基于智慧城市的測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

侯祥意 馮振儉 梁正鑫 范昆飛

【摘 要】地理空間數(shù)據(jù)是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為了解決南寧市測繪生產(chǎn)單位不能實(shí)時將測繪成果轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系的問題，文章基于南寧市權(quán)威、統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型和似大地水準(zhǔn)面精化模型，利用Web Service技術(shù)、中間件技術(shù)、地理信息技術(shù)，設(shè)計與實(shí)現(xiàn)了面向測繪資質(zhì)單位的南寧市測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺，提供包括CORS賬號申請、文本坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、圖形坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、似大地水準(zhǔn)面轉(zhuǎn)換、控制點(diǎn)查詢等服務(wù)功能，取得良好的成效。

【關(guān)鍵詞】智慧城市；測繪基準(zhǔn)服務(wù)；2000坐標(biāo)轉(zhuǎn)換；平臺

【中圖分類號】P226 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2018）07-0024-03

0 引言

智慧城市是當(dāng)前城市發(fā)展的方向，為城市規(guī)劃、自然資源管理、基于位置的服務(wù)、城市安全應(yīng)急響應(yīng)等創(chuàng)造了條件，是大數(shù)據(jù)時代城市智能發(fā)展的重要手段。地理空間數(shù)據(jù)是智慧城市建設(shè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，只有在統(tǒng)一坐標(biāo)基準(zhǔn)的地理空間數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，才能為智慧城市提供智慧規(guī)劃、智慧出行、智慧決策等基于空間位置的準(zhǔn)確的智慧化服務(wù)[1]。為此，國家測繪局宣布，2008年7月1日正式啟用2000國家大地坐標(biāo)系（簡稱CGCS2000）。CGCS2000是國家GPS大地控制網(wǎng)和全國天文大地網(wǎng)及空間大地網(wǎng)聯(lián)合平差建立的我國新一代地心坐標(biāo)系，具有三維、高精度、動態(tài)等特點(diǎn)，能更好地滿足各領(lǐng)域業(yè)務(wù)工作需要，更好地為經(jīng)濟(jì)建設(shè)、社會公眾服務(wù)[2]。

由于歷史原因，各測繪數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位的數(shù)據(jù)主要采用1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系，因此需要轉(zhuǎn)換到2000國家大地坐標(biāo)系。然而由于轉(zhuǎn)換參數(shù)保密要求、技術(shù)壁壘等原因，很多地方的坐標(biāo)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換參數(shù)與轉(zhuǎn)換技術(shù)只掌握在相關(guān)職能單位，而且只能在單位局域網(wǎng)特定環(huán)境進(jìn)行轉(zhuǎn)換?；谶@一現(xiàn)狀，一些小型測繪公司采用網(wǎng)上下載未經(jīng)權(quán)威驗證的測繪工具進(jìn)行轉(zhuǎn)換或自行平移轉(zhuǎn)換，致使轉(zhuǎn)換成果精度無法保障，轉(zhuǎn)換質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重影響了測繪成果的共享應(yīng)用。

為此，南寧市在2015年開展了“南寧市2000國家大地坐標(biāo)系推廣應(yīng)用項目”，建立了全市權(quán)威、統(tǒng)一的坐標(biāo)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換模型和似大地水準(zhǔn)面精化模型。本文基于該轉(zhuǎn)換模型，嘗試?yán)糜嬎銠C(jī)技術(shù)、地理信息技術(shù)，設(shè)計參數(shù)加密方案，建設(shè)南寧市測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺，為相關(guān)用戶提供坐標(biāo)基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換、似大地水準(zhǔn)面精化等測繪基準(zhǔn)服務(wù)。

1 系統(tǒng)設(shè)計

1.1 平臺總體框架

平臺軟件系統(tǒng)采用4層體系結(jié)構(gòu)設(shè)計，從下到上依次為支撐環(huán)境層、數(shù)據(jù)庫層、平臺層、用戶層[3]。

總體框架如圖1所示。

（1）支撐環(huán)境層。最底層為運(yùn)行支撐環(huán)境，包括硬件設(shè)施、軟件設(shè)施、安全設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，軟件設(shè)施包括平臺、軟件、防火墻、殺毒軟件等，安全設(shè)施包括安全審計網(wǎng)關(guān)、漏洞掃描、入侵檢測及防御設(shè)備、網(wǎng)頁防篡改系統(tǒng)等。

（2）數(shù)據(jù)庫層。數(shù)據(jù)庫層分外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、專網(wǎng)數(shù)據(jù)庫、內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫，3個庫之間物理隔離。外網(wǎng)數(shù)據(jù)庫主要存儲訪問用戶信息、授權(quán)信息、上傳待轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)、轉(zhuǎn)換成果；專網(wǎng)數(shù)據(jù)庫主要存儲經(jīng)過加密后的虛擬轉(zhuǎn)換參數(shù)、用戶信息、轉(zhuǎn)換元數(shù)據(jù)、模型控制范圍圖、鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍圖；內(nèi)網(wǎng)數(shù)據(jù)庫主要存儲經(jīng)過加密后的虛擬轉(zhuǎn)換參數(shù)、模型控制范圍圖、鄉(xiāng)鎮(zhèn)范圍圖。這3個數(shù)據(jù)庫都有相應(yīng)的訪問審計、權(quán)限控制策略。

（3）平臺層。測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺層實(shí)現(xiàn)注冊申請、單點(diǎn)轉(zhuǎn)換、高程轉(zhuǎn)換、文本文件轉(zhuǎn)換、控制點(diǎn)查詢、GIS數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等功能，這些功能的實(shí)現(xiàn)依賴于權(quán)限管理、范圍控制、加密管理、日志記錄模塊。

（4）用戶層。最上層為用戶層，主要分為公眾用戶、各委辦局用戶、國土用戶3類，公眾用戶通過互聯(lián)網(wǎng)訪問測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺獲取服務(wù)，主要為B/S模式；各委辦局用戶通過電子政務(wù)專網(wǎng)訪問測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺獲取服務(wù)，主要為B/S模式；國土用戶通過國土部門局域網(wǎng)調(diào)用測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺API獲取服務(wù)，主要為C/S模式。

1.2 平臺功能設(shè)計

平臺的總體功能結(jié)構(gòu)主要包括CORS站點(diǎn)查詢、控制點(diǎn)查詢、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、似大地水準(zhǔn)面精化及系統(tǒng)管理5個部分。

平臺軟件系統(tǒng)總體功能架構(gòu)如圖2所示。{1}CORS站點(diǎn)查詢。實(shí)時位置查詢：查詢現(xiàn)有南寧市CORS站點(diǎn)坐標(biāo)位置、站點(diǎn)類型、站點(diǎn)名稱、站點(diǎn)在建情況[4]。{2}控制點(diǎn)查詢。C級GPS控制點(diǎn)查詢：查詢南寧市C級GPS控制點(diǎn)坐標(biāo)位置。{3}坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。單點(diǎn)轉(zhuǎn)換：支持多種類型格式的單個坐標(biāo)點(diǎn)在1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、CGCS2000 3種坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換。多點(diǎn)轉(zhuǎn)換：支持多種類型格式的多點(diǎn)坐標(biāo)數(shù)據(jù)在1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、CGCS2000 3種坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換。文件轉(zhuǎn)換：支持dxf、Shapefile格式的文件數(shù)據(jù)在1954年北京坐標(biāo)系、1980西安坐標(biāo)系、CGCS2000 3種坐標(biāo)系間的相互轉(zhuǎn)換。{4}似大地水準(zhǔn)面精化。高程轉(zhuǎn)換：支持多種格式的大地高程數(shù)據(jù)向正常高程轉(zhuǎn)換。{5}系統(tǒng)管理。用戶管理：管理平臺用戶的注冊信息。服務(wù)管理：管理平臺的地圖服務(wù)、坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)、查詢定位服務(wù)、水準(zhǔn)面精化服務(wù)等。用戶服務(wù)管理：管理用戶的使用服務(wù)權(quán)限。轉(zhuǎn)換區(qū)域?qū)徍耍汗芾碛脩舻淖鴺?biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)使用區(qū)域范圍。資源管理：管理平臺可供下載的資源服務(wù)。坐標(biāo)轉(zhuǎn)換記錄：記錄用戶使用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)的用戶名稱、轉(zhuǎn)換類型、源坐標(biāo)、目標(biāo)坐標(biāo)、轉(zhuǎn)換時間等。文件轉(zhuǎn)換記錄：記錄用戶使用文件轉(zhuǎn)換服務(wù)的用戶名稱、文件名稱、文件路徑、上傳時間、轉(zhuǎn)換時間、狀態(tài)等。系統(tǒng)日志：記錄用戶登錄時間、登錄IP、用戶名、操作內(nèi)容等。

1.3 轉(zhuǎn)換服務(wù)中間件設(shè)計

轉(zhuǎn)換服務(wù)是平臺軟件部分的核心模塊，采用中間件的模式進(jìn)行構(gòu)造。中間件位于數(shù)據(jù)庫層和平臺客戶層之間，向上接受各類客戶端的服務(wù)請求，向下對數(shù)據(jù)庫發(fā)出查詢請求并接受查詢的數(shù)據(jù)交換接口[5]。避免了客戶端直接訪問數(shù)據(jù)庫，總架構(gòu)上確保了數(shù)據(jù)的安全。

轉(zhuǎn)換服務(wù)中間件體系結(jié)構(gòu)主要分為調(diào)度處理、轉(zhuǎn)換處理、轉(zhuǎn)換模型調(diào)度、數(shù)據(jù)訪問4個部分，其體系結(jié)構(gòu)如圖3所示。{1}調(diào)度處理。這是整個系統(tǒng)事務(wù)的調(diào)度中心，直接面向用戶，用戶通過調(diào)度中心接入中間件。調(diào)度處理中心包含了用戶權(quán)限管理、范圍控制、加密狗寫入、加密管理等功能。調(diào)度處理中心首先核查用戶的權(quán)限，根據(jù)用戶的權(quán)限、用戶服務(wù)范圍控制請求解析轉(zhuǎn)換模型處理用戶請求。{2}轉(zhuǎn)換處理。轉(zhuǎn)換處理主要為用戶提供測繪基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換服務(wù)，主要包含單點(diǎn)轉(zhuǎn)換、多點(diǎn)轉(zhuǎn)換、文本文件轉(zhuǎn)換、矢量柵格數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)換等。轉(zhuǎn)換處理中心根據(jù)用戶的服務(wù)請求，調(diào)度相應(yīng)的轉(zhuǎn)換模型為用戶提供相應(yīng)的服務(wù)。{3}轉(zhuǎn)換模型調(diào)度。轉(zhuǎn)換模型調(diào)度為系統(tǒng)的核心部分，主要包含坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型解析和似大地水準(zhǔn)面精化模型解析2個部分。轉(zhuǎn)換模型調(diào)度中心根據(jù)用戶的轉(zhuǎn)換請求，調(diào)度數(shù)據(jù)訪問中心來獲取轉(zhuǎn)換參數(shù)，再通過模型解析處理用戶請求，最后經(jīng)轉(zhuǎn)換處理中心處理完成用戶請求。{4}數(shù)據(jù)訪問。數(shù)據(jù)訪問中心主要由數(shù)據(jù)訪問引擎和數(shù)據(jù)訪問適配器構(gòu)成。數(shù)據(jù)訪問中心根據(jù)上一層應(yīng)用的不同請求，通過數(shù)據(jù)訪問引擎，調(diào)用相應(yīng)的適配器，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行增刪查改的操作。

2 平臺開發(fā)與實(shí)現(xiàn)

2.1 平臺實(shí)現(xiàn)技術(shù)

平臺采用B/S、C/S的混合架構(gòu)，基于.NetFramework4.0框架。B/S平臺網(wǎng)站采用Web Service服務(wù)、MVC方式開發(fā)，數(shù)據(jù)庫采用Sql Server 2014；文件轉(zhuǎn)換服務(wù)部分基于ArcE-

ngine10.2.2，采用C/S架構(gòu)開發(fā)，部署在服務(wù)器后臺。部分轉(zhuǎn)換偽參數(shù)和轉(zhuǎn)換控制范圍圖形存儲于Oracle 11g。開發(fā)平臺均采用Microsoft Visual Studio 2015，開發(fā)語言為C#。

2.2 參數(shù)加密存儲

坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型參數(shù)和似大地水準(zhǔn)面模型參數(shù)保密要求高，為了確保參數(shù)的安全，平臺使用“參數(shù)變換法”的方式進(jìn)行加密存儲，即通過設(shè)計參數(shù)加密算法對真實(shí)轉(zhuǎn)換參數(shù)進(jìn)行加密，將加密后的一部分參數(shù)存儲在Oracle 11g數(shù)據(jù)庫中，另一部分參數(shù)存儲在加密狗中，通過硬件地址綁定[6]。服務(wù)端的服務(wù)接口讀取數(shù)據(jù)庫和加密狗的虛擬參數(shù)后，通過非線性反函數(shù)運(yùn)算得到真實(shí)參數(shù)進(jìn)行模型轉(zhuǎn)換計算。避免了參數(shù)直接存儲和客戶端對轉(zhuǎn)換參數(shù)的直接訪問，大大提高了參數(shù)的安全性，從而達(dá)到保密要求。加密存儲原理如圖4所示。

2.3 平臺運(yùn)行成效

平臺的開發(fā)嚴(yán)格遵守軟件工程的要求，先后完成了需求調(diào)研、軟件開發(fā)、系統(tǒng)測試、用戶培訓(xùn)等工作，經(jīng)南寧市人民政府下文，于2016年4月1日正式上線啟用（www.nncors.cn）[7]。經(jīng)過2年多的在線穩(wěn)定運(yùn)行，平臺免費(fèi)為政府各部門、企事業(yè)單位提供CORS賬號480余個，累計完成點(diǎn)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換12.5萬余個、圖形文件轉(zhuǎn)換1 340余幅，免費(fèi)為全市400多個重大項目測繪成果提供了坐標(biāo)轉(zhuǎn)換服務(wù)。

平臺的上線，推進(jìn)了2000國家大地坐標(biāo)系的推廣應(yīng)用步伐，結(jié)束了南寧市沒有權(quán)威、統(tǒng)一的測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺的歷史，為南寧市智慧城市空間數(shù)據(jù)的統(tǒng)一坐標(biāo)基準(zhǔn)奠定了堅實(shí)的基礎(chǔ)。此外，在西南區(qū)域，南寧市是首個建成市級測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺的省會城市。平臺部分運(yùn)行效果圖如圖5所示。

3 結(jié)語

本文提出了利用Web Service技術(shù)、中間件技術(shù)、地理信息技術(shù)構(gòu)建在線測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺的思路，為測繪資質(zhì)單位提供便捷、權(quán)威、統(tǒng)一、無償?shù)臏y繪基準(zhǔn)服務(wù)。對于保密要求高的轉(zhuǎn)換參數(shù)，提出了采用參數(shù)變換法計算偽參數(shù)，并將偽參數(shù)分兩部分存儲的方式達(dá)到參數(shù)保密的要求。通過平臺的實(shí)現(xiàn)運(yùn)行，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，為智慧城市空間數(shù)據(jù)的建設(shè)應(yīng)用提供了基礎(chǔ)測繪服務(wù)支持。實(shí)踐證明，只有通過構(gòu)建在線測繪基準(zhǔn)服務(wù)平臺，才能更好地滿足各類測繪數(shù)據(jù)生產(chǎn)單位的測繪服務(wù)需求，對2000國家大地坐標(biāo)系的推廣應(yīng)用至關(guān)重要。

參 考 文 獻(xiàn)

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[7]南寧市人民政府.南寧市人民政府關(guān)于發(fā)布我市2000國家大地坐標(biāo)系基準(zhǔn)框架的通告[EB/OL].http：//www.nanning.gov.cn/Government/jcxxgk/zcwj/bjwj/whfl/zxwj/201605/t20160509_605907.html，2016-03-23.

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