國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”的關(guān)鍵技術(shù)與工程實(shí)踐

蔣 捷，吳華意，黃 蔚

1. 國家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830； 2. 武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079

國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”的關(guān)鍵技術(shù)與工程實(shí)踐

蔣 捷1，吳華意2，黃 蔚1

1. 國家基礎(chǔ)地理信息中心，北京 100830； 2. 武漢大學(xué)測繪遙感信息工程國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430079

網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)是信息化時(shí)代地理信息公共服務(wù)的重要手段。國家測繪地理信息局2011年1月正式發(fā)布國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”，有效推進(jìn)了全國地理信息資源共享與廣泛應(yīng)用。本文介紹了“天地圖”的建設(shè)背景、關(guān)鍵技術(shù)解決方案、應(yīng)用成績，并討論了下一步工作重點(diǎn)。

地理信息; 公共服務(wù); 天地圖

國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)是由國家職能部門牽頭建設(shè)的運(yùn)行于廣域網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的地理信息共享與服務(wù)門戶，其主要作用是在線匯集各級(jí)測繪地理信息部門與相關(guān)政府部門、企事業(yè)單位、社會(huì)團(tuán)體所擁有的公益性地理信息資源，基于一定規(guī)則提供開放式數(shù)據(jù)共享與互操作，向資源需求者提供權(quán)威、標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的地理信息瀏覽漫游、查詢定位、在線可量測操作、深度分析挖掘。

國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)是國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(National Spatial Data Infrastructure,NSDI)的重要組成部分，是“數(shù)字中國”和“智慧中國”的基礎(chǔ)[1-2]，也是信息化社會(huì)環(huán)境下銜接地理信息生產(chǎn)者與用戶的接口與界面，是各級(jí)政府實(shí)現(xiàn)政府資源共享、提供公共服務(wù)、實(shí)施國家大數(shù)據(jù)戰(zhàn)略必不可少的支撐平臺(tái)。

為應(yīng)對(duì)信息社會(huì)發(fā)展的需求，英美等主要發(fā)達(dá)國家和國際組織都積極建設(shè)網(wǎng)絡(luò)地理信息共享與服務(wù)平臺(tái)，我國也于2011年發(fā)布了國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”，在推進(jìn)地理信息資源共享與應(yīng)用方面發(fā)揮了巨大作用。

1 地理信息公共服務(wù)平臺(tái)發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 國外地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的發(fā)展

美國政府于1993年啟動(dòng)“國家信息基礎(chǔ)設(shè)施”(National Information Infrastructure,NII)建設(shè)，繼而又于1994年簽署建立“國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(NSDI)”的總統(tǒng)令，將地理空間信息納入NII中。在此基礎(chǔ)上，于2009年簽署了《透明和開放的政府》備忘錄并于同年發(fā)布了“開放政府計(jì)劃”網(wǎng)站(data.gov)，要求所有聯(lián)邦機(jī)構(gòu)在data.gov上發(fā)布高價(jià)值數(shù)據(jù)集供民眾查詢和使用。為推進(jìn)NSDI的深入應(yīng)用，美國政府2011年又啟動(dòng)了“地理空間平臺(tái)(Geospatial Platform)”計(jì)劃，將NSDI的成果與data.gov銜接，提供深層次在線服務(wù)。2013年12月，為應(yīng)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)、高性能計(jì)算、大數(shù)據(jù)、通信等領(lǐng)域的發(fā)展，發(fā)布了新的《美國國家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施(NSDI)戰(zhàn)略規(guī)劃(2014—2016年)》[3-4]。

英國政府2000年開始建設(shè)數(shù)字國家框架(Digital National Framework,DNF)，2010年發(fā)布政府?dāng)?shù)據(jù)共享網(wǎng)站data.gov.uk，基于DNF集成了大量來自各政府部門的數(shù)據(jù)集，并承諾使之制度化[5]。

歐盟2007年頒布法令建設(shè)歐盟空間信息基礎(chǔ)設(shè)施(Infrastructure for Spatial Information in the European Community,ISPIRE)，計(jì)劃通過規(guī)范元數(shù)據(jù)、定義網(wǎng)絡(luò)服務(wù)協(xié)議、融合關(guān)鍵技術(shù)集、制定共享規(guī)則等推進(jìn)歐盟范圍地理空間信息共享。經(jīng)過近10年的努力，已有近30個(gè)國家參與，建立了統(tǒng)一服務(wù)平臺(tái)，支持地理空間、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境相關(guān)數(shù)據(jù)的共享與服務(wù)[6]。

為加強(qiáng)地球可持續(xù)發(fā)展，主要發(fā)達(dá)和發(fā)展中國家2005年建立了政府間多邊科技合作機(jī)制——地球觀測組織(Group on Earth Observation,GEO)，并啟動(dòng)全球地球綜合觀測系統(tǒng)(Global Earth Observation System of Systems,GEOSS)建設(shè)。GEOSS的主要目的是集成各類地球觀測數(shù)據(jù)，通過基于互聯(lián)網(wǎng)的地理觀測數(shù)據(jù)門戶網(wǎng)站(http:∥www.geoportal.org/)和基于衛(wèi)星通信的地球觀測數(shù)據(jù)分發(fā)平臺(tái)(GeoNetCast)，向用戶提供覆蓋觀測數(shù)據(jù)和應(yīng)用產(chǎn)品服務(wù)[7]。

1.2 我國國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”的建設(shè)需求與實(shí)踐

經(jīng)過20余年的努力，我國已經(jīng)完成1∶5萬、1∶25萬、1∶100萬3個(gè)尺度國家級(jí)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)并能夠每年發(fā)布一個(gè)新版本。省、市級(jí)更大尺度的基礎(chǔ)地理信息庫的建設(shè)也取得顯著進(jìn)展，為國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會(huì)發(fā)展、國防建設(shè)提供了可靠保障[8-9]。

但是在2008年前后，我國地理信息網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)能力已遠(yuǎn)遠(yuǎn)滯后于國家信息化快速發(fā)展的需求，主要表現(xiàn)為：

(1) 地理信息成果主要以紙質(zhì)地圖的可控性分發(fā)與數(shù)據(jù)離線拷貝的方式向用戶提供，效率低，導(dǎo)致政府投巨資建設(shè)的豐富地理信息資源未得以充分利用；

(2) 不少行業(yè)和部門建立了地理信息數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，但是由于數(shù)據(jù)產(chǎn)權(quán)歸屬等多種原因，不同系統(tǒng)之間數(shù)據(jù)交換與在線交互困難，形成了一個(gè)個(gè)信息煙囪，極大地阻礙了地理信息資源共享與深入廣泛應(yīng)用；

(3) 在互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，急劇增長的地理信息社會(huì)化應(yīng)用需求與傳統(tǒng)的地理信息服務(wù)模式之間的沖突日益激化，網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)市場幾乎被國外網(wǎng)站壟斷，給國家信息安全帶來嚴(yán)重威脅甚至重大危害；

(4) 國內(nèi)商業(yè)化地圖服務(wù)網(wǎng)站側(cè)重提供生活服務(wù)類地理信息，其數(shù)據(jù)內(nèi)容和準(zhǔn)確性無法支撐各級(jí)政府及專業(yè)部門的業(yè)務(wù)化管理與決策。

針對(duì)上述問題，國家測繪地理信息局于2008年啟動(dòng)國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的規(guī)劃與建設(shè)。通過多家單位協(xié)同攻關(guān)、自主研發(fā)，于2011年1月正式發(fā)布了我國首個(gè)國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”?！疤斓貓D”同時(shí)運(yùn)行于互聯(lián)網(wǎng)、國家電子政務(wù)內(nèi)外網(wǎng)，自上線以來不斷升級(jí)完善，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1個(gè)國家級(jí)節(jié)點(diǎn)(多個(gè)數(shù)據(jù)中心)、31個(gè)省級(jí)節(jié)點(diǎn)、200余個(gè)市(縣)級(jí)節(jié)點(diǎn)、若干企業(yè)節(jié)點(diǎn)地理信息服務(wù)資源的在線聚合、動(dòng)態(tài)更新與協(xié)同服務(wù)，支撐著超過4000個(gè)業(yè)務(wù)化應(yīng)用，開創(chuàng)了信息化時(shí)代地理信息公共服務(wù)的新模式，在推進(jìn)地理信息深入廣泛應(yīng)用、促進(jìn)政府信息資源共享、推動(dòng)地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展、維護(hù)國家地理信息安全等方面發(fā)揮了巨大作用。

2 天地圖的關(guān)鍵技術(shù)

2.1 分布式地理信息資源共享與協(xié)同服務(wù)面臨的問題

我國地理地理信息資源采用分級(jí)分塊管理體制，實(shí)現(xiàn)其共享與協(xié)同服務(wù)必須解決好以下關(guān)鍵技術(shù)問題：

(1) 服務(wù)體系問題。地理信息公共服務(wù)模型與技術(shù)架構(gòu)，既要能夠與我國地理信息分級(jí)分塊管理體制銜接，又要能保證分布式數(shù)據(jù)資源便捷共享與協(xié)同服務(wù)。

(2) 服務(wù)數(shù)據(jù)問題。網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下地理信息公共服務(wù)數(shù)據(jù)的規(guī)格形態(tài)，以及規(guī)模化快速生產(chǎn)與更新工藝，既要能支持地理信息與各行各業(yè)信息的空間關(guān)聯(lián)，又要能確保多種網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下在線服務(wù)地理信息的時(shí)效性、多樣性和安全保密。

(3) 服務(wù)集成問題。分布式異構(gòu)地理數(shù)據(jù)、算法、模型的聚合方法與技術(shù)，既要能有效集成跨區(qū)域多級(jí)分布式節(jié)點(diǎn)的在線服務(wù)資源，又要能支持高性能穩(wěn)定服務(wù)與在線動(dòng)態(tài)升級(jí)，承載全球高強(qiáng)度訪問。

(4) 服務(wù)質(zhì)量問題。在線服務(wù)質(zhì)量與網(wǎng)絡(luò)安全的自動(dòng)監(jiān)測、評(píng)估與智能優(yōu)化方法與技術(shù)，要能夠保證高效穩(wěn)定運(yùn)行，支撐大規(guī)模用戶的業(yè)務(wù)化應(yīng)用。

針對(duì)上述問題，“天地圖”建設(shè)者提出了適應(yīng)我國測繪地理信息行政管理特點(diǎn)的“分建共享”地理信息公共服務(wù)模型，實(shí)現(xiàn)了全國地理信息資源全方位在線共享與協(xié)同服務(wù)；提出并建成了完整的網(wǎng)絡(luò)地理信息公共服務(wù)數(shù)據(jù)體系與技術(shù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了多源異構(gòu)海量數(shù)據(jù)高效融合、動(dòng)態(tài)維護(hù)和快速發(fā)布；建立了多類型節(jié)點(diǎn)混合的分布式體系架構(gòu)，建立了測繪地理信息領(lǐng)域首個(gè)同時(shí)支持地理信息數(shù)據(jù)、算法、模型服務(wù)聚合的地理信息協(xié)同計(jì)算服務(wù)網(wǎng)絡(luò)，自主研發(fā)的地理信息云服務(wù)平臺(tái)支持分布式節(jié)點(diǎn)協(xié)同業(yè)務(wù)化運(yùn)行；通過基于用戶行為的服務(wù)性能整體優(yōu)化，以及智能防御體系，保證了平臺(tái)的穩(wěn)定不間斷運(yùn)行。

2.2 分布式協(xié)同地理信息公共服務(wù)模型

我國地理信息采取“縱向分尺度、橫向分區(qū)域、內(nèi)容分領(lǐng)域”管理機(jī)制，用戶獲取跨區(qū)域、多尺度、不同類型的地理信息數(shù)據(jù)的難度較大，將獲取的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)與本部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)進(jìn)行集成處理的經(jīng)濟(jì)與時(shí)間成本也較高。此外，大多數(shù)基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)受保密限制無法公開使用，限制了廣域網(wǎng)環(huán)境下的地理信息服務(wù)?！疤斓貓D”針對(duì)上述問題提出以下解決方案：

(1) 基于統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)與SOA架構(gòu)實(shí)現(xiàn)分布式協(xié)同服務(wù)。提出“分建共享”規(guī)則，在國家、省、市的各級(jí)測繪地理信息部門建立分布式服務(wù)節(jié)點(diǎn)，各節(jié)點(diǎn)按照統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)對(duì)本地?cái)?shù)據(jù)處理、發(fā)布并進(jìn)行動(dòng)態(tài)維護(hù)與更新?！疤斓貓D”門戶網(wǎng)站對(duì)各地的多源分布式服務(wù)進(jìn)行聚合，集成為全球無縫的“一站式”天地圖在線服務(wù)。通過這項(xiàng)工作，既保護(hù)了數(shù)據(jù)所有者的權(quán)益，又實(shí)現(xiàn)了分布式信息資源的互操作，從而解決了因條塊分割管理模式造成的地理信息共享難題。

(2) 基于服務(wù)分級(jí)規(guī)則實(shí)現(xiàn)多尺度數(shù)據(jù)與服務(wù)的高效組織。針對(duì)多級(jí)數(shù)據(jù)管理體制，提出與之相匹配的服務(wù)分級(jí)模型，即將全球地理信息服務(wù)遞歸分解為20級(jí)，從1級(jí)到20級(jí)分別對(duì)應(yīng)從宏觀到微觀的數(shù)據(jù)內(nèi)容、服務(wù)層級(jí)與服務(wù)發(fā)布單位。各單位根據(jù)自身的資源情況發(fā)布相應(yīng)層級(jí)及范圍的服務(wù)，在統(tǒng)一框架下實(shí)現(xiàn)多源分布式服務(wù)資源的互補(bǔ)與協(xié)同。

(3) 針對(duì)不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境構(gòu)建差異化服務(wù)版本。針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)、國家電子政務(wù)外網(wǎng)、國家電子政務(wù)內(nèi)網(wǎng)等不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中用戶的差異化需求，研究制定用戶需求和數(shù)據(jù)內(nèi)容的匹配模式，定義可公開使用的地理要素內(nèi)容，首創(chuàng)了公眾版、政務(wù)版、涉密版“三版并舉”服務(wù)模式，從而突破了地理信息公開使用瓶頸，使全國在線地理信息資源數(shù)量從2009年的100多GB躍升為超過幾百TB，既保障了國家安全，又帶動(dòng)了我國互聯(lián)網(wǎng)地理信息服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

上述解決方案既能夠與我國地理信息管理體制相適應(yīng)，又能夠解決跨區(qū)域多尺度異構(gòu)數(shù)據(jù)差異帶來的集成困難，還能保證分布式數(shù)據(jù)資源的高效共享協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了全國地理信息資源的全方位在線共享與協(xié)同服務(wù)，打破了幾十年來阻礙我國地理信息共享與公開化應(yīng)用的瓶頸，形成了信息化時(shí)代地理信息公共服務(wù)的全新模式[10-13]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)地理信息公共服務(wù)數(shù)據(jù)體系

廣域網(wǎng)環(huán)境下的地理信息服務(wù)既要支持快速網(wǎng)絡(luò)瀏覽、搜索查詢、可視化表達(dá)與動(dòng)態(tài)更新，又要支撐各類社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息的空間化集成與關(guān)聯(lián)，還要顧及不同用戶的個(gè)性化內(nèi)容與應(yīng)用需求。傳統(tǒng)的基礎(chǔ)地理信息在數(shù)據(jù)模型、生產(chǎn)工藝、更新方法等方面均無法滿足大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)要求?！疤斓貓D”針對(duì)上述問題開展了以下創(chuàng)新性工作：

(1) 網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)體系。編制了《Geographic Information—Content Components and Encoding Rules for Imagery and Gridded data—Part 1:Content Model》(ISO/TS19163—1)一項(xiàng)國際標(biāo)準(zhǔn)，《地理實(shí)體數(shù)據(jù)規(guī)范》《公共服務(wù)電子地圖數(shù)據(jù)規(guī)范》《地理信息興趣點(diǎn)分類編碼》等8項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)和《地理信息網(wǎng)絡(luò)分發(fā)服務(wù)元數(shù)據(jù)內(nèi)容規(guī)范》等4項(xiàng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，覆蓋地理信息公共服務(wù)主要業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)，有力地保障了分布式異構(gòu)節(jié)點(diǎn)服務(wù)的一致性與規(guī)范性。

(2) 地理實(shí)體數(shù)據(jù)模型與地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫。針對(duì)各類專題信息與地理信息集成掛接需求，提出了比例尺無關(guān)的地理實(shí)體數(shù)據(jù)模型，即采用面向?qū)ο蟮臉?gòu)模方法描述客觀世界中獨(dú)立存在的“地理實(shí)體”。其特點(diǎn)是以點(diǎn)、線、面幾何圖元為空間數(shù)據(jù)表達(dá)與分類分層組織的基本單元，每個(gè)圖元均賦以唯一的圖元標(biāo)識(shí)、分類標(biāo)識(shí)與生命周期標(biāo)識(shí)，可實(shí)現(xiàn)信息內(nèi)容分類分級(jí)與基于圖元的增量更新。若干圖元組合而成一個(gè)地理實(shí)體，具有唯一的地理實(shí)體標(biāo)識(shí)，通過地理實(shí)體標(biāo)識(shí)實(shí)現(xiàn)地理實(shí)體與相關(guān)社會(huì)經(jīng)濟(jì)、自然資源信息的掛接。在此基礎(chǔ)上，建成了覆蓋全國的包括區(qū)劃單元、道路、河流、興趣點(diǎn)等內(nèi)容的地理實(shí)體數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)了基于實(shí)體的全生命周期動(dòng)態(tài)維護(hù)管理，突破了基于傳統(tǒng)制圖思路的地理數(shù)據(jù)采集與組織模式的局限，有效支持了各類社會(huì)經(jīng)濟(jì)信息的空間化集成。

(3) 網(wǎng)絡(luò)地理信息數(shù)據(jù)規(guī)模化生產(chǎn)技術(shù)體系。針對(duì)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境地理信息表達(dá)的特點(diǎn)，組織研發(fā)了地理實(shí)體構(gòu)建、電子地圖動(dòng)態(tài)渲染、地名及POI動(dòng)態(tài)維護(hù)、信息保密處理、分級(jí)分類產(chǎn)品快速提取等系列軟件工具，形成數(shù)據(jù)集成、生產(chǎn)、管理、發(fā)布與更新的業(yè)務(wù)化作業(yè)流水線，保障了海量數(shù)據(jù)的快速處理與發(fā)布。

(4) 海量空間數(shù)據(jù)在線組織與高效索引?；诜植际椒顷P(guān)系數(shù)據(jù)庫，以多維動(dòng)態(tài)對(duì)象為中心，構(gòu)建圖層、對(duì)象、時(shí)態(tài)、主題的多層次存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)，解決了海量多維動(dòng)態(tài)地理信息數(shù)據(jù)一體化存儲(chǔ)問題。采用集成R樹、HASH表與B*樹的一體化時(shí)空索引，建立多時(shí)相多主題金字塔模型，支持瀏覽環(huán)境無關(guān)的一致視圖服務(wù)。上述解決方案支持了超過200 TB多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的高效融合、動(dòng)態(tài)維護(hù)和快速發(fā)布[14-16]。

2.4 業(yè)務(wù)化運(yùn)行的地理信息云服務(wù)平臺(tái)

“天地圖”由分布式的國家、省、市(縣)節(jié)點(diǎn)構(gòu)成，由于建設(shè)時(shí)間、建設(shè)單位不同，各節(jié)點(diǎn)的在線服務(wù)種類與接口規(guī)范不盡一致，給任意邏輯聚合、單點(diǎn)登錄“一站式”服務(wù)帶來一定困難。上述問題的解決方案包括：

(1) 云服務(wù)節(jié)點(diǎn)與多類型節(jié)點(diǎn)混合的分布式服務(wù)體系架構(gòu)。對(duì)于服務(wù)內(nèi)容簡單、數(shù)據(jù)量小、運(yùn)維能力不足的節(jié)點(diǎn)，采取小規(guī)模獨(dú)立運(yùn)行方式，對(duì)于有能力負(fù)載全局訪問的節(jié)點(diǎn)，基于統(tǒng)一云平臺(tái)實(shí)現(xiàn)與其它云節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)與計(jì)算資源共享、全局負(fù)載均衡，從而有效地解決了差異化節(jié)點(diǎn)協(xié)同服務(wù)問題。

(2) 基于WPS AGENT服務(wù)代理的多類型服務(wù)聚合。通過服務(wù)代理，將遵循不同的描述規(guī)范與調(diào)用方式規(guī)范的WPS和WEB服務(wù)實(shí)時(shí)映射到統(tǒng)一的WSDL描述，基于協(xié)同工作流引擎解決了不同規(guī)范的服務(wù)之間難以交互與集成的難題。

(3) 地理信息協(xié)同計(jì)算服務(wù)。提出數(shù)據(jù)依賴和塊結(jié)構(gòu)相結(jié)合的有向圖地理信息服務(wù)鏈元模型，實(shí)現(xiàn)基于空間原則的地理信息協(xié)同計(jì)算與互操作，同時(shí)支持地理信息數(shù)據(jù)、在線處理算法、模型服務(wù)的聚合，實(shí)現(xiàn)了從數(shù)據(jù)服務(wù)到地理信息處理和模型服務(wù)的跨越。

(4) 自主地理信息云服務(wù)平臺(tái)。設(shè)計(jì)了可動(dòng)態(tài)擴(kuò)展的海量空間數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)與云服務(wù)技術(shù)，研發(fā)了可業(yè)務(wù)化運(yùn)行的地理信息云服務(wù)平臺(tái)，支持了分布式節(jié)點(diǎn)協(xié)同，徹底擺脫了對(duì)國外商業(yè)軟件的依賴。

上述方案支持了全國數(shù)百個(gè)分布式節(jié)點(diǎn)的高效協(xié)同服務(wù)，支持高強(qiáng)度并發(fā)訪問、高效率響應(yīng)、高穩(wěn)定運(yùn)行[17-18]。

2.5 地理信息服務(wù)質(zhì)量控制

服務(wù)質(zhì)量對(duì)網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)至關(guān)重要，為了提供數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、響應(yīng)高效、運(yùn)行穩(wěn)定的高性能地理信息公共服務(wù)，“天地圖”采取了以下解決方案：

(1) 實(shí)時(shí)監(jiān)控服務(wù)質(zhì)量。依據(jù)地理信息服務(wù)質(zhì)量理論方法構(gòu)建了服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)體系，依托分布式服務(wù)節(jié)點(diǎn)建立服務(wù)質(zhì)量監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，基于實(shí)時(shí)獲取的服務(wù)質(zhì)量信息在線優(yōu)化服務(wù)。

(2) 基于用戶行為優(yōu)化服務(wù)性能。利用實(shí)時(shí)用戶日志動(dòng)態(tài)分析用戶時(shí)間空間分布與訪問行為特征，根據(jù)分析的結(jié)果定期自主優(yōu)化分布式數(shù)據(jù)中心的全局負(fù)載均策略，同時(shí)根據(jù)服務(wù)器集群節(jié)點(diǎn)能力優(yōu)化單個(gè)數(shù)據(jù)中心內(nèi)部負(fù)載均衡策略。

(3) 建立網(wǎng)絡(luò)層和應(yīng)用層全覆蓋的防御體系。實(shí)時(shí)監(jiān)測各類網(wǎng)絡(luò)攻擊，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)攻擊的時(shí)間空間分布與攻擊行為類型實(shí)現(xiàn)自動(dòng)發(fā)現(xiàn)、自動(dòng)報(bào)警、自動(dòng)防御和智能分析的全聯(lián)動(dòng)體系，并主動(dòng)學(xué)習(xí)發(fā)現(xiàn)未知攻擊與漏洞，自動(dòng)優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)安全策略，實(shí)現(xiàn)了天地圖平臺(tái)的無人值守運(yùn)行。

上述方案保證了“天地圖”的不間斷穩(wěn)定運(yùn)行，可成功抵御各類高強(qiáng)度攻擊[19-23]。

3 天地圖的應(yīng)用效果

國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”自2011年1月正式上線以來得到廣泛應(yīng)用，取得了良好的社會(huì)效益，主要體現(xiàn)在以下方面：

(1) 維護(hù)了國家安全和主權(quán)。“天地圖”上線服務(wù)之前，我國地圖和地理信息互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)市場幾乎被國外網(wǎng)站壟斷，甚至一些政府部門也在大范圍使用圖外網(wǎng)站，造成敏感信息外泄的隱患?！疤斓貓D”的建成，使用戶擺脫了對(duì)國外地理信息服務(wù)網(wǎng)站的依賴?！疤斓貓D”還清晰、準(zhǔn)確地表達(dá)了我國對(duì)南海諸島、藏南地區(qū)、釣魚島等區(qū)域的領(lǐng)土主張，起到了宣示我國領(lǐng)土主張、捍衛(wèi)國家主權(quán)的作用。

(2) 支持了各級(jí)政府的決策管理。天地圖已經(jīng)在多個(gè)中央黨政部門及新聞媒體得到了業(yè)務(wù)化應(yīng)用，在國土、公安、水利、應(yīng)急等領(lǐng)域已成為業(yè)務(wù)信息化不可或缺的支撐平臺(tái)。這極大地推進(jìn)了政府部門分布式資源的整合、互聯(lián)互通、共建共享，不僅增強(qiáng)了決策管理能力，而且避免了重復(fù)建設(shè)，節(jié)省了財(cái)政資金。

(3) 推動(dòng)了地理信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展?！疤斓貓D”促進(jìn)了《基礎(chǔ)地理信息公開表示內(nèi)容的規(guī)定(試行)》《遙感影像公開使用管理規(guī)定(試行)》等測繪地理信息保密與應(yīng)用政策的完善，并通過“公眾版”“政務(wù)版”“涉密版”三版并行的方式突破了地理信息社會(huì)化應(yīng)用的技術(shù)和政策“瓶頸”，實(shí)現(xiàn)了海量基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)的開放共享，并由此推動(dòng)了互聯(lián)網(wǎng)地圖商業(yè)網(wǎng)站的快速發(fā)展?！疤斓貓D”通過為企業(yè)提供了增值開發(fā)服務(wù)接口、聯(lián)合企業(yè)共同研發(fā)自主產(chǎn)品，為企業(yè)創(chuàng)新和增值服務(wù)提供了平臺(tái)和環(huán)境。

(4) 為社會(huì)公眾架起了使用基礎(chǔ)地理信息的橋梁。相關(guān)專業(yè)部門與企業(yè)基于“天地圖”的服務(wù)資源開發(fā)了各類面向百姓生活的增值服務(wù)產(chǎn)品，如旅游出行、美食探尋、求醫(yī)問藥、房屋租賃、殘疾人無障礙出行、公共自行車站點(diǎn)、菜場分布等，使公眾享受到了基礎(chǔ)地理信息提供的便利。

4 進(jìn)一步工作展望

國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)已成為我國測繪地理信息行業(yè)最為有效的服務(wù)手段之一，具有重要的戰(zhàn)略意義和廣泛的經(jīng)濟(jì)社會(huì)價(jià)值?！稖y繪地理信息事業(yè)“十三五”規(guī)劃》《測繪地理信息科技發(fā)展“十三五”規(guī)劃》均提出了明確要求。在“十三五”國家科技重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃中安排了“全球綜合觀測成果管理及共享服務(wù)”“全息地圖獲以與位置信息聚合”“地理大數(shù)據(jù)控制與時(shí)空模式發(fā)現(xiàn)”“人空間信息系統(tǒng)與智能設(shè)施管理”“全球位置信息疊加協(xié)議與位置服務(wù)網(wǎng)技術(shù)”等與網(wǎng)絡(luò)地理信息服務(wù)直接相關(guān)的項(xiàng)目，將會(huì)推動(dòng)我國地理信息公共服務(wù)平臺(tái)向高精準(zhǔn)、空天地一體化、智能化處理和普及化應(yīng)用方向發(fā)展。

作為“天地圖”的建設(shè)者，下一步將結(jié)合應(yīng)用需求與技術(shù)發(fā)展，重點(diǎn)考慮以下幾個(gè)方面的問題：

(1) 實(shí)時(shí)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)服務(wù)。當(dāng)前傳感網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展帶來了日益豐富的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，已經(jīng)成為為智慧城市決策服務(wù)以及各類應(yīng)急減害的基本數(shù)據(jù)源。地理信息公共服務(wù)必將從單純的空間數(shù)據(jù)服務(wù)發(fā)展到時(shí)空數(shù)據(jù)服務(wù)，從靜態(tài)地理數(shù)據(jù)的共享到廣泛連接傳感網(wǎng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的服務(wù)[24-25]。

(2) 地理信息處理與模型服務(wù)。隨著在線數(shù)據(jù)量和計(jì)算量的增加，地理信息處理服務(wù)需求將日益加大，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)必須在保障數(shù)據(jù)服務(wù)的基礎(chǔ)上盡快擴(kuò)展地理信息處理與模型服務(wù)[26]。

(3) 社交媒體地理信息和志愿者地理信息。隨著智能移動(dòng)終端及位置感知設(shè)備的普及，地理位置在社交網(wǎng)絡(luò)中的影響逐漸深入，為地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的泛在信息獲取、動(dòng)態(tài)位置服務(wù)提供了新的渠道，與之相關(guān)的眾源地理信息管理與挖掘、用戶空間行為感知、實(shí)時(shí)位置共享等的將是未來的研究重點(diǎn)之一[27]。

(4) 地理空間服務(wù)網(wǎng)絡(luò)。在地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)、處理及模型服務(wù)不斷成熟與發(fā)展的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步的需求將地理空間數(shù)據(jù)、信息、知識(shí)及其交互、遞進(jìn)和演化過程，甚至服務(wù)提供者、用戶都集成在一起，作為共享服務(wù)的一部分，形成從數(shù)據(jù)獲取直到?jīng)Q策支持地理空間服務(wù)網(wǎng)絡(luò)(Geospatial Service Web)[28-30]。

[1] 李德仁. 信息高速公路、空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施與數(shù)字地球[J]. 測繪學(xué)報(bào), 1999, 28(1): 1-5. DOI: 10.3321/j.issn:1001-1595.1999.01.001.

LI Deren. NII, NSDI and Digital Earth[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 1999, 28(1): 1-5. DOI: 10.3321/j.issn:1001-1595.1999.01.001.

[2] 李德仁, 龔健雅, 邵振峰. 從數(shù)字地球到智慧地球[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2010, 35(2): 127-132.

LI Deren, GONG Jianya, SHAO Zhenfeng. From Digital Earth to Smart Earth[J], Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2010, 35(2): 127-132.

[3] The Federal Geographic Data Committee. [EB/OL]. (2017-03-12)[2017-06-25]. https:∥www.fgdc.gov/.

[4] GOODCHILD M F, FU Pinde, RICH P. Sharing Geographic Information: An Assessment of the Geospatial One-stop[J]. Annals of the Association of American Geographers, 2007, 97(2): 250-266.

[5] Ordnance Survey. [EB/OL]. (2016-10-12)[2017-05-03]. https:∥www.ordnancesurvey.co.uk/.

[6] EUR-Lex. Directive 2007/2/EC of the European Parliament and of the Council of 14 March 2007, Establishing an Infrastructure for Spatial Information in the European Community (INSPIRE)[R]. [S.l.]: Official Journal of the European Union, 2007: 1-14.

[7] Group on Earth Observations. [EB/OL]. (2015-09-25)[2017-04-25]. http:∥www.earthobservations.org/.

[8] 王東華, 劉建軍. 國家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫動(dòng)態(tài)更新總體技術(shù)[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2015, 44(7): 822-825. DOI: 10.11947/j.AGCS.2015.20150089.

WANG Donghua, LIU Jianjun. Key Techniques for Dynamic Updating of National Fundamental Geographic Information Database[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2015, 44(7): 822-825. DOI: 10.11947/j.AGCS.2015.20150089.

[9] 王東華, 劉建軍, 趙仁亮, 等. 全國1:10000基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫整合升級(jí)總體設(shè)計(jì)[J]. 地理信息世界, 2014, 21(2): 1-5.

WANG Donghua, LIU Jianjun, ZHAO Renliang, et al. The Integration and Improvement of Nationwide 1:10000 Fundamental Geographical Information Database[J]. Geomatics World, 2014, 21(2): 1-5.

[10] 徐開明, 吳華意, 龔健雅. 基于多級(jí)異構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫的地理信息公共服務(wù)機(jī)制[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2008, 33(4): 402-404.

XU Kaiming, WU Huayi, GONG Jianya. Research on Mechanism of Geographic Information Service Supported by Multi-tier Heterogeneous Geospatial Database[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2008, 33(4): 402-404.

[11] 陳軍, 蔣捷, 周旭, 等. 地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的總體技術(shù)設(shè)計(jì)研究[J]. 地理信息世界, 2009, 7(3): 7-11.

CHEN Jun, JIANG Jie, ZHOU Xu, et al. Design of National Geo-spatial Information Service Platform: Overall Structure and Key Components[J]. Geomatics World, 2009, 7(3): 7-11.

[12] 龔健雅, 陳靜, 向隆剛, 等. 開放式虛擬地球集成共享平臺(tái)GeoGlobe[J]. 測繪學(xué)報(bào), 2010, 39(6): 551-553.

GONG Jianya, CHEN Jing, XIANG Longgang, et al. GeoGlobe: Geo-spatial Information Sharing Platform as Open Virtual Earth[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica, 2010, 39(6): 551-553.

[13] 李志剛, 蔣捷, 翟永, 等. 面向分布式服務(wù)聚合的“天地圖”總體技術(shù)架構(gòu)[J]. 測繪地理信息, 2012, 37(5): 13-15.

LI Zhigang, JIANG Jie, ZHAI Yong, et al. “TIANDITU” Technical Architecture for Supporting Distributed Service Aggregation[J]. Journal of Geomatics, 2012, 37(5): 13-15.

[14] 蔣捷, 黃蔚, 盧衛(wèi)華, 等. 地理信息公共服務(wù)平臺(tái)地理實(shí)體數(shù)據(jù)建模研究[J]. 地理信息世界, 2009, 7(4): 11-18.

JIANG Jie, HUANG Wei, LU Weihua, et al. Research on Entity-based Data Modeling for National Geo-spatial Information Service Platform[J]. Geomatics World, 2009, 7(4): 11-18.

[15] 黃蔚, 蔣捷. 多尺度矢量簡單幾何實(shí)體數(shù)據(jù)幾何匹配方法研究[J]. 遙感信息, 2011(1): 27-31.

HUANG Wei, JIANG Jie. Simple Geometry Matching of Multi-scales Spatial Data[J]. Remote Sensing Information, 2011(1): 27-31.

[16] HUANG Wei, JIANG Jie, ZHA Zhuhua, et al. A Practice Approach of Multi-source Geospatial Data Integration for Web-based Geoinformation Services[C]∥Proceedings of the International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences. Suzhou, China: ISPRS, 2014, XL-4: 97-100.

[17] GONG Jianya, WU Huayi. The Geospatial Service Web: Ubiquitous Connectivity with Geospatial Services[J]. Transactions in GIS, 2012, 16(6): 741-743.

[18] WU Huayi, ZHANG Tong, GONG Jianya. GeoComputation for Geospatial Big Data[J]. Transactions in GIS, 2015, 18(S1): 1-2.

[19] 吳華意, 章漢武, 桂志鵬, 等. 地理信息服務(wù)質(zhì)量的理論與方法[M]. 武漢: 武漢大學(xué)出版社, 2011.

WU Huayi, ZHANG Hanwu, GUI Zhipeng, et al. Theory and Methodoly of the Quality of Geographic Information Services[M]. Wuhan: Wuhan University Press, 2011.

[20] WU Huayi, LI Zhenlong, ZHANG Hanwu, et al. Monitoring and Evaluating the Quality of Web Map Service Resources for Optimizing Map Composition over the Internet to Support Decision Making[J]. Computers & Geosciences, 2011, 37(4): 485-494.

[21] 吳華意, 李銳, 周振, 等. 公共地圖服務(wù)的群體用戶訪問行為時(shí)序特征模型及預(yù)測[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2015, 40(10): 1279-1286, 1316.

WU Huayi, LI Rui, ZHOU Zhen, et al. Research and Prediction on Time-sequence Characteristics of Group-User Access Behavior in Public Map Service[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2015, 40(10): 1279-1286, 1316.

[22] LI Rui, ZHANG Yinfeng, XU Zhengquan, et al. A Load-Balancing Method for Network GISs in a Heterogeneous Cluster-based System Using Access Density[J]. Future Generation Computer Systems, 2013, 29(2): 528-535.

[23] 翟永, 劉津, 陳杰, 等. 天地圖網(wǎng)站云架構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J]. 信息安全與通信保密, 2012(9): 81-83, 87.

ZHAI Yong, LIU Jin, CHEN Jie, et al. System Design of TIANDITU Website Cloud Architecture[J]. China Information Security, 2012(9): 81-83, 87.

[24] 李德仁, 邵振峰. 論新地理信息時(shí)代[J]. 中國科學(xué) F輯: 信息科學(xué), 2009, 39(6): 579-587.

LI Deren, SHAO Zhenfeng. On the New Era of Geographic Information Science[J]. Science in China Series F: Information Sciences, 2009, 52(7): 1233-1242.

[25] 徐冠華, 柳欽火, 陳良富, 等. 遙感與中國可持續(xù)發(fā)展: 機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J]. 遙感學(xué)報(bào), 2016, 20(5): 679-688.

XU Guanhua, LIU Qinhuo, CHEN Liangfu, et al. Remote Sensing for China’s Sustainable Development: Opportunities and Challenges[J]. Journal of Remote Sensing, 2016, 20(5): 679-688.

[26] 胡磊, 樂鵬, 龔健雅, 等. 異步地理信息網(wǎng)絡(luò)處理服務(wù)方法研究[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2016, 41(5): 679-685.

HU Lei, YUE Peng, GONG Jianya, et al. An Approach to Asynchronous Geoprocessing Service[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2016, 41(5): 679-685.

[27] 單杰, 秦昆, 黃長青, 等. 眾源地理數(shù)據(jù)處理與分析方法探討[J]. 武漢大學(xué)學(xué)報(bào)(信息科學(xué)版), 2014, 39(4): 390-396.

SHAN Jie, QIN Kun, HUANG Changqing, et al. Methods of Crowd Sourcing Geographic Data Processing and Analysis[J]. Geomatics and Information Science of Wuhan University, 2014, 39(4): 390-396.

[28] GONG Jianya, WU Huayi, ZHANG Tong, et al. Geospatial Service Web: Towards Integrated Cyberinfrastructure for GIScience[J]. Geo-Spatial Information Science, 2012, 15(2): 73-84.

[29] YANG Chaowei, RASKIN R, GOODCHILD M, et al. Geospatial Cyberinfrastructure: Past, Present and Future[J]. Computers, Environment and Urban Systems, 2010, 34(4): 264-277.

[30] 龔健雅, 耿晶, 吳華意, 等. 地理信息資源網(wǎng)絡(luò)服務(wù)技術(shù)及其發(fā)展[J]. 測繪科學(xué)技術(shù)學(xué)報(bào), 2013, 30(4): 353-360.

GONG Jianya, GENG Jing, WU Huayi, et al. The Technology on Geospatial Service Web and Its Development[J]. Journal of Geomatics Science and Technology, 2013, 30(4): 353-360.

(責(zé)任編輯：叢樹平)

Key Techniques and Project Practice for Establishing National Geo-information Service Platform “Tianditu”

JIANG Jie1，WU Huayi2，HUANG Wei1

1. National Geomatics Center of China, Beijing 100830, China; 2. State Key Laboratory of Information Engineering in Surveying, Mapping and Remote Sensing, Wuhan University, Wuhan 430079, China

Web-based geographic information service is the important manner for public service of geographic information in the information age. In January 2011, the National Administration of Surveying, Mapping and Geoinformation released the National Geo-information Service Platform “Tianditu”, which effectively promoted the sharing and extensive application of the distributed geographic information resources around the country. This paper introduced the construction background, key technologies, and application effect of “Tianditu”. And further efforts were discussed in the end of the paper.

geographic information； public service； Tianditu

JIANG Jie (1965-), female, PhD, senior engineer, majors in geoinformation modeling and service.

蔣捷，吳華意，黃蔚.國家地理信息公共服務(wù)平臺(tái)“天地圖”的關(guān)鍵技術(shù)與工程實(shí)踐[J].測繪學(xué)報(bào)，2017,46(10)：1665-1671.

10.11947/j.AGCS.2017.20170357.

JIANG Jie，WU Huayi，HUANG Wei.Key Techniques and Project Practice for Establishing National Geo-information Service Platform “Tianditu”[J]. Acta Geodaetica et Cartographica Sinica,2017,46(10):1665-1671. DOI:10.11947/j.AGCS.2017.20170357.

P208

A

1001-1595(2017)10-1665-07

2017-06-20

修回日期： 2017-08-16

蔣捷(1965-)，女，博士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔⒔Ｅc服務(wù)。

E-mail： jjie@nsdi.gov.cn