時空信息云平臺的建設(shè)及其關(guān)鍵技術(shù)研究

冉慧敏，潘伯鳴，郭云嫣

（1.常州市測繪院，江蘇 常州 213003；2.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003）

1 引 言

“數(shù)字城市”地理空間框架作為一個城市法定的、統(tǒng)一的空間信息基礎(chǔ)設(shè)施［1－3］已經(jīng)在經(jīng)濟社會發(fā)展、工業(yè)與信息化進程中發(fā)揮了重要作用，成為領(lǐng)導科學決策的重要工具、城市信息化建設(shè)的基礎(chǔ)平臺和提高人民生活質(zhì)量的便利幫手。2012年常州建設(shè)完成了“數(shù)字常州空間基礎(chǔ)信息（共享）平臺”，構(gòu)建了全市統(tǒng)一的空間基礎(chǔ)信息共享平臺，為“數(shù)字常州”建設(shè)提供了空間數(shù)據(jù)支撐，對城鄉(xiāng)規(guī)劃的高效管理、科學決策也起到了重要作用。

如今，在智慧城市建設(shè)階段，隨著科技不斷進步和應(yīng)用需求快速變化，對空間基礎(chǔ)信息共享的數(shù)據(jù)實時性、多終端適應(yīng)性、操作體驗性、應(yīng)用自主性、管理可控性等方面均提出了新要求。常州市作為國家首批智慧城市試點城市，為有效支撐城市的建設(shè)和運行，需對城市地理空間框架進一步提升，與新型技術(shù)接軌迎接智慧城市新挑戰(zhàn)，因而適時提出了智慧城市時空信息云平臺建設(shè)。

2 建設(shè)內(nèi)容及總體框架

2.1 建設(shè)內(nèi)容

通過項目建設(shè)全面推動數(shù)字常州空間基礎(chǔ)信息共享平臺的整合升級，切實提高時空信息在“智慧政務(wù)、智慧民生”等領(lǐng)域的應(yīng)用廣度和深度，為政府的科學決策、城市的智能管理、公眾的文化生活提供可靠的時空信息保障。同時，通過項目建設(shè)深入探索空間基礎(chǔ)信息在智慧城市階段的建設(shè)模式、共享模式和服務(wù)模式，突破核心技術(shù)，凝練工藝流程和標準規(guī)范，為后續(xù)大規(guī)模的智慧城市各類平臺建設(shè)提供依據(jù)，為智慧常州建設(shè)奠定良好的空間基礎(chǔ)。

按照總體建設(shè)目標，時空信息云平臺建設(shè)內(nèi)容可分解為6大部分：① 標準規(guī)范建設(shè)；② 時空數(shù)據(jù)庫建設(shè)；③ 時空數(shù)據(jù)管理軟件建設(shè)；④ 時空信息云平臺建設(shè)；⑤ 支撐環(huán)境建設(shè)及系統(tǒng)集成；⑥ 示范應(yīng)用建設(shè)。

2.2 總體架構(gòu)

采用云GIS技術(shù)體系設(shè)計思路［4－5］，對平臺總體框架進行如下設(shè)計，如圖1所示。

圖1 時空信息云平臺總體技術(shù)框架

2.2.1 基礎(chǔ)設(shè)施層（IaaS）

提供按需服務(wù)的硬件資源，采用虛擬化技術(shù)把計算資源、網(wǎng)絡(luò)資源、存儲資源虛擬化為資源池，按需向應(yīng)用提供服務(wù)。

2.2.2 大數(shù)據(jù)層（DaaS）

提供彈性的數(shù)據(jù)服務(wù)，時空信息云平臺以豐富的時空信息為基礎(chǔ)，包含矢量地形、柵格地形、航空攝影像片、衛(wèi)星遙感影像、電子地圖、專題圖以及規(guī)劃現(xiàn)狀等各類數(shù)據(jù)。

2.2.3 平臺服務(wù)層（PaaS）

作為時空信息云平臺的核心層，它將現(xiàn)有各種業(yè)務(wù)能力進行整合，包括能力接入引擎、GIS能力宿主、應(yīng)用服務(wù)宿主、業(yè)務(wù)模型引擎和知識組裝引擎5類。平臺服務(wù)層向下根據(jù)業(yè)務(wù)能力需要測算基礎(chǔ)服務(wù)能力，通過IaaS提供的API調(diào)用硬件資源向上提供業(yè)務(wù)調(diào)度中心服務(wù)，實時監(jiān)控平臺的各種資源，并將其通過API開放給SaaS用戶。

2.2.4 應(yīng)用軟件層（SaaS）

架構(gòu)于平臺服務(wù)層，針對時空數(shù)據(jù)各類智慧應(yīng)用所提供的開發(fā)API、原子級基礎(chǔ)應(yīng)用、智能分析類應(yīng)用及基于知識的業(yè)務(wù)建模框架。

3 技術(shù)路線

（1）采用統(tǒng)一的時空數(shù)據(jù)描述框架，將現(xiàn)狀和歷史的基礎(chǔ)地理信息成果（包括柵格地形地圖、數(shù)字正射影像圖、矢量地形圖、地名地址、各類專題圖層等）按照有關(guān)標準進行處理、整合，并按照空間數(shù)據(jù)建設(shè)與管理原則，對地理信息成果數(shù)據(jù)進行合理有效的管理，建設(shè)一個包含多種數(shù)據(jù)類型的時空數(shù)據(jù)庫。

（2）基于ArcEngine開發(fā)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)實現(xiàn)對時空數(shù)據(jù)的入庫、瀏覽、查詢、更新、歸檔、制圖和輸出。

（3）基于SOA架構(gòu)和Flex富客戶端技術(shù)構(gòu)建時空信息平臺的公眾版平臺、政務(wù)版平臺和局內(nèi)網(wǎng)版平臺。

（4）采用統(tǒng)一的時空數(shù)據(jù)存儲和索引框架以及豐富的時空數(shù)據(jù)展現(xiàn)方式實現(xiàn)對各種類型數(shù)據(jù)的時空一體化的存儲、檢索和展現(xiàn)。

（5）B／S應(yīng)用系統(tǒng)實現(xiàn)二三維聯(lián)動，在同一界面、兩個窗口分別采用二維及三維方式展示同一個區(qū)域范圍的管線數(shù)據(jù)，對其中一個窗口的瀏覽、查詢操作將實時映射到另一個窗口，實現(xiàn)二三維展示的無縫融合。

（6）基于全站可配置技術(shù)，實現(xiàn)了智能定制系統(tǒng)。支持對界面布局、風格樣式、數(shù)據(jù)內(nèi)容和功能模塊的自定義配置；通過自動容器托管技術(shù)，可以將定制出的應(yīng)用自動托管到平臺上，也可將定制好的應(yīng)用下載到本地部署。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 在線自助制圖技術(shù)

根據(jù)對制圖場景的分析總結(jié)提供了針對特定應(yīng)用場景的自助制圖技術(shù)。該技術(shù)支持用戶借助交互制圖方式，選用平臺提供的多種地圖服務(wù)為底圖，在線采集用戶需要的矢量數(shù)據(jù)并提供下載保存。同時，用戶可在線添加本地數(shù)據(jù)，在線進行符號化等個性化操作，實現(xiàn)專題圖件的在線繪制和輸出，滿足用戶在線“看圖、用圖、制圖、出圖”的需要。

4.2 多時態(tài)空間數(shù)據(jù)存儲與檢索技術(shù)

提供了包括數(shù)據(jù)建庫與存儲、數(shù)據(jù)索引、數(shù)據(jù)檢索、數(shù)據(jù)展現(xiàn)的全體系多時態(tài)空間數(shù)據(jù)解決方案。支持矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)與瓦片數(shù)據(jù)的入庫歸檔。每個矢量圖層、柵格圖層和瓦片圖層都對應(yīng)唯一的元數(shù)據(jù)，所有數(shù)據(jù)的時態(tài)通過元數(shù)據(jù)進行描述。

對入庫的所有數(shù)據(jù)同時建立空間索引和時間索引。除常見的空間檢索外，還提供時間檢索及時空一體化的檢索方式。主要的時間檢索方式包括時間范圍檢索、時間點檢索、單要素歷史變遷檢索；時空一體化的檢索方式包括指定空間范圍和指定時間點的空間要素查詢等。

4.3 分布式空間數(shù)據(jù)集成與展現(xiàn)技術(shù)

提供了在線上傳、在線注冊、實時集成等多種技術(shù)手段，支持將分布在各個部門、各個業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)集成到平臺中。平臺提供數(shù)據(jù)的在線上傳接口，可以將分布在各個科室的數(shù)據(jù)通過在線上傳方式將數(shù)據(jù)存儲進平臺上。

對于有些不方便放到平臺上的數(shù)據(jù)，或者一些由于更新頻率較高難以實現(xiàn)頻繁上傳更新的數(shù)據(jù)，為方便供其他應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)過程中調(diào)用，平臺采用各部門本地維護，以地圖服務(wù)方式接入共享。對于由各科室維護但并非用來供其他應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)用的數(shù)據(jù)就需要集成后由平臺本身使用。處理這些數(shù)據(jù)可以使用平臺內(nèi)部的服務(wù)集成機制，通過配置的方式將服務(wù)集成進來，并在平臺中直接進行展示和應(yīng)用。

4.4 智能應(yīng)用定制技術(shù)

允許用戶自定義界面、功能與數(shù)據(jù)，生成自己的應(yīng)用，并可以將應(yīng)用托管到平臺上。在定制過程中，用戶有兩種數(shù)據(jù)選擇方式：① 選擇平臺現(xiàn)有數(shù)據(jù)；② 添加用戶本地圖層。除了數(shù)據(jù)的自定義外，還提供如下方面的定制支持：① 應(yīng)用基本信息定制。包括應(yīng)用的標題、logo圖片、top背景圖片的定制。②界面布局的定制。預(yù)先提供多種界面布局樣式選擇；預(yù)先提供多種界面風格選擇。③ 功能定制?？梢愿鶕?jù)自身需要選擇需要添加到應(yīng)用中的功能。定制好的應(yīng)用可以直接托管到平臺上，由平臺進行自動部署并生成相應(yīng)URL地址供外部訪問，同時亦可將定制好的應(yīng)用打包下載后部署到用戶本地應(yīng)用服務(wù)器中。

5 結(jié)束語

以智慧常州時空信息云平臺為案例，探討了智慧城市背景下城市時空信息的管理、共享及其建設(shè)方式，重點探索了時空數(shù)據(jù)的組織與索引技術(shù)，并提出了在線自助制圖、在線智能應(yīng)用定制等新的共享思路，以滿足各個共享部門在數(shù)據(jù)共享、地圖共享、服務(wù)共享、應(yīng)用共享等不同層次的GIS共享應(yīng)用需求。

［1］ 王家耀，劉嶸，成毅等.讓城市更智慧［J］.測繪科學技術(shù)學報，2011，28（2）：79－83.

［2］ 李成名.從數(shù)字城市走向智慧城市［J］.地理空間信息，2013：8－10.

［3］ 李維森.數(shù)字中國的建設(shè)與智慧城市的探索［J］.地理信息世界，2013，20（2）：1－5.

［4］ 吳邊，吳信才.Cloud GIS關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.計算機工程與設(shè)計，2011，32（4）：1342－1346.

［5］ 林德根，梁勤歐.云GIS的內(nèi)涵與研究進展［J］.地理科學進展，2012，31（11）：1519－1528.