地理信息公共服務(wù)平臺更新運維體系建設(shè)研究

張燦榮徐啟恒吳 勇吳穎斌田勇軍

(1東莞市測繪院,廣東 東莞523129;2東莞市國土資源局,廣東 東莞523129)

0 引 言

地理信息是國家的重要戰(zhàn)略資源[1],隨著社會發(fā)展,地理信息在社會各部門的應(yīng)用需求越來越大。地理信息公共服務(wù)平臺的目標是建設(shè)一體化的信息服務(wù)資源和統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)化服務(wù)體系[1],實現(xiàn)國家、省、市多級聯(lián)通的地理信息資源在線共享[2]。

為保證數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性和平臺易用性,實現(xiàn)地理信息公共服務(wù)平臺順暢運行,運營維護是公共服務(wù)平臺的核心工作,是發(fā)揮國家各級測繪部門長期積累的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)價值的重要手段,同時更是一項超大型系統(tǒng)工程[1-2]。地理信息公共服務(wù)平臺從2009年開始建設(shè)至今,國內(nèi)相關(guān)學(xué)者對平臺更新運維進行了大量研究,取得了豐碩成果。朱琳等[3]針對公共服務(wù)平臺政務(wù)版數(shù)據(jù)快速融合更新進行了深入討論研究;張西軍等[4]通過對更新技術(shù)及一體化發(fā)布流程等環(huán)節(jié)研究,提出了一體化的更新發(fā)布思路;吳志宜[5]從運維管理制度規(guī)范、運維機構(gòu)及人才保障、運維管理系統(tǒng)角度研究了公共服務(wù)平臺標準化運維的實現(xiàn)及效果;梁均軍[6]指出快速、穩(wěn)定、可持續(xù)的框架數(shù)據(jù)更新機制是平臺強大生命力的保證;周耀學(xué)等[7]通過對服務(wù)標準體系、服務(wù)分類聚合部署發(fā)布等方面的探討提出了平臺運行維護的相關(guān)技術(shù)要點。這些研究成果主要從數(shù)據(jù)體系和軟硬件體系兩個方面進行,為數(shù)字東莞公共服務(wù)平臺更新運維體系建設(shè)提供了重要參考和借鑒。但是,地理信息公共服務(wù)平臺在數(shù)據(jù)更新、軟硬件支持等方面還存在一定問題,主要表現(xiàn)在數(shù)據(jù)更新滯后、軟硬件環(huán)境不能滿足高并發(fā)高分布的性能要求等。

數(shù)字東莞地理空間框架自2011年建成,于2012—2016年進行了年度數(shù)據(jù)更新和平臺維護工作,主要涉及框架數(shù)據(jù)生產(chǎn)及地圖服務(wù)發(fā)布、平臺功能完善優(yōu)化和軟硬件平臺優(yōu)化升級等。通過更新與運維,可保障數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性,更好滿足全市各部門對地理信息在線服務(wù)資源的需求。

1 更新運維體系架構(gòu)及概況

1.1 體系架構(gòu)

地理信息公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)更新與運維體系主要包括地理信息數(shù)據(jù)生產(chǎn)更新、地理信息數(shù)據(jù)配圖切片發(fā)布、公共服務(wù)平臺服務(wù)功能完善、公共服務(wù)平臺軟硬件環(huán)境運維優(yōu)化4個部分。

2 更新運維現(xiàn)狀

2.1 數(shù)據(jù)概況

矢量數(shù)據(jù)現(xiàn)狀為全市范圍1∶500全要素地形圖,現(xiàn)勢性至2014年底;影像數(shù)據(jù)現(xiàn)狀包含1998年1∶17 000比例尺衛(wèi)片,2003—2013年0.5～2.5 m高分辨率衛(wèi)片,2011年1∶500航片,2014年0.5 m分辨率衛(wèi)片及無人機航飛成果。地名POI(興趣點)現(xiàn)狀為2014年項目生產(chǎn)的14萬條數(shù)據(jù)。路網(wǎng)數(shù)據(jù)現(xiàn)狀為覆蓋全市的主干道路網(wǎng)信息。

2.2 應(yīng)用概況

全市有包括規(guī)劃、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、氣象、公安等15個部門專題應(yīng)用以及虎門、茶山等多個鎮(zhèn)街的地圖服務(wù)應(yīng)用。

2.3 數(shù)據(jù)更新需求

數(shù)據(jù)包括逐年度約50 km2修補測地形圖、年度待更新POI地名地址、最新高分辨率衛(wèi)星影像、年度新增道路網(wǎng)、地理實體數(shù)據(jù)成果、部門應(yīng)用專題數(shù)據(jù)等。

2.4 平臺運維需求

平臺運行維護工作分為公共服務(wù)平臺功能維護和運行環(huán)境維護兩個方面。公共服務(wù)平臺功能維護包括數(shù)據(jù)管理和服務(wù)發(fā)布管理模塊升級、功能擴展、服務(wù)接口升級、空間分析接口增加、移動應(yīng)用接口開發(fā)、地名地址解析功能優(yōu)化和CGCS2000坐標系轉(zhuǎn)換等。運行環(huán)境維護包括網(wǎng)絡(luò)升級、軟硬件改造優(yōu)化等工作。

3 數(shù)據(jù)更新及發(fā)布

地理信息公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)更新及發(fā)布結(jié)合東莞本地數(shù)據(jù)特性,參照國家、行業(yè)、地方測繪標準規(guī)范執(zhí)行。公共服務(wù)平臺在上一年度數(shù)據(jù)更新發(fā)布基礎(chǔ)上,持續(xù)完善更新路網(wǎng)數(shù)據(jù)、地名POI數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù),修補測地形圖等數(shù)據(jù),保證數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性達到最新。數(shù)據(jù)更新及發(fā)布體系如下所示(圖1)。

圖1 地理信息公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)標準更新及發(fā)布體系

3.1 電子地圖數(shù)據(jù)更新

電子地圖數(shù)據(jù)主要包括影像數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)兩類[8]。影像數(shù)據(jù)以上年度衛(wèi)星影像為底圖,經(jīng)脫密、色調(diào)處理、切片等過程形成待發(fā)布成果。矢量數(shù)據(jù)以上年度1∶500修補測地形圖為基礎(chǔ),經(jīng)質(zhì)量檢查、建庫、整飾配圖等過程形成待發(fā)布成果數(shù)據(jù)。電子地圖的注記內(nèi)容應(yīng)與矢量地圖協(xié)調(diào),注記樣式遵循公共服務(wù)平臺電子地圖數(shù)據(jù)規(guī)范。

3.2 地名POI數(shù)據(jù)更新

數(shù)字東莞地理信息公共服務(wù)平臺地名POI數(shù)據(jù)以現(xiàn)有的14萬條POI數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),融合公安部門生產(chǎn)的地名POI數(shù)據(jù)約60萬條和三維城市采集的水鄉(xiāng)片區(qū)實景地名信息約25萬條以及年度項目生產(chǎn)的POI數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)來源重復(fù),數(shù)據(jù)融合需將PGIS數(shù)據(jù)、實景地名信息進行分類編碼映射處理,經(jīng)外業(yè)實地調(diào)查補充、數(shù)據(jù)屬性重構(gòu)、分類編碼處理、屬性糾正和位置糾正等過程,形成最終發(fā)布成果。至2016年全市更新地名POI約50萬條。

POI數(shù)據(jù)更新參考測繪行業(yè)地名地址標準,同時考慮與公安、民政等部門信息交換。數(shù)據(jù)位置需實地檢核,與東莞1∶500地形圖建筑物面和宗地面建立拓撲。POI落到建筑物面內(nèi)且偏向建筑朝向,保證興趣點與地理實體數(shù)據(jù)的相對關(guān)系正確。

為使用戶和平臺使用部門能方便直觀獲取地圖POI地名信息,需要對地名POI數(shù)據(jù)進行屬性分類和分級配圖。數(shù)據(jù)分級應(yīng)遵循如下原則:① 地名POI少量要素層級居上顯示,大量要素層級居下顯示,保證地圖要素的均勻美觀;② 部分有明顯等級區(qū)分的POI數(shù)據(jù)按照不同等級和標準進行二級分類,同一地名POI大類中重要二級要素層級居上優(yōu)先顯示,如五星級酒店比三星級酒店優(yōu)先顯示等;③ 城市內(nèi)重要地標、行政機關(guān)或建筑物類地名POI要素優(yōu)先顯示,如人民政府等機關(guān)事業(yè)單位;④ 個別具有特殊屬性的地名POI要素按實際需求進行單獨特殊處理。

3.3 地理實體數(shù)據(jù)生產(chǎn)

地理實體數(shù)據(jù)由若干相對獨立圖元組成,包括基本實體和擴展實體兩類[9],是真實地物的反映。地理實體具有唯一標志,是與社會經(jīng)濟、自然資源信息掛接的基礎(chǔ)?？臻g數(shù)據(jù)由于生產(chǎn)和表達的限制,可能被切分為多個單獨的空間圖形,而實際社會政治、經(jīng)濟建設(shè)等實體的表達一般是多個地理空間基本單元的組合,因此通過空間數(shù)據(jù)表達地理實體,無論是在結(jié)構(gòu)上還是表達方式上,均存在一定不對等現(xiàn)象[2]。數(shù)字東莞公共服務(wù)平臺地理實體數(shù)據(jù)生產(chǎn)是對1∶500地形圖數(shù)據(jù)進行圖形提取,圖形注記轉(zhuǎn)屬性,模型對象重構(gòu)等處理形成的地理實體數(shù)據(jù)。

3.4 路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新

數(shù)字東莞路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新以全市現(xiàn)有6 000 km道路中心線為基礎(chǔ),以最新生產(chǎn)的2萬余條路網(wǎng)信息為更新內(nèi)容,結(jié)合當(dāng)年高分辨率衛(wèi)片,補充缺省路網(wǎng)信息,修改變化路網(wǎng)信息,實現(xiàn)全市路網(wǎng)信息生產(chǎn)更新。路網(wǎng)數(shù)據(jù)生產(chǎn)需對路網(wǎng)數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理。路網(wǎng)數(shù)據(jù)更新工作涉及增加、刪除和修改變化路網(wǎng)信息,檢查修正道路拓撲,創(chuàng)建拓撲檢查規(guī)則,修正數(shù)據(jù)異常懸掛點,剔除重疊相交要素,去除道路線偽節(jié)點等工作內(nèi)容。

3.5 應(yīng)用專題更新

公共服務(wù)平臺專題應(yīng)用是其他部門使用地理信息的主要方式?，F(xiàn)階段應(yīng)用專題維護更新工作主要有4大難題[10]:① 專題數(shù)據(jù)種類繁多,各類專題需求不一,數(shù)據(jù)整合工作量大;② 應(yīng)用部門的專題數(shù)據(jù)多是電子和紙質(zhì)等非空間數(shù)據(jù)成果,數(shù)據(jù)組織不規(guī)范,數(shù)據(jù)標準亦不盡相同;③ 應(yīng)用專題維護更新涉及大量空間化工作,多數(shù)應(yīng)用部門業(yè)務(wù)缺乏空間化概念,空間位置以文字描述為主;④ 操作人員相對不專業(yè),應(yīng)用部門技術(shù)人員對GIS了解不夠深入,平臺技術(shù)人員又對部門業(yè)務(wù)不熟悉,增加了專題應(yīng)用難度。為更好應(yīng)用各部門數(shù)據(jù),需對弱GIS部門提供數(shù)據(jù)加工、數(shù)據(jù)入庫、數(shù)據(jù)發(fā)布功能,并在部門內(nèi)自主管理,保證弱GIS部門能自主發(fā)布和管理專題數(shù)據(jù)。

3.6 地圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)配圖

根據(jù)電子地圖在線瀏覽和專題應(yīng)用需求,數(shù)據(jù)成果應(yīng)按照電子地圖標準進行配圖。通過數(shù)據(jù)入庫、符號化標準、圖面整飾、數(shù)據(jù)發(fā)布等步驟,形成重點突出、色彩協(xié)調(diào)、符號形象、圖面美觀的電子地圖。配圖過程中,充分利用電子地圖配圖模板,可有效縮短配圖周期,提高地圖配圖效率,提升配圖標準化程度,實現(xiàn)風(fēng)格統(tǒng)一、標準規(guī)范的數(shù)據(jù)成果。

矢量數(shù)據(jù)配圖要求層級過渡自然、表達清晰、顯示內(nèi)容適量、無壓蓋缺失等。影像數(shù)據(jù)配圖質(zhì)量要求外觀整潔美觀、清晰易讀、反差適中、色調(diào)均勻,無重影或紋理斷裂等情形出現(xiàn),多個年份影像過度連續(xù)、色彩平衡一致,地物表達真實、無扭曲變形、少噪聲少云等。

3.7 新空間基準數(shù)據(jù)生產(chǎn)發(fā)布

根據(jù)國家應(yīng)用CGCS2000(2000國家大地坐標系)要求,公共服務(wù)平臺應(yīng)發(fā)布CGCS2000電子地圖成果。由于政務(wù)版公共服務(wù)平臺成果應(yīng)用多為西安80坐標系,考慮對接兼容,政務(wù)版同時發(fā)布西安80和CGCS2000兩套坐標系地圖服務(wù)。公眾版平臺以查詢、信息共享為主,可直接發(fā)布CGCS2000地圖服務(wù)。

4 平臺功能完善與運維優(yōu)化

平臺功能完善與系統(tǒng)維護工作遵循簡單易用原則。通過更新完善服務(wù)接口和平臺功能實現(xiàn)移動端應(yīng)用、完善地名地址解析、優(yōu)化平臺軟硬件、提升網(wǎng)絡(luò)承載量、改進網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)、優(yōu)化數(shù)據(jù)存取思路等維護工作,實現(xiàn)分布式地理信息服務(wù)資源整合,滿足應(yīng)用和功能需求(圖2)。

圖2 地理信息公共服務(wù)平臺運行維護體系

4.1 功能完善開發(fā)

(1)多類型多方式空間分析功能:完善空間分析功能和服務(wù)形式,實現(xiàn)基于空間位置的分析多樣性,滿足各應(yīng)用部門的基本業(yè)務(wù)需求。

(2)分類及專題查詢功能:提供分類及生活相關(guān)專題查詢、周邊查詢、分類查詢等功能,對查詢結(jié)果進行地圖定位,滿足多樣化的地圖查詢功能。

(3)自主數(shù)據(jù)處理和服務(wù)管理功能:兼容各應(yīng)用部門的應(yīng)用系統(tǒng),實現(xiàn)業(yè)務(wù)管理部門業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)自主匯總、統(tǒng)計分析及集成應(yīng)用,實現(xiàn)各類專題和服務(wù)功能快速部署。

(4)框架數(shù)據(jù)(矢量數(shù)據(jù)瓦片和要素服務(wù))同步快速更新功能:完善地理信息數(shù)據(jù)更新發(fā)布流程和功能,實現(xiàn)矢量瓦片數(shù)據(jù)的局部更新、自動切片和服務(wù)自動更新,實現(xiàn)更新的瓦片數(shù)據(jù)能及時通過服務(wù)形式分發(fā)到各應(yīng)用部門;利用高精度影像數(shù)據(jù),通過流程化影像更新技術(shù)手段,實現(xiàn)影像變化區(qū)域的圖幅更新,著重實現(xiàn)按需更新和快速更新。

(5)地理編碼解析與地址匹配功能:建立地理編碼庫和模糊搜索引擎,將用戶提交的地址信息與地址編碼庫中的信息匹配,使用戶描述性質(zhì)的地址信息映射為地理空間信息。

(6)路徑規(guī)劃功能:實現(xiàn)駕車、公交、步行3種方式的路徑規(guī)劃及線路查詢。完善更新路網(wǎng)信息,集成公交站點、道路網(wǎng)、公交路線等信息,提供路徑分析服務(wù)功能,實現(xiàn)定點查詢、站點查詢、通達性查詢、線路查詢等功能。

(7)移動端應(yīng)用:移動端應(yīng)用是公共服務(wù)平臺的擴展與延伸。通過移動端數(shù)據(jù)服務(wù),可方便平臺數(shù)據(jù)成果的推廣和應(yīng)用。根據(jù)移動端特點,平臺應(yīng)用應(yīng)支持在線和離線兩種數(shù)據(jù)訪問方式,提供在線服務(wù)申請反饋機制,提供地圖基本瀏覽、矢柵切換、定位、空間分析、屬性查詢及量算等功能。

4.2 環(huán)境維護

(1)網(wǎng)絡(luò)拓撲維護與優(yōu)化。保證公共服務(wù)平臺網(wǎng)絡(luò)交換系統(tǒng)安全高效、穩(wěn)定成熟,滿足日常運作。網(wǎng)絡(luò)設(shè)置應(yīng)具有靈活性和可擴展性,具有靈活的結(jié)構(gòu)變化和便捷的設(shè)備接入;保證網(wǎng)絡(luò)各部分高峰訪問時能根據(jù)請求的重要程度情況分配不同虛擬服務(wù)器和網(wǎng)段,網(wǎng)段間具備物理隔離措施,滿足大并發(fā)量要求。

(2)服務(wù)器系統(tǒng)優(yōu)化。提升服務(wù)器系統(tǒng)容錯性,容災(zāi)性和安全性。服務(wù)器以數(shù)據(jù)存儲、標準技術(shù)體系為基本要求,同時消除因?qū)Ｓ屑夹g(shù)不兼容問題導(dǎo)致的后期升級、擴展成本增加等情況。

(3)服務(wù)器入侵訪問控制。實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)運行情況、用戶行為等的監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析,并針對端口掃描、木馬、服務(wù)攻擊、IP攻擊等行為具備自動保護和報警機制。對網(wǎng)絡(luò)訪問行為和資源訪問情況進行端口級粒度控制和監(jiān)控。

(4)數(shù)據(jù)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。實現(xiàn)平臺數(shù)據(jù)存儲、備份、更新和管理一體化管理。建立數(shù)據(jù)庫/表、數(shù)據(jù)流及數(shù)據(jù)分布策略,滿足數(shù)據(jù)高效交換和讀寫。

(5)平臺應(yīng)用系統(tǒng)優(yōu)化維護。根據(jù)平臺運行狀況,對服務(wù)器配置及性能、系統(tǒng)軟件、數(shù)據(jù)庫軟件、中間件及其他應(yīng)用支撐軟件等技術(shù)指標重新評估和設(shè)計,滿足平臺正常運行。

(6)安全保密設(shè)施優(yōu)化。加強軟硬件保密機制和數(shù)據(jù)保密機制建設(shè),對數(shù)據(jù)存儲、備份、遷移、數(shù)據(jù)拷貝、提交、傳輸、脫密處理等提供健全的保密機制。對軟件安全、硬件安全等有相應(yīng)的保密機制和保密處理手段。

(7)其他系統(tǒng)軟件維護及優(yōu)化:根據(jù)優(yōu)化措施,提升/更新其他配套軟件系統(tǒng)的性能,使之與新的平臺運維系統(tǒng)性能匹配,保證整體性能穩(wěn)定協(xié)調(diào)。

5 數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查

公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查工作主要從原始數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)處理過程、配圖成果質(zhì)量等方面進行[11]。原始數(shù)據(jù)質(zhì)量檢查主要包括數(shù)據(jù)完整性、屬性完整性、空間圖形完整性、是否滿足制圖要求等方面。數(shù)據(jù)處理過程控制及檢查主要涉及格式轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)分層、數(shù)據(jù)合并接邊、數(shù)據(jù)屬性檢查、入庫檢查等方面。配圖質(zhì)量檢查則從符號化效果、注記配置、配圖風(fēng)格等方面進行[12]。數(shù)據(jù)經(jīng)檢查合格后方可進行數(shù)據(jù)生產(chǎn)和電子地圖服務(wù)更新發(fā)布。

6 平臺實現(xiàn)

數(shù)字東莞地理信息公共服務(wù)平臺以年度更新方式,分別按照年度工作計劃實現(xiàn)影像、矢量、路網(wǎng)、專題等數(shù)據(jù)的生產(chǎn)配圖和更新發(fā)布,同時集成公安、工商等地名地址應(yīng)用專題數(shù)據(jù),為東莞市地理信息共享和數(shù)據(jù)共用提供高效統(tǒng)一的平臺(圖3)。

圖3 地理信息公共服務(wù)平臺更新運維體系實現(xiàn)效果圖

7 對接智慧城市時空信息云平臺

智慧城市是數(shù)字城市與物聯(lián)網(wǎng)結(jié)合的產(chǎn)物。智慧城市時空信息云平臺中一項基礎(chǔ)工作是時空信息數(shù)據(jù)庫建設(shè)。時空信息數(shù)據(jù)庫是指在已建成的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫基礎(chǔ)上,通過網(wǎng)絡(luò)、傳感設(shè)備、智能計算等科技手段匯聚時空信息,實現(xiàn)數(shù)據(jù)時間維度展示和數(shù)據(jù)重組,擴充基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫,形成時空數(shù)據(jù),為時空信息云平臺提供精確、實時、準確的時空數(shù)據(jù)服務(wù),支撐時空信息云平臺建設(shè)和信息實時共享。

公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)更新與平臺運維應(yīng)考慮與智慧城市時空信息云平臺的物理對接和技術(shù)對接,包括數(shù)據(jù)標準格式、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)共享機制、數(shù)據(jù)更新機制、數(shù)據(jù)共用共享機制、平臺信息交換機制、平臺數(shù)據(jù)存儲機制、網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)機制、軟件技術(shù)兼容等方面,保證從數(shù)字城市到智慧城市的銜接過渡,為時空信息云平臺提供基礎(chǔ)成果。

8 結(jié) 語

通過對數(shù)字東莞地理信息公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)更新和平臺運維的研究和應(yīng)用,使空間數(shù)據(jù)和平臺功能更好貼合應(yīng)用部門的需求,實現(xiàn)地理信息資源的共享共用,為城市建設(shè)管理、政府宏觀決策等提供高效及時的地理信息服務(wù)[13]。然而,在公共服務(wù)平臺運維過程中,仍有一些問題亟待進一步研究和解決。

(1)數(shù)據(jù)更新滯后。公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)更新發(fā)布具有滯后性,建立動態(tài)更新機制可有效提升更新時效。張西軍[4]、梁均軍等[6]提供了兩種可行方案,但距實際應(yīng)用仍有一定差距。

(2)服務(wù)模式被動。現(xiàn)有平臺服務(wù)方式是被動的,無法貼合實際需求。通過改變現(xiàn)有服務(wù)模式,才能進一步提升公共服務(wù)平臺數(shù)據(jù)共用共享程度。

(3)多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成。目前公共服務(wù)平臺主要由矢量和柵格數(shù)據(jù)構(gòu)成,研究和挖掘多源數(shù)據(jù)集成應(yīng)用可極大豐富平臺數(shù)據(jù)內(nèi)容,提升公共服務(wù)平臺的社會服務(wù)能力。

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