關(guān)于遼寧省應(yīng)急測繪資源共享節(jié)點(diǎn)建設(shè)的探討

侯佳寶

（沈陽市勘察測繪研究院有限公司，遼寧沈陽 110004）

遼寧省應(yīng)急測繪資源共享節(jié)點(diǎn)主要由應(yīng)急測繪資源數(shù)據(jù)庫、應(yīng)急數(shù)據(jù)資源公共平臺、應(yīng)急數(shù)據(jù)資源共享系統(tǒng)與應(yīng)急測繪資源數(shù)據(jù)快速交換系統(tǒng)組成。其中，應(yīng)急測繪基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫基于天地圖母庫構(gòu)建，應(yīng)急數(shù)據(jù)資源公共平臺基于天地圖內(nèi)網(wǎng)版建設(shè)，其主要功能是為應(yīng)急數(shù)據(jù)資源共享系統(tǒng)提供應(yīng)急測繪基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)服務(wù)；應(yīng)急數(shù)據(jù)資源數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)主要提供應(yīng)急專題數(shù)據(jù)、應(yīng)急電子地圖與應(yīng)急事件數(shù)據(jù)的在線共享和服務(wù)，應(yīng)急測繪資源數(shù)據(jù)快速交換系統(tǒng)用于事中數(shù)據(jù)的快速交換（圖1）。

一、功能定位和目標(biāo)

作為國家應(yīng)急測繪資源共享平臺的重要組成部分，遼寧省資源共享節(jié)點(diǎn)建設(shè)包括三個方面：一是應(yīng)急資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫的建設(shè)，通過整合基礎(chǔ)測繪數(shù)據(jù)、國情普查數(shù)據(jù)、部門共享數(shù)據(jù)等測繪應(yīng)急相關(guān)數(shù)據(jù)形成統(tǒng)一的遼寧省省級應(yīng)急資源基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫；二是數(shù)據(jù)交換系統(tǒng)建設(shè)，以P2P連接形式，實(shí)現(xiàn)國家、省級、各部門應(yīng)急資源數(shù)據(jù)的高速傳輸交換；三是應(yīng)急資源數(shù)據(jù)共享系統(tǒng)，對應(yīng)急資源進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)服務(wù)的應(yīng)急資源共享。

遼寧省應(yīng)急測繪資源共享節(jié)點(diǎn)的主要功能包括：

（1）應(yīng)急數(shù)據(jù)資源的匯聚與高效管理

實(shí)現(xiàn)省級應(yīng)急測繪基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、應(yīng)急電子地圖數(shù)據(jù)與應(yīng)急事件數(shù)據(jù)，各委辦廳局共享的應(yīng)急專題數(shù)據(jù)資源的匯聚與高效管理。

（2）應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)資源的快速查詢、檢索與服務(wù)

在建立統(tǒng)一的應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)資源目錄的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)遼寧省省應(yīng)急測繪數(shù)據(jù)資源的快速元數(shù)據(jù)查詢檢索，提供柵格與矢量瓦片、影像數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)文件、空間分析等地理信息網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

圖1 遼寧省應(yīng)急資源共享節(jié)點(diǎn)系統(tǒng)架構(gòu)圖

（3）為應(yīng)急測繪保障工作提供數(shù)據(jù)的快速交換

實(shí)現(xiàn)遼寧省共享節(jié)點(diǎn)與國家主節(jié)點(diǎn)間應(yīng)急資源數(shù)據(jù)的快速傳輸，半小時內(nèi)可完成20G大小的單個數(shù)據(jù)文件傳輸，為確保12小時內(nèi)提供第一批現(xiàn)場應(yīng)急測繪成果提供保障。

二、構(gòu)建應(yīng)急測繪資源共享節(jié)點(diǎn)服務(wù)體系

在數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)與共享系統(tǒng)站點(diǎn)服務(wù)聚合功能的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)省節(jié)點(diǎn)間和與國家主節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)服務(wù)的共享。其中包括了基于數(shù)據(jù)文件的共享：支持站點(diǎn)的文件快速上傳、下載以及相應(yīng)的權(quán)限管理；基于OGC標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)互操作服務(wù)：支持OGC標(biāo)準(zhǔn)的WMS,WTMS,WFS（矢量瓦片）,UTF-Grid屬性查詢服務(wù)；應(yīng)急數(shù)據(jù)資源目錄服務(wù)：支持OGC標(biāo)準(zhǔn)的CSW服務(wù)；三維模型切片緩存服務(wù)以及應(yīng)急共享數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)的可視化服務(wù)等內(nèi)容。

1.數(shù)據(jù)文件服務(wù)

（1）基于TCP協(xié)議的文件傳輸。支持HTTP,FTP,SFTP等方式的數(shù)據(jù)傳輸。其中HTTP方式主要用于上傳下載小文件；FTP,SFTP主要用于上傳下載大文件。支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳。如果數(shù)據(jù)同時在多個可以訪問的數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)上存有備份，系統(tǒng)自動選擇負(fù)載小的服務(wù)器進(jìn)行下載。

（2）基于UDP協(xié)議的文件傳輸。相對于TCP,UDP協(xié)議具有傳輸效率高、速度快等優(yōu)勢，但是由于UDP是面向無連接、不可靠的傳輸協(xié)議，所以需要考慮丟包和后發(fā)先至的問題。共享服務(wù)功能上為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃裕柙跀?shù)據(jù)傳輸?shù)讓訉?shù)據(jù)包進(jìn)行傳輸序列的管理，按照數(shù)據(jù)包的順序接收并存儲，確認(rèn)接收端數(shù)據(jù)包的有效性。

（3）基于P2P模式的文件傳輸。為提高站點(diǎn)間大數(shù)據(jù)量文件的共享傳輸效率，采用對等網(wǎng)絡(luò)P2P請求技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同計(jì)算機(jī)之間，不經(jīng)過中繼設(shè)備直接交換數(shù)據(jù)的P2P文件傳輸。通過在發(fā)送端處建立套接字（Socket）鏈接，并綁定固定端口來監(jiān)聽接收端傳輸文件的請求，建立計(jì)算機(jī)之間的文件傳輸通訊。

2.影像數(shù)據(jù)服務(wù)

應(yīng)急數(shù)據(jù)資源共享系統(tǒng)支持各類OGC標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)互操作服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)對各類空間數(shù)據(jù)的快速服務(wù)發(fā)布，具備以下功能。

（1）服務(wù)操作

系統(tǒng)可對各種影像數(shù)據(jù)快速發(fā)布WMS/WMTS協(xié)議服務(wù)，并支持請求服務(wù)的元數(shù)據(jù)（GetCapabilities）、請求底圖圖像（GetMap/GetTile）的基本操作。

（2）壓縮文件流傳輸

為保證應(yīng)急對數(shù)據(jù)服務(wù)的效率要求，系統(tǒng)支持ECWP影像流傳輸協(xié)議，實(shí)現(xiàn)將壓縮數(shù)據(jù)以文件流的模式發(fā)送給客戶端，通過分布式的解壓環(huán)境提高數(shù)據(jù)傳輸效率。

（3）基于影像文件的服務(wù)發(fā)布

針對應(yīng)急影像數(shù)據(jù)切片耗時較長的實(shí)際，系統(tǒng)支持基于影像文件的直接發(fā)布WMS/WMTS服務(wù)。系統(tǒng)通過對影像原始數(shù)據(jù)、多級金字塔文件的動態(tài)讀取，在避免切片處理的情況下實(shí)時提供標(biāo)準(zhǔn)的WMS/WMTS服務(wù)。

（4）支持?jǐn)?shù)據(jù)服務(wù)的動態(tài)投影

為避免各站點(diǎn)間數(shù)據(jù)服務(wù)空間參考不一致帶來的額外數(shù)據(jù)處理耗時，應(yīng)急數(shù)據(jù)資源共享服務(wù)系統(tǒng)發(fā)布的數(shù)據(jù)服務(wù)具備動態(tài)投影功能，可實(shí)現(xiàn)不同空間參考數(shù)據(jù)服務(wù)的實(shí)時疊加。

3.矢量數(shù)據(jù)服務(wù)

應(yīng)急數(shù)據(jù)資源共享系統(tǒng)提供基于矢量數(shù)據(jù)服務(wù)，可通過Web訪問返回的是帶有幾何和屬性信息的實(shí)際要素，客戶端可以將這些要素與屬性用于任何類型的地理空間分析。

（1）WFS服務(wù)

應(yīng)急數(shù)據(jù)資源共享系統(tǒng)發(fā)布的矢量數(shù)據(jù)服務(wù)能夠發(fā)布兼容WFS1.1和WFS2.0規(guī)范的矢量數(shù)據(jù)服務(wù)。

（2）矢量切片數(shù)據(jù)服務(wù)

針對測繪應(yīng)急保障中對空間數(shù)據(jù)的服務(wù)化需求僅靠柵格瓦片數(shù)據(jù)難以滿足動態(tài)、在線制圖的要求。隨著GML的廣泛應(yīng)用，為矢量數(shù)據(jù)的高效傳輸和動態(tài)生成提供了有效的解決途徑。矢量切片數(shù)據(jù)指的是以標(biāo)準(zhǔn)瓦片的空間范圍對矢量數(shù)據(jù)集中的點(diǎn)、線、面等地理實(shí)體要素進(jìn)行裁切提取，并以GML,Geojson等標(biāo)記語言對其進(jìn)行編碼存儲的數(shù)據(jù)服務(wù)。

4.空間分析服務(wù)

空間分析服務(wù)主要完成GIS系統(tǒng)中常見的一些分析功能以及應(yīng)急測繪中的實(shí)用分析功能，包括：點(diǎn)的三維坐標(biāo)查詢、二維及三維的距離與面積計(jì)算分析、緩沖區(qū)分析、淹沒分析等。

（1）空間量算分析

空間量算分析功能包括了二維面積計(jì)算與三維面積、體積的計(jì)算。

①投影面積計(jì)算

先把不規(guī)則圖形劃分為若干規(guī)則圖形，然后根據(jù)規(guī)則圖形計(jì)算面積的公式計(jì)算出各個面積并求和，即得出總的投影面積。計(jì)算投影面積不用考慮高程值（Z值），只需在一個二維平面上計(jì)算即可。

②表面積量算

利用模擬地形的規(guī)則柵格網(wǎng)，對其進(jìn)行表面積計(jì)算。柵格網(wǎng)按對角線劃分為兩個三角形，然后分別對兩個三角形求其面積，再把所有由規(guī)則格網(wǎng)分成的三角形面積求和，即得到由規(guī)則格網(wǎng)構(gòu)成的地形的表面積。

③體積量算

針對地形數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的不同分為規(guī)則格網(wǎng)和不規(guī)則三角網(wǎng)兩部分。規(guī)則格網(wǎng)中的體積由四棱柱（無特征的格網(wǎng)）與三棱柱體積進(jìn)行累加得到。

（2）緩沖區(qū)分析

緩沖區(qū)分析是指以點(diǎn)、線、面實(shí)體為基礎(chǔ)，自動建立其周圍一定寬度范圍內(nèi)的緩沖區(qū)多邊形圖層，然后建立該圖層與目標(biāo)圖層的疊加，進(jìn)行分析而得到所需結(jié)果，以便為某項(xiàng)分析或決策提供依據(jù)。其中包括點(diǎn)緩沖區(qū)、線緩沖區(qū)、面緩沖區(qū)。根據(jù)應(yīng)急測繪保障中三維地形數(shù)據(jù)獲取的實(shí)際情況，僅考慮受淹區(qū)的高程與給定水位的高程情況，而不用考慮淹沒區(qū)的連通問題，即凡是高程值低于給定水位的點(diǎn)，皆計(jì)入淹沒區(qū)。實(shí)現(xiàn)較為簡單的無源淹沒算法。因其不用考慮淹沒斑塊間的連通問題，故所有低于或等于預(yù)測水位高程的像元都將計(jì)入緩沖區(qū)，經(jīng)累加形成淹沒區(qū)范圍。

三、結(jié)束語

通過建立遼寧省應(yīng)急測繪資源共享節(jié)點(diǎn)體系，橫向可實(shí)現(xiàn)與國家應(yīng)急測繪體系相連通，縱向與多部門應(yīng)急資源管理系統(tǒng)相連接，可以有效地解決了信息數(shù)據(jù)掌握在不同分管部門之間溝通不暢、位置不清、無法快速分類使用的難題。同時，也可以大幅度節(jié)省社會資源的投入，實(shí)現(xiàn)共建共享的目標(biāo)。該體系的建立，可以有效提升應(yīng)急快速響應(yīng)時間，最重要的是可實(shí)現(xiàn)在遼寧省應(yīng)對突發(fā)救援中，國家通過該系統(tǒng)可快速推送地方應(yīng)急救災(zāi)急需的最新時效的多尺度、多類型數(shù)據(jù)，為應(yīng)急指揮救災(zāi)節(jié)省寶貴時間。