云計(jì)算在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

王康

（江西省國(guó)土空間調(diào)查規(guī)劃研究院，江西南昌 330025）

0.引言

云計(jì)算作為一種非常先進(jìn)的數(shù)據(jù)加工和處理技術(shù)，其可以將海量的服務(wù)器集成在一起，形成一個(gè)計(jì)算矩陣，并且可以實(shí)現(xiàn)存儲(chǔ)器、帶寬、服務(wù)器等資源的按需分配，大幅度提高信息系統(tǒng)的并發(fā)處理能力和訪問(wèn)接入能力[1]。地理信息系統(tǒng)有效的集成了數(shù)據(jù)庫(kù)、計(jì)算機(jī)圖形等技術(shù)，可以針對(duì)地理空間信息進(jìn)行存儲(chǔ)和處理，有效滿足人們的交通導(dǎo)航、城市建設(shè)和管理、環(huán)境保護(hù)與檢測(cè)等應(yīng)用[2]。地理信息系統(tǒng)引入云計(jì)算技術(shù)，不僅可以擴(kuò)大地理信息系統(tǒng)處理效率，還可以在邏輯上擴(kuò)大存儲(chǔ)服務(wù)性能，具有重要的作用和意義[3]。

1.地理信息系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

地理信息系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，融合了當(dāng)前比較先進(jìn)的空間科學(xué)技術(shù)、遙感信息技術(shù)、地理學(xué)科技術(shù)等，構(gòu)建了一個(gè)強(qiáng)大的空間位置服務(wù)系統(tǒng)，是一個(gè)綜合性的跨學(xué)科技術(shù)。地理信息系的主要功能就空間數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)加工和處理、可視化應(yīng)用等。地理信息系統(tǒng)可以按照嚴(yán)格的空間數(shù)據(jù)劃分模式，采集和存儲(chǔ)空間數(shù)據(jù)信息，并且將這些信息利用建模的方式，確?？臻g數(shù)據(jù)、行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)的有效融合，比如導(dǎo)航軟件與地理信息系統(tǒng)融合，能夠?qū)⒚恳粭澖ㄖ虻貥?biāo)都展示在導(dǎo)航軟件上[4]。地理信息系統(tǒng)的加工和處理采用了空間數(shù)據(jù)處理技術(shù)、建模技術(shù)和預(yù)測(cè)技術(shù)，能夠針對(duì)地理位置信息進(jìn)行加工和處理，并且基于此為人們的行業(yè)應(yīng)用提供決策。地理信息系統(tǒng)還可以引入可視化的交互界面，方便用戶瀏覽和操作。目前，隨著我國(guó)“互聯(lián)網(wǎng)+”的普及和發(fā)展，許多領(lǐng)域都引入了地理信息系統(tǒng)，比如導(dǎo)航軟件、旅游管理軟件、地理勘測(cè)軟件、公安消防軟件、城市管理軟件等，一定程度上提高了地理信息系統(tǒng)的民用、政務(wù)和商用水平。

1.1 導(dǎo)航軟件

目前，高德地圖、百度地圖、騰訊地圖等均引入了地理信息系統(tǒng)，利用空間數(shù)據(jù)為用戶提供交通導(dǎo)航服務(wù)，并且這些導(dǎo)航軟件系統(tǒng)研發(fā)人員及時(shí)的采集各種建筑物承載業(yè)主數(shù)據(jù)，向人們展示商業(yè)用戶、政府機(jī)構(gòu)等導(dǎo)航服務(wù)。同時(shí)，美團(tuán)、攜程網(wǎng)等也均在這些導(dǎo)航軟件的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了應(yīng)用軟件的二次開(kāi)發(fā)，根據(jù)行業(yè)軟件的應(yīng)用特性，定制化的提高了地理信息系統(tǒng)的可視交互操作水平。

1.2 地理勘測(cè)軟件

地理信息勘測(cè)是一項(xiàng)科學(xué)的活動(dòng)，也是實(shí)現(xiàn)地理信息測(cè)繪和應(yīng)用的基礎(chǔ)。地理勘測(cè)軟件可以充分的利用地理信息系統(tǒng)，精準(zhǔn)的定位每一個(gè)地理位置，建立一個(gè)更加全面的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)。地理信息勘測(cè)也是地理信息系統(tǒng)完善的一個(gè)重要舉措，其可以相互促進(jìn)，利用數(shù)據(jù)對(duì)比和分析，可以更新地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，確保地理信息系統(tǒng)保持的數(shù)據(jù)是最新的和最準(zhǔn)確的。地理勘測(cè)軟件與地理信息系統(tǒng)進(jìn)行有效的結(jié)合，目前已經(jīng)推出了立體形式的數(shù)據(jù)庫(kù)，可以更加準(zhǔn)確的展示城市三維數(shù)據(jù)或山地三維數(shù)據(jù)。

1.3 公安消防軟件

公安消防軟件是一種非常重要的政務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，可以為公安消防做出重要的定位功能，可以確保公安消防更加快速和準(zhǔn)確。公安消防軟件可以將地理信息系統(tǒng)劃分為各種網(wǎng)格數(shù)據(jù)，比如在火災(zāi)發(fā)生的時(shí)候，及時(shí)的將其輸出到公安消防軟件上，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的位置定位和導(dǎo)航，并且可以結(jié)合交通實(shí)況信息實(shí)現(xiàn)位置優(yōu)化，設(shè)置一個(gè)最佳的救災(zāi)線路，提高公安消防反映速度。

1.4 城市管理軟件

城市管理軟件可以將每一個(gè)城市都網(wǎng)格化，在電子地圖上實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格信息的管理和服務(wù)，因此地理信息系統(tǒng)可以為城市管理軟件提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐，能夠有效的考察和評(píng)價(jià)每一個(gè)城市的具體變化，進(jìn)一步提高城市管理的自動(dòng)化、信息化和共享化，讓執(zhí)法者實(shí)現(xiàn)更加快速的公共管理服務(wù)。

2.云計(jì)算技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展

云計(jì)算是計(jì)算機(jī)技術(shù)發(fā)展的時(shí)代產(chǎn)物，其可以將海量的設(shè)備及資源連接在一起，形成一個(gè)分布式計(jì)算矩陣，提高信息服務(wù)和處理能力。云計(jì)算服務(wù)類型通常包括3個(gè)，分布式基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)、平臺(tái)即服務(wù)、軟件即服務(wù)，能夠?yàn)椴煌挠?jì)算機(jī)用戶提供設(shè)備資源、應(yīng)用平臺(tái)和應(yīng)用軟件。因此，地理信息系統(tǒng)作為云計(jì)算的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，其可以為用戶提供一個(gè)強(qiáng)大的物理存儲(chǔ)服務(wù)器，這些服務(wù)器能夠基于先進(jìn)的數(shù)據(jù)加密、安全防御等技術(shù)，確保通信服務(wù)器的安全性，同時(shí)還可以基于云計(jì)算的虛擬化技術(shù)、MapReduce技術(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)備份的可擴(kuò)展性，極大的提高地理信息系統(tǒng)的利用率。因此，基于云計(jì)算構(gòu)建一個(gè)地理信息系統(tǒng)是時(shí)代發(fā)展的趨勢(shì)，也是云計(jì)算的一個(gè)重要應(yīng)用革新。

3.基于云計(jì)算的地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文采用自頂向下的軟件設(shè)計(jì)方法，并且基于面向?qū)ο笤O(shè)計(jì)地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括3個(gè)層次，分別是接口層、業(yè)務(wù)平臺(tái)層和基礎(chǔ)設(shè)施層。

3.1 接口層

地理信息系統(tǒng)能夠?yàn)橛脩籼峁┒鄠€(gè)接口，比如PC電腦接口、移動(dòng)設(shè)備接口和平板電腦接口，這些接口能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)操作，并且可以根據(jù)用戶的邏輯業(yè)務(wù)請(qǐng)求，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，為地理信息系統(tǒng)提供一個(gè)交互處理界面。接口層還可以為每一個(gè)行業(yè)應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)端口，這樣就可以提高導(dǎo)航軟件、城市管理軟件、公安消防軟件的數(shù)據(jù)接入和處理能力。接口層采用先進(jìn)的云計(jì)算進(jìn)行分布式處理，不僅可以提高數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問(wèn)能力，還可以條數(shù)據(jù)的信息加工和處理性能。

3.2 云計(jì)算業(yè)務(wù)平臺(tái)層

云計(jì)算業(yè)務(wù)平臺(tái)層首先可以為地理信息系統(tǒng)提供一個(gè)部署接口，完成地理信息系統(tǒng)的邏輯業(yè)務(wù)加工和處理。同時(shí)，這一層又同時(shí)提供云計(jì)算服務(wù)平臺(tái)的關(guān)鍵功能，包括虛擬化功能、MapReduce功能。MapReduce可以實(shí)現(xiàn)分片透明管理，將不同地區(qū)的存儲(chǔ)器集成在一起，為用戶提供一個(gè)透明的訪問(wèn)過(guò)程，不需要用戶掌握任何底層數(shù)據(jù)信息即可進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)或使用。虛擬化則可以將硬件存儲(chǔ)采用優(yōu)先級(jí)、輪詢算法等，實(shí)現(xiàn)熱點(diǎn)數(shù)據(jù)的高速保存，提高數(shù)據(jù)的快速響應(yīng)能力，也可以提高硬件資源的利用率。

3.3 云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施層

目前，地理信息系統(tǒng)建模完成之后，其需要將海量的三維模型、建筑模型、空間位置等信息保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，這些數(shù)據(jù)庫(kù)需要配置非常高的硬件存儲(chǔ)器才可以完成。為了提高硬件存儲(chǔ)器的利用效率，云計(jì)算可以利用虛擬化技術(shù)，提高存儲(chǔ)服務(wù)能力。云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施層則可以部署很多的存儲(chǔ)器，這些存儲(chǔ)器能夠按照用戶的需求為其分配備份空間，確保每一個(gè)備份用戶的獨(dú)立性和完整性。CPU、網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)器則可以根據(jù)備份系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理需求，結(jié)合虛擬化技術(shù)的應(yīng)用實(shí)例，為不同的用戶分配CPU、網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源，擴(kuò)展物理設(shè)備的使用頻次和提高利用率。

4.結(jié)語(yǔ)

基于云計(jì)算開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)地理信息系統(tǒng)，可以有效的提高地理信息系統(tǒng)的并發(fā)處理能力，利用先進(jìn)的MapReduce實(shí)現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的加工和處理，也可以實(shí)現(xiàn)硬件資源的邏輯化和虛擬化，實(shí)現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的透明存儲(chǔ)和分片處理，透明存儲(chǔ)等，提高地理信息系統(tǒng)的并發(fā)性、高性能。