叶远智，张朝忙，张 剑

(浙江省地理信息中心，浙江杭州310012)

一、引 言

城市群是指在特定的地域范围内具有相当数量的不同性质、类型和等级规模的城市，依托一定的自然环境条件，以一个或两个超大或特大城市作为地区经济的核心，借助于现代化的交通工具和综合运输网的通达性，以及高度发达的信息网络，发生与发展着城市个体之间的内在联系，共同构成一个相对完整的城市综合体［1-2］。城市群是城市化达到一定阶段的必然产物，其存在是区域城市化与城市区域化的重要表现。当前，城市群已成为全新的国家参与全球竞争与国际分工的基本地域单元，它的发展深刻影响着国家的国际竞争力，对国家经济的持续稳定发展具有重大意义［3］。基于城市群的建设模式可以有效地整合城市群异质资源，优化资源配置，促进城市群的快速发展。目前国内基于城市群的研究多集中于辐射极化等效应对区域发展的影响［1，4-6］，而对基于城市群的地理空间框架建设的研究相对较少。

地理空间框架由基础地理信息数据库体系、目录与交换体系、公共服务体系、政策法规与标准体系和组织运行体系构成，是以公共服务为导向的国家空间信息基础设施。浙中城市群在浙江地区及国家经济社会发展中起着重要作用，其区域经济持续发展、规划、宏观决策等都离不开地理空间框架的支持［7-9］。浙中城市群地理空间框架建设模式及关键技术研究有助于突破行政区域划分的束缚，形成统一的信息基础设施及平台，促进空间信息等生产要素跨行政区域的合理流动。本文在广泛总结前人研究结果的基础上，引出了浙中城市群地理空间框架建设模式，并重点探讨了分布式动态空间数据库体系模型、网络目录服务、瓦片服务动态坐标转换、双链路负载均衡等关键技术，为国内其他基于城市群的建设模式及智慧城市相关建设提供借鉴和参考。

二、基于城市群的地理空间框架建设模式

1.浙中城市群概况

浙中城市群位于浙江省中部，金衢盆地以东，包括金华市域(金东区、婺城区、义乌市、东阳市、永康市、兰溪市、浦江县、武义县、磐安县)，以及衢州市的龙游县、丽水市的缙云县和诸暨南部在内的经济发展协调区，浙中城市群的位置与范围如图1所示，覆盖总面积达1.36万km2，常住人口600万人。2011年，浙中城市群整个地区的城市化水平高达60.45%［4］。

图1 浙中城市群位置与范围示意图

2.浙中城市群地理空间框架建设模式

在我国经济发展和城市化水平较高的东部地区，城市群的发展和完善是推进城市化的主要途径［6］。我国目前的地理空间框架建设均是以单个完整的行政区域为基本单位，但随着信息化、城市化的加速发展，城市的综合发展受整个区域发展的影响越来越强烈，作为城市信息化基础性信息资源的地理空间框架建设从单个城市的层面转到城市群的层面加以统筹考虑变得十分必要。

在此背景下，浙中城市群地理空间框架建设在地理信息公共服务平台方面提出并采用了基于城市群的建设模式。该模式以金华市为主中心，以义乌为副中心，以东阳、永康等浙中城市群其他县(市)为分中心。主中心负责地理信息资源和各类专题共享信息资源的集成、管理并统筹数据的共享和交换，同时承担为各分中心和城市群内政府部门提供服务及注册管理工作;副中心实现共享交换数据的异地备份，同时在数据服务访问量激增时分担主节点服务压力;分中心负责维护各自行政区域内的共享服务数据库建设，各分中心间相互独立并通过主中心实现数据共享;城市群内各政府部门通过访问服务和将本部门发布的服务注册到共享服务区域实现了星型分布的部门间的数据共享与交换。各中心通过服务权限控制保持对本单位共享服务数据的管理，不具备单独建设地理信息资源数据库及提供共享服务能力的部门采用数据前置交换、数据托管、服务器托管等形式将共享服务数据上载到主中心进行集中管理，通过主中心进行共享服务的发布;同时以数据标准、数据库标准、元数据标准、数据管理技术规程及质量检查规定为主线，规范城市群地理空间框架建设的全过程。

整体而言，基于城市群的地理空间框架建设模式以共享服务数据库逻辑集中为主，突破了传统行政区域划分的束缚。城市群的发展本质是信息网络、交通网络、资金网络、社会网络等众多网络的形成及发展，基于城市群的地理空间框架建设为地理信息等生产要素跨行政区域的合理流动提供了统一的、法定的信息基础设施及平台，对于城市群内信息网络、交通网络等的建设具有积极的推动作用。

三、浙中城市群地理空间框架建设关键技术

地理空间框架建设的核心是基础地理信息数据库体系，最终目的是实现共建共享，涉及空间数据模型、接口规范、集成规范等多种技术及技术体系。浙中城市群地理空间框架建设涉及的关键技术包括分布式动态空间数据库体系模型、网络目录服务、瓦片服务动态坐标转换、双链路负载均衡等。

1.分布式动态空间数据库体系模型

地理空间框架数据具备海量、多源异构、多时相、多分辨率等特点，在数据建库及实际应用过程中面临多重表达、持续协同更新、时空动态显示等诸多问题，因此空间数据模型研究在地理空间框架建设中显得十分重要。空间数据模型的发展经历了CAD数据模型、Coverage数据模型和面向实体的空间数据模型3个阶段。浙中城市群地理空间框架建设针对共享服务数据库采用的分布式动态空间数据库体系模型基于面向实体的空间数据模型提出，如图2所示。

图2 分布式动态空间数据库体系模型

通过计算机网络将与浙中城市群相关联的空间数据库进行数据和程序的分布式处理，其主要内容包括空间数据的分布式查询、分布式并发控制等，同时通过前置交换技术对关联数据库进行动态更新(即分中心数据进行编辑处理)后，主中心相应数据将动态更新保持与分中心数据的一致，反之亦然。分布式动态空间数据库体系模型中的参与数据库均具有独立自治性，参与库体均采用面向对象技术将现实世界抽象为由若干对象类组成的数据模型，每个对象类有其属性、行为和规则，对象类间又有一定的联系;按层次将地理数据组织成数据对象，并存储在要素类、对象类和要素集中［10-11］。该模型在空间数据库体系之上为用户提供了一个统一的数据共享交换环境，从而满足了城市群间各城市共享交换数据库的动态共享与交换。

2.网络目录服务

网络目录服务(catalog service for the Web，CS/W)是开放式地理信息系统协会(Open Geospatial Consortium，OGC)制定的一套空间信息目录服务规范，最新版本是 2007年 4月发布的 Version 2.0.2。网络目录服务描述了地理空间数据和服务的发布，以及访问的框架原理及其标准，是检索、管理与维护分布在不同地方的地理信息(包括基础地理信息数据、测绘档案、地理信息应用系统、地理信息服务)的一项关键技术。网络目录服务规定了目录服务的接口、绑定的协议及框架结构，并且设定了不同的用例模型来规划如何具体实现对地理空间数据和服务的目录发布、搜索和访问［12-14］。其中，网络目录服务系统级用例如图3所示。

图3 网络目录服务系统级用例

网络目录服务规范中的用户可以是与系统交互的个人、组织或其他软件系统。系统中包含4种类型的用户角色:①信息发布者，向元数据库提交元数据记录，这样，信息查询者就可以检索到相应的信息，信息发布者通常也是元数据描述对象——地理信息资源的持有者;②中介/代理人，这是一种特殊的信息发布者，代理地理信息资源持有者发布元数据记录;③信息查询者，通过元数据服务查询元数据记录，了解相应的信息资源的状况;④元数据服务提供者:这是一个处理发布和查询元数据的系统，同时，该系统还具有从其他元数据服务收集元数据记录的功能。

通过网络目录服务，各种客户端应用系统可以通过一致的方式(如标准接口和操作)对各种资源进行搜索，而且理想情况下都基于统一的信息模型，即相同的目录数据内容和结构，因此，客户端应用系统可以高效地搜索各种信息资源。OGC的网络目录服务定义了一套接口和操作，但要建立一个满足该规范的网络目录服务器，必须针对特定的需求建立相应的信息模型，包括网络目录服务可管理的元数据、支持的查询语言、支持的检索项、响应的查询结果集等，这对于保证不同网络目录服务器之间的互操作性至关重要。浙中城市群地理空间框架建设涉及多个城市的元数据体系，网络目录服务为保证城市间不同部门同构及异构数据体系之间的互操作提供了基础支撑。

3.瓦片服务动态坐标转换

空间信息服务的动态坐标转换一直是地理信息共享交换的研究热点，目前，矢量地图服务动态坐标转换技术已经实现，但对瓦片服务动态坐标转换的研究较少。瓦片服务是地图服务中使用频率最高的一种服务［15］，当不同坐标系之间的瓦片服务需要互操作时，瓦片服务固定投影技术就不能满足实际需要。瓦片服务动态坐标转换是指现有瓦片服务根据请求的空间参考信息自动生成新的瓦片服务，实现了一套瓦片即可满足多个不同投影、不同坐标系统的服务发布需求。

瓦片服务动态坐标转换的逻辑流程如图4所示。客户端对原始瓦片发出瓦片请求，原始瓦片根据客户端提供的空间参考信息。首先在瓦片缓存模块中查找该参考信息下的瓦片是否动态生成过，若已缓存，则直接将处理后的缓存瓦片直接返回给客户端;若请求的参考信息下的瓦片尚未生成，则利用瓦片处理模块对原始瓦片进行坐标转换和图像重采样操作，并将实时转换生成后的瓦片存入瓦片缓存模块，同时将转换后的瓦片返回给客户端。

图4 瓦片服务动态坐标转换逻辑流程

瓦片服务动态坐标转换技术支持标准及自定义投影的动态转换，并能够实现不同椭球之间瓦片服务的七参数坐标转换等操作。

4.双链路负载均衡

双链路负载均衡技术根据主机连接请求自动评估链路可用性，并将通信流量分配到该主机与服务器通信时间最小值的链路:在双链路系统中主机与服务器存在两条独立链路，链路负载均衡技术根据主机IP地址将通信自动分配到最适链路;而另一条链路则作为备份，在必要时分担通信流量，解决流量峰值超出最适链路通信能力的问题。更重要的是，当最适链路连接发生故障时，数据流将平滑的转向备份链路，保证了链路系统的高可用性，有效规避了单条链路故障带来的网络风险和网络带宽不足等诸多问题。

浙中城市群的地理空间建设模式以金华、义乌为主，副中心统筹数据共享与交换，从而形成两条独立并通信的链路。双链路负载均衡技术的开发实现了网络出口链路的自愈化、流量均衡化和访问快速化，同时也实现了通信链路的容灾备份，提高了链路系统的稳定性，保证了基于城市群的地理空间框架建设的运行。

四、总结与展望

随着信息化、城市化的加速发展，以及区域经济一体化的趋势，基于城市群的建设模式将成为未来城市相关建设的主要模式。本文以浙中城市群为例，介绍了基于城市群的地理空间框架建设模式，重点探讨了分布式动态空间数据库体系模型、网络目录服务、瓦片服务动态坐标转换、双链路负载均衡等关键技术。本研究是基于城市群相关建设的有益实践，可拓展应用于智慧城市的相关建设;同时，笔者认为以下几个方面有待进行深入研究。

1.时空数据模型研究

地理信息数据具备随时间变化的时空特性，时空数据的表达和处理，以及对复杂地理现象的描述是未来空间数据模型发展的必然趋势。现有空间数据模型没有引入时间维的概念，缺乏对于地理实体及地理事件的历史状态分析能力，后续应深入时空数据模型研究，使数据库成为地理实体的历史档案库，为动态监测和决策分析提供详实的时空数据支持。

2.基于城市群的智慧城市相关建设

基于城市群的建设模式研究是对传统的按照行政区域划分的突破。在智慧城市阶段，基于城市群的智慧城市相关建设将是智慧城市、智慧省区间的重要补充和拓展。城市群实质上是一个多重网络的集合，从而拥有更多的异质资源和动态能力，为相关建设提供了根本性的竞争优势，因此，有必要在基于城市群的智慧城市相关建设方面进行深入研究和探索。

［1］方创琳，宋吉涛，张蔷，等.中国城市群结构体系的组成与空间分异格局［J］.地理学报，2005，60(5):827-840.

［2］林先扬，陈忠暖，蔡国田.国内外城市群研究的回顾与展望［J］.热带地理，2003，23(1):44-49.

［3］ALLEN J S.Global City-regions:Trends，Theory，Policy［M］.Oxford:Oxford University Press，2001:78-87.

［4］李王鸣，柴舟跃，江佳遥.基于城市空间要素分析的浙中城市群结构特征研究［J］.经济地理，2011，31(3):295-301.

［5］李瑞，冰河.快速城市化背景下城市群和城市群脉的空间发展模式［J］.武汉大学学报:工学版，2005，38(1):148-152.

［6］苏雪串.城市化进程中的要素集聚、产业集群和城市群发展［J］.中央财经大学学报，2004(1):49-52.

［7］YANG C，RASKIN R.Introduction to Distributed Geographic Information Processing Research［J］.International Journal of Geographical Information Science，2009，23(5):553-560.

［8］陆立军，唐耀林.浙中城市群综合集聚度及核心城市［J］.经济地理，2008，28(4):552-556.

［9］PENG Z R.A Proposed Framework for Feature-level Geospatial Data Sharing:A Case Study for Transportation Network Data［J］.International Journal of Geographical Information Science，2005，19(4):459-481.

［10］陈换新，孙群，肖强，等.空间数据融合技术在空间数据生产及更新中的应用［J］.武汉大学学报:信息科学版，2014，39(1):117-122.

［11］曹志月，刘岳.一种面向对象的时空数据模型［J］.测绘学报，2002，31(1):87-92.

［12］王艳军，邵振峰.面向服务的地理信息公共平台关键技术研究［J］.测绘科学，2012，37(3):160-162

［13］胡承芳，狄黎平，杨文立.THREDDS与CS/W地理空间目录服务的互操作研究［J］.计算机工程与应用，2008，44(23):14-18.

［14］李德仁，黄俊华，邵振峰.面向服务的数字城市共享平台框架的设计与实现［J］.武汉大学学报:信息科学版，2008，33(9):881-885.

［15］苏铁柱，宋奇海，王见兵.基于AutoCAD的动态坐标转换的快速实现［J］.测绘通报，2010(11):46-47，53.