微服務(wù)架構(gòu)在國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)中的應(yīng)用

林曉菲

(南京市國(guó)土資源信息中心 江蘇南京 210000)

1 引言

根據(jù)國(guó)家機(jī)構(gòu)改革要求，新組建的自然資源部于2018 年4 月10 日正式掛牌，并被賦予新時(shí)代意義的“兩統(tǒng)一”職責(zé)[1]。“兩統(tǒng)一”職責(zé)對(duì)自然資源事業(yè)提出了更高的要求。2017 年，原國(guó)土資源部發(fā)布了《國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)總體方案》，要求發(fā)揮國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)對(duì)現(xiàn)狀、規(guī)劃、管控和社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)等各類國(guó)土空間要素的管控與監(jiān)管作用，2019 年，國(guó)家又印發(fā)了《中共中央、國(guó)務(wù)院關(guān)于建立國(guó)土空間規(guī)劃體系并監(jiān)督實(shí)施的若干意見》，意見中又明確了要依托國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)來(lái)建立國(guó)土空間規(guī)劃動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)評(píng)估預(yù)警和實(shí)施監(jiān)管機(jī)制，進(jìn)一步明確了國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)在自然資源管理工作中的重要地位。按照《國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)總體方案》要求，國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)的主要任務(wù)包括建立技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系、建設(shè)國(guó)土空間基礎(chǔ)信息云管理與服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)、建設(shè)數(shù)據(jù)資源體系以及建設(shè)相應(yīng)基礎(chǔ)環(huán)境[2]。

國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)有以下特點(diǎn)：

（1）平臺(tái)在功能和性能上要求更高。圍繞“兩統(tǒng)一”的職責(zé)要求，分解落實(shí)調(diào)查、資產(chǎn)（產(chǎn)權(quán)）、規(guī)劃、管控、利用、修復(fù)（保護(hù)）、執(zhí)法等七項(xiàng)核心職能，每項(xiàng)職能的背后是一批支撐業(yè)務(wù)審批、監(jiān)管的信息系統(tǒng)和服務(wù)于政府和社會(huì)的信息平臺(tái)，系統(tǒng)平臺(tái)上各類空間數(shù)據(jù)的有效關(guān)聯(lián)、高效調(diào)度、共享服務(wù)與安全管理要求都更高。

（2）平臺(tái)承載的數(shù)據(jù)異構(gòu)程度和量級(jí)更大。按照國(guó)土空間數(shù)據(jù)資源體系，整合了基礎(chǔ)地理、航攝遙感、地政、礦政、規(guī)劃、不動(dòng)產(chǎn)、交通、農(nóng)林以及人口等社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)形成的國(guó)土空間各類數(shù)據(jù)，量級(jí)將達(dá)到PB 級(jí)，且數(shù)據(jù)越豐富，異構(gòu)性越高，數(shù)據(jù)處理、使用、檢索和分析的要求更高。

（3）平臺(tái)在空間資源共享服務(wù)方面要求更高。國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)是面向自然資源管理部門內(nèi)部的三大應(yīng)用支撐，即調(diào)查監(jiān)測(cè)評(píng)價(jià)、互聯(lián)網(wǎng)+自然資源政務(wù)服務(wù)和監(jiān)管決策，縱向部、省、市、區(qū)四級(jí)應(yīng)用，以及橫向各部門提供國(guó)土空間數(shù)據(jù)共享和應(yīng)用服務(wù)，同時(shí)，還應(yīng)與各地已經(jīng)啟動(dòng)或者即將啟動(dòng)的其他空間數(shù)據(jù)管理服務(wù)平臺(tái)（如：智慧時(shí)空大數(shù)據(jù)云平臺(tái)、城市信息模型平臺(tái)）集成服務(wù)、建立應(yīng)用共享。

因此，地方層面在開展國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)時(shí)，大多是基于已有的“一張圖”工程建設(shè)成果[3-5]，同時(shí)以云平臺(tái)建設(shè)為提升，采用微服務(wù)、中臺(tái)架構(gòu)和大數(shù)據(jù)分析等先進(jìn)技術(shù)，通過云資源管理、多元數(shù)據(jù)管理和多樣化應(yīng)用管理來(lái)完善國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)[6-7]。

南京市結(jié)合國(guó)土資源信息化建設(shè)現(xiàn)狀，建立了國(guó)土空間數(shù)據(jù)資源體系，同時(shí)按照新一代云GIS 理念、微服務(wù)架構(gòu)、大數(shù)據(jù)技術(shù)，對(duì)“一張圖”服務(wù)平臺(tái)技術(shù)架構(gòu)進(jìn)行升級(jí)，建設(shè)橫向上基于市政務(wù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)的與各市級(jí)部門連通，縱向上連接部、省廳、區(qū)、國(guó)土所四級(jí)的數(shù)據(jù)云管理與服務(wù)平臺(tái)。

2 總體框架

平臺(tái)采用云計(jì)算架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從軟硬件資源、數(shù)據(jù)資源、到服務(wù)平臺(tái)、業(yè)務(wù)應(yīng)用層面的一體化。從邏輯架構(gòu)來(lái)看，整個(gè)平臺(tái)可以劃分為四個(gè)層次：硬件基礎(chǔ)設(shè)施層、軟件支撐層、資源服務(wù)層、平臺(tái)服務(wù)層、應(yīng)用服務(wù)層和門戶應(yīng)用層，如圖1 所示：

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 微服務(wù)架構(gòu)

微服務(wù)作為一種架構(gòu)風(fēng)格，是從單體應(yīng)用演化過來(lái)的，并在SOA 基礎(chǔ)上做了升華。微服務(wù)可將系統(tǒng)功能垂直或水平拆分，每個(gè)部分都可以獨(dú)立部署和運(yùn)行，并且能單獨(dú)配置負(fù)載均衡，小應(yīng)用通過微服務(wù)API 網(wǎng)關(guān)交互和集成，因此微服務(wù)具有技術(shù)異構(gòu)性、彈性大、可擴(kuò)展、部署簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)[8-10]，適宜解決國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建設(shè)過程中的系統(tǒng)龐大、數(shù)據(jù)異構(gòu)以及共享融合多的問題。

圖1 總體架構(gòu)圖

（1）高性能的微服務(wù)開發(fā)框架

Sping Cloud 是在Pivotal 公司的Spring Boot 基礎(chǔ)上構(gòu)建的用于快遞搭建分布式系統(tǒng)的通用模式的工具集。該框架對(duì)分布式系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施的開發(fā)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，如服務(wù)注冊(cè)發(fā)現(xiàn)、日志監(jiān)控、服務(wù)網(wǎng)關(guān)、集群式狀態(tài)管理、配置中心、調(diào)用鏈監(jiān)控、容錯(cuò)限流等，Sping Cloud 都提供了簡(jiǎn)單的開發(fā)方式。該服務(wù)框架已被廣泛應(yīng)用于實(shí)際[9-10]。

Dubbo 是一款高性能、分布式Java RPC 服務(wù)框架。從整體架構(gòu)上看，Dubbo 按照橫向（服務(wù)提供者、服務(wù)消費(fèi)者）和縱向（9 層3 大類架構(gòu)）對(duì)框架進(jìn)行了劃分，通過provider（服務(wù)提供者）、consumer（服務(wù)消費(fèi)者）、registry（注冊(cè)中心）和monitor（監(jiān)控中心）4個(gè)服務(wù)提供微服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)現(xiàn)和負(fù)載均衡。Dubbo還支持第三方擴(kuò)展，即Dubbo 內(nèi)建的功能可以通過擴(kuò)展機(jī)制提供，第三方的擴(kuò)展與內(nèi)建的功能也能相互取代[11-12]。

（2）服務(wù)拆分

服務(wù)拆分是實(shí)現(xiàn)微服務(wù)的一個(gè)關(guān)鍵步驟，過粗的拆分達(dá)不到微服務(wù)分布式的效果，過細(xì)的服務(wù)拆分反而會(huì)增加服務(wù)和服務(wù)之間通信的冗余。

拆分的一般分為兩步，一是分析業(yè)務(wù)模型，形成低耦合高內(nèi)聚的服務(wù)；二是確定各個(gè)服務(wù)的邊界。以本項(xiàng)目為例，服務(wù)分為下面幾個(gè)模塊：

用戶服務(wù)：用戶登錄、角色提供、部門提供、密鑰服務(wù)。

查詢服務(wù)：空間查詢、圖像輸出、綜合查詢、目錄菜單。

分析服務(wù)：疊加分析、緩沖區(qū)分析、專題應(yīng)用、用戶地圖。

最后產(chǎn)生的依賴關(guān)系是拆分后的查詢服務(wù)與分析服務(wù)依賴于用戶管理，用戶管理作為底層服務(wù)不依賴于其他服務(wù)。

圖2 分析業(yè)務(wù)模型圖

查詢服務(wù)和分析服務(wù)的共享模型是用戶，需要獲取用戶的基本信息、權(quán)限信息等內(nèi)容，用戶管理提供接口給相應(yīng)服務(wù)。

圖3 業(yè)務(wù)邊界圖

3.2 基于混合數(shù)據(jù)庫(kù)的分布存儲(chǔ)技術(shù)

相比單體系統(tǒng)，微服務(wù)架構(gòu)在各個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)的表示沒有變化的，但是將數(shù)據(jù)庫(kù)分成了多個(gè)庫(kù)，結(jié)合國(guó)土空間數(shù)據(jù)源多樣化（包括數(shù)據(jù)庫(kù)、文本、圖片、空間數(shù)據(jù)等各類結(jié)構(gòu)化、非結(jié)構(gòu)化及半結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)）、數(shù)據(jù)量大等多種特性，為提高數(shù)據(jù)的可靠性、可用性和存取效率，采用了Oracle（結(jié)構(gòu)化屬性數(shù)據(jù)）、mongdb（柵格切片數(shù)據(jù)和文件）、elasticserach（全文檢索數(shù)據(jù)）、postgis（矢量和屬性）和HBASE（空間分析相關(guān)數(shù)據(jù)）、Redis（結(jié)構(gòu)化屬性數(shù)據(jù)），經(jīng)過大數(shù)據(jù)清洗、融合、質(zhì)檢、處理等多項(xiàng)流程才能實(shí)現(xiàn)空間大數(shù)據(jù)入庫(kù)，通過空間大數(shù)據(jù)引擎實(shí)現(xiàn)分布式關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)集群、分布式實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)集群、分布式NoSQL 數(shù)據(jù)集群等統(tǒng)一大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理。

3.3 云GIS 服務(wù)技術(shù)架構(gòu)

云GIS 服務(wù)技術(shù)架構(gòu)是以并行計(jì)算、智能集群、跨平臺(tái)、64 位計(jì)算為技術(shù)基礎(chǔ)，將云計(jì)算的理念和特征應(yīng)用到GIS 領(lǐng)域，支撐地理空間要素的建模、存儲(chǔ)、處理等，以更加友好的方式，使各級(jí)國(guó)土部門快速、高效、低成本地使用地理信息資源，且有多種交互方式，滿足低響應(yīng)時(shí)間和高并發(fā)處理等性能要求。

圖4 云服務(wù)技術(shù)架構(gòu)

由于微服務(wù)具有技術(shù)異構(gòu)性、易擴(kuò)展、可組合等特點(diǎn)，服務(wù)之間可通過輕量級(jí)協(xié)議通信，事宜部署在云GIS 這類的分布式結(jié)構(gòu)體系中，可以單獨(dú)進(jìn)行實(shí)例拓展，提高性能。同時(shí)也可以根據(jù)每個(gè)服務(wù)的流量來(lái)部署相應(yīng)規(guī)模。

圖5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源目錄

圖6 土地利用現(xiàn)狀分析

圖7 儲(chǔ)備潛力分析

4 結(jié)束語(yǔ)

國(guó)土空間基礎(chǔ)信息平臺(tái)建成后，將為業(yè)務(wù)應(yīng)用提供規(guī)范化的可復(fù)用基礎(chǔ)服務(wù)、數(shù)據(jù)服務(wù)、專題服務(wù)和定制服務(wù)等服務(wù)資源。同時(shí)按照南京市規(guī)劃和自然資源部門的職能定位和管理要求，還將開始智慧時(shí)空大數(shù)據(jù)云平臺(tái)和城市信息模型平臺(tái)（CIM）的建設(shè)，同為空間數(shù)據(jù)管理平臺(tái)，這三個(gè)平臺(tái)在數(shù)據(jù)內(nèi)容、平臺(tái)功能和服務(wù)對(duì)象上都存在交叉，需要進(jìn)行重新定位和整合。