基于云計(jì)算的智慧唐山時(shí)空信息平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建

杜福光，張亞南

（唐山師范學(xué)院 資源管理系，河北 唐山063000）

近幾年，為推動(dòng)城市信息化進(jìn)程，更好地滿足城市運(yùn)行、管理與服務(wù)的自動(dòng)化、智能化需求，各地正相繼開展智慧城市建設(shè)。為及時(shí)有效地給智慧城市建設(shè)提供地理信息服務(wù)，作為智慧城市建設(shè)重要組成部分的時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)已迫在眉睫。此外，國(guó)家測(cè)繪地理信息局于2012年也下發(fā)了《關(guān)于開展智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)試點(diǎn)工作的通知》，決定組織開展智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)建設(shè)試點(diǎn)工作。由此可見，時(shí)空信息云平臺(tái)對(duì)于加快測(cè)繪地理信息事業(yè)創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)與智慧城市建設(shè)具有重要意義。

智慧城市建設(shè)中，海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、管理與應(yīng)用是一大難題。在智慧唐山建設(shè)過(guò)程中，同樣存在此問(wèn)題，而時(shí)空信息云平臺(tái)作為管理海量基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)和各種專題信息數(shù)據(jù)的直接平臺(tái)，其數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的模式直接決定管理海量數(shù)據(jù)的效果。智慧唐山時(shí)空信息平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建主要從云平臺(tái)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系、數(shù)據(jù)庫(kù)體系架構(gòu)以及數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)三方面進(jìn)行探討 通過(guò)云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建與設(shè)計(jì)為智慧唐山提供數(shù)據(jù)服務(wù)，同時(shí)能夠保證數(shù)據(jù)維護(hù)更新和安全管理，實(shí)現(xiàn)對(duì)各類數(shù)據(jù)進(jìn)行集中或分布式管理，形成有效的數(shù)據(jù)安全保障機(jī)制，根據(jù)不同的機(jī)構(gòu)職責(zé)和權(quán)限分配構(gòu)建整個(gè)數(shù)據(jù)體系的維護(hù)更新管理運(yùn)行機(jī)制。

1 云計(jì)算與時(shí)空信息平臺(tái)

1．1 云計(jì)算

云計(jì)算（Cl oud Co mputing）是一種商業(yè)化的超大規(guī)模分布式計(jì)算技術(shù)，是信息技術(shù)發(fā)展到一定程度的產(chǎn)物。將所有可以利用的資源以“云”的形式進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)共享，所有用戶可以通過(guò)這些網(wǎng)絡(luò)向“云”申請(qǐng)獲取所需要資源與服務(wù)，經(jīng)過(guò)云服務(wù)器的搜索、分析、計(jì)算后將處理結(jié)果返回給用戶［1］。

從概念上講，云計(jì)算有廣義與狹義之分。廣義的云計(jì)算是指服務(wù)的交付和使用模式，用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式獲得的IT、軟件、互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)的任何服務(wù)［2－3］。

狹義的云計(jì)算是指IT基礎(chǔ)設(shè)施的交付和使用模式，具體指通過(guò)網(wǎng)絡(luò)以按需、易擴(kuò)展的方式來(lái)獲取所需要的硬件、平臺(tái)、軟件等資源，提供這些資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”?！霸啤敝械馁Y源在用戶來(lái)講是沒(méi)有限制的，可以按照自己的需求隨時(shí)獲取，隨時(shí)使用。

1．2 時(shí)空信息平臺(tái)

時(shí)空信息平臺(tái)是以直觀表達(dá)的全覆蓋精細(xì)地理信息為基礎(chǔ)，支撐物聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)感知的面向應(yīng)用環(huán)境，按需提供地理信息、物聯(lián)網(wǎng)節(jié)點(diǎn)定位、功能軟件和開發(fā)接口的服務(wù)，智能化服務(wù)于整個(gè)智慧城市的建設(shè)與運(yùn)行。

在智慧信息大背景下，作為智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)與核心，時(shí)空信息平臺(tái)把地理環(huán)境中的現(xiàn)狀、實(shí)時(shí)、多時(shí)相等信息通過(guò)云計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行集成、分析、管理和服務(wù)，形成一個(gè)規(guī)范、標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的，能夠更智能、更廣泛、更可靠的為公眾提供服務(wù)的地理信息服務(wù)平臺(tái)，是智慧城市建設(shè)的重要空間信息基礎(chǔ)設(shè)施。

2 設(shè)計(jì)目標(biāo)

云數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)是智慧唐山時(shí)空信息云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建的核心。平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是利用云計(jì)算技術(shù)，通過(guò)云數(shù)據(jù)庫(kù)體系建設(shè)，進(jìn)一步完善唐山市基礎(chǔ)地理信息空間框架，結(jié)合現(xiàn)有各級(jí)各類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，繼續(xù)補(bǔ)充唐山市全域范圍內(nèi)各類基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)

此外，云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)要按照各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行必要的整合與改造，根據(jù)時(shí)空數(shù)據(jù)模型，構(gòu)建唐山市時(shí)空地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)和相關(guān)專題信息數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)建立時(shí)空信息云管理系統(tǒng)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)對(duì)云平臺(tái)的各種海量信息數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)管理、維護(hù)和更新，同時(shí)形成數(shù)據(jù)庫(kù)的安全管理和維護(hù)更新機(jī)制，為智慧唐山提供準(zhǔn)確的基礎(chǔ)地理空間位置服務(wù)、豐富的專題信息服務(wù)和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)按需索取的云服務(wù)，切實(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)保障，為后期逐步實(shí)現(xiàn)唐山智慧應(yīng)用全面推廣打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

3 時(shí)空信息云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

3．1 云數(shù)據(jù)庫(kù)總體技術(shù)路線

總體技術(shù)路線如圖1所示。在確定智慧唐山時(shí)空信息平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)目標(biāo)后，需進(jìn)行云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)的需求分析，包括建庫(kù)的目的、要求、建庫(kù)內(nèi)容、數(shù)量以及建庫(kù)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)源、格式、坐標(biāo)系統(tǒng)等具體內(nèi)容；在需求分析的基礎(chǔ)上，確定建庫(kù)采用的技術(shù)方案與流程，同時(shí)完成軟硬件環(huán)境的搭建、網(wǎng)絡(luò)配置以及時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)的設(shè)計(jì)；然后，在已有基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，根據(jù)智慧城市時(shí)空云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)建庫(kù)的要求與規(guī)范，對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行重構(gòu)與整合，形成以面向地理信息實(shí)體對(duì)象的政務(wù)版平臺(tái)數(shù)據(jù)，在政務(wù)版平臺(tái)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上進(jìn)行脫密處理 最終形成公眾版平臺(tái)數(shù)據(jù) 這兩種數(shù)據(jù)都需要時(shí)空信息云數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)其進(jìn)行存儲(chǔ)與管理，而在入庫(kù)之前也必須對(duì)數(shù)據(jù)的規(guī)范性、完整性與準(zhǔn)確性進(jìn)行入庫(kù)前檢查。對(duì)于不符合入庫(kù)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行重新處理，對(duì)于符合標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)，將政務(wù)版平臺(tái)數(shù)據(jù)以及公眾版平臺(tái)數(shù)據(jù)分別導(dǎo)入政務(wù)版平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)以及公眾版平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)；最后對(duì)智慧唐山時(shí)空信息云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行運(yùn)行管理與維護(hù)。

圖1 總體技術(shù)路線

3．2 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系建設(shè)

基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)是智慧城市時(shí)空信息云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建中重要的組成部分 也是信息時(shí)空化、標(biāo)準(zhǔn)化處理的基礎(chǔ)和空間依據(jù)，是各部分系統(tǒng)應(yīng)用正常運(yùn)行的基礎(chǔ)，因此，構(gòu)建滿足云平臺(tái)條件的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系至關(guān)重要。結(jié)合唐山市現(xiàn)有的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)情況，采用最新測(cè)繪、遙感及3S等技術(shù)，依據(jù)統(tǒng)一的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)定對(duì)全市基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充生產(chǎn)、數(shù)據(jù)擴(kuò)充、添加時(shí)間屬性、重組集成及整合改造，進(jìn)行基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系內(nèi)容的建設(shè)。具體建設(shè)內(nèi)容如表1所示。

表1 基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系建設(shè)內(nèi)容

3．3 云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

智慧唐山時(shí)空信息云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)主要包括基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)和資源信息、旅游信息、規(guī)劃信息、交通信息、人口與經(jīng)濟(jì)信息等專題信息數(shù)據(jù)庫(kù)［5］。

政務(wù)版平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)是在基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)提取、重構(gòu)而成，依靠部署于政務(wù)網(wǎng)上的云平臺(tái)提供地理信息服務(wù)［6－9］；公眾版平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)是政務(wù)版框架數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)系列脫密處理后，添加非涉密要素以及地名數(shù)據(jù)等，依靠部署于網(wǎng)絡(luò)上的公眾版平臺(tái)提供在線信息服務(wù)。專題信息數(shù)據(jù)庫(kù)是收集整合唐山市各部門和單位提供的專題數(shù)據(jù)和服務(wù)建立的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以分布式部署在各應(yīng)用單位，也可以統(tǒng)一部署在云端便于管理。云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)如圖2所示。

圖2 云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)體系架構(gòu)

各專題信息數(shù)據(jù)由各相關(guān)部門負(fù)責(zé)管理與維護(hù)，按照制定的標(biāo)準(zhǔn)通過(guò)平臺(tái)的資源共享服務(wù)中心注冊(cè)并發(fā)布數(shù)據(jù)服務(wù)來(lái)進(jìn)行資源共享和交換，這樣最大程度的達(dá)到各個(gè)部門之間資源共享。對(duì)各種專業(yè)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘與分析，能夠得出某一領(lǐng)域或類別的應(yīng)用信息，為各級(jí)政府與相關(guān)應(yīng)用部門提供輔助決策［10］。

3．4 云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

時(shí)空信息云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)的重點(diǎn)在于數(shù)據(jù)的管理，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行相應(yīng)的系統(tǒng)分析與應(yīng)用。因此，在基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)體系與云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)之上，建立云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)唐山市時(shí)空信息和綜合信息數(shù)據(jù)的用戶管理、權(quán)限設(shè)置、輸入輸出、數(shù)據(jù)交換、可視化查詢統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)分析、元數(shù)據(jù)管理、動(dòng)態(tài)更新和安全管理等功能 保證為智慧唐山時(shí)空信息云平臺(tái)提供強(qiáng)大的數(shù)據(jù)支撐和服務(wù)。

云平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)的構(gòu)建有助于實(shí)現(xiàn)唐山市云數(shù)據(jù)庫(kù)平臺(tái)的日常維護(hù)、數(shù)據(jù)更新、用戶管理、數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)、系統(tǒng)日志記錄等工作，其中包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)入庫(kù)與更新子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)查詢?yōu)g覽子系統(tǒng)、系統(tǒng)維護(hù)管理子系統(tǒng)和元數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)等。系統(tǒng)主要功能設(shè)計(jì)如圖3所示。

圖3 功能結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)管理與更新功能是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)所存儲(chǔ)的幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行管理與更新，包括各子數(shù)據(jù)庫(kù)幾何與屬性信息的更新、維護(hù)與管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的按范圍、時(shí)間、類型以及整體的動(dòng)態(tài)更新。同時(shí)，支持矢量、影像、DEM三種類型的空間數(shù)據(jù)處理。

數(shù)據(jù)入庫(kù)功能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)的正確性、規(guī)范性檢查，其中，系統(tǒng)支撐的數(shù)據(jù)有多重，基本包括了常見的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)，如DLG、DOM、POI點(diǎn)以及元數(shù)據(jù)等導(dǎo)入到數(shù)據(jù)庫(kù)中進(jìn)行管理與應(yīng)用分析。

數(shù)據(jù)查詢功能是數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的基本功能，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)所管理數(shù)據(jù)的查詢，包括由外接程序查詢屬性數(shù)據(jù)，由屬性數(shù)據(jù)查詢幾何數(shù)據(jù)，即幾何數(shù)據(jù)與屬性數(shù)據(jù)的雙向互查詢。

數(shù)據(jù)管理與維護(hù)功能是指對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，可查詢?cè)谀骋粫r(shí)間點(diǎn)上的數(shù)據(jù)的歷史狀態(tài)并符號(hào)化，可以導(dǎo)出所查詢的歷史數(shù)據(jù)。

元數(shù)據(jù)管理功能具有提供時(shí)空信息元數(shù)據(jù)編輯、修改和元數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、輸出等，能夠?qū)崿F(xiàn)與其對(duì)應(yīng)的時(shí)空信息數(shù)據(jù)進(jìn)行同步更新。構(gòu)建的部分原型系統(tǒng)截圖如圖4所示。

圖4 原型系統(tǒng)部分功能圖

4 結(jié)束語(yǔ)

智慧城市建設(shè)是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，而且技術(shù)本身也在不斷發(fā)展進(jìn)步，不可能一蹴而就，時(shí)空信息云平臺(tái)需按照整體規(guī)劃、分布實(shí)施的科學(xué)態(tài)度來(lái)建設(shè)。但平臺(tái)建設(shè)技術(shù)、設(shè)計(jì)要求較高，尤其是對(duì)起著基礎(chǔ)作用的時(shí)空信息云平臺(tái)設(shè)計(jì)尤為困難，目前本課題雖取得了一定成果，但仍存在一系列問(wèn)題，如標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)、安全保障體系架構(gòu)等方面有待于進(jìn)一步研究。

［1］ 黃依周．云計(jì)算：熱炒之后該怎樣行動(dòng)［J］．中國(guó)信息化，2009（11）：56－57．

［2］ 王雪蓮．云計(jì)算理論及其應(yīng)用探討［J］．?dāng)?shù)字技術(shù)與應(yīng)用，2011（8）：206．

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