郭云嫣，劉全海，冉慧敏

(1.常州市測繪院，江蘇 常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003)

面向時空信息云平臺的云GIS共享服務體系

郭云嫣1，2*，劉全海1，2，冉慧敏1，2

(1.常州市測繪院，江蘇 常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術(shù)中心，江蘇 常州 213003)

針對傳統(tǒng)GIS共享的局限性和高門檻問題，基于云架構(gòu)提出了一種新型的云GIS共享服務體系。通過分析智慧城市時空信息云平臺用戶的使用需求，設計了若干個關(guān)鍵共享技術(shù)流程，針對不同專業(yè)級別的部門和用戶，提供數(shù)據(jù)生產(chǎn)、服務管理和應用開發(fā)的立體化共享服務。提出的一體化云GIS共享服務體系將共享服務內(nèi)容劃分為云數(shù)據(jù)采集與托管、云服務發(fā)布與管理、云應用定制與維護三部分，實現(xiàn)了GIS服務的按需提供、在線服務。最后，通過智慧常州時空信息云平臺項目對這一云GIS共享服務體系進行了實踐和驗證，證明該方式的有效性、先進性。

地理信息共享；云GIS；時空信息云平臺；應用定制

1 引 言

在數(shù)字城市階段，地理信息公共服務平臺是城市法定的、統(tǒng)一的空間信息基礎(chǔ)設施，已經(jīng)在經(jīng)濟社會發(fā)展、工業(yè)與信息化進程中發(fā)揮了重要作用[1]。而隨著科技不斷進步和應用需求快速變化，特別是云計算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，對地理信息公共服務平臺提出了體驗性要好、實時性要強、移動性要大、可控性要高和自主性要多的新要求。因此，在新形勢下，國家測繪地理信息局提出了將地理信息公共平臺上升為時空信息云平臺，以適應智慧城市建設的需求，構(gòu)建智慧城市統(tǒng)一的時空信息基礎(chǔ)設施。

智慧城市時空信息云平臺是通過泛在網(wǎng)絡、傳感設備、智能計算等新型高科技手段，實時匯集城市各種時空信息，而形成的更透徹感知、更廣泛互聯(lián)、更智能決策、更靈性服務和更安全可靠的地理信息服務平臺，是智慧城市建設的重要的空間信息基礎(chǔ)設施[2]。

與地理信息公共服務平臺相比，時空信息云平臺的本質(zhì)屬性仍然是提供地理信息共享服務，不同的是：①其數(shù)據(jù)內(nèi)容和范圍除了全覆蓋、精細化的現(xiàn)勢數(shù)據(jù)，還擴展了豐富的歷史地理信息，實時位置信息，精細三維、全景影像、視角三維、立體街景等多維度可視化地理信息以及智能感知設備獲取的視頻、RFID、ASCII碼、二進制等實時信息[3]；②采用云GIS技術(shù)架構(gòu)[4]，實現(xiàn)將GIS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)設施上，以彈性的、按需獲取的方式提供基于Web的服務。

本文認為，無論是公共平臺還是時空信息云平臺，無論有多豐富的數(shù)據(jù)、采用何種先進的技術(shù)手段，若不從共享部門用戶的實際需求角度出發(fā)，設計平臺的共享服務流程，則難以降低GIS的高技術(shù)門檻，無法使廣大共享部門平滑便捷地享受到地理信息數(shù)據(jù)紅利，無法最大化創(chuàng)造和發(fā)揮數(shù)據(jù)價值。

2 時空信息共享需求分析

隨著科技發(fā)展，所有高技術(shù)含量產(chǎn)品的使用都將越來越親民化、傻瓜式，讓科技產(chǎn)品就像空氣和水一樣圍繞人們身邊，取用自如。而一直以來，地理信息共享服務主要都是面向GIS技術(shù)開發(fā)人員，非GIS的其他開發(fā)人員需要學習一定的專業(yè)知識才能理解和使用，這使得地理信息的價值發(fā)揮空間大大縮小。究其原因，主要是此類共享服務平臺的功能體系是從測繪地理信息提供者角度設計的，而不是從共享受眾的實際需求角度設計。

時空信息云平臺的使用部門主要分為平臺運維管理部門、強GIS應用部門、弱GIS應用部門三類，本文通過分部門、分用戶類分析了時空信息云平臺的共享需求，設計了不同應用場景下的共享技術(shù)流程，以此確定時空信息云平臺的功能框架。

2.1 運維管理部門

在數(shù)字城市階段，地理空間框架是測繪地理信息部門的責任和擔當，而進入智慧城市階段，地理空間框架具有時空特點，發(fā)展為時空信息框架，時空信息數(shù)據(jù)庫和時空信息云平臺的建設和運維也由測繪地理信息部門負責。①具有數(shù)據(jù)運維的需求。將野外測繪、數(shù)字化采集、網(wǎng)絡抓取等手段獲取的時空數(shù)據(jù)進行規(guī)范化處理、入庫及更新過程管理，開展數(shù)據(jù)集中管理及聯(lián)動更新，對相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)布為地圖服務，從而接入平臺提供共享。②具有平臺運維需求。負責平臺的日常運行維護管理，包括用戶管理、功能使用權(quán)限管理、各類共享事宜審批、系統(tǒng)安全管理、示范應用推廣等。

2.2 強GIS部門

指信息或數(shù)據(jù)與地理空間信息相關(guān)性較強的部門，例如國土、規(guī)劃、公安、水利等管理部門，該類部門不僅需要基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)，還需要豐富的本行業(yè)專題時空數(shù)據(jù)和來自于其他部門的共享數(shù)據(jù)，不僅需要對時空數(shù)據(jù)進行瀏覽、查詢，還需具備歷史數(shù)據(jù)回溯和時空數(shù)據(jù)分析等需求。①具有時空信息共享需求。一方面可將本部門的資源、服務或應用接入平臺提供對外共享，一方面是獲取平臺基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)和他部門共享的行業(yè)專題時空數(shù)據(jù)。②具有二次開發(fā)需求。該類部門具備特定的與其業(yè)務特征緊密結(jié)合的應用需求，具備一定的GIS研發(fā)實力，需要基于平臺二次開發(fā)接口進行針對性的GIS應用開發(fā)。

2.3 弱GIS部門

指其信息或數(shù)據(jù)與地理空間信息相關(guān)性較弱的部門，例如教育、體育、糧食等管理部門，該類部門僅需要基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)和少量行業(yè)專題時空數(shù)據(jù)，僅需實現(xiàn)時空數(shù)據(jù)的瀏覽、查詢和簡單分析。①具備數(shù)據(jù)生產(chǎn)需求。該類部門缺乏專業(yè)GIS技術(shù)和人才，更缺乏GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)平臺，需要在不購買GIS軟件平臺、無GIS技術(shù)人才的前提下，簡易、快速地采集GIS數(shù)據(jù)。②具備應用快速開發(fā)需求。由于其系統(tǒng)開發(fā)能力較弱，為了建立GIS應用系統(tǒng)，需要依托平臺快速定制功能相對簡單的專題應用系統(tǒng)。

各類部門下可劃分多個用戶類，包括管理員、開發(fā)技術(shù)員、普通用戶等，其詳細功能需求如表1所示。

共享需求分析 表1

3 關(guān)鍵技術(shù)流程

3.1 弱GIS部門共享技術(shù)流程

對于弱GIS部門而言，無論是進行專題制圖還是專題系統(tǒng)開發(fā)，均面臨缺乏專業(yè)GIS平臺及技術(shù)人員的問題，因而無法生產(chǎn)空間數(shù)據(jù)。因而需提供兩種解決方案，一種是可直接接受各部門常見的、已有的業(yè)務數(shù)據(jù)(如xls文件)，另一種是可在平臺地圖展示界面中提供操作便捷的GIS數(shù)據(jù)生產(chǎn)功能，可將此兩種方式形成的數(shù)據(jù)無縫對接專題制圖及系統(tǒng)定制模塊，實現(xiàn)一體化流程。弱GIS部門數(shù)據(jù)生產(chǎn)制圖流程如圖1所示：

圖1 弱GIS部門數(shù)據(jù)生產(chǎn)制圖流程

弱GIS部門專題應用定制流程如圖2所示：

圖2 弱GIS部門專題應用定制流程

3.2 強GIS部門共享技術(shù)流程

對于強GIS部門的共享應用而言，主要包括數(shù)據(jù)資源的上傳/下載共享、數(shù)據(jù)服務的注冊/申請共享、應用開發(fā)共享等三方面，其中前二者應用場景是較為通用的，此處不多贅述，僅介紹應用開發(fā)共享這一應用場景。

強GIS部門的應用開發(fā)按照需求復雜程度分為兩種情形：一種是基于相對簡單的數(shù)據(jù)進行通用查詢?yōu)g覽功能的系統(tǒng)開發(fā)，則可采用平臺的應用定制模塊實現(xiàn)快速定制，該方式下的應用開發(fā)流程如圖3所示；另一種是面向較復雜、較特殊的數(shù)據(jù)或進行較復雜功能的系統(tǒng)開發(fā)，則基于平臺提供的二次開發(fā)接口，由相應開發(fā)技術(shù)人員進行自主系統(tǒng)開發(fā)，其具體應用開發(fā)流程如圖4所示。

圖3 強GIS部門二次開發(fā)流程

圖4 強GIS部門專題應用定制流程

4 云GIS共享服務體系

在互聯(lián)網(wǎng)+和大數(shù)據(jù)行動的技術(shù)驅(qū)動下，地理信息共享服務同樣應開展新的探索。從軟件技術(shù)手段角度看，地理信息服務方式經(jīng)歷了面向文件的第一代共享服務方式和面向空間數(shù)據(jù)庫的第二代共享服務兩個階段的發(fā)展，當前正處于面向服務的地理信息共享方式的高峰期。

Goodchild等強調(diào)了地理信息共享中的兩個重要問題[5]：一是地理信息共享問題；二是GIS服務共享問題。從共享方式來看共享技術(shù)研究的發(fā)展，地理信息共享大致經(jīng)過了“空間數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換―空間數(shù)據(jù)共享平臺―地理信息系統(tǒng)互操作-地理信息服務”幾個發(fā)展階段[6]。地理信息服務要求地理信息系統(tǒng)由面向數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦蚍?，將地理信息系統(tǒng)劃分為若干個完成特定功能的服務，這些服務可以獨立存在，需要時可以任意組合，以適應地理信息系統(tǒng)集成的要求。

然而在智慧城市建設的背景下，基于地理信息服務的單一共享方式已逐漸暴露出其局限性，需要進一步探討基于云計算技術(shù)的時空信息云服務模式。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、極其廉價的特征[7]。借助最新的云GIS技術(shù)構(gòu)建云GIS地理信息服務平臺，可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[8，9，4]。

本文充分調(diào)研用戶在云環(huán)境中托管數(shù)據(jù)與應用的普遍意圖與需求，以應用為邊界，作為邏輯上的容器，托管的數(shù)據(jù)則存在于容器中，不同容器中的數(shù)據(jù)是隔離不可見的，保證應用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)純潔度，充分尊重用戶對自身數(shù)據(jù)和應用的管理習慣，提出了一套新型的GIS云服務模式，如圖5所示。

圖5 GIS云服務體系

(1)云數(shù)據(jù)采集與托管

時空信息云平臺的“數(shù)據(jù)云”，支持選擇特定的時空數(shù)據(jù)作為采集依據(jù)，設定幾何類型及屬性結(jié)構(gòu)、在線繪制采集、進行屬性編輯、在線提交托管或下載至本地，滿足個性化數(shù)據(jù)采集需求，使用戶擺脫傳統(tǒng)GIS數(shù)據(jù)處理軟件及數(shù)據(jù)庫軟件的購買需求，消除GIS專業(yè)技術(shù)門檻的阻礙。“數(shù)據(jù)云”形成了一個閉合環(huán)的結(jié)構(gòu)，其時空數(shù)據(jù)內(nèi)容既是平臺數(shù)據(jù)采集的依據(jù)，采集完成的數(shù)據(jù)又進而豐富和擴充其數(shù)據(jù)內(nèi)容。

(2)云服務發(fā)布與管理

時空信息云平臺的“服務云”，實現(xiàn)托管數(shù)據(jù)基于開源云GIS平臺的服務發(fā)布，并可對已發(fā)布的服務實現(xiàn)靈活的服務拆分、服務聚合，實現(xiàn)個性化地圖服務的快速生成，使用戶擺脫傳統(tǒng)GIS Server服務器的購買需求和使用屏障?！胺赵啤睂崿F(xiàn)了傳統(tǒng)地理信息公共服務平臺的地理信息服務共享，支持OGC和ISO共同推出的基于Web服務(XML)的空間數(shù)據(jù)互操作實現(xiàn)規(guī)范。

(3)云應用定制與維護

時空信息云平臺的“應用云”，是指在完成數(shù)據(jù)托管或服務發(fā)布之后，平臺提供系列功能，便于用戶對其數(shù)據(jù)進行可視化管理和應用，包括時空數(shù)據(jù)與業(yè)務數(shù)據(jù)的融合展示與查詢、時空數(shù)據(jù)操作與功能的定制、應用界面的定制等，定制完成的系統(tǒng)提供在線托管發(fā)布，并可實現(xiàn)后續(xù)數(shù)據(jù)更新等應用維護管理。其中，應用定制本質(zhì)上是一種搭建式軟件開發(fā)[10]，采用了一套GIS構(gòu)建倉庫，實現(xiàn)了一個能驅(qū)動構(gòu)建倉庫運行的工作流引擎，利用改進了的工作流可視化編輯器進行可視化搭建。由工作流引擎驅(qū)動GIS構(gòu)建倉庫中的構(gòu)建運行，利用工作流的可視化建模實現(xiàn)構(gòu)件的可視化復合，從而做到軟件系統(tǒng)的積木式搭建。通過“應用云”，可無縫集成數(shù)據(jù)托管與應用定制，將上述步驟打包成一站式服務，從而避免了對專業(yè)GIS開發(fā)技術(shù)、軟硬件基礎(chǔ)設施部署等的高難度需求。

筆者在智慧常州時空信息云平臺項目中對上述GIS云服務模式進行了實踐和檢驗，搭建了一套一體化云服務流程：基礎(chǔ)設施層(IaaS層)采用VMware虛擬化、負載均衡、服務器集群等技術(shù)實現(xiàn)虛擬機資源彈性伸縮；平臺服務層(PaaS層)除了操作系統(tǒng)、中間件等平臺軟件外，還采用開源WebGIS服務器軟件GeoServer、開源空間數(shù)據(jù)庫PostgreSQL和PostGIS等構(gòu)建ESB服務總線；軟件服務層(SaaS層)提供API、控件、模版等不同級別的服務接口，即智慧城市時空信息云平臺軟件。

實踐證明，這一基于按需服務、在線提供的云服務模式，采用輕盈的全過程在線交互方式，充分實現(xiàn)不同專業(yè)層次用戶的易操作性，滿足了時空數(shù)據(jù)共享的“去平臺化”、“去專業(yè)化”需求，可為相關(guān)共享部門提供較為理想的時空數(shù)據(jù)共享解決方案。

5 結(jié) 語

城市級時空數(shù)據(jù)共享部門大多為缺乏專業(yè)GIS軟件平臺及技術(shù)人才的弱GIS部門，而傳統(tǒng)的地理信息公共服務平臺并未顧及這一需求背景，僅提供地圖服務、功能服務、二次開發(fā)接口等專業(yè)共享資源，令非專業(yè)共享部門望而卻步。本文所提出這一新型共享服務模式，將傳統(tǒng)的服務提供、接口提供的共享方式提升為GIS服務及軟硬件資源的動態(tài)提供，既可滿足非專業(yè)部門的無門檻使用需求，又可滿足專業(yè)部門的時空數(shù)據(jù)深層共享需求，符合智慧城市背景下的時空數(shù)據(jù)共享發(fā)展趨勢。

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Cloud GIS Sharing and Service System of Spatialtemporal Information Cloud Platform

Guo Yunyan1，2，Liu Quanhai1，2，Ran Huimin1，2

(1.Changzhou Surveying and Mapping Institute，Changzhou 213003，China；2.Changzhou Geospatial Information Intelligence Technology Center，Changzhou 213003，China)

Considering the boundedness and barriers of traditional way of GIS sharing，the paper proposed a sharing and service system based on cloud GIS. Several key sharing technique process have been put forward to satisfied use requirements of deferent professional levels，which can provide GIS sharing services including data production，services management and application development. The contents of sharing services have been divided into three parts： cloud data acquisition and hosting，cloud service publishing and management，cloud application customization and maintenance. Finally，the sharing and service system based on cloud GIS has been applied to a project called “Spatialtemporal Information Cloud Platform of Smart Changzhou”，which proved the methods effective and progressive.

geographic information sharing；cloud GIS；spatialtemporal information cloud platform；application customization

1672-8262(2016)06-5-05

P208.2

A

2016—05—30

郭云嫣(1987—)，女，碩士，現(xiàn)從事空間信息共享時空數(shù)據(jù)可視化分析研究。

住房和城鄉(xiāng)建設部科技示范項目(S5201328)；住房和城鄉(xiāng)建設部科技示范項目(S5201329)； 住房和城鄉(xiāng)建設部軟科學研究項目(R22015171)