分布式地理信息公共平臺探討

鄧淑丹

（1.福建省基礎(chǔ)地理信息中心，福建 福州 350002）

分布式地理信息公共平臺探討

鄧淑丹1

（1.福建省基礎(chǔ)地理信息中心，福建 福州 350002）

基于云服務(wù)技術(shù)架構(gòu)理念，借助數(shù)字省區(qū)或市級數(shù)字城市地理信息公共平臺及其軟硬件支撐環(huán)境，搭建與運行分布式地理信息公共平臺，以實現(xiàn)縣域地理信息資源的對外服務(wù)。該理論已應(yīng)用于天地圖·永春、天地圖·明溪等項目建設(shè)中，助推了我省數(shù)字縣域地理空間框架建設(shè)進程。

地理信息公共平臺；分布式地理信息公共平臺；天地圖

“數(shù)字中國地理空間框架”是國家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要內(nèi)容，是國民經(jīng)濟和社會信息化建設(shè)基礎(chǔ)性支撐平臺[1]。數(shù)字城市地理空間框架是數(shù)字中國地理空間框架的重要組成部分[2]，也是數(shù)字城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施，其建設(shè)不僅有利于豐富地理空間框架數(shù)據(jù)內(nèi)容，提升測繪成果保障服務(wù)能力，實現(xiàn)政府決策科學化、企事業(yè)管理的專業(yè)化、公眾信息獲取的便捷化，也有利于推動城市信息化、數(shù)字化建設(shè)進程。2006年2月國家測繪地理信息局正式啟動了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)試點工作，至2013年底，我國已啟動了320多個設(shè)區(qū)市、260多個縣域數(shù)字城市地理空間框架[3]。大多數(shù)開展數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的城市經(jīng)濟條件好的區(qū)域，其建設(shè)內(nèi)容基本上包括了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)集、地理信息公共平臺、典型應(yīng)用示范、運行支撐環(huán)境，建設(shè)覆蓋范圍較廣、投入的資金達上千萬。對于經(jīng)濟條件薄弱、技術(shù)力量不強的城市難度卻很大。因此，應(yīng)采用差異化的、優(yōu)勢互補的、以強帶弱的解決策略構(gòu)建分布式地理信息公共平臺，即基于云服務(wù)技術(shù)架構(gòu)，借助數(shù)字省區(qū)或市級數(shù)字城市的地理信息公共平臺及其軟硬件支撐環(huán)境，搭建地理信息公共平臺的門戶網(wǎng)站，實現(xiàn)地方地理信息數(shù)據(jù)的對外服務(wù)，避免購買基礎(chǔ)地理信息軟件與搭建昂貴的軟硬件網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，將經(jīng)費重點用于豐富完善地方基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)集及開展典型應(yīng)用示范建設(shè)。

1 解決方案

按照數(shù)字城市地理空間信息公共平臺技術(shù)規(guī)范規(guī)定，地理信息公共平臺由數(shù)據(jù)集、管理服務(wù)軟件系統(tǒng)和支撐環(huán)境3部分構(gòu)成。而管理服務(wù)軟件系統(tǒng)又細分為維護管理功能、應(yīng)用服務(wù)功能、平臺門戶網(wǎng)站、二次開發(fā)功能[4]。按照國家要求，福建省的地理信息公共平臺分為公共地理框架數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)、在線服務(wù)子系統(tǒng)、門戶網(wǎng)站、運維管理子系統(tǒng)4部分。

分布式地理信息公共平臺（以下簡稱“分布式平臺”）基于地理信息公共平臺（以下簡稱“獨立式平臺”），搭建并運行分布式地理信息門戶網(wǎng)站，實現(xiàn)地理信息資源的對外服務(wù)。分布式平臺實際上是獨立式平臺對外服務(wù)的一個窗體，其與獨立式平臺間是數(shù)據(jù)采用集中式管理，而服務(wù)與門戶網(wǎng)站分布構(gòu)建，并與獨立式平臺的部分內(nèi)容共同組成含數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層以及運行支持層在內(nèi)的總體架構(gòu)，如圖1所示。各層間邏輯獨立，由接口互聯(lián)，形成一個有機整體，但各層與獨立式地理信息公共平臺又存在相互依托關(guān)系。

首先，在數(shù)據(jù)層上，基于獨立式平臺的數(shù)據(jù)庫資源與存儲資源，借助獨立式平臺數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)組織管理分布式平臺的公共地理框架數(shù)據(jù)。在服務(wù)層上，基于獨立式平臺的在線服務(wù)子系統(tǒng)將分布式平臺的數(shù)據(jù)發(fā)布成符合OGC要求的數(shù)據(jù)服務(wù)與功能服務(wù)。同時，構(gòu)建支撐分布式平臺業(yè)務(wù)管理的分布式服務(wù)。在應(yīng)用層上，構(gòu)建支持分布式部署的門戶網(wǎng)站，該網(wǎng)站遵循全省推廣的原則，采用SOA架構(gòu)、功能與服務(wù)松耦合設(shè)計，基于MVC框架開發(fā)，通過伸縮式的模塊配置，實現(xiàn)分布式平臺的地理信息資源檢索與功能；自適應(yīng)地引入獨立式平臺的用戶管理、資源管理，實現(xiàn)分布式平臺與獨立式平臺間的用戶集中式分級管理與數(shù)據(jù)一站式共享發(fā)布功能；嵌入獨立式平臺的應(yīng)用開發(fā)模塊，實現(xiàn)區(qū)域化服務(wù)與接口的開放式應(yīng)用；借助獨立平臺的運維管理等模塊，確保依托平臺的服務(wù)與功能7×24 h穩(wěn)定運行。在運行支撐層上，根據(jù)分布式平臺運行需求及獨立式平臺資源可利用情況，擴充獨立式平臺的軟硬件資源，分布式平臺則從軟硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等層面共享獨立式平臺私有云資源，解決經(jīng)濟實力較弱地區(qū)無法支撐平臺運行所需的軟硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、技術(shù)力量及資源維護費用等問題。

圖 1 分布式平臺總體架構(gòu)

為保障項目建設(shè)，省級政府部門發(fā)文指導分布式平臺的建設(shè)。首先明確省級與各市級獨立式平臺的建設(shè)單位應(yīng)積極幫扶經(jīng)濟較弱的縣政府開展分布式平臺建設(shè)，并給予系統(tǒng)及軟硬件、運維等方面支持。再從政府層面理順依托關(guān)系與資源管理維護關(guān)系，明確分布式平臺所擴充的資源所有權(quán)為分布式平臺采購單位，管理權(quán)為獨立式平臺的運維部門管理，運維費用由運維部門統(tǒng)一支出。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 多平臺共享式的數(shù)據(jù)組織

數(shù)據(jù)是地理信息公共平臺的“血液”，分布式平臺數(shù)據(jù)包括電子地圖、地名地址、地理實體、目錄與元數(shù)據(jù)、行業(yè)專題數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運行支撐數(shù)據(jù)等。

分布式平臺建設(shè)目的是將有限的項目建設(shè)資金投入數(shù)據(jù)建設(shè)中，其補充完善的地理信息數(shù)據(jù)資源在現(xiàn)勢性、覆蓋范圍、精度方面須優(yōu)于獨立式平臺，同時分布式平臺須具備地理信息應(yīng)用服務(wù)及功能服務(wù)的能力。為突出地區(qū)獨特性，分布式平臺的電子地圖、地理實體并未在數(shù)據(jù)層與獨立式平臺聚合，而是以獨立的數(shù)據(jù)層存入獨立式平臺的公共地理框架數(shù)據(jù)庫；地名地址數(shù)據(jù)采用聚合與獨立式2種方式存入獨立式平臺，用于專題查詢定位的地名數(shù)據(jù)以獨立數(shù)據(jù)層方式組織，用于地址匹配的，則將數(shù)據(jù)補充更新至獨立式平臺的地名地址庫中，形成內(nèi)容更豐富的獨立式平臺WFS-G服務(wù)；分布式平臺的行業(yè)專題數(shù)據(jù)為獨立式平臺行業(yè)專題數(shù)據(jù)集的子集，并未單獨組織；目錄與元數(shù)據(jù)也是作為獨立式平臺現(xiàn)有目錄與元數(shù)據(jù)的子集，并未單獨組織；運行支撐數(shù)據(jù)中涉及分布式平臺業(yè)務(wù)功能的數(shù)據(jù)，如新聞資訊、查錯糾錯等，直接存入獨立式平臺為其新建的數(shù)據(jù)庫用戶中，其他的數(shù)據(jù)，如用戶信息、組織機構(gòu)、日志等支撐數(shù)據(jù)也是獨立式平臺現(xiàn)有數(shù)據(jù)的子集，并未單獨組織。

2.2 分布式的在線服務(wù)

在線服務(wù)是整個地理信息公共平臺的核心，將空間數(shù)據(jù)和各種應(yīng)用分析功能發(fā)布為地理信息服務(wù)，供門戶網(wǎng)站及其他應(yīng)用系統(tǒng)使用，分布式平臺的服務(wù)層分為2類服務(wù):①獨立式平臺現(xiàn)有服務(wù)，包括目錄服務(wù)、二維地圖服務(wù)、三維地圖服務(wù)、空間數(shù)據(jù)服務(wù)、地理編碼服務(wù)、應(yīng)用分析服務(wù)、安全認證服務(wù)等地理信息服務(wù)，以及面向瀏覽器端的二次開發(fā)接口（API）。②分布式平臺的應(yīng)用服務(wù)，該類服務(wù)用于支撐分布式平臺的業(yè)務(wù)功能，也用于管理分布式平臺與獨立式平臺間分級的用戶信息與服務(wù)信息，具體包括用戶分級管理、服務(wù)分級管理、新聞資訊讀寫服務(wù)、查錯糾錯管理、消息通知管理等服務(wù)。由于獨立式平臺并未提供該服務(wù)，需分布式平臺自行構(gòu)建并注冊于獨立式平臺中，形成統(tǒng)一的在線服務(wù)。

2.3 依托式的門戶網(wǎng)站

門戶網(wǎng)站是平臺核心功能的外在體現(xiàn)，是用戶使用平臺的統(tǒng)一入口，也是分布式平臺建設(shè)的重點。該網(wǎng)站也同樣具有獨立式平臺門戶網(wǎng)站功能，即可滿足瀏覽級用戶對地理信息資源瀏覽、檢索的需求以及行業(yè)用戶、企事業(yè)單位的應(yīng)用開發(fā)需求，功能具體如圖2所示。

分布式平臺未購置地圖引擎軟件，而依托獨立式平臺建設(shè)。根據(jù)其依托程度，我們將分布式平臺的門戶網(wǎng)站功能分為4類:①新聞資訊、互聯(lián)互通、應(yīng)用集錦等無依托的功能，該類信息由分布式平臺直接構(gòu)建。②分布式平臺的用戶及服務(wù)體系，因分布式平臺直接利用獨立式平臺的在線服務(wù)子系統(tǒng)，用戶與服務(wù)體系由獨立式平臺集中式管理，并由獨立式平臺提供用戶與服務(wù)的分級管理服務(wù)接口，分布式平臺只需調(diào)用相應(yīng)用戶接口，實現(xiàn)用戶的登錄、注冊、授權(quán)等功能，調(diào)用相應(yīng)的目錄服務(wù)接口，實現(xiàn)區(qū)域性的服務(wù)資源檢索、預覽、申請、授權(quán)等功能，但若獨立式平臺不具備該功能則需進行適度改造。③基于OGC服務(wù)開發(fā)的功能，如電子地圖的地圖瀏覽查詢、地名地址檢索、信息分類查詢等模塊，專題地圖的地圖展示、檢索等功能，這類功能通過調(diào)用獨立式平臺提供的OGC標準服務(wù)實現(xiàn)，其與獨立式平臺的耦合性在于服務(wù)地址與檢索字段，因此，后臺需提供服務(wù)配置功能。④直接依托的功能，包括共享交換、運維管理、應(yīng)用開發(fā)模塊，這類模塊與獨立式平臺軟件的耦合性非常大，為降低平臺的耦合度，減少因獨立式平臺升級帶來的風險，直接嵌入獨立式平臺的應(yīng)用開發(fā)與共享交換模塊的主體頁面，實現(xiàn)區(qū)域化服務(wù)接口的開放式應(yīng)用與數(shù)據(jù)一站式共享發(fā)布功能，但這須解決獨立式平臺的單點登錄及網(wǎng)頁授權(quán)嵌入技術(shù)，對于運維管理則直接借助獨立式平臺的運維管理，保證依托平臺的服務(wù)與功能7×24 h穩(wěn)定運行。

圖 2 功能結(jié)構(gòu)

2.4 集中共享的運行支撐環(huán)境

運行支撐環(huán)境是支撐地理信息公共平臺穩(wěn)定運行的環(huán)境,包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、軟件環(huán)境、硬件環(huán)境、機房環(huán)境。

分布式平臺無需構(gòu)建完備的運行支撐環(huán)境，而是采用擴充與依托獨立式平臺資源的方式構(gòu)建,但這要求所依托的獨立式平臺的運行支撐環(huán)境須基本達到私有云建設(shè)要求，并建成了CPU、內(nèi)存、存儲資源集、數(shù)據(jù)庫在內(nèi)的云計算架構(gòu)。分布式平臺根據(jù)其運行需求及獨立式平臺資源（如操作系統(tǒng)、服務(wù)器、存儲、路由器、防火墻等）可利用情況，根據(jù)需要擴充相應(yīng)的存儲設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、軟件許可數(shù)等資源至獨立式平臺內(nèi),再從獨立式平臺私有云資源池中分配分布式平臺的運行服務(wù)器資源。由于分布式平臺的支撐環(huán)境構(gòu)架于獨立式平臺的支撐環(huán)境中，因此，分布式平臺的服務(wù)器運行情況由獨立式平臺的運維人員統(tǒng)一管理。

通過該方式既可共享獨立式平臺的設(shè)備資源又可共享其技術(shù)人員，極大地降低了分布式平臺的建設(shè)與運維成本。

3 研究實踐

基于以上研究成果，以天地圖·泉州（泉州市地理信息公共平臺公眾版）為基礎(chǔ)，搭建了天地圖·永春，如圖3所示，充分凸顯了天地圖·泉州的平臺的建設(shè)效益。

圖3 天地圖·永春

天地圖·永春的各類矢量數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)支撐數(shù)據(jù)均存入天地圖·泉州的數(shù)據(jù)庫集群中。同時，構(gòu)建了分布式在線服務(wù)架構(gòu)，天地圖·永春的新聞咨詢、消息通告等支撐服務(wù)由天地圖·永春項目構(gòu)建，以獨立站點方式部署，而與公共地理框架數(shù)據(jù)相關(guān)的服務(wù)則直接調(diào)用天地圖·泉州在線服務(wù)子系統(tǒng)的服務(wù)接口?；谝陨系姆?wù)與數(shù)據(jù)組織，建成了含電子地圖、專題地圖、應(yīng)用集錦、應(yīng)用開發(fā)、互聯(lián)互通等功能在內(nèi)的依托式門戶網(wǎng)站，該網(wǎng)站從泉州市各縣域快捷推廣的角度出發(fā)，采用了松耦合的開發(fā)方式，以降低各功能模塊間及功能模塊前端與后端的耦合性，提高系統(tǒng)移植能力。同時，為降低因天地圖·泉州升級帶來的影響，應(yīng)用開發(fā)采用了網(wǎng)頁嵌入開發(fā)方式。為實現(xiàn)網(wǎng)頁嵌入，首先攻克了天地圖·泉州平臺的單點登錄及網(wǎng)頁授權(quán)嵌入技術(shù)難點，再通過網(wǎng)頁嵌入方式。將天地圖·泉州的應(yīng)用開發(fā)界面嵌入天地圖·永春中，當天地圖·泉州軟件升級時，只需要配置相應(yīng)的界面即可實現(xiàn)天地圖·永春的升級。在支撐環(huán)境上，永春縣購置了3臺應(yīng)用服務(wù)器，并將該服務(wù)器擴充至天地圖·泉州的私有資源池中，再利用VMWARE軟件分配永春所需的服務(wù)器資源，以支撐天地圖·永春的運行。為明確各方職責，泉州市國土資源局與永春縣國土資源局雙方簽署了《天地圖·永春服務(wù)器管理協(xié)議》。

天地圖·永春于2014年6月建成，上線運行以來，運行狀況良好。基于天地圖·永春的成功經(jīng)驗，我省也啟動了尤溪縣、明溪縣的分布式地理信息公共平臺建設(shè)，計劃2015年3月上線運行。

4 結(jié) 語

本文基于GIS云計算服務(wù)架構(gòu)，引入分布式建設(shè)模式，研究了分布式地理信息公共平臺架構(gòu)的建設(shè)思路和總體設(shè)計，以天地圖·永春的應(yīng)用實踐驗證了其可行性。

分布式地理信息公共平臺的建設(shè)實現(xiàn)了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)本身從地理信息資源的充分共享擴展到基礎(chǔ)軟件硬件、地理信息服務(wù)資源、地理信息公共平臺服務(wù)、后續(xù)運維管理等多層次的共享，將最大程度地凸顯省級、市級地理信息公共平臺的建設(shè)效益，降低縣域地理信息公共平臺軟件及其運行支撐環(huán)境的建設(shè)成本，減少后續(xù)維護升級費用，并將極大地降低以地理信息公共平臺為核心的數(shù)字縣域地理空間框架建設(shè)成本，使數(shù)字縣域地理空間框架的建設(shè)覆蓋面從有條件的縣向全省各層次的縣鋪開，將極大地推進數(shù)字城市建設(shè)進程，實現(xiàn)全省各區(qū)域的地理信息深度共享，帶動縣（市）地理信息人才隊伍建設(shè)，推動各行各業(yè)的信息化建設(shè)，優(yōu)化地理信息產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

[1] 國家測繪地理信息局．關(guān)于加強數(shù)字中國地理空間框架建設(shè)與應(yīng)用服務(wù)的指導意見[EB/OL]．http://www．mlr．gov．cn/ pub/mlr/documents/t20061013_76813．htm, 2006-10-13

[2] 李維森．全面推進數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)與應(yīng)用[EB/OL]．http://news．xinhuanet．com/politics/2010-09/13/ c_12546544．htm,2010-09-13

[3] 徐德明．測繪地理信息藍皮書——智慧中國地理空間智能體系研究報告（2013）[M]． 北京：社會科學文獻出版社，2014 [4] CH/Z 9001-2007 ．數(shù)字城市地理空間信息公共平臺技術(shù)規(guī)范[S]．

[5] CH/Z 9010-2011．地理信息公共服務(wù)平臺地理實體與地名地址數(shù)據(jù)規(guī)范[S]．

[6] 國家測繪地理信息局．“天地圖”省市級節(jié)點建設(shè)方案[EB/OL]．http://wenku．baidu．com/view/73a33a313968011ca 3009193．html, 2011 -07-07

[7] 國家測繪地理信息局．數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)試點技術(shù)大綱（試行）[EB/OL]． http://www．doc88．com/ p-314986395756．html,2010-10-27

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B

1672-4623（2015）02-0059-04

10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.022

鄧淑丹,碩士，工程師，主要從事數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)和三維地理信息系統(tǒng)建設(shè)工作。

2014-11-21。

項目來源：福建省測繪地理信息局2014～2015年科技基金項目資助（2014J06）。