SuperMap平臺下綜合地理信息保障云服務系統(tǒng)建設

顧華奇，梅承華，廖明偉

(1. 江西省測繪地理信息工程技術研究中心，江西 南昌 330209； 2. 江西省基礎地理信息中心，江西 南昌 330209； 3. 南昌市測繪勘察研究院，江西 南昌 330038)

近些年來，我國各類突發(fā)公共事件與自然災害頻繁發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計，江西省平均每年因災害造成的直接經(jīng)濟損失高達80～120億元，占全省GDP的5%～8%;突發(fā)公共事件給人民生命和財產(chǎn)帶來重大損失，嚴重影響江西省的國民經(jīng)濟全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展,為了提高自然災害綜合防御能力和對各類突發(fā)公共事件的快速處理能力，建設江西省綜合地理信息保障服務系統(tǒng)勢在必行。依托地理信息公共平臺支撐系統(tǒng)和綜合數(shù)據(jù)庫建立江西省主要職能部門聯(lián)合執(zhí)法服務系統(tǒng)及公安、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、環(huán)保、國土、商務等部門的專題服務系統(tǒng)，提升自然災害綜合防御能力和對各類突發(fā)公共事件的快速處理能力顯得十分必要。

1 系統(tǒng)總體設計

1.1 系統(tǒng)目標設計

本系統(tǒng)以江西省地理信息公共服務平臺為依托，利用云計算技術實現(xiàn)對江西省突發(fā)事件和自然災害的智能預警、快速處置突發(fā)事件等服務，為實時預測事故、消除隱患、分析形勢和及時決策提供服務。

1.2 系統(tǒng)總體架構設計

本系統(tǒng)依托跨平臺GIS內(nèi)核的云GIS應用服務器SuperMapiServer 8C搭建而成，把握“以地理信息為中心”原則，整合和廣泛關聯(lián)各種保障服務業(yè)務數(shù)據(jù)及在線信息，建立多時相、高精度、高時空分辨率、多層次的江西省綜合保障地理信息數(shù)據(jù)庫，具有二三維一體化的服務發(fā)布、管理與聚合功能，開發(fā)多層次的保障服務功能，采用面向服務的地理信息共享方式，在SuperMapiServer 8C[3]的基礎上構建基于SOA[4]的綜合地理信息保障服務專有云系統(tǒng)，實現(xiàn)江西省綜合地理信息保障服務系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集、維護、發(fā)布、查詢、展現(xiàn)、統(tǒng)計、分析、應急指揮等功能。整個系統(tǒng)邏輯架構主要包括4個層次：數(shù)據(jù)資源層、基礎設施層、GIS平臺層及門戶應用層，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源構架

數(shù)據(jù)資源主要是1∶10 000、1∶5000、1∶2000、1∶1000、1∶500基礎地理數(shù)據(jù)及公安、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、環(huán)保、國土、商務、地震、衛(wèi)生、氣象等部門的國情普查及相關的專題數(shù)據(jù)，在這些已建成的基礎地理空間數(shù)據(jù)庫基礎上，通過數(shù)據(jù)擴充，添加時間屬性及數(shù)據(jù)重組實現(xiàn)從基礎地理信息數(shù)據(jù)到時空信息數(shù)據(jù)的升級。完善基礎地理空間庫和專題業(yè)務庫，建立具有時空特征的數(shù)據(jù)資源體系，包括數(shù)據(jù)歷史版本等信息。數(shù)據(jù)資源總體架構如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)資源總體架構

1.4 系統(tǒng)基礎設施層設計

本系統(tǒng)的云架構GIS平臺層是整個系統(tǒng)的核心部分，是所有用戶訪問資源的平臺，對整個系統(tǒng)的建設和日常運行至關重要。如圖3所示，它依托于底層IT基礎設施，對外提供穩(wěn)定的GIS平臺能力?；A設施層設計包括以下內(nèi)容：

圖3 云架構GIS平臺

1.4.1 計算池規(guī)劃設計

(1) 將現(xiàn)有的刀片服務器進行底層虛擬化，建立數(shù)據(jù)中心，其中一臺機器規(guī)劃創(chuàng)建6臺虛擬機，滿足管理端的計算需求。

(2) 另外兩臺物理機進行虛擬化，建立標準的GIS服務器資源池。

(3) 后期根據(jù)需要對計算性能需求的差異化，建設高并發(fā)資源池、高計算資源池以及應用資源池。

1.4.2 網(wǎng)絡架構設計

網(wǎng)絡條件依托于現(xiàn)有環(huán)境，主要是與網(wǎng)絡相關的網(wǎng)絡設備，根據(jù)服務器的配置，每臺主機配置4～6塊千兆網(wǎng)卡，每塊兩個網(wǎng)口。

1.5 綜合地理信息保障服務系統(tǒng)技術架構設計

GIS平臺層采用先進的云計算架構支撐整個系統(tǒng)的用戶訪問。通過VMWare虛擬化解決方案構建整個平臺硬件設施虛擬化資源池，采用vCloud Director搭建云計算資源調(diào)度和管理基礎設施，在此基礎IT架構下，部署SuperMap云管理系統(tǒng)軟件，實現(xiàn)GIS計算資源接受云環(huán)境的調(diào)度和管理。

1.6 綜合地理信息保障服務能力設計

綜合地理信息保障服務系統(tǒng)平臺能夠生動、直觀、多維地反映利用文字、數(shù)字、圖表無法準確表達的地圖信息，系統(tǒng)中的資源、環(huán)境、人口、地質(zhì)災害等專題信息服務與基礎地理信息結合，有利于及時預測、預防災情，能夠顯著提高災情應急響應速度、處置能力和災后恢復重建能力。系統(tǒng)提供的服務包括：二維/三維地圖服務、要素服務、GIS功能服務、路徑分析服務[5]、影像服務、目錄服務、資源服務以及其他OGC服務等，具體如圖4所示。

圖4 GIS平臺服務類型

系統(tǒng)提供的這些綜合地理信息保障服務基于后臺SuperMap GIS資源，建立相應的對應關系，當后臺資源更新時，服務能夠自動更新，并且提供統(tǒng)一的調(diào)用接口。

1.7 綜合地理信息保障服務系統(tǒng)運維管理設計

云端運維管理系統(tǒng)通過整合GIS平臺管理功能和底層云計算基礎設施調(diào)度功能，實現(xiàn)對系統(tǒng)的資源監(jiān)控、資源管理、身份認證等功能。平臺即可以按需提供GIS站點，而站點所消耗的硬件資源可以自動依據(jù)前段用戶訪問情況進行彈性調(diào)整。

1.8 綜合地理信息保障服務系統(tǒng)門戶應用層設計

門戶應用層是在GIS平臺層基礎上搭建的成熟的SaaS應用以及對綜合地理信息保障服務業(yè)務應用系統(tǒng)整合、支撐的架構層，是本系統(tǒng)資源匯集與共享協(xié)同的中心，基于云計算技術的GIS門戶平臺，實現(xiàn)了對地圖、服務、應用、數(shù)據(jù)等各種綜合地理信息保障服務資源的整合和統(tǒng)一管理，提供多種方式快速對目標資源進行定位、應急保障服務，利用整合的資源進行協(xié)同創(chuàng)作與分享。通過與 SuperMap iServer的組合，實現(xiàn)虛擬化平臺下的分發(fā)、部署、遷移和管理，可以協(xié)助快速開發(fā)江西省綜合地理信息保障服務系統(tǒng)云門戶，其詳細設計架構如圖所示。

圖5 系統(tǒng)功能結構

1.9 江西省綜合地理信息保障服務系統(tǒng)云門戶詳細功能

1.9.1 江西省綜合地理信息保障信息維護管理

基本信息包括：江西省整體概況，包括概況視頻、人口信息、社會綜合管理相關信息等其他信息[6]、江西省鄱陽湖區(qū)域重大權屬爭議、江西省鄱陽湖區(qū)域曾發(fā)案(事)件、江西省鄱陽湖區(qū)域當前存在隱患地理位置、分布、內(nèi)容等數(shù)據(jù)。

1.9.2 綜合管理功能

該模塊主要是為加強江西省主要職能部門執(zhí)法能力建設，建立健全聯(lián)合執(zhí)法機制，提高社會管理科學化水平的客觀要求。對公安、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、環(huán)保、國土、商務、地震、衛(wèi)生、氣象等各類信息進行分類管理并在電子地圖上進行區(qū)域定位，用戶查看其地理位置以及詳細的業(yè)務信息，已經(jīng)采取的相關應急保障措施。

1.9.3 實時監(jiān)控功能

鄱陽湖區(qū)域水位與面積的動態(tài)監(jiān)控如圖6所示。

圖6 鄱陽湖區(qū)域水位與面積的動態(tài)監(jiān)控

1.9.4 實時GPS動態(tài)監(jiān)測

GPS動態(tài)監(jiān)測如圖7所示。

圖7 GPS動態(tài)監(jiān)測

1.9.5 應急指揮決策模塊

(1) 突發(fā)事件監(jiān)控調(diào)度。為了快速響應解決突發(fā)事件，快速抵達事發(fā)現(xiàn)場，系統(tǒng)還提供分析調(diào)度的功能(如圖8所示)。

(2) 環(huán)境監(jiān)測快速響應。主要是針對水污染監(jiān)測，并做出快速響應。如某區(qū)域發(fā)生船只油污泄露，可根據(jù)泄露規(guī)模，以該區(qū)域為中心建立水域污染緩沖區(qū)，以供相關部門快速處理。

圖8 突發(fā)事件調(diào)度

(3) 環(huán)保專題圖顯示。系統(tǒng)能夠疊加環(huán)保專題圖件，如等值線、面圖，柱狀專題圖或等級專題圖等，同時對歷年某事件或多事件，按地區(qū)進行專題統(tǒng)計分析，主要是柱狀專題圖或等級專題圖。

(4) 環(huán)保事件態(tài)勢跟蹤?？梢詮臅r間維度上描述整個環(huán)保事件的發(fā)生、變化和影響，操作者可以干預展播的進度、播放狀態(tài)(開始、暫停、停止)和展播內(nèi)容的開關，展播內(nèi)容主要是該事件的媒體文件，如視頻、文本和圖片。

(5) 應急指揮地圖快速打印。實現(xiàn)對當前視窗范圍內(nèi)地圖的打印，設置好相應的打印標題和子標題，即可將應急人員制定好的應急決策地圖打印出來。

(6) 用戶管理模塊。用戶管理主要包括角色管理和權限管理，如圖9所示。

圖9 用戶管理

2 系統(tǒng)關鍵技術

系統(tǒng)采用基于跨平臺、二三維一體化、云端一體化三大技術體系的SuperMap GIS 8C地理信息平臺進行開發(fā),提升江西省綜合地理信息保障服務系統(tǒng)的服務能力; 基于SuperMap GIS 8C豐富的PC端、Web端、移動端產(chǎn)品與開發(fā)包，開發(fā)強云富端、互聯(lián)互享、安全穩(wěn)定、靈活可靠的多種跨平臺的客戶端以對接云GIS服務平臺；運用三維仿真技術、多媒體技術等高新技術手段，構建更加絢麗和實用的真三維應用。

B/S端采用SuperMap iClient for HTML5開發(fā),C/S端采用Visual Studio2015和iDesktop 8C進行插件式開發(fā),移動端 采用HTML+CSS+avaScript技術開發(fā)。

2.1 虛擬化技術

虛擬化技術是實現(xiàn)云架構平臺的關鍵技術之一。服務器虛擬化技術可以將物理資源等底層架構進行抽象，使得設備的差異和兼容性對上層應用透明，從而允許云對底層千差萬別的資源進行統(tǒng)一管理。

2.2 面向服務架構技術

面向服務架構是一種IT架構設計模式，通過這種設計，用戶可以快速創(chuàng)建適合自己的商業(yè)應用，并通過流程管理技術來加速業(yè)務的處理，促進業(yè)務的創(chuàng)新。面向服務架構還可以為用戶屏蔽掉運行平臺及數(shù)據(jù)來源上的差異，從而使得IT系統(tǒng)能夠以一種統(tǒng)一的方式提供服務。

2.3 標準OGC服務支持

系統(tǒng)提供標準OGC服務，OGC定義了幾種服務類型，致力于服務不同類型的數(shù)據(jù)和地圖，在搭建應用系統(tǒng)中，常用的幾種類型OGC服務有：Web Map Service(WMS)，服務于地圖圖像的圖層集合；Web Map Tile Service(WMTS)，服務于緩存地圖切片的地圖圖層；Web Feature Service(WFS)，服務于矢量要素的數(shù)據(jù)；Web Coverage Service(WCS)，服務于柵格數(shù)據(jù)；Web Processing Service(WPS)，服務于地理空間處理。

2.4 GIS服務彈性調(diào)整

基于網(wǎng)狀集群結構管理GIS 服務，是實現(xiàn)云架構下GIS服務彈性調(diào)整的關鍵技術，結構如圖10所示。

圖10 GIS服務彈性調(diào)整結構

用戶請求發(fā)送到Web Server(Adapter)，Web Server根據(jù)Cluster中各個GIS Server的運行狀態(tài)，動態(tài)的分發(fā)請求，接收請求消息的GIS Server機器完成相應的處理任務。當Web Server或所有的GIS Server都處于繁忙狀態(tài)時，平臺自動管理系統(tǒng)會開啟新的虛擬機，加載預定義的模板鏡像，增加新的節(jié)點，以響應當前的用戶請求，提升處理能力。隨著訪問用戶數(shù)下降，更多的GIS Server服務器處于閑置狀態(tài)，平臺自動管理系統(tǒng)根據(jù)設定的資源回收機制，動態(tài)關閉虛擬機，釋放資源，減少能耗。

2.5 金字塔圖片服務引擎與GIS功能服務引擎一體化集成與聯(lián)動[8]

運用多級智能緩存技術研發(fā)金字塔圖片引擎，實現(xiàn)金字塔圖片服務引擎與GIS功能服務一體化集成與聯(lián)動，有效解決圖片服務引擎無法進行深度GIS功能分析的難題。

3 結 語

本文就江西省綜合地理信息保障服務系統(tǒng)基于全新架構的新一代云端一體化架構設計，創(chuàng)新平臺服務架構，構建地理空間信息服務總線，提出多層次、多級別的服務模式。系統(tǒng)基于跨平臺、二三維一體化、云端一體化三大技術體系，提供功能強大的云GIS門戶平臺、GIS應用服務器與GIS分發(fā)服務器，以及豐富的PC端、Web端、移動端產(chǎn)品與開發(fā)包，強云富端、互聯(lián)互享、安全穩(wěn)定、靈活可靠的GIS系統(tǒng)，研發(fā)了地理編碼與匹配技術，形成一個統(tǒng)一的、標準的、復合的、多源的空間信息服務體系，為社會管理提供綜合地理信息保障服務平臺。

參考文獻：

[1] SuperMap.SuperMap GIS TC(2015)產(chǎn)品概述[EB/OL].[2017-08-03].http:∥www.supermap.com.cn/html/Software.html.

[2] 田彥,張猛.基于WEBVR和RIA技術的三維虛擬社區(qū)研究與應用[J].電腦知識與技術，2011,7(20):4988-4990.

[3] SuperMap技術資源中心.iServer簡介[EB/OL].[2017-08-05].http:∥support.supermap.com.cn/product/iServer.aspx.

[4] 劉敏,嚴雋薇.基于面向服務架構的企業(yè)間業(yè)務協(xié)同服務平臺及技術研究[J].計算機集成制造系統(tǒng),2008,14(2):306-314.

[5] 朱耿青,陳崇成,唐麗玉,等.三維最短路徑分析算法的實現(xiàn)及其可視化[J].計算機工程與應用，2007,43(33):105-107.

[6] 司存瑞,蘇秋萍.數(shù)據(jù)信息動態(tài)生成圖表的方法[J].現(xiàn)代電子技術,2005,28(21):65-67.

[7] 嚴俊.基于ArcGIS金字塔模型按區(qū)域取圖的算法設計與實現(xiàn)[J].電腦編程技巧與維護,2012(14):118-120.

[8] 李京偉.關于“天地圖”合作建設與商業(yè)運營模式的思考[J].地理信息世界 ,2011(4):33-34.

[9] 蔣學文,代勁,宋娟.基于MVC模式的WebGIS架構設計[J].重慶郵電大學學報(自然科學版),2010,22(3):365-370.

[10] 廖通逵，李琦，殷崎棟，等.基于服務總線的空間信息服務集成技術研究[J].遙感信息,2010(4):105-111.

[11] 江洲，李琦.地理編碼(Geocoding)的應用研究[J].地理與地理信息科學,2003,19(3):22-25.