彭清濤　孫海永

作者簡介：彭清濤（1982—），男，本科，高級工程師，主要從事地理信息數(shù)據(jù)處理和地圖編制與出版研究工作。

基于云架構(gòu)的智慧城市GIS共享平臺架構(gòu)設計

彭清濤?? 孫海永

（吉林省航測遙感院? 吉林長春? 130000）

本文以GIS技術(shù)助力智慧城市信息共享平臺架構(gòu)設計為研究對象，結(jié)合智慧城市時空信息云平臺構(gòu)建為背景，基于云GIS四層地理服務體系架構(gòu)，論述了智慧長春時空信息云平臺的“四橫三縱”的總體架構(gòu)，橫向上包括基礎支撐環(huán)境、時空大數(shù)據(jù)、時空信息云平臺、智慧應用4個層面，縱向上采用政策制度標準和安全運維保障兩大手段，平臺已應用于長春市地理信息網(wǎng)、自然資源管理服務平臺、自然資源監(jiān)測平臺、其他智慧應用集成，應用結(jié)果表明，云GIS平臺提高了社會管理效能和質(zhì)量，為城市可持續(xù)發(fā)展的改善和調(diào)控提供有力工具。

智慧城市? GIS? 云平臺? 構(gòu)建

PENG Qingtao? SUN Haiyong

（Jilin Institute of Aerial Survey and Remote Sensing， Changchun， Jilin Province， 130000 China）

This paper takes the architecture design of smart city information sharing platform assisted by GIS technology as the research object， combined with the construction of smart city spatio-temporal information cloud platform as the background， based on the cloud GIS four layer geographic service system architecture， discusses the "four horizontal and three vertical" overall architecture of smart Changchun spatio-temporal information cloud platform， which horizontally includes the basic support environment， spatio-temporal big data， spatio-temporal information cloud platform. The platform has been applied to the integration of Changchun geographic information network， natural resource management service platform， natural resource monitoring platform and other intelligent applications. The application results show that the cloud GIS platform improves the efficiency and quality of social management， It provides a powerful tool for the improvement and regulation of urban sustainable development.

Smart city; GIS; Common platform; Construction

地理空間數(shù)據(jù)是城市信息資源的重要組成部分，也是集成整合城市其他業(yè)務信息資源的重要基礎。城市地理空間數(shù)據(jù)的應用經(jīng)歷了一開始以文件為中心的時代，走過了以數(shù)據(jù)庫為中心的系統(tǒng)建設時代，近幾年也走過了以面向地理服務為中心的服務時代，接下來將是面向云服務的智慧城市地理平臺時代。隨著云計算的不斷發(fā)展和深入應用，云GIS技術(shù)應運而生，其發(fā)展勢必會提升現(xiàn)有的城市地理空間數(shù)據(jù)的服務方式。云計算在智慧城市建設中落地，其資源池化、按需供應的特性可以更好地發(fā)揮地理平臺的資源共享價值。

云GIS實質(zhì)是將地理空間數(shù)據(jù)的建模、存儲、處理和GIS的平臺、軟件等方便、高效地部署到以云計算為支撐的“云”基礎設施之上，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，從而改變傳統(tǒng)GIS應用方法和建設模式，使用戶以一種更加友好的方式，高效率、低成本地使用地理信息資源。

1 云GIS架構(gòu)及服務模式

1.1 數(shù)據(jù)整合在云端

傳統(tǒng)GIS模式下，空間數(shù)據(jù)整合的核心是數(shù)據(jù)“放在哪”，數(shù)據(jù)的提供者需要建設自有的數(shù)據(jù)中心運維數(shù)據(jù)。而在云模式下，為用戶提供了理論上無限的存儲運維終端——云端的中心。云端中心廣泛整合了各類數(shù)據(jù)資源（包括空間數(shù)據(jù)和各類業(yè)務數(shù)據(jù)），并且能應用各類數(shù)據(jù)資源提供統(tǒng)一的服務，但同時又對各個用戶之間的信息資源、計算資源、存儲網(wǎng)絡資源之間保持嚴格的邏輯安全控制。這樣一個數(shù)據(jù)資源豐富，運維有保障的一站式云門戶，也為真正地發(fā)揮數(shù)據(jù)應用價值奠定了基礎，如圖1所示。

1.2 云端資源，隨用隨取

傳統(tǒng)GIS，空間數(shù)據(jù)的更新和維護對技術(shù)實力和財力都是巨大挑戰(zhàn)。云模式下，用戶根據(jù)自身情況租用云端的資源，既可以是特定的硬軟件環(huán)境、網(wǎng)絡帶寬等，也可以是經(jīng)過處理后的數(shù)據(jù)資源，使用戶在“一站式云門戶”平臺上方便獲取資源，用戶只需專注于業(yè)務的拓展。用戶根據(jù)度量功能的統(tǒng)計結(jié)果，隨需地支付資源的使用費用，實現(xiàn)資源最佳配置。

1.3 滿足多平臺、多用戶協(xié)同工作

云端中心是一個整合了海量數(shù)據(jù)、功能強大的超級中心，可以拓展出使用各種平臺、各種設備的終端用戶與其連接，共享交換資源、應用服務，進而滿足不同角色、使用不同技術(shù)的用戶基于統(tǒng)一云平臺進行協(xié)同工作。

2 ArcGIS云平臺

2.1 新型的Site-GIS Server模型架構(gòu)

新型的Site-GIS Server模型采用點對點（P2P）的方式，即每一個GIS Server節(jié)點都是平等的，在邏輯上將這n個GIS Server節(jié)點組織為一個Site站點。數(shù)據(jù)存儲在單獨的數(shù)據(jù)服務器節(jié)點之上，在計算集群中即使是某一個GIS Server節(jié)點意外宕機，也不會導致整個地圖服務的停止運行。當需要增加一個GIS Server節(jié)點時，以plug-in方式插入一個節(jié)點為服務提高負載能力。這種松散的、熱插拔的架構(gòu)，實現(xiàn)了GIS Server在計算節(jié)點上的自動伸縮。

2.2 出色的私有云解決方案

ArcGIS Server可實現(xiàn)“云端發(fā)布服務、本地搭建應用”，讓用戶能夠發(fā)布具有彈性調(diào)整能力的GIS服務，并可將其應用于自己的業(yè)務應用系統(tǒng)當中，同時允許用戶將開發(fā)的應用托管至云端。ArcGIS私有云解決了基礎底圖服務、GIS站點租用、虛擬數(shù)據(jù)中心、資源托管、智能化底層資源管理等服務問題。

3 基于云架構(gòu)的智慧城市地理空間信息共享平臺構(gòu)建

3.1 平臺基本情況

本文以智慧長春時空信息云平臺為例，探討“四橫三縱”的總體架構(gòu)，橫向上包括基礎支撐環(huán)境、時空大數(shù)據(jù)、時空信息云平臺、智慧應用4個層面，縱向上采用政策制度標準和安全運維保障兩大手段。

采用ArcGIS和SuperMap來集成政府各類業(yè)務系統(tǒng)，實現(xiàn)基于地理空間數(shù)據(jù)的社會管理一體化服務，其中ArcGIS主要用來管理二維數(shù)據(jù)、SuperMap 主要用來管理三維數(shù)據(jù)。

平臺應用含3個子系統(tǒng)及多項智慧應用對接：地理信息網(wǎng)系統(tǒng)以影像、矢量、三維一體化的數(shù)字城市地理空間框架為基礎，融合疊加醫(yī)療、教育、住房、民政、交通、氣象、旅游、應急、公共設施等9個部門的專題數(shù)據(jù)，通過多種方式的數(shù)據(jù)可視化為政府輔助決策提供依據(jù)。

多項智慧應用集成實現(xiàn)與時空信息云平臺的數(shù)據(jù)服務對接，主要包含數(shù)字城管、智慧公安、智慧河長、智慧人居、智慧環(huán)保、智慧黨建、智慧醫(yī)療、智慧文旅等8個行業(yè)的系統(tǒng)對接。

3.2 平臺設計及架構(gòu)

時空信息云平臺按4層架構(gòu)設計，主要業(yè)務構(gòu)架如圖2所示。平臺按架構(gòu)層劃分為：支撐云環(huán)境、時空大數(shù)據(jù)、時空信息云平臺、智慧應用4個層面。

（1）支撐云環(huán)境：主要是本項目的運行支撐環(huán)境，包括計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡資源等硬件環(huán)境，以及 GIS 軟件、數(shù)據(jù)庫軟件等軟件環(huán)境。（2）時空大數(shù)據(jù)：其數(shù)據(jù)內(nèi)容包括基礎時空數(shù)據(jù)、公共專題數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)實時感知數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)在線抓取數(shù)據(jù)四大類。基于高性能分布式數(shù)據(jù)引擎，實現(xiàn)時空大數(shù)據(jù)的匯聚、融合和管理，構(gòu)建完善的時空大數(shù)據(jù)治理體系。（3）時空信息云平臺：最核心層，基于時空大數(shù)據(jù)，構(gòu)建各類服務資源池，為各類智慧應用提供按需服務。服務資源池包括數(shù)據(jù)服務、功能服務、應用服務、知識服務和開發(fā)服務等。（4）智慧應用層：通過平臺提供的各類服務資源，實現(xiàn)應用的智能化。各政府部門可基于時空信息云平臺，開展政府決策、城市管理和公眾應用等方面的智慧應用建設。本項目智慧應用包括長春市地理信息網(wǎng)、自然資源管理服務平臺、自然資源監(jiān)測平臺、其他智慧應用集成。

4 云平臺中關(guān)于地理空間信息的關(guān)鍵研究工作

4.1 基于分布式計算的時空大數(shù)據(jù)分析挖掘

時空大數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)體量大、數(shù)據(jù)種類多、處理速度要快等特點，這些大數(shù)據(jù)中蘊涵著豐富的知識，為形成“用數(shù)據(jù)說話、用數(shù)據(jù)決策、用數(shù)據(jù)管理、用數(shù)據(jù)創(chuàng)新”的城市管理新模式，需采用分布式時空大數(shù)據(jù)分析技術(shù)，基于時空大數(shù)據(jù)分析的方法模型庫，實現(xiàn)時空大數(shù)據(jù)在線可視化分析挖掘。

4.2 基于動態(tài)切片的海量時空數(shù)據(jù)實時渲染

矢量切片技術(shù)繼承了矢量數(shù)據(jù)和切片地圖的雙重優(yōu)勢，基于矢量切片的動態(tài)渲染技術(shù)，提供不同風格的底圖服務，為用戶提供多樣化的選擇;同時提供豐富的二次開發(fā)接口，用戶可以基于ArcGIS API、Openlayers、leaflet 等客戶端進行矢量切片數(shù)據(jù)的調(diào)用。

4.3 基于實景三維的智慧城市管理與服務

基于WebGL 技術(shù)的新型三維技術(shù)，突破了三維數(shù)據(jù)的瀏覽和運算瓶頸，通過三維數(shù)據(jù)切片，用戶可以在免插件的現(xiàn)代瀏覽器上流暢運行三維數(shù)據(jù)。同時，該項技術(shù)支持細粒度的三維模型，對于工業(yè)級別的 BIM 模型也能流暢運行。

對項目范圍內(nèi)的三維數(shù)據(jù)（包括三維建模數(shù)據(jù)、傾斜三維數(shù)據(jù)）進行升級改造和技術(shù)革新，讓用戶在線暢快體驗三維地理信息服務和價值。同時，提供開放的三維API開發(fā)接口，助力各行業(yè)開展基于三維地圖服務的深入應用。

4.4 基于物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)的實時地圖

平臺支持不同網(wǎng)絡、適配不同協(xié)議，并與設備建立長對話的通信機制，進而對設備實時監(jiān)測的數(shù)據(jù)進行采集、解析、存儲與預警，為時空大數(shù)據(jù)體系提供及時鮮活的物聯(lián)網(wǎng)實時感知數(shù)據(jù)。利用物聯(lián)網(wǎng)感知數(shù)據(jù)與二、三維地圖進行深度融合，為智慧城市、自然資源的動態(tài)監(jiān)測提供全新的視角和手段。

5 結(jié)語

智慧城市發(fā)展階段，城市地理空間數(shù)據(jù)最終是以地理空間信息服務平臺的方式展現(xiàn)給用戶的。云GIS平臺架構(gòu)技術(shù)結(jié)合云計算與GIS平臺架構(gòu)的優(yōu)點，以解決傳統(tǒng)GIS平臺的弊端，是智慧城市運行的智能化時空載體?；谠萍軜?gòu)的智慧城市GIS共享平臺通過集成虛擬化、網(wǎng)絡化、智能化等關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)了對城市精細化、網(wǎng)格化管理，創(chuàng)建了智慧城市社會管理與服務新模式，提高了社會管理效能和質(zhì)量，為城市可持續(xù)發(fā)展的改善和調(diào)控提供有力工具。

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