yīng)關(guān)系。通過建立PGIS瓦片地圖發(fā)布協(xié)議與ArcGIS Server瓦片地圖發(fā)布協(xié)議之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，可以實(shí)現(xiàn)二者協(xié)議轉(zhuǎn)換。

圖4 瓦片地圖切圖原理

2.3.2 基于中間件的分布式緩存技術(shù)

基于中間件技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)協(xié)議的轉(zhuǎn)換和轉(zhuǎn)發(fā)，還可以利用服務(wù)器的資源作為內(nèi)存緩存服務(wù)節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)分布式緩存，將使用頻率高的瓦片數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)緩存在服務(wù)器內(nèi)存中優(yōu)化應(yīng)用訪問效率，如圖5所示。FGIS的普及應(yīng)用，勢必會(huì)增加對(duì)原有的PGIS服務(wù)的負(fù)荷，為此，利用分布式緩存技術(shù)可以有效的減少對(duì)PGIS服務(wù)的壓力負(fù)荷，以較小投入改善PGIS服務(wù)的質(zhì)量，提高FGIS運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性。

圖5 基于中間件的分布式緩存技術(shù)

3 FGIS與PGIS對(duì)接應(yīng)用

基于中間件的PGIS服務(wù)擴(kuò)展，增加了PGIS瓦片地圖的發(fā)布協(xié)議格式，從而將FGIS與PGIS整合起來，實(shí)現(xiàn)了公安、消防“一張圖”。在省消防總隊(duì)部署PGIS服務(wù)擴(kuò)展中間件服務(wù)器，將消防滅火救援系統(tǒng)與公安PGIS服務(wù)有機(jī)整合，使消防地理信息系統(tǒng)調(diào)用PGIS瓦片地圖成為可能。圖6所示為某消防總隊(duì)FGIS系統(tǒng)調(diào)用公安PGIS實(shí)現(xiàn)大比例尺矢量圖數(shù)據(jù)加載的示例圖，從圖中所示可見，在1∶500大比例尺圖中，已經(jīng)能清晰的看到建筑物輪廓，比之公安部消防局配發(fā)的1∶10000導(dǎo)航圖，在實(shí)現(xiàn)消火栓、消防隊(duì)站等標(biāo)注應(yīng)用時(shí)，極大提高了數(shù)據(jù)標(biāo)注的準(zhǔn)確性。

圖6 在FGIS中調(diào)用PGIS大比例尺矢量圖

在此基礎(chǔ)上，通過FGIS對(duì)PGIS標(biāo)準(zhǔn)地理庫、重點(diǎn)單位、道路、治安監(jiān)控等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)圖層的共享調(diào)用，實(shí)現(xiàn)了在FGIS對(duì)公安PGIS中已有信息數(shù)據(jù)資源的調(diào)用顯示，避免了業(yè)務(wù)圖層數(shù)據(jù)上圖標(biāo)注重復(fù)勞動(dòng)，極大提升了消防地理信息系統(tǒng)的建設(shè)效率。

［1］張培晶，謝曉專，宋蕾.PGIS在犯罪分析中的應(yīng)用［J］.中國人民公安大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2012，(74):45－49.

［2］林志松.充分利用警用地理信息系統(tǒng)(PGIS)服務(wù)消防作戰(zhàn)指揮中心工作［J］.科學(xué)之友，2012，(16):152 －155.

［3］李剛.消防地理信息系統(tǒng)在滅火救援指揮中應(yīng)用的認(rèn)識(shí)與思考［J］.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2012，(12):37，48.

［4］蔣波濤，朱強(qiáng)，錢旭東.WebGIS開發(fā)實(shí)踐手冊(cè)——基于ArcIMS，OGC和瓦片式GIS［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2009.