大型城市分布式地質(zhì)資料集成與應(yīng)用研究

何文娜

(1.吉林體育學(xué)院計(jì)算機(jī)教研室，吉林 長(zhǎng)春 130000；2.吉林大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，吉林 長(zhǎng)春 130061)

為了充分挖掘地質(zhì)資料中蘊(yùn)含的信息潛力，最大化地發(fā)揮其利用價(jià)值，逐步推進(jìn)地質(zhì)資料服務(wù)[1]，2010年國(guó)土資源部啟動(dòng)了地質(zhì)資料集群化產(chǎn)業(yè)化工作，通過(guò)深入分析地質(zhì)資料的內(nèi)涵與特征[2]，給出了推進(jìn)地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化的思路與構(gòu)想[3]。在上海、西安、湖南等地相繼開(kāi)展試點(diǎn)研究，取得了較好的階段性成果，并充分體現(xiàn)了地質(zhì)資料服務(wù)在地質(zhì)找礦中的作用[4]。

通過(guò)對(duì)地質(zhì)資料管理與服務(wù)進(jìn)展情況的分析[5]，發(fā)現(xiàn)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行地質(zhì)資料共享、應(yīng)用的趨勢(shì)越來(lái)越明顯。受行業(yè)、部門等因素的限制，不同時(shí)期形成的地質(zhì)資料一時(shí)很難實(shí)現(xiàn)全部共享，在北京等大(巨)型城市內(nèi)更難以在短期內(nèi)完成[6]。在全國(guó)地質(zhì)資料館的指導(dǎo)下，由北京市地勘局承擔(dān)，開(kāi)展了大型城市分布式地質(zhì)資料集成應(yīng)用研究的嘗試[7],旨在探索一條將分散在各部委、不同部門之間的地質(zhì)資料有機(jī)地、靈活地集成與共享的方法和思路。

1 集成框架設(shè)計(jì)

1.1 集成需求

北京市地質(zhì)資料共享平臺(tái)不僅能夠發(fā)布若干地質(zhì)資料的屬性服務(wù)、空間服務(wù)、計(jì)算服務(wù)等信息資源，還能夠與已有的地質(zhì)資料信息系統(tǒng)(如多參數(shù)系統(tǒng))、基礎(chǔ)地理中心、國(guó)土資源局、水務(wù)局、環(huán)保局、農(nóng)委、建委等多個(gè)委辦局共享的信息進(jìn)行交互，甚至為首都之窗、市領(lǐng)導(dǎo)決策支持系統(tǒng)等提供信息服務(wù)。其中，市國(guó)土局為北京市地質(zhì)資料共享平臺(tái)提供礦政、土地等信息，相關(guān)地勘單位為該平臺(tái)提供區(qū)域地質(zhì)、水文地質(zhì)、工程地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、物探、化探等各類地質(zhì)信息。

1.2 基于SOA的集成框架

面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)SOA(Service-Oriented Architecture)是一種擅長(zhǎng)在異構(gòu)環(huán)境下對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行整合的組件模型，它將應(yīng)用程序的不同功能單元使用標(biāo)準(zhǔn)的接口封裝成Web服務(wù)，并通過(guò)發(fā)布、查找、綁定三個(gè)步驟完成操作，它可以打破“信息孤島”的限制，基于已有的系統(tǒng)或數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)分散在不同單位的服務(wù)器上的各類地質(zhì)資料集成與共享已得到驗(yàn)證是有效的方法[8-10]。圖1給出了基于SOA構(gòu)建的大型城市地質(zhì)資料集成與共享框架結(jié)構(gòu)，搭建了一個(gè)可復(fù)用的地質(zhì)資料的資源環(huán)境，包括成數(shù)據(jù)庫(kù)層、數(shù)據(jù)訪問(wèn)層、業(yè)務(wù)邏輯層、服務(wù)處理層、網(wǎng)絡(luò)傳輸層、客戶應(yīng)用層等六層。

圖1 基于SOA的分布式地質(zhì)資料集成框架

數(shù)據(jù)庫(kù)層：是地質(zhì)資源的數(shù)據(jù)源，包括了各類數(shù)據(jù)，而各單位的數(shù)據(jù)庫(kù)既可以獨(dú)立運(yùn)行，也可以集中存儲(chǔ)。數(shù)據(jù)庫(kù)可以是原始數(shù)據(jù)(Access、Oracle、文本文件等)或通過(guò)某些組件處理的結(jié)果、服務(wù)訪問(wèn)的返回值，其中地質(zhì)數(shù)據(jù)以北京市多參數(shù)立體地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)。

數(shù)據(jù)訪問(wèn)與基礎(chǔ)組件層：是用來(lái)完成對(duì)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行訪問(wèn)為業(yè)務(wù)處理層提供服務(wù)的組件層，它通過(guò)對(duì)ADO.NET、JDBC等數(shù)據(jù)引擎實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的訪問(wèn)操作，完成前臺(tái)具體業(yè)務(wù)所需各類地質(zhì)資料的CRUD操作。業(yè)務(wù)邏輯組件通過(guò)ADO.NET等數(shù)據(jù)庫(kù)引擎技術(shù)連接到本機(jī)或網(wǎng)絡(luò)上其他數(shù)據(jù)庫(kù)(如Oracle 11g)上運(yùn)行，它們可以是已有的舊組件(如多參數(shù)系統(tǒng)組件)或開(kāi)發(fā)的新組件。

服務(wù)處理層：使用基于XML的Web服務(wù)作為基本組件，每個(gè)服務(wù)由多個(gè)粗粒度、細(xì)粒度的封裝了已有組件、新的Web服務(wù)組成。根據(jù)已建立的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、服務(wù)共享標(biāo)準(zhǔn)，開(kāi)發(fā)相應(yīng)的數(shù)據(jù)服務(wù)、計(jì)算服務(wù)組件，并統(tǒng)一注冊(cè)到一個(gè)共享服務(wù)器上，形成虛擬的集中式服務(wù)資源池。采用Web服務(wù)組件的松耦合形式對(duì)外發(fā)布，不再受原始數(shù)據(jù)位置、格式影響，可系統(tǒng)靈活部署、調(diào)用、集成、展示等。

網(wǎng)絡(luò)傳輸層：是不同模式的前臺(tái)客戶應(yīng)用程序與業(yè)務(wù)交互的通信通道，基于HTTP、TCP/IP等協(xié)議進(jìn)行傳輸?shù)母黝愓?qǐng)求，通過(guò)Internet/Intranet可突破地域、部門的限制。

通過(guò)SOA搭建的地質(zhì)數(shù)據(jù)共享與集成平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)矢量格式、柵格格式的地理、地質(zhì)、礦產(chǎn)、水文、物探、化探等各類地質(zhì)資料的動(dòng)態(tài)共享，從而實(shí)現(xiàn)來(lái)自不同地域、不同部門、不同格式、不同比例尺、不同精度的數(shù)據(jù)集成與應(yīng)用。

2 服務(wù)集群與管理

2.1 分布式服務(wù)集群模式

圖2給出了分布式地質(zhì)資料服務(wù)共享集群模式，北京市國(guó)土資源局、北京市地質(zhì)資料館等多個(gè)結(jié)點(diǎn)(以此兩個(gè)節(jié)點(diǎn)為例，虛線表示若干個(gè)其他部署了服務(wù)其他結(jié)點(diǎn))通過(guò)Intranet / Internet實(shí)現(xiàn)服務(wù)的集成與共享，不同粒度的Web服務(wù)統(tǒng)一由SOA服務(wù)器進(jìn)行管理，客戶訪問(wèn)服務(wù)時(shí)，由SOA服務(wù)器統(tǒng)一調(diào)配位于后臺(tái)集中或分布的不同的服務(wù)器上的各類服務(wù)，每一個(gè)服務(wù)可以使用后臺(tái)一個(gè)或多個(gè)地質(zhì)資料數(shù)據(jù)庫(kù)。為了達(dá)到分布式管理與共享的目的，各結(jié)點(diǎn)內(nèi)的多個(gè)單位可自主發(fā)布共享的地質(zhì)資料，各科室也可以方便地使用數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件、服務(wù)組件將其數(shù)據(jù)進(jìn)行包裝、注冊(cè)到統(tǒng)一的地質(zhì)資料分布式管理SOA服務(wù)器中。數(shù)據(jù)訪問(wèn)組件有數(shù)據(jù)訪問(wèn)11、數(shù)據(jù)訪問(wèn)12、數(shù)據(jù)訪問(wèn)21等，服務(wù)組件有服務(wù)訪問(wèn)11、服務(wù)訪問(wèn)12、服務(wù)訪問(wèn)21等，這些服務(wù)也可以被其他服務(wù)調(diào)用，而不必關(guān)心服務(wù)位于何處。此方法體現(xiàn)了基于SOA模式的實(shí)現(xiàn)地質(zhì)資料分布式管理的靈活性、實(shí)用性。

圖2 分布式地質(zhì)資源服務(wù)共享集群模式

2.2 服務(wù)集群發(fā)布與管理

各參與單位搭建、管理其Web服務(wù)器(一個(gè)或多個(gè))，將屬性數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、計(jì)算資源等發(fā)布成對(duì)應(yīng)的Web服務(wù)，統(tǒng)一注冊(cè)到地質(zhì)資料資源共享中心，并發(fā)布可使用的服務(wù)接口，為各類應(yīng)用系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)源。共享的地質(zhì)資料初期原則上保存在各共享單位，后續(xù)根據(jù)國(guó)家要求統(tǒng)一匯交到全國(guó)地質(zhì)資料館。發(fā)布的Web服務(wù)的實(shí)體在各節(jié)點(diǎn)服務(wù)器上，數(shù)據(jù)則保存在一個(gè)與Web服務(wù)器相同網(wǎng)絡(luò)或其他網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器上。圖3給出了北京市地質(zhì)資料館、國(guó)土資源局、地勘局等單位進(jìn)行地質(zhì)資料共享的服務(wù)發(fā)布示意圖，每一個(gè)節(jié)點(diǎn)均包括了獨(dú)立的地質(zhì)資料服務(wù)器(部署其所有的屬性服務(wù)和空間服務(wù))，其中由管理員提前植入北京市地理信息中心的數(shù)據(jù)服務(wù)URI。

圖3 多個(gè)單位Web服務(wù)發(fā)布與注冊(cè)示意圖

3 服務(wù)訪問(wèn)與多源數(shù)據(jù)融合

發(fā)布的每一個(gè)服務(wù)均可滿足特定的需求，但由于客戶的需求不同，一個(gè)服務(wù)的結(jié)果可能不會(huì)完全滿足請(qǐng)求所需的信息，需要對(duì)一個(gè)或多個(gè)服務(wù)的返回結(jié)果進(jìn)行深層次的再加工，或者對(duì)這些數(shù)據(jù)服務(wù)、計(jì)算服務(wù)返回的結(jié)果進(jìn)行多種形式的拼接與處理，最終才滿足指定的檢索查詢等需求，這就需要進(jìn)行地質(zhì)資料信息的融合。圖4給出了多源地質(zhì)資料的數(shù)據(jù)融合模式，其中橢圓形為訪問(wèn)分布式地質(zhì)資料的Web服務(wù)(數(shù)據(jù)服務(wù)或計(jì)算服務(wù))，帶虛線的數(shù)據(jù)庫(kù)為每一個(gè)服務(wù)訪問(wèn)的結(jié)果，信息融合方法對(duì)所有服務(wù)訪問(wèn)結(jié)果中的部分或全部進(jìn)行各種形式的組合處理，最后形成了滿足客戶需求的多源數(shù)據(jù)融合結(jié)果。每一個(gè)Web服務(wù)調(diào)用返回的結(jié)果均可以是一個(gè)虛擬的小型數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)來(lái)自Intranet / Internet上的不同Web服務(wù)調(diào)用的分布的、多源、異構(gòu)地質(zhì)資料數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是各自服務(wù)調(diào)用的結(jié)果，它們僅是所需原始數(shù)據(jù)的一部分或是處理后的結(jié)果的一部分，與原始數(shù)據(jù)可能有相同的格式，也可以完全不同。DLWS1是一個(gè)地理服務(wù)，其中某個(gè)方法的調(diào)用結(jié)果顯示在圖中是基礎(chǔ)地理服務(wù)調(diào)用結(jié)果；DZWS1是基礎(chǔ)地質(zhì)Web服務(wù)，其中的服務(wù)接口調(diào)用返回結(jié)果為基礎(chǔ)地質(zhì)服務(wù)調(diào)用切片數(shù)據(jù)的結(jié)果；KZWS1是礦政管理Web服務(wù)，其調(diào)用結(jié)果為礦政管理相關(guān)服務(wù)調(diào)用結(jié)果；DBSWS1是地表水保護(hù)Web服務(wù)，其調(diào)用結(jié)果為地表水保護(hù)服務(wù)調(diào)用結(jié)果；等等。這些Web服務(wù)訪問(wèn)的結(jié)果可能位于服務(wù)器端，也可能在本地調(diào)用客戶端中，使用信息融合方法根據(jù)客戶的計(jì)算需求進(jìn)行信息重新組合，組合的結(jié)果就是地質(zhì)資料數(shù)據(jù)融合成果，甚至可以形成一個(gè)虛擬的小型數(shù)據(jù)庫(kù)，作為一體化顯示或是其他服務(wù)處理的數(shù)據(jù)源。

圖4 多源地質(zhì)資料的數(shù)據(jù)融合模式

4 服務(wù)發(fā)布與集成效果

4.1 服務(wù)發(fā)布情況

使用5臺(tái)高性能服務(wù)器物理機(jī)安裝了13臺(tái)服務(wù)器，其中數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器、地圖服務(wù)器、數(shù)據(jù)服務(wù)器各4臺(tái)，SOA服務(wù)器一臺(tái)，模擬了北京市國(guó)土資源局、地勘局、環(huán)保局、交通委等幾個(gè)部門(表1)。

地圖服務(wù)器上安裝了ArcGIS Server 10，發(fā)布了相應(yīng)的矢量格式、柵格的地圖服務(wù)，并在數(shù)據(jù)服務(wù)器上發(fā)布了屬性服務(wù)、計(jì)算服務(wù)等，最后所有的Web服務(wù)均統(tǒng)一注冊(cè)到SOA服務(wù)器上(表2列出地圖服務(wù)注冊(cè)情況)，并且可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)位置于Internet上的北京市基礎(chǔ)地理中心的服務(wù)資源。

4.2 集成應(yīng)用效果

基于Silverlight、ASP.NET開(kāi)發(fā)了北京市地質(zhì)資料集群化產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)原型系統(tǒng)，能夠依據(jù)隨機(jī)注冊(cè)的服務(wù)信息(尤其是地圖服務(wù))，按照服務(wù)URI動(dòng)態(tài)提取分布在對(duì)應(yīng)服務(wù)器上的Web服務(wù)(屬性服務(wù)、地圖服務(wù)、計(jì)算服務(wù)等)與方法，并對(duì)服務(wù)返回的結(jié)果進(jìn)行集成、可視化。例如可以實(shí)現(xiàn)土地與探礦權(quán)、基礎(chǔ)地理信息的融合顯示，對(duì)六環(huán)內(nèi)宜于建設(shè)區(qū)與土地、公路規(guī)劃、地下水保護(hù)等進(jìn)行集成與統(tǒng)計(jì)，可進(jìn)行礦產(chǎn)資源規(guī)劃、采礦權(quán)、地下水、污染風(fēng)險(xiǎn)、公路、交通規(guī)劃等數(shù)據(jù)的融合、統(tǒng)計(jì)分析，實(shí)現(xiàn)地下水、地表水、垃圾點(diǎn)、工程建設(shè)區(qū)等動(dòng)態(tài)顯示與分析，以及礦產(chǎn)資源規(guī)劃、勘查項(xiàng)目登記、地質(zhì)界線等數(shù)據(jù)的一站式顯示與分析。

5 結(jié)論

為了解決大型城市跨單位、部門、地域地對(duì)地質(zhì)資料進(jìn)行集成與應(yīng)用的瓶頸問(wèn)題，提出了采用SOA構(gòu)建地質(zhì)資料集成與共享平臺(tái)，各部門在當(dāng)前狀態(tài)不變的情況下，各自發(fā)布可共享數(shù)據(jù)資源，將公布的服務(wù)接口統(tǒng)一注冊(cè)在一個(gè)SOA服務(wù)器上，不同模式的客戶端應(yīng)用程序(C/S、B/S、M/S等)均可以訪問(wèn)、調(diào)用、融合顯示、分析等，從而實(shí)現(xiàn)大型城市地質(zhì)資料的數(shù)據(jù)資源分布、服務(wù)資源集中的地質(zhì)資料集成與共享模式，并通過(guò)一體化的原型系統(tǒng)，證明了研究結(jié)果的可行性，并為“礦政一張圖”等應(yīng)用提供了，具有一定的實(shí)用價(jià)值與推廣前景。

表1 服務(wù)器情況

表2 注冊(cè)在SOA服務(wù)器上的地圖服務(wù)列表

致謝：感謝中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心提供地質(zhì)資料集群化產(chǎn)業(yè)化項(xiàng)目支持。

[1] 姚華軍.關(guān)于推進(jìn)地質(zhì)資料公共服務(wù)問(wèn)題的思考[J].地質(zhì)通報(bào)，2009,28(2/3)：359-366.

[2] 顏世強(qiáng)，連健，丁克永，等.地質(zhì)資料內(nèi)涵與特征分析[J].中國(guó)礦業(yè)，2013,22(7)：45-48.

[3] 王黔駒，顏世強(qiáng)，丁克永，等.推進(jìn)地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化的初步思路與構(gòu)想[J].中國(guó)礦業(yè)，2011,20(12)：20-23,31.

[4] 顏世強(qiáng)，連健，王黔駒，等.地質(zhì)資料服務(wù)在地質(zhì)找礦中的應(yīng)用研究[J].中國(guó)礦業(yè)，2013,22(5)：24-27.

[5] 嚴(yán)光生.中國(guó)地質(zhì)資料管理與服務(wù)進(jìn)展情況分析[J].中國(guó)礦業(yè)，2012，21(1)：14-16,30.

[6] 屈紅剛，潘懋，劉學(xué)清，等.巨型城市(區(qū))地質(zhì)安全保障服務(wù)系統(tǒng)研究--以北京市為例[J].地理信息世界，2013,20(3)：50-57.

[7] 北京市地質(zhì)勘察管理局.地質(zhì)資料信息服務(wù)集群化產(chǎn)業(yè)化試點(diǎn)研究報(bào)告(北京)[R].2011.

[8] 高光大，王永志，屈紅剛，等.礦產(chǎn)資源三項(xiàng)基本國(guó)情調(diào)查成果數(shù)據(jù)綜合集成與應(yīng)用研究[J].吉林大學(xué)：地球科學(xué)版，2013，43(4)：1292-1300.

[9] 王永志，潘懋，何文娜.基于ArcGIS和SOA的國(guó)家級(jí)油氣數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].吉林大學(xué)：地球科學(xué)版，2009，39(5)：953-958.

[10] 王永志，潘懋，何文娜，等.基于面向服務(wù)體系結(jié)構(gòu)(SOA)的鉀鹽資源潛力系統(tǒng)[J].地質(zhì)通報(bào)，2009，28(6)：29-32.