李明巨，吳勤書，劉昱君

(江蘇省測繪研究所，江蘇南京210013)

一、引 言

地理信息資源是國家信息資源的重要組成部分，也是集成整合其他信息資源的重要基礎(chǔ)。地理信息服務(wù)方式一直是3S領(lǐng)域研究的熱點和重點［1-3］。從軟件技術(shù)手段角度看，地理信息服務(wù)方式經(jīng)歷了面向文件的第一代共享服務(wù)方式和面向空間數(shù)據(jù)庫的第二代共享服務(wù)兩個階段的發(fā)展，當(dāng)前正在迎來面向服務(wù)的地理信息共享方式建設(shè)的高峰期［4］。近年來，全國從國家、省、市、縣等多個層級，以及各個行業(yè)都在建設(shè)地理信息公共服務(wù)平臺，推進著地理信息的數(shù)據(jù)和功能共享。地理信息服務(wù)方式經(jīng)歷了從原來的文件拷貝到現(xiàn)在的在線Web服務(wù)，提高了資源分享的效率，促進了地理信息資源的廣泛使用。隨著云計算的不斷發(fā)展和深入應(yīng)用，云GIS技術(shù)應(yīng)運而生，而云GIS發(fā)展勢必會提升現(xiàn)有的地理信息服務(wù)方式。

二、基于云GIS的地理信息服務(wù)新方式

云計算具有超大規(guī)模、虛擬化、高可靠性、通用性和高可伸縮性、按需服務(wù)、極其廉價的特征［5］。云GIS是基于云計算的理論、方法和技術(shù)，擴展GIS的基本功能，從而進一步改進傳統(tǒng)GIS的結(jié)構(gòu)體系，以實現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)的高性能存取與處理操作，使其更好地提供高效的計算能力和數(shù)據(jù)處理能力，解決地理信息科學(xué)領(lǐng)域中各種計算密集型和數(shù)據(jù)密集型的問題［6］。云GIS實質(zhì)是將GIS的平臺、軟件和地理空間信息方便、高效地部署到以云計算為支撐的“云”基礎(chǔ)設(shè)施之上，能夠以彈性的、按需獲取的方式提供最廣泛的基于Web的服務(wù)。

借助最新的云GIS技術(shù)，地理信息服務(wù)部門可以構(gòu)建云GIS地理信息服務(wù)平臺，從而最大限度地拓展地理信息服務(wù)能力，為各級政府部門、企事業(yè)單位和廣大民眾提供豐富的云GIS服務(wù)［7-9］。從總體上看，根據(jù)用戶對GIS數(shù)據(jù)和功能的需求程度不同，可以將用戶分為弱GIS和強GIS兩個層次，弱GIS部門主要以查圖、看圖為主，強GIS部門主要以服務(wù)發(fā)布管理、地理空間分析為主?；谠朴嬎慵夹g(shù)，可以將地理信息服務(wù)能力延伸到對硬件軟件環(huán)境(基礎(chǔ)設(shè)施)服務(wù)的層面，而對硬件軟件環(huán)境的需求有少量的分散需求和大量的集中需求兩個方面，分散需求如臨時需要一至多臺服務(wù)器搭建一個業(yè)務(wù)應(yīng)用GIS系統(tǒng);集中需求如需要數(shù)據(jù)中心環(huán)境構(gòu)建一個較為復(fù)雜龐大的GIS平臺，其需要大量硬軟件資源支持。為了充分滿足用戶的多層次需要，基于云計算和GIS技術(shù)，可以在地理信息服務(wù)平臺基礎(chǔ)上構(gòu)建一種云GIS四層服務(wù)體系，面向不同層次的用戶需求，提供不同層級的云服務(wù)，如圖1所示。

圖1 云GIS四層服務(wù)體系架構(gòu)

每一層的服務(wù)能力具體如下:

1.Service服務(wù)層

Service服務(wù)層面向弱GIS部門，為其快速構(gòu)建簡單業(yè)務(wù)WebGIS站點。用戶無須安裝應(yīng)用程序，通過瀏覽器或進行簡單二次開發(fā)直接使用云GIS端發(fā)布的各種地圖資源、空間分析服務(wù)和開發(fā)API等。

基于云GIS Service服務(wù)層，可以將地理信息數(shù)據(jù)發(fā)布成符合OGC標(biāo)準(zhǔn)的各種空間信息服務(wù)，如WMTS、WPS、WMS等，以供用戶直接調(diào)用?？臻g分析服務(wù)WPS網(wǎng)絡(luò)處理服務(wù)提供了一系列常用的GIS操作服務(wù)調(diào)用接口，可以實現(xiàn)從簡單的空間分析操作到復(fù)雜的空間計算模型等各種地理處理功能［10］。此外，云端OpenAPI為用戶提供了功能豐富的二次開發(fā)接口，實現(xiàn)各種自身的業(yè)務(wù)應(yīng)用，降低了開發(fā)成本和難度。

2.GIS Server服務(wù)層

GIS Server服務(wù)層面向強GIS部門，為其快速構(gòu)建強大的WebGIS服務(wù)平臺。用戶無須另行購買服務(wù)器和GIS Server軟件，通過平臺GIS能力的租用，為用戶提供搭建一個完整的GIS平臺所需的基本資源，包括GIS Server服務(wù)器、空間數(shù)據(jù)庫和GIS桌面等，可以實現(xiàn)地理數(shù)據(jù)管理、制圖、地理處理、空間分析、服務(wù)發(fā)布和其他GIS功能。

3.基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層

云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層面向一般的組織和用戶(非GIS功能需求或分散)，為其構(gòu)建業(yè)務(wù)Web應(yīng)用平臺。組織或用戶可直接租用基本的服務(wù)器、存儲和網(wǎng)絡(luò)等服務(wù)，快速部署Web應(yīng)用。云服務(wù)器是云計算的核心部分，可以按照用戶需求在線定制不同性能的虛擬服務(wù)器。云硬盤空間租用服務(wù)可滿足各種數(shù)據(jù)資料存儲、備份、歸檔等用途。此外，用戶根據(jù)自身業(yè)務(wù)的需要，可選擇租用合適的網(wǎng)絡(luò)帶寬。

4.虛擬數(shù)據(jù)中心服務(wù)層

虛擬數(shù)據(jù)中心服務(wù)層(VDC層)面向高級的有特殊需要的組織和用戶(集中)，可為其提供一個獨立的虛擬資源池?；谠撎摂M資源池，組織或用戶可以靈活調(diào)度、管理各種資源，構(gòu)建一個具有自主管理權(quán)限的虛擬云GIS數(shù)據(jù)中心。

三、新服務(wù)方式的應(yīng)用實踐與特征分析

江蘇省基礎(chǔ)地理信息中心依托江蘇省地理信息公共服務(wù)平臺(政務(wù)版)建設(shè)項目，在電子政務(wù)內(nèi)網(wǎng)建設(shè)了“測繪·云”GIS平臺，構(gòu)建了如前文所述的云GIS四層服務(wù)體系，面向省級政府部門和委辦局提供一站式的云GIS服務(wù)，如圖2所示。

圖2 “測繪·云”GIS平臺主界面

“測繪·云”GIS平臺在江蘇電子政務(wù)內(nèi)網(wǎng)搭建了一個由計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源等構(gòu)成的云基礎(chǔ)資源池，實現(xiàn)由GIS桌面、空間數(shù)據(jù)庫、GIS服務(wù)器等構(gòu)成的豐富GIS計算能力。平臺構(gòu)建了四層服務(wù)體系，分別是云GIS Service、GIS Server、基礎(chǔ)設(shè)施與虛擬數(shù)據(jù)中心四層服務(wù)，可以向電子政務(wù)內(nèi)的組織和用戶提供全方位的、立體的、不同層次的云服務(wù)?；谠艷IS服務(wù)租用方式，組織和用戶采用一種全新的、按需的、安全的、可配置的地理信息服務(wù)應(yīng)用方式。與傳統(tǒng)的地理信息服務(wù)方式相比，這種新的地理信息服務(wù)方式具有多個方面的新特征，具體分析如下:

1.按需配置

每一種云GIS服務(wù)都可以按照用戶自身的需要進行按需配置。在Service服務(wù)層，用戶可以根據(jù)自身的業(yè)務(wù)需要和技術(shù)條件，自由選擇使用地圖服務(wù)資源和二次開發(fā)語言，從而快速構(gòu)建業(yè)務(wù)GIS站點。在GIS Server層，用戶選擇是否租用云端GIS桌面來編輯處理空間數(shù)據(jù)、是否租用云端空間數(shù)據(jù)庫來存儲管理空間數(shù)據(jù)、是否租用云端GIS Server來發(fā)布各種地圖服務(wù)，以及自由確定這些GIS能力的各項參數(shù)配置，以滿足GIS系統(tǒng)建設(shè)的需要。同理，云基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層和虛擬數(shù)據(jù)中心服務(wù)層等，用戶根據(jù)自身的需要，按需租用相應(yīng)能力的云服務(wù)。通過這種按需配置的云GIS服務(wù)租用方式，用戶可以定制最適合自身需要的服務(wù)資源，從總體上實現(xiàn)各種資源利用的最大化。

2.在線提供

云端的各種服務(wù)都可以在線申請、在線交付、在線使用、在線管理，這改變了現(xiàn)有地理信息服務(wù)的交付方式?，F(xiàn)有地理信息服務(wù)以數(shù)據(jù)拷貝交付為主，部分發(fā)展較好的地區(qū)開始以構(gòu)建公共地理信息平臺的方式，向用戶在線提供地圖服務(wù)和GIS功能。但是，用戶GIS系統(tǒng)所需的軟硬件環(huán)境的基礎(chǔ)設(shè)施大部分還是采用自己采購、部署、維護和管理的方式，系統(tǒng)建設(shè)周期長、投入資源較大。依托于云GIS的新服務(wù)方式，地理信息服務(wù)部門可以將地理信息地圖服務(wù)、各種GIS能力、基礎(chǔ)設(shè)施資源都以在線服務(wù)方式提供給用戶，無須用戶處理基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、搭建GIS系統(tǒng)所需的軟硬環(huán)境，從而大大縮短GIS的建設(shè)周期，減少項目資金的投入。

3.高性能計算

依托云計算構(gòu)建豐富的云端計算資源基礎(chǔ)，地理信息服務(wù)部門可以為用戶提供各種用途的大規(guī)模、高性能的地理信息服務(wù)，如幫助用戶處理海量的矢量數(shù)據(jù)計算、大范圍的影像數(shù)據(jù)拼接、復(fù)雜地理空間分析等需要大量計算資源才能完成的任務(wù)。

4.彈性伸縮

云服務(wù)能根據(jù)服務(wù)訪問規(guī)模和壓力進行自動擴容、自動負載，實現(xiàn)自動伸縮。如云GIS Server服務(wù)，當(dāng)訪問壓力過大時，云GIS Server集群組就會自動創(chuàng)建一個新的GIS Server計算節(jié)點，實現(xiàn)在高負載下自動拓展計算節(jié)點的能力;當(dāng)訪問壓力下降時，云GIS Server集群會自動減少計算節(jié)點，并回收釋放計算資源。

四、結(jié)束語

云GIS地理信息服務(wù)提供了一種穩(wěn)定、高效、環(huán)保的地理信息資源使用方式，各種地理數(shù)據(jù)、功能、基礎(chǔ)設(shè)施可以在云中共享用，使GIS徹底突破專業(yè)的局限，將空間信息的服務(wù)和增值帶給更多的普通大眾，使得更多的組織以更簡單、更快速、更低成本的方式構(gòu)建GIS系統(tǒng)，從而實現(xiàn)地理信息服務(wù)方式的革命性突破。

本文提出的云GIS四層服務(wù)體系——云GIS Service、GIS Server、基礎(chǔ)設(shè)施與虛擬數(shù)據(jù)中心四層服務(wù)，可為用戶提供一種按需的、安全的、可配置的全新地理信息服務(wù)方式。依托云GIS的四層服務(wù)體系，可以將傳統(tǒng)的地理信息服務(wù)延伸到“云服務(wù)”層面，從現(xiàn)有的數(shù)據(jù)提供、服務(wù)接口提供上升到GIS軟硬件資源的動態(tài)提供，將地理信息服務(wù)方式從文件、數(shù)據(jù)庫、GIS共享的階段，提升到面向“云GIS”服務(wù)的新階段。

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