省級(jí)空間地理基礎(chǔ)信息系統(tǒng)建設(shè)與實(shí)施
——以貴州為例

薛蘭格，郭振華

(北京新興華安智慧科技有限公司，北京 100071)

1 引 言

多年來(lái)，由于部門(mén)管理的條塊分割、大量的地理空間信息資源始終未能按照地理空間信息自身的特點(diǎn)進(jìn)行整合和管理，導(dǎo)致地理空間信息在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、時(shí)效性、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)質(zhì)量、信息化程度等方面存在很大差異，使得信息資源也條塊分割，難以發(fā)揮數(shù)據(jù)效應(yīng)，基于“云上貴州”基礎(chǔ)平臺(tái)開(kāi)發(fā)的貴州省基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)，有效整合了分散的地理空間信息資源，形成可以利用的信息產(chǎn)品，作為國(guó)土資源定位、空間分布、空間分析以及日?？臻g相關(guān)業(yè)務(wù)的辦理基礎(chǔ)、背景數(shù)據(jù)來(lái)源，為貴州省國(guó)土資源信息化工作發(fā)揮基礎(chǔ)作用。

貴州省基礎(chǔ)地理信息平臺(tái)的建設(shè)主要是為貴州省國(guó)土資源云提供基礎(chǔ)空間地理信息數(shù)據(jù)和服務(wù)支撐，能夠?yàn)檎块T(mén)、企業(yè)及社會(huì)公眾提供底板數(shù)據(jù)，并完善示范數(shù)據(jù)應(yīng)用。貴州省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)量大，包含全省4D數(shù)據(jù)(DEM、DOM、DLG、DRG)、航攝數(shù)據(jù)、國(guó)情普查數(shù)據(jù)、各行業(yè)專(zhuān)題數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)、真三維影像數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等等，因此信息系統(tǒng)平臺(tái)數(shù)據(jù)管理格外關(guān)鍵。

2 構(gòu)建與實(shí)施

2.1 系統(tǒng)框架

貴州省基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)平臺(tái)總體上由基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 平臺(tái)總體結(jié)構(gòu)

(1)基礎(chǔ)設(shè)施

基礎(chǔ)設(shè)施主要依附于貴州省國(guó)土云，包括計(jì)算資源、存儲(chǔ)資源、網(wǎng)絡(luò)資源、安全設(shè)施四部分。計(jì)算資源主要為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的計(jì)算負(fù)載能力，存儲(chǔ)與網(wǎng)絡(luò)主要提供數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)空間與數(shù)據(jù)傳輸通道，安全設(shè)施則為整個(gè)系統(tǒng)從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)到頂層系統(tǒng)應(yīng)用之間的各項(xiàng)安全性保證。

(2)數(shù)據(jù)庫(kù)

主要包括地形地貌、遙感影像、地表覆蓋、地理要素、專(zhuān)業(yè)專(zhuān)題要素?cái)?shù)據(jù)、地理信息統(tǒng)計(jì)分析成果、地表三維模型庫(kù)七個(gè)子庫(kù)。數(shù)據(jù)庫(kù)主要對(duì)不同數(shù)據(jù)的分類(lèi)存儲(chǔ)，以方便統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)更新及數(shù)據(jù)維護(hù)。此外還包括為系統(tǒng)層提供關(guān)系型、非關(guān)系型、空間數(shù)據(jù)庫(kù)統(tǒng)一的訪問(wèn)接口。

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)主要包括桌面應(yīng)用系統(tǒng)和WEB應(yīng)用系統(tǒng)，是集成數(shù)據(jù)管理、二三維集成展示、信息查詢分析、成果應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)更新維護(hù)、系統(tǒng)安全管理等為一體的對(duì)內(nèi)對(duì)外出口。桌面應(yīng)用系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對(duì)數(shù)據(jù)的更新及系統(tǒng)安全管理，數(shù)據(jù)的更新必須經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)的質(zhì)檢達(dá)到入庫(kù)的標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)對(duì)數(shù)據(jù)更新做日志記錄，記錄操作人員、更新內(nèi)容及時(shí)間戳。WEB應(yīng)用系統(tǒng)主要以成果展示為主，包括二三維聯(lián)動(dòng)展示、查詢與分析、成果應(yīng)用服務(wù)等，可分為面向公眾、面向企業(yè)和面向政府政務(wù)的三大應(yīng)用類(lèi)型。

2.2 建設(shè)目標(biāo)

貴州省基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)建設(shè)項(xiàng)目將提供GIS管理服務(wù)、目錄服務(wù)、分發(fā)服務(wù)、在線服務(wù)等支撐能力，且能夠與國(guó)土“一張圖”“天地圖貴州公眾版、政務(wù)版和涉密版”“云上貴州”平臺(tái)進(jìn)行對(duì)接，提供數(shù)據(jù)與服務(wù)支撐，在滿足現(xiàn)有其他平臺(tái)需求能力的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步改造提升計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源能力，以提高系統(tǒng)運(yùn)行和服務(wù)效率。

2.3 總體技術(shù)路線

采用構(gòu)件化的設(shè)計(jì)思想，在需求分析抽象的基礎(chǔ)上，先進(jìn)行軟件功能構(gòu)件的設(shè)計(jì)，然后根據(jù)應(yīng)用與管理對(duì)象的不同，對(duì)構(gòu)件靈活組裝搭建成不同的應(yīng)用模塊；按照統(tǒng)一時(shí)空框架、面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)組織和管理的基本原則進(jìn)行系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。

采用B/S架構(gòu)，并采用OGC服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，以ArcGIS Server作為地圖服務(wù)發(fā)布引擎，B/S應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)代理采用Tomcat。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)主要有基于服務(wù)聚合與拆分的地圖服務(wù)調(diào)用，數(shù)據(jù)庫(kù)索引建立、地理底圖制作、分布式存儲(chǔ)技術(shù)、基于插件框架的功能模塊實(shí)現(xiàn)、性能加速優(yōu)化技術(shù)。性能加速優(yōu)化技術(shù)包括ArcGIS API for Java Script技術(shù)、Spring MVC框架技術(shù)等。云服務(wù)總線可提供強(qiáng)大的服務(wù)整合和服務(wù)綜合治理功能，主要面向SOA/WOA應(yīng)用領(lǐng)域，提供快速響應(yīng)，高吞吐量、高可靠性消息中介引擎和服務(wù)中介引擎。同時(shí)云服務(wù)總線還支持事件發(fā)布與訂閱，支持DB2、Oracle、MSSQL、MySQL、H2等關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)，支持將數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)過(guò)程封裝成服務(wù)，提供服務(wù)動(dòng)態(tài)發(fā)現(xiàn)(WS-Dicovery規(guī)范)等。

2.5 系統(tǒng)實(shí)施

貴州省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)進(jìn)出口的平臺(tái)，其功能包含成果數(shù)據(jù)入庫(kù)質(zhì)檢工具、入庫(kù)預(yù)處理工具、數(shù)據(jù)庫(kù)集成管理系統(tǒng)、基本統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)、成果應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)

(1)入庫(kù)質(zhì)檢工具

加快各種基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)整合，包括多尺度DEM、地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)、地理國(guó)情要素?cái)?shù)據(jù)、遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)等在數(shù)據(jù)成果入庫(kù)前需要進(jìn)行入庫(kù)檢查，主要檢查成果數(shù)據(jù)中影響入庫(kù)的數(shù)據(jù)質(zhì)量，包括文件與結(jié)構(gòu)一致性檢查、空間拓?fù)錂z查、邏輯一致性檢查、空間參考正確性檢查、數(shù)據(jù)接邊檢查。除了以上必要的檢查項(xiàng)外，系統(tǒng)還提供了可選檢查項(xiàng)：

①空值檢查

②圖形檢查

③精度檢查

④標(biāo)準(zhǔn)化檢查

⑤縣界檢查

⑥鄉(xiāng)鎮(zhèn)檢查

……

(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理工具

數(shù)據(jù)質(zhì)量是信息平臺(tái)建設(shè)的關(guān)鍵，深度挖掘數(shù)據(jù)價(jià)值。為保證基礎(chǔ)地理信息各種成果數(shù)據(jù)順利入庫(kù)，對(duì)基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進(jìn)行入庫(kù)前預(yù)處理，生成滿足基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫(kù)與統(tǒng)計(jì)分析的數(shù)據(jù)成果。包括投影轉(zhuǎn)換模塊、屬性結(jié)構(gòu)調(diào)整模塊、基本預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)派生提取模塊(圖3)、要素對(duì)象化處理模塊、路網(wǎng)與水網(wǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)邏輯分區(qū)處理模塊、元數(shù)據(jù)空間化處理模塊、專(zhuān)題數(shù)據(jù)整合處理模塊、規(guī)則格網(wǎng)生成模塊等。

圖3 數(shù)據(jù)派生提取模塊

(3)數(shù)據(jù)庫(kù)集成管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫(kù)集成管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)入庫(kù)、管理、更新、檢索和提取等功能，可對(duì)預(yù)處理后的成果數(shù)據(jù)(包括其他擴(kuò)展的數(shù)據(jù)內(nèi)容)和其他專(zhuān)題數(shù)據(jù)進(jìn)行批量自動(dòng)化的數(shù)據(jù)入庫(kù)。同時(shí)還支持用戶自定義數(shù)據(jù)模型，實(shí)現(xiàn)DLG、DEM和DOM數(shù)據(jù)的入庫(kù)、管理、更新、檢索和分發(fā)等功能。包括以下模塊：數(shù)據(jù)入庫(kù)模塊、數(shù)據(jù)更新模塊、綜合查詢模塊、元數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)提取模塊、用戶管理模塊、運(yùn)行監(jiān)控模塊、備份與恢復(fù)模塊、基本統(tǒng)計(jì)分析模塊、綜合統(tǒng)計(jì)分析模塊、變化分析模塊、專(zhuān)題分析評(píng)價(jià)模塊、目錄服務(wù)模塊、在線服務(wù)模塊、分發(fā)服務(wù)模塊、接口服務(wù)模塊、二維模塊、三維模塊、二三維聯(lián)動(dòng)模塊、系統(tǒng)幫助模塊、系統(tǒng)反饋模塊，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫(kù)集成管理系統(tǒng)

(4)統(tǒng)計(jì)分析系統(tǒng)

基本統(tǒng)計(jì)分析模塊。實(shí)現(xiàn)地形地貌統(tǒng)計(jì)分析、植被覆蓋統(tǒng)計(jì)分析、荒漠與裸露地統(tǒng)計(jì)分析、水域統(tǒng)計(jì)分析、交通網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計(jì)分析、居民地與設(shè)施統(tǒng)計(jì)分析、地理單元統(tǒng)計(jì)分析；

綜合統(tǒng)計(jì)分析模塊。實(shí)現(xiàn)地表要素空間分布形態(tài)、地表覆蓋空間格局、地表覆蓋程度、基礎(chǔ)設(shè)施配置水平、地面交通通達(dá)性、地表要素空間相關(guān)性；

專(zhuān)題分析評(píng)價(jià)模塊。實(shí)現(xiàn)區(qū)域生態(tài)協(xié)調(diào)性空間分析、城市空間發(fā)展?fàn)顩r分析評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)區(qū)域地理空間發(fā)展、基本公共服務(wù)設(shè)施布局空間發(fā)展。

(5)門(mén)戶系統(tǒng)

門(mén)戶網(wǎng)站是平臺(tái)面向公眾最直接和最佳的表現(xiàn)形式與服務(wù)窗口，因此整體布局將圍繞莊重大方、簡(jiǎn)潔美觀，網(wǎng)站功能框架脈絡(luò)清晰，突出功能定位來(lái)展開(kāi)。設(shè)計(jì)元素強(qiáng)調(diào)抽象、極簡(jiǎn)、符號(hào)化，去除冗余的裝飾效果，突顯應(yīng)用的文字圖片等內(nèi)容，完美兼容PC網(wǎng)站、Andoid、iOS等不同系統(tǒng)的平臺(tái)和不同屏幕分辨率的設(shè)備，適應(yīng)性強(qiáng)。

門(mén)戶界面主要提供平臺(tái)所有功能的入口和用戶登錄的入口，數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)的縮略圖，提供友好的用戶服務(wù)界面，界面如圖5所示：

門(mén)戶首頁(yè)為用戶提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)服務(wù)、電子地圖服務(wù)、平臺(tái)應(yīng)用的入口，界面如圖6所示：

圖6 門(mén)戶首頁(yè)

用戶登錄后，門(mén)戶首頁(yè)的資源中心為用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)目錄。圖7為貴州省資料館的管理員權(quán)限登錄的界面。

圖7 用戶權(quán)限登陸

門(mén)戶首頁(yè)功能如下：

①特色功能輪播：一體化平臺(tái)、云平臺(tái)、信息時(shí)空匯聚、共享互通；

②數(shù)據(jù)服務(wù)：智能地圖、矢量數(shù)據(jù)服務(wù)、影像數(shù)據(jù)服務(wù)、三維數(shù)據(jù)服務(wù)等；

③功能服務(wù)：緩沖區(qū)分析、數(shù)據(jù)空間聚合分析等；

④電子地圖服務(wù)：二三維地圖服務(wù)、影像對(duì)比、交通導(dǎo)航；

⑤平臺(tái)應(yīng)用：第三方集成，開(kāi)發(fā)中心。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文基于云計(jì)算和大數(shù)據(jù)體系關(guān)鍵技術(shù)，統(tǒng)一管理和安全防護(hù)多層次實(shí)踐，全面闡述貴州省基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)平臺(tái)解決方案，為貴州省自然資源和空間地理基礎(chǔ)信息庫(kù)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。通過(guò)省級(jí)層次的自然資源和空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)，建立起地理空間信息采集、加工生產(chǎn)、共享服務(wù)的機(jī)制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開(kāi)發(fā)典型特色應(yīng)用，助力城市治理，將大大豐富國(guó)家地理空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)容、不斷提升其對(duì)自然資源、社會(huì)精細(xì)化管理綜合能力，具有重要意義。