基于GISCloud云計算框架的面向時空信息數(shù)據(jù)大數(shù)據(jù)平臺的設計

劉福剛

（淮南聯(lián)合大學，安徽 淮南 232001）

建立像Azure這樣擴展性的框架，可以實現(xiàn)輕量化的數(shù)據(jù)服務，人們可以從網(wǎng)頁客戶端實現(xiàn)對信息的訪問和發(fā)送等，與購買硬件相比，直接與網(wǎng)絡連接會比較容易，而且利用云計算可以實現(xiàn)最大程度上的信息管理，建立無障礙的信息系統(tǒng)，從而實現(xiàn)一系列的系統(tǒng)功能等[1].地理信息系統(tǒng)就是利用GIS給目標用戶提供時間和空間的數(shù)據(jù)屬性，利用時空標識可以實現(xiàn)關(guān)鍵數(shù)據(jù)的獲取.地理信息系統(tǒng)（GIS）就是收集各種地理信息數(shù)據(jù)進行處理，來實現(xiàn)服務，它是一種時空數(shù)據(jù)處理，對象需要具有空間和時間的特性.

1 時空信息和大數(shù)據(jù)技術(shù)

大數(shù)據(jù)的發(fā)展為時空地理信息的標識提供了新的發(fā)展方向，該技術(shù)具有顯著的3個特征，其中有：高速性、規(guī)模性、多樣性.處理大數(shù)據(jù)，其實就是利用軟件和工具，通過建構(gòu)的大數(shù)據(jù)實現(xiàn)分析、收取、收取、集成等功能.時空信息數(shù)據(jù)它包含了大數(shù)據(jù)所有的功能，它是針對特定的數(shù)據(jù)領(lǐng)域的集合.這種技術(shù)還需要依賴大數(shù)據(jù)技術(shù)，在數(shù)據(jù)平臺上設計.時空信息數(shù)據(jù)云平臺的建立，就是在原有的工作平臺上，構(gòu)建一個時空數(shù)據(jù)處理平臺（GISBDPlatform），通過大數(shù)據(jù)對各種資源進行整合，主要在物理載體基礎(chǔ)上實現(xiàn)高效的時空數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對資源的高效整合和共享[2].

2 GISBDPlatform大數(shù)據(jù)平臺的設計

2.1 GISBDPlatform架構(gòu)的設計

GISBDPlatform是一種面向多源異構(gòu)形式的地理數(shù)據(jù)，它可以實現(xiàn)動態(tài)更新數(shù)據(jù)，連接共享，實現(xiàn)接收信息等.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的設計需要經(jīng)過抽取、清洗、融合等方式來處理，實際的應用要根據(jù)需求到中心數(shù)據(jù)中提取.

GISBDPlatform核心的功能就是地理時空標識數(shù)據(jù)集群，包括共享數(shù)據(jù)集與核心數(shù)據(jù)集.地理時空信息是處理空間地理數(shù)據(jù)的，它將來自不同渠道的資源進行整合，為系統(tǒng)提供資源數(shù)據(jù).時空數(shù)據(jù)有交換數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、動態(tài)實時傳感器、非空間數(shù)據(jù)等組成.凡是時空數(shù)據(jù)都是對向上層系統(tǒng)進行服務[3].

GISBDPlatform的分層設計框架：

（1）資源層中包括：儲存資源池、計算資源池、網(wǎng)絡資源池等3個部分.這里所有的資源都是利用虛擬化將其整合在一起，從而實現(xiàn)資源服務.資源層主要包括計算、儲存資源、計算資源等服務，還有就是基礎(chǔ)性的硬件與基礎(chǔ)硬件上的軟件系統(tǒng)等.對于虛擬化的資源，則是建立在GISCloud服務平臺上的.而GISCloud則是在虛擬化層對所有資源進行虛擬化，并封裝在GISBDPlatform資源服務中.

（2）服務層是由時空數(shù)據(jù)共享、時空功能信息服務兩個重要的子系統(tǒng)組成，主要是為業(yè)務邏輯、平臺支撐、應用請求等提供服務，在時空信息系統(tǒng)中尋找數(shù)據(jù)，進行分析、集成、定制、共享、整理、管理等實際操作.時空信息實現(xiàn)公共的服務，是在共享數(shù)據(jù)集中實現(xiàn)信息服務，它的服務是面向公眾平臺的.該層系統(tǒng)和服務接口連接，可以對應用數(shù)據(jù)和業(yè)務數(shù)據(jù)進行封裝，在統(tǒng)一的接口上實現(xiàn)對上層數(shù)據(jù)的服務.時空信息共享系統(tǒng)對于相關(guān)業(yè)務和平臺提供數(shù)據(jù)的交換和共享的子系統(tǒng)，它是在地理信息數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上實現(xiàn)對各關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)、中心層進行服務.

（3）應用層就是面向?qū)ο螅汗姾陀脩?這個系統(tǒng)是在GISBDPlatform層獲取資源和服務，給用戶提供準確的地理信息.GISBDPlatform數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)是由系統(tǒng)進行管理和控制.而與云計算相關(guān)的則是GIS系統(tǒng)中的服務[4].

2.2 云平臺基礎(chǔ)設計

云計算是多個服務器組成的具有相同邏輯的云實現(xiàn)資源的計算，從而提供高效的資源分配和安全.首先將底層硬件信息進行抽象化，再給上層進行計算和保存資源，云計算對這些數(shù)據(jù)進行統(tǒng)一的管理，對于底層基礎(chǔ)設施采取屏蔽，對上層用戶則是透明的，這樣可以保證資源使用的高效性.它就是利用GISBDPlatform云平臺實現(xiàn)設計目標.

GISCloud就是對主要資源進行整合和提供服務，GISBDPlatform是在GISCloud基礎(chǔ)上建立的，為系統(tǒng)提供一個合理的環(huán)境，實現(xiàn)個性化的服務對應用層和用戶.

GISCloud應用平臺是建立在GIS服務平臺上的，具有GIS服務功能.GIS系統(tǒng)可以服務管理設施和平臺等，同時也能提供接口給上層的應用或是用戶.GIS使用層有兩個部分的服務，一個是對面向?qū)犹峁┑腉IS服務，二是給面向?qū)犹峁┑腉IS服務.GIS層和它的子系統(tǒng)一同服務管理和上層應用，同時也實現(xiàn)云儲存、云設施、云計算、云平臺等管理和服務.

GISCloud包括GIS應用平臺和GIS服務平臺兩個體系.GIS支撐平臺的就是將底層硬件細節(jié)資源進行隔離，這樣可以保證基礎(chǔ)設施進行對外擴展服務.GIS服務平臺是在GISCloud云端建立，它可以實現(xiàn)對底層大量的數(shù)據(jù)進行儲存和計算，它可以為用戶提供計算機的服務器連接，還能提供儲存的服務器連接.底層資源是建立在異構(gòu)結(jié)構(gòu)中的，利用GIS虛擬化對服務器進行資源的儲存和計算，它具有高效可利用的邏輯組織、高的擴展性和可靠性的基礎(chǔ)資源系統(tǒng).

2.3 分層接口的設計

在GISBDPlatform系統(tǒng)中，每個層的功能都是獨立，它們是利用接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)的交互.接口的設計使用的CDMI協(xié)議.CDMI具有管理和訪問云平臺的能力，比如：獲取、刪除、產(chǎn)生等操作，這樣就打破了每層之間相互訪問的局限性.CDMI也是面向?qū)ο蠊芾?，它的對象包括：功能、域、列隊、容器等對?容器對象實現(xiàn)目錄服務，不能直接保存數(shù)值.域?qū)ο缶褪钦J證用戶真實性的方法.數(shù)據(jù)對象就是保存數(shù)值的，實現(xiàn)管理文件的功能.功能對象就是展現(xiàn)CDMI的功能，用戶可以直接獲取功能列表來得到.CDMI包括的元數(shù)據(jù)有：HTTP元數(shù)據(jù)系統(tǒng)、儲存系統(tǒng)、用戶等.不同的元數(shù)據(jù)協(xié)議也是不同的，比如：HTTP元數(shù)據(jù)則是HTTP協(xié)議.

HTTP是在ISO規(guī)范內(nèi)，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)管理、安全的認證等進行靈活的管理，同時需要獲得云儲存平臺上的認可.GISBDPlatform使用的接口是CDMI，每個層之間的數(shù)據(jù)互動非常高效且安全，同時還能在平臺上進行升級操作.

湖北省時空數(shù)據(jù)總體框架就是從基礎(chǔ)設施層逐漸對開展開的，在各個體系中都貫穿了組織管理、標準規(guī)范、政策法規(guī)、保障體系等.

（1）數(shù)據(jù)層：該層的主要資源就是空間數(shù)據(jù)庫，它是根據(jù)需求建立“一張圖”，這里就是在地理空間數(shù)據(jù)上進行建立的.它是通過煤層對公眾服務、各部門的專題進行匯集，從而實現(xiàn)涵蓋全省的，最具有權(quán)威的統(tǒng)一性數(shù)據(jù)庫，為實現(xiàn)時空數(shù)據(jù)服務打下基礎(chǔ).時空數(shù)據(jù)庫包括：調(diào)用、入庫、資源預處理、更新等一系列的數(shù)據(jù)管理流程，最終實現(xiàn)時空數(shù)據(jù)管理的功能.

（2）基礎(chǔ)設施層：該層的主要內(nèi)容有：網(wǎng)絡設施、機房環(huán)境、服務器集群等操作系統(tǒng)、硬件資源、GIS平臺、數(shù)據(jù)庫、中間件等軟件資源，是有異構(gòu)或是同構(gòu)設施資源構(gòu)成.基礎(chǔ)設施是利用虛擬化技術(shù)對數(shù)據(jù)儲存池、服務器、網(wǎng)絡資源池進行統(tǒng)一服務，使用虛擬技術(shù)對基礎(chǔ)層進行資源的有效整合，建立統(tǒng)一的整體，在通用的接口上就可以實現(xiàn)網(wǎng)絡、計算、儲存功能.

（3）應用層：它是建立在北斗時空基礎(chǔ)上，為水利廳、機要局、公安廳、農(nóng)業(yè)廳、北斗等提供用戶服務.

（4）平臺層：可以為用戶提供公共的時空數(shù)據(jù)服務平臺、實現(xiàn)時空數(shù)據(jù)的交換和共享，同時具有對各類時空信息進行管理、交換、整合、共享、集成等服務.

3 結(jié)語

綜上所述，時空信息數(shù)據(jù)是在大數(shù)據(jù)技術(shù)上建立的GISBDPlatform系統(tǒng)，其中GISBDPlatform是基礎(chǔ)的云平臺，它貫穿在數(shù)據(jù)層、應用層、資源層、服務層等，使用CDMI接口數(shù)據(jù)標準，建立一個較為完整的數(shù)據(jù)服務系統(tǒng).GISBDPlatform大數(shù)據(jù)平臺的建立，主要是以湖北省建立的時空信息數(shù)據(jù)框架進行分析，該時空數(shù)據(jù)信息處理系統(tǒng)，主要實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的處理、流轉(zhuǎn)、共享、融合膽囊管服務功能，對時空信息數(shù)據(jù)系統(tǒng)進行的升級，實現(xiàn)了時空信息數(shù)據(jù)的服務.

〔1〕 何亞文,魏海濤,杜云艷.基于云計算的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)共享平臺設計與實現(xiàn)[J].武漢大學學報(信息科學版),2016,41(10):1307-1312.

〔2〕 Wiener P,Simko V,Nimis J.Taming the Evolution of Big Data and its Technologies in BigGIS:A Conceptual Architectural Framework for Spatio-Temporal Analytics at Scale[C]//International Conference on Geographical Information Systems Theory,Applications and Management.2017.

〔3〕 張慶全,關(guān)顯明,劉恒飛.黑龍江省、市、縣三級時空信息云平臺總體框架設計[J].測繪與空間地理信息,2015,38(11):155-157.

〔4〕 Rebelo C,Rodrigues A M,Tenedório J A,et al.Building 3D City Models:Testing and Comparing Laser Scanning and Low-Cost UAV Data Using FOSS Technologies[C]//International Conference on Computational Science and Its Applications.Springer,Cham,2015:367-379.