面向國(guó)土資源管理的云服務(wù)平臺(tái)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

盧世偉

摘? ?要：本文基于國(guó)土違法用地巡查執(zhí)法和農(nóng)村土地確權(quán)登記等需求，采用面向服務(wù)思想設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一種基于“云+端”模式的移動(dòng)GIS快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提出一種分層開(kāi)發(fā)模型OS-GAL-IAL，研制出跨平臺(tái)、高性能、全自主的GIS內(nèi)核，實(shí)現(xiàn)了一套精細(xì)化、流程化、可視化、易擴(kuò)展的快速開(kāi)發(fā)框架，能幫助開(kāi)發(fā)者快速構(gòu)建業(yè)務(wù)敏捷的移動(dòng)GIS應(yīng)用系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng)GIS? WebGIS? SOA? 敏捷開(kāi)發(fā)

中圖分類(lèi)號(hào)：P208? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2019）10（c）-0158-02

用戶(hù)在移動(dòng)狀態(tài)下使用GIS的過(guò)程稱(chēng)為移動(dòng)GIS，用戶(hù)所處的環(huán)境亦稱(chēng)為“移動(dòng)計(jì)算環(huán)境”，它是一種以計(jì)算機(jī)技術(shù)為核心、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)為支撐、支持用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)快捷、方便的自由通信和共享的分布式計(jì)算環(huán)境。移動(dòng)GIS存在狹義和廣義的定義之分。狹義的移動(dòng)GIS稱(chēng)為具有桌面GIS功能的移動(dòng)終端系統(tǒng)，它是一種離線(xiàn)工作模式，不與服務(wù)器進(jìn)行交互。廣義的移動(dòng)GIS定義為一種集成系統(tǒng)，是由GPS、移動(dòng)通信、互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和GIS共同構(gòu)成的集成系統(tǒng)，它基于這些集成載體將最終的服務(wù)提供給用戶(hù)，方便用戶(hù)進(jìn)行日常信息的分析與決策。

移動(dòng)GIS作為移動(dòng)空間信息服務(wù)的基礎(chǔ)設(shè)施，其應(yīng)用領(lǐng)域非常廣泛。然而，當(dāng)前移動(dòng)GIS還面臨一些技術(shù)難題，包括空間數(shù)據(jù)量大、計(jì)算能力不足、網(wǎng)絡(luò)帶寬窄、可靠性差、軟硬件兼容性差等，導(dǎo)致移動(dòng)GIS項(xiàng)目實(shí)施面臨技術(shù)門(mén)檻高、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、實(shí)施成本高、項(xiàng)目風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題。本文以移動(dòng)GIS項(xiàng)目共性需求為導(dǎo)向，采用面向服務(wù)思想設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于“云+端”模式的移動(dòng)GIS快速開(kāi)發(fā)平臺(tái)。平臺(tái)具有跨平臺(tái)、高性能、可配置、易擴(kuò)展、支持多語(yǔ)言二次開(kāi)發(fā)等特點(diǎn)，能幫助開(kāi)發(fā)者快速構(gòu)建業(yè)務(wù)敏捷的移動(dòng)GIS應(yīng)用系統(tǒng)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1? 平臺(tái)總體架構(gòu)

經(jīng)過(guò)多年發(fā)展，GIS己從單機(jī)工具型軟件系統(tǒng)逐步走向了分布式、網(wǎng)絡(luò)化的應(yīng)用軟件平臺(tái)，從獨(dú)立GIS系統(tǒng)逐步過(guò)渡到具有高度資源整合能力和對(duì)外服務(wù)能力的服務(wù)式GIS。服務(wù)式GIS是一種面向服務(wù)軟件工程方法的GIS技術(shù)體系，它支持按照一定規(guī)范把GIS的全部功能以服務(wù)的方式發(fā)布出來(lái)，可以跨平臺(tái)、跨網(wǎng)絡(luò)、跨語(yǔ)言地被多種客戶(hù)端調(diào)用，同時(shí)能聚合來(lái)自其他服務(wù)器發(fā)布的GIS服務(wù)。服務(wù)式GIS可以更全面地支持SOA，通過(guò)對(duì)多種SOA實(shí)踐標(biāo)準(zhǔn)與空間信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的支持，可以使用于各種SOA架構(gòu)體系中，與其它IT業(yè)務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫的異構(gòu)集成，從而可以更容易地讓?xiě)?yīng)用開(kāi)發(fā)者構(gòu)建業(yè)務(wù)敏捷應(yīng)用系統(tǒng)[3-5]。本文以面向服務(wù)的思想，分析設(shè)計(jì)了基于SOA架構(gòu)的移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)平臺(tái)，提出“云+端”的移動(dòng)GIS開(kāi)發(fā)模式，由應(yīng)用層、服務(wù)層、支撐層、核心層組成，其總體架構(gòu)如圖1所示。

其中，應(yīng)用層是以移動(dòng)GIS為工具的數(shù)據(jù)采集、設(shè)備巡檢、移動(dòng)執(zhí)法等各類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)，包括移動(dòng)作業(yè)系統(tǒng)、在線(xiàn)監(jiān)控、基于WebGIS的業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)、指揮決策系統(tǒng)等，這些運(yùn)行環(huán)境不同、架構(gòu)各異的應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)調(diào)用、聚合平臺(tái)發(fā)布的服務(wù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和互操作;服務(wù)層由一系列遵循一定規(guī)范的應(yīng)用接口組成，是平臺(tái)暴露給應(yīng)用層進(jìn)行集成、擴(kuò)展的應(yīng)用程序接口;支撐層是平臺(tái)的核心，采用B/S和C/S相結(jié)合的混合架構(gòu)，對(duì)應(yīng)用層各類(lèi)系統(tǒng)起著數(shù)據(jù)管理、配置等支撐作用。

2? 平臺(tái)主要功能模塊

2.1 GIS核心庫(kù)

核心層由HiMap SDK和HiWebGIS引擎組成，前者主要面向桌面端、服務(wù)器端和嵌入式設(shè)備的輕量級(jí)GIS應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)與部署，而后者是面向WebGIS應(yīng)用系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)組件。HiMap SDK采用標(biāo)準(zhǔn)C++開(kāi)發(fā)從底層構(gòu)建實(shí)現(xiàn)，支持跨平臺(tái)（Windows Mobile、Android、iOS、Win32等）、多語(yǔ)言（C#、JAVA、Object C）、多并發(fā)、高性能的GIS應(yīng)用程序二次開(kāi)發(fā)。HiMap SDK引入了硬件抽象層的概念，提出分層開(kāi)發(fā)模型OS-GAL-IAL。

在OS-GAL-IAL模型中，與圖形界面無(wú)關(guān)的算法、模型，采用標(biāo)準(zhǔn)C++在內(nèi)核中統(tǒng)一實(shí)現(xiàn)，而對(duì)一些與操作系統(tǒng)有關(guān)的底層接口（如Cash內(nèi)存、文件、Debug、FrameBuffer、Thread、Timer等）、人機(jī)界面、圖形繪制等功能，在內(nèi)核中進(jìn)行統(tǒng)一定義與封裝，在具體的語(yǔ)言開(kāi)發(fā)包中實(shí)現(xiàn)。這種分層設(shè)計(jì)既能充分發(fā)揮C++計(jì)算性能的優(yōu)越，又能最大程度利用操作系統(tǒng)提供的接口，保證了最佳計(jì)算性能和顯示效果，并有效地屏蔽了因嵌入式硬件環(huán)境和操作系統(tǒng)的改變而導(dǎo)致的平臺(tái)移植性的問(wèn)題。

2.2 數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)

基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)對(duì)象數(shù)據(jù)的預(yù)處理是移動(dòng)GIS應(yīng)用項(xiàng)目中至關(guān)重要的一環(huán)，由于這些數(shù)據(jù)通常是多源異構(gòu)的，在存儲(chǔ)方式、數(shù)據(jù)格式、空間參考等方面存在差異，需要對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換、坐標(biāo)變換、拓?fù)錂z查、符號(hào)設(shè)置、緩存制作、壓縮轉(zhuǎn)存等數(shù)據(jù)預(yù)處理工作。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)綜合考慮桌面系統(tǒng)和嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)在數(shù)據(jù)精度、顯示分辨率、尋址計(jì)算等方面的差異，進(jìn)行全局的優(yōu)化設(shè)計(jì)，提供了豐富實(shí)用的功能插件。如：地圖緩存制作插件可同時(shí)制作多種分辨率的地圖瓦片，并提供松散、緊湊兩種存儲(chǔ)格式，確保數(shù)據(jù)能在桌面端、Web端和移動(dòng)端均能逼真、流暢地展示。

2.3 通信傳輸系統(tǒng)

通信傳輸系統(tǒng)是承接移動(dòng)GIS和服務(wù)器的關(guān)鍵部分，其傳輸效率和系統(tǒng)的安全性、健壯性通常決定著一個(gè)移動(dòng)GIS項(xiàng)目能否成功實(shí)施。用戶(hù)在戶(hù)外開(kāi)始作業(yè)前，移動(dòng)GIS通過(guò)套接字（Socket）連接到通信服務(wù)系統(tǒng)進(jìn)行合法性驗(yàn)證，作業(yè)完成后，現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)和軌跡數(shù)據(jù)通過(guò)通信服務(wù)系統(tǒng)實(shí)時(shí)地保存到服務(wù)器。當(dāng)監(jiān)控中心需要對(duì)戶(hù)外用戶(hù)進(jìn)行指揮調(diào)度、多方協(xié)助時(shí)，可通過(guò)通信服務(wù)系統(tǒng)將指令推送給現(xiàn)場(chǎng)終端用戶(hù)。為了達(dá)到最佳系統(tǒng)性能，本文采用完成端口（I/O Completion Ports，IOCP）管理套接字，IOCP充分利用內(nèi)核對(duì)象的調(diào)度，只使用少量的幾個(gè)線(xiàn)程來(lái)處理和客戶(hù)端的所有通信，消除了無(wú)謂的線(xiàn)程上下文切換，從而最大限度的提高了網(wǎng)絡(luò)通信的性能。