李远志

（湖南省第一测绘院，湖南 长沙 410114）

0 引言

地理信息是地理数据蕴含和表达的地理含义，是一种基础性、大众性的战略数据资源；地理信息能为城市发展、防灾减灾、交通运输、环境治理等方面的工作提供数据基准与支撑服务。因此应用地理信息实现公共服务是基础测绘成果应用的一种重要形式，也是新形势下测绘地理信息服务能力转型升级的具体表现。

随着国家近年来大力推进数字城市、天地图、智慧城市等项目的建设，采用“分级建设、层层聚合”模式的各级地理信息公共服务平台已经初步建成。其中，县级平台作为基础平台，对数据资源的现势性、系统建设和数据使用有着较高的要求。但当下依旧存在基础地理信息数据获取困难、专题数据共享程度低、基础地理信息数据更新能力不足、传统GIS 应用方式难于推广等问题。

针对上述问题，本文在遵循数字城市地理空间框架相关标准和要求的基础上，设计开发了地理信息公共服务平台，旨在实现基础地理信息数据的统一生产与管理、各部门开放地理信息专题数据的统一生产与管理，实现统一权威平台的构建与应用等目标。建立一个统一开放的时空信息云平台和地理信息资源共享服务体系，实现向政府、企业和公众提供公共地理信息资源的功能，构建一个为政府部门和社会公众提供决策服务、数据服务、计算服务和应用服务的地理信息服务平台。

1 平台整体设计

在落实国家信息安全等级保护制度的基础上，遵循数字城市地理空间框架相关标准，满足智慧城市时空信息云平台建设要求，充分利用现有数据成果和相关技术进行地理信息公共服务平台建设。平台总体架构由基础设施层、数据服务层、窗口服务层组成，旨在实现时空信息数据、物联网信息数据共享，为各智慧应用提供地理信息资源接入，系统总体架构如图1所示。

图1 平台总体架构

基础设施层是以私有云结合硬件、软件、网络环境，建立处理器、存储、网络多种资源池；用户可在不增加服务器、软件等网络设备的前提下，根据自身需求调配相关的计算资源；用户除了不能控制最底层的基础设备外，可根据需要调控操作系统、储存装置、已部署的应用系统。此外还可以在云基础设施的辅助下实现资源池的动态分配，并将应用系统部署到云端实现在线运维。

平台数据服务层依托云平台，实现各种数据的组织管理、服务接口管理、二次开发、资源展示、云端资源池管理、运维管理和安全管理。整体上由数据层、管理层、服务接口层构成。其中，数据层由基础地理信息数据、公共地理框架数据、专题数据、安全数据、其他支撑数据构成；管理层由数据管理系统、云服务管理系统、资源展示系统、自动搭建系统、云支撑管理系统、安全管理系统等构成；服务接口层由数据服务、功能服务、API 二次开发接口等构成。

窗口服务层是以网络提供软件的模式，将所有服务都托管在云端。各种智慧应用通过云平台获取地理信息数据，为天地图、三维招商地理信息系统、一张图、公共信息平台、山洪灾害预警监测系统、不动产管理信息系统等智慧应用提供地理信息资源服务。

2 关键技术

2.1 分布式数据引擎技术

面对海量的地理信息数据，若要在高并发下确保数据访问性能，需要借助分布式数据存储引擎来支撑数据的高性能管理与访问。针对不同数据的特点以及平台对数据访问、管理和服务的要求，采用不同的分布式数据引擎技术，充分挖掘地理大数据存储与访问性能优势，满足地理大数据高并发、大数据量下的实时性要求，辅助实现地理大数据的分析与挖掘。

2.2 微服务地理信息服务技术

传统的单体应用架构是将所有功能都部署在同一个进程中，将其视为一个部署单元进行部署。在数据量高爆发期间，传统模式便面临着扩展部署的问题。面对海量的基础地理信息数据资源池，单体应用架构无法满足应用需求，而微服务架构是将应用封装为多个服务，服务按进程进行隔离。基于微服务“独立部署、横向伸缩”的特点，将所有服务封装为一个微服务，同时将所需的服务封装为单独的微服务，这样可以方便各服务的扩展，提升服务性能和响应能力。

2.3 GIS 集群服务动态调度技术

采用弹性资源分配的方式动态调度GIS 服务器集群。用户发布需求时，GIS 服务集群是将多个GIS 服务器组成群组接收需求指令。为保证群组能够发挥高稳定、高灵活的服务器结构性能，需要由集群的父节点进行统一的调配。而GIS集群弹性资源分配则是在保障GIS 服务性能的前提下，实现服务器的集约化利用。当外部用户并发访问数量增加、GIS服务能力下降时，系统动态分配GIS 节点加入GIS 集群站点；当并发访问数量下降时，系统则将闲置的GIS 节点收回，实现GIS 节点的弹性资源分配。通过GIS 集群弹性资源分配提高GIS 服务整体性能，增强GIS 服务可靠性，提高GIS服务可扩展性，降低GIS 服务成本。

2.4 免插件新型三维技术

基于WebGL 的新型三维技术打破了三维数据的浏览和运算瓶颈，通过三维数据切片，用户可以在免插件的浏览器上流畅地运行三维数据。同时，该项技术支持细粒度的三维模型，支持工业级别的BIM 模型。

2.5 地理大数据分析技术

由于地理信息数据具有体量大、种类多等特点，是名副其实的地理大数据，这些大数据中蕴涵着丰富的知识，需要基于地理大数据分析的方法模型库，采用地理大数据分析技术实现地理大数据的在线可视化分析挖掘。

3 地理信息公共服务平台系统架构

地理信息公共服务平台将按照《智慧城市时空信息云平台建设技术大纲》的要求建设，其主要建设内容包括数据管理系统、云服务管理系统、资源展示系统、自动搭建系统、云支撑管理系统、安全管理系统的建设，系统架构如图2所示。

图2 系统架构图

3.1 数据管理系统

数据管理系统可实现平台时空信息数据管理和物联网信息数据管理，为平台时空信息数据和物联网信息数据的质量提供保证。该系统包括基础数据管理子系统和物联网节点地址数据管理子系统。其中，时空数据管理系统实现对时空信息数据（包括矢量数据、影像数据、三维数据、地名地址数据、新型产品数据等）全要素全时段全方位的时空管理，如图3所示；物联网数据管理系统实现对物联网节点地址数据、物联网节点实时感知数据、物联网节点元数据的管理。物联网数据管理系统界面如图4所示。

图3 时空数据管理系统界面

图4 物联网数据管理系统界面

3.2 云服务管理系统

云服务管理系统实现对时空信息数据服务与物联网节点地址数据服务的发布、查询、申请、获取、审核、监控与二次开发服务。云服务管理系统包括门户网站、云服务系统和开放平台。

门户网站提供平台电子地图的入口、信息动态、热点服务、最新服务、典型应用、用户指南等常用功能。云服务系统采用面向服务的体系架构（SOA）设计理念，以服务的方式对外提供地理信息数据服务、物联网数据服务、功能服务以及其他服务，实现数据管理和应用的分离以及云资源池的共享。云服务管理系统实现时空信息数据与物联网信息数据服务的发布、审核、分析、监控功能。开放平台为用户提供时空信息数据与物联网信息数据服务资源、二次开发接口，以为用户提供所需的时空信息数据与物联网信息数据，并满足这些服务二次开发的需要，具体界面如图5、图6所示。

图5 云服务系统界面

图6 资源展示系统界面

3.3 资源展示系统

资源展示系统以直观的电子地图形式，实现平台时空信息数据与物联网信息数据服务的接入与展示。该系统主要提供时空数据浏览、物联网数据浏览、空间查询、属性查询与空间分析等功能。

3.4 自动搭建系统

通过自动搭建系统可实现按需自动搭建地理信息应用系统，实现数据资源池、功能资源池、界面资源池的创建，实现应用系统的服务配置与管理、功能配置与管理、界面配置与管理，从而实现云端应用管理集中化；实现从服务对接发展到知识引擎、按需服务，具体界面如图7所示。

图7 自动搭建系统界面

3.5 云支撑管理系统

云支撑管理系统支撑环境的创建通过构建虚拟云计算中心的方式来实现。具体包括硬件资源管理系统和Web 系统管理系统，从而实现对平台物理服务器、虚拟化服务器CPU、内存、存储、网格的动态管理。其中，硬件资源管理系统用于对基础设施层进行管理，即对构建平台的私有云环境进行管理；Web 系统管理系统用于对构建平台的Web 服务器、Web 容器进行管理，并实现应用程序的在线自动化部署，具体界面如图8所示。

图8 服务器集群管理界面

3.6 安全管理系统

安全管理系统旨在整合实现平台统一的安全管理，该系统包括平台单点登录子系统、权限托管子系统、日志管理子系统。

其中单点登录用户只需登录一次，多后台应用系统的访问可通过单点登录系统来实现，系统会记住首次登录的用户名和密码。权限托管子系统包括部门管理、用户管理、系统管理、模块管理、角色权限管理五大模块，旨在实现平台统一的部门信息管理、用户信息管理、平台注册所有的系统信息管理、各系统模块信息管理，以及角色权限信息管理。

日志管理系统包括日志查询、日志统计、日志分析三大模块，旨在实现平台统一的日志信息管理，具体界面如图9所示。

图9 Web 在线自动化部署界面

4 结论

本文提出的地理信息公共服务平台是地理信息公共服务中基础设施建设、数据资源整合、服务交换共享、行业应用推广等的一个总结性成果。本系统进一步发挥基础测绘、地理信息服务功能，通过平台对基础地理信息进行权威、标准、统一的发布，并允许平台进行专题信息加载和二次功能开发，避免维护公共地理框架基础地理数据所需的高昂成本，避免政府各部门各自为政、重复建设和财政资金浪费的现象，具有良好的应用推广前景。