景清锟，徐启恒，黄滢冰，余 谦

(1. 广州市市政工程设计研究总院，广东 广州 510060；2. 东莞市测绘院，广东 东莞 523129；3. 东莞市地理信息与规划编制研究中心，广东 东莞 523129；4. 武大吉奥信息技术有限公司，湖北 武汉 430223)

0 引 言

地理信息公共服务平台是以地理空间信息为基础、WebGIS为工具，整合空间与非空间信息，通过完善的政策法规和标准体系、地理框架数据库体系、在线空间信息服务体系、示范应用体系[1]，面向政府和公众提供在线地理信息服务的集成平台[2]。自2006年国家测绘地理信息局启动地理空间框架建设，公共服务平台在国家、省、市、县等层面实现了广泛的应用，先后建成天地图国家级和省级节点。30个省份近400个地级市相继完成了市级公共服务平台建设，挖掘典型应用逾2 000个。地理信息公共服务平台在公安、国土、城市管理、政府决策、应急管理等行业发挥了重要作用。

近年来，随着软硬件技术的进步和信息化建设的深入，智慧城市建设逐渐从概念研究迈向实践探索。智慧城市是城市信息化发展到一定阶段，科技和需求达到一定程度的必然要求。智慧城市时空信息云平台是以“云”的思想，突破地理信息公共服务平台框架限制，建立空间信息资源云存储、云共享、云管理和云服务架构。时空信息云平台是地理信息公共服务平台的高级形态[3]，是综合运用云计算、物联网、大数据、数据挖掘等技术对公共服务平台进行升级的智慧平台[4]。

数字东莞地理信息公共服务平台自2011年建成，并逐年进行了年度运维工作。2016年4月经国家测绘地理信息局批准，东莞市正式成为国家时空信息云平台建设试点城市。借助试点建设契机，对现有平台进行数据更新和运维改造，逐步向设施智慧化、数据多元化、平台智能化、应用典型化过渡，是东莞市公共服务平台运维和升级的重要目标。本文从数据更新和平台运维角度，探讨数据更新、平台功能、硬件体系的智慧化升级策略，为地理信息公共服务平台向时空信息云平台过渡提供可参考的建设思路和组织模式。

1 平台更新运维体系及挑战

地理信息公共服务平台建设与更新运维工作是一项超大型的地理信息工程，需要健全的更新运维机制[5]。通过更新运维，可保证数据现势性和功能完备性，保障公共服务平台的长效运行，发挥国家各级测绘部门长期积累形成的基础地理数据价值，为社会提供便捷的地理信息服务[6]。

1.1 平台数据更新发布体系

公共服务平台数据更新及发布总体框架如图1所示。公共服务平台数据更新发布参照国家、行业、地方测绘标准规范执行。在已有数据基础上，以年度更新方式持续更新完善POI数据、路网数据、影像数据、地形图数据等，保证了数据现势性：①以1:500地形图为基础，经建库、质检、整饰配图等过程形成矢量成果。以上一年度卫片为底图，经脱密、色调处理、切片等形成影像数据成果；②以现有数据为基础，经外业实地调查补充、属性重构和位置纠正等处理，形成地名POI更新成果；③以现有路网数据为基础，结合卫片航片等数据补充缺失路网，并进行分级分类、拓扑修正等处理，实现路网信息整合；④对地形图进行提取、模型对象重构、图形注记转换等处理，解决地理实体与空间数据表达上的不对等现象[6]，形成地理实体数据。

年度待更新成果数据经质量检查[7]、脱密和配图[8]等处理，整合形成待发布数据。考虑对接兼容性，数字东莞政务版平台发布西安1980和CGCS2000两套坐标系地图服务，公众版平台以查询浏览为主，发布CGCS2000坐标系地图服务。

图1 公共服务平台数据生产更新及发布体系Fig.1 Data update and release system of the geographic information public service platform

1.2 平台运维体系

平台运维包括平台服务功能维护和平台运行支撑环境维护两部分。服务功能维护包括数据管理和服务发布管理模块优化，功能扩展，服务接口升级，空间分析接口完善、移动应用接口新增、地名地址解析，坐标转换等内容；平台运行支撑环境维护包括网络传输效率提升、并发性能优化、网络传输承载量扩容、网络安全性提升、硬件性能扩充等方面。

1.3 平台升级挑战

经过多年发展，地理信息公共服务平台建设工作取得了巨大成效。但随着应用的深入，公共服务平台在数据现势性、更新机制和效率、多源异构数据兼容、服务应用灵活性、示范应用深化挖掘[9]、平台软硬件性能等方面问题愈加凸显：

1）平台数据以年度更新为主要手段，由于数据生产、入库和更新发布流程和机制限制，数据更新发布往往延后，数据现势性不能满足应用要求；

2）在线地图服务更新周期较长，瓦片生产耗时长工作量大，即使小范围地图数据更新仍需整个地图重新切片，投入产出性价比不高；

3）随着需求增大和应用接入的增多，各部门数据逐渐积累，公共服务平台现有数据库管理模式不能满足各部门多源、异构数据的发布共享；

4）随着平台运行推广，应用需求的深入挖掘，现有的集中式在线服务模式和软硬件性能不能高效支撑云平台对网络传输高并发高带宽的性能要求。

平台的升级应以现有地理空间框架为基础，在解决以上问题的基础上进行智慧化改造，通过时空数据库建设、云平台建设、支撑环境建设和智慧应用建设，为后续时空信息云平台建设推广提供经验和思路。

2 公共服务平台升级策略

地理空间框架数据是相对静态的，而数据所表达的地理真实空间是动态变化的。公共服务平台升级策略主要包括从相对滞后的数据更新和发布，变为实时交互和更新发布，以满足多维、动态的时空过程模拟；从地理数据整体替换式更新发布变为多时相瓦片时空数据增量发布，以解决空间数据在时间和效率上的表达要求；从较为单一的GIS数据升级为支持多源、异构、多时态空间数据，以满足应用和分析的需求；从传统的单一运维变为多部门共同参与实时共享，以提高使用部门的参与度和平台适用度。为充分利用现有资源和成果，地理信息公共服务平台到时空云平台的升级应从数据实时更新、多部门共享参与、多时相数据和多时相瓦片数据实时发布存储、多源异构数据无缝融合、时空数据库建立和空间数据快速更新等方面入手。现有地理信息公共服务平台则应从数据时空化和运维体系智慧化两方面着手，重点实现数据快速更新、多源异构数据融合兼容、时空信息云服务等功能。

时空信息云平台建设主要涉及时空信息数据库、时空信息云平台、支撑环境完善升级、智慧应用等4个方面[10]。为满足公共服务平台到时空信息云平台的升级过渡，地理信息公共服务平台智慧化升级需根据时空信息云平台的要求，建立GIS时空数据库、多时相瓦片时空数据更新模式、多源多态数据动态融合发布、时空数据快速更新模式与时空信息云服务相结合的智慧化体系[11]。

2.1 空间数据时空化

1）GIS数据实时交互机制

为满足时空信息云平台的应用需求，需消除传统GIS与真实地理空间不一致的矛盾，将真实地理环境动态、平行地映射到GIS数据库，建立实时GIS数据交互机制。即从服务机制和共享模式上，通过网络、传感设备、智能计算等技术手段，实现时间维度上的数据重组，以掌握空间信息资源的各应用部门为主体，采用网络化的数据交换和共享模式，实现时态GIS数据的即时汇聚和共享，为云平台提供动态、实时、准确的时空数据服务。GIS数据实时交互机制如图2所示。

图2 GIS数据实时交互运行模式Fig.2 Real-time interactive mode of the GIS data

服务数据实时交互运行模式，是以共享云数据库（即市电子政务办政务云中心）为基础数据存储和共享终端，以政务网络作为信息传输媒介，同时设计服务使用终端（各GIS相关业务部门）为业务流程终端，在业务管理和办理流程中的业务成果以“时间版本”和“业务版本”标记并存储到空间数据库，并以WFS等服务形式发布共享。

以数字东莞为例，市地理信息公共服务平台通过整合市工商部门实时生成的企业登记等业务数据信息，通过地址匹配等技术处理形成标准化的空间数据，并依托公共服务平台共享和发布，实现了工商企业登记GIS数据短周期（5～15 min）实时存储和数据共享。

2）多时相瓦片时空数据设计

传统的地理空间数据的多时相特征表达方式主要是通过空间数据库的关系表中添加时间字段，以时间定位地理空间数据的时相特征，来表达动态的真实地理空间。但这种基于时间字段的多时相GIS数据，存在数据检索效率较低、数据冗余度较大、分布式瓦片生产工作重复等问题。而基于“多时相瓦片数据集”的思路可以较好解决上述问题，即多时相瓦片集在逻辑上是一系列不同级别不同时间特征的瓦片集合，每个有时相特征的瓦片数据均记录了特定的层级和特定的空间范围，新增的现势性强的瓦片数据集，通过“注册”，添加该瓦片数据的访问索引到相应多时相数据集中，当数据浏览到特定的层级和范围，相应“新注册”的瓦片数据可通过访问索引被唯一检索，即通过一个图层和调用过程即能展示和访问多时相瓦片数据。其原理和组织如图3所示。

图3 多时相瓦片数据集概念视图Fig.3 Conceptual view of the multi-temporal tile data sets

以数字东莞为例，多时相瓦片数据设计，即建立全东莞市标准瓦片切片矢量格网（10-21各级），如图4所示，通过预先设定的格网组织并标记时相瓦片数据。当有数据需要进行增量更新时，首先通过标准格网实现变化范围定位和提取，再通过GeoGlobe等GIS软件分层分范围切片，切片数据经过按范围提取、定位检查等技术处理，实现变化范围瓦片数据生产，如图5所示，最后通过瓦片数据迁移融合技术手段实现变化范围瓦片数据成果在原始数据上的增量更新，即区域数据补丁式增量更新，如图6所示。

图4 东莞市标准瓦片切片矢量格网示意图Fig.4 Normal tile vector lattice of Dongguan

图5 变化范围瓦片数据生产Fig.5 Tile data production of variation range

图6 瓦片数据迁移融合技术Fig.6 The migration and fusion technology of tile data

3）多源异构数据融合技术设计

多源异构数据融合过程首先是针对基础空间数据多源、异构、多尺度、多时间序列特征等属性，形成初步具备空间结构、拓扑、层次关系的多源数据时空关联模型；其次是设计基于空间位置的多源异构信息融合服务接口和网络实现机制，实现多源数据融合处理；然后通过分布式时空数据存储与管理模型设计，实现时空、动态的多维度空间数据访问查询；最后在云环境中构建多维时空数据库管理平台，通过时空数据库访问具有时空特征的多源异构数据。多源异构数据融合技术路线设计如图7所示。

图7 基于空间位置的多源异构信息融合与管理Fig.7 Fusion and management of the multi-source and heterogeneous information based on spatial location

4）时空数据快速更新模式设计

时空数据主要有两种数据来源途径，一是各应用部门实时交互的业务数据和空间数据等，二是来自基础测绘提供的高精度测绘成果数据。时空数据存储模式也相应分为两种，即各部门实时共享数据存储和定期测绘数据存储。矢量和影像数据因生产工艺不同，时空数据更新采用基于范围和基于图幅的快速更新方式。基于上述考虑，时空数据快速更新模式设计为实时更新和定期更新两种模式，如图8所示。

图8 数据快速更新框架图Fig.8 Fast updating flow for spatiotemporal data

东莞市空间数据快速更新模式以东莞市基础地理数据动态更新省级试点建设为契机，着重从业务和技术两方面实现动态更新。业务上，主要是建立“发现变化→变化采集→数据整理→数据回传→数据中心处理→实时或定期更新→数据共享发布→发现变化”的闭合业务更新模式，从制度上衔接数据更新。技术上以瓦片数据增量更新技术和张新长教授提出的矢栅动态更新[12-13]为主要实现方法，实现定期更新（影像成果，无人机航飞成果，大范围地形图等）和实时更新（点状要素，线划要素，小范围地形图等），确保动态更新成果的科学性、连续性和完整性。

5）时空信息云服务体系

时空信息云服务体系建立涉及基础设施、云平台和智慧应用三个方面。云服务体系一般分为三个层次，即基础设施服务层（Infrastructure-as-a-Service，IaaS）、平台服务层（Platform-as-a-Service，PaaS）、软件服务层（Software-as-a-Service，SaaS）。时空信息云服务的核心理念是实现硬件、软件、平台的独立封装和分布式部署管理，使各业务部门自主汇总、自主统计，实现分布式服务管理和集成应用。

目前大多数云计算中心或云服务中心负责提供硬件和网络通讯（承担IaaS角色），满足平台和应用软硬件需求。应用开发和软件提供商通过统一标准深化和挖掘深层次应用，提供软件产品，承担SaaS层角色。而各地市主管部门根据相关标准体系建立云平台服务中心，连通云计算中心和应用服务，即承担了PaaS层角色。

2.2 运维体系智慧化

地理信息公共服务平台运维体系的智慧化升级，应考虑与时空信息云平台的物理对接和技术对接，包括数据共享共用机制、平台信息交换机制、平台数据存储机制、网络响应机制、软件技术兼容等方面，保证从公共服务平台到时空信息云平台的衔接过渡。运维体系智慧化升级重点在修改完善服务功能，升级核心运行环境等工作。

1）服务功能升级

地理信息公共服务平台功能升级主要体现在自动切片和服务自动更新、数据自主处理和服务自主管理快速部署、影像数据快速更新、路径规划、地名地址匹配与服务解析等方面：①完善空间分析功能和服务形式；②提供分类及专题查询、周边查询等多样化的地图查询功能；③建立地理编码库和模糊搜索引擎，实现用户地址信息与地址编码库匹配，并映射为空间信息；④实现多种方式的路径规划及查询，提供路径分析服务，实现定点查询、站点查询、通达性查询、线路查询等功能；⑤扩展移动端应用：完善移动端数据服务，实现在线、离线等多种数据访问方式，提供移动端地图浏览、定位、查询、分析、矢栅切换等功能。

2）运行环境升级

地理信息公共服务平台运行环境升级主要包括平台云环境部署[14]、网络承载扩充、网络结构优化、服务器性能优化、数据库存储策略升级、安全保密机制健全等方面。运行环境升级一方面应满足公共服务平台扩展需求，还应实现与时空信息云平台物理对接：①网络应有灵活的结构变化和便捷的设备接入设计；②网络结构能保证高峰访问时满足大并发量的要求，网段间具备物理隔离措施；③服务器系统应具有容错性，容灾性和安全性，消除因专有技术不兼容导致的后期升级、扩展成本因素；④对服务器性能、系统软件、数据库、中间件及其他应用支撑软件等技术指标重新评估和设计，满足扩充需求；⑤建立数据存储、备份、更新和管理一体化管理模式，建立数据库/表、数据流及数据分布策略；⑥实现网络运行、用户行为等的监控和数据分析，并针对端口扫描、木马、服务攻击、IP攻击等行为建立自动保护和报警机制；⑦升级软硬件保密机制和数据保密机制，对数据存储、备份、迁移、拷贝、传输等提供健全的保密手段。

3 结束语

时空信息云平台建设是国家推进地理信息共享共用的一项重要举措，是测绘成果主动服务城市建设的重要方式，同时也是一项宏大的系统工程，需要严谨周密的顶层设计和统筹规划。本文从地理信息公共服务平台数据更新与运维体系入手，通过分析现有更新运维模式的特点和瓶颈，给出基于更新运维模式的地理信息公共服务平台向智慧城市时空信息云平台的升级建设思路，并从空间数据时空化和运维体系智慧化两个方面深入探讨地理信息公共服务平台更新运维体系升级策略，为时空信息云平台建设提供重要参考。