肖蘇勇，吳俐民，劉文軍

(1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063;2.昆明市規(guī)劃編制與信息中心，云南昆明650093;3.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南昆明650093)

基于云計(jì)算的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用與研究

肖蘇勇1，吳俐民2，劉文軍3

(1.中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，湖北武漢430063;2.昆明市規(guī)劃編制與信息中心，云南昆明650093;3.昆明理工大學(xué)國(guó)土資源工程學(xué)院，云南昆明650093)

介紹云計(jì)算的概念及特點(diǎn)，探討基于云計(jì)算的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)的應(yīng)用模式。通過(guò)構(gòu)建一個(gè)“云腦”系統(tǒng)，將已構(gòu)建好的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)存放于“云腦”，便于政府、企業(yè)或公眾獲取實(shí)用信息，實(shí)現(xiàn)按需服務(wù)模式，解決因服務(wù)平臺(tái)系統(tǒng)數(shù)據(jù)量龐大難以有效管理的難題。

云計(jì)算;地理信息;公共服務(wù)平臺(tái);云腦;按需服務(wù)

一、引 言

地理信息公共服務(wù)平臺(tái)在地理信息空間框架數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，以地理信息系統(tǒng)為主要管理工具，整合與空間信息有關(guān)的非空間信息;以寬帶網(wǎng)絡(luò)為載體，以各種信息終端為媒介，面向政府、企業(yè)和公眾提供地理信息服務(wù)［1］。地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了對(duì)全市乃至全省基礎(chǔ)地理信息的平臺(tái)統(tǒng)一、建庫(kù)統(tǒng)一和管理統(tǒng)一，有效地解決了“信息孤島”的問(wèn)題。目前，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)已有諸多研究［1-5］。然而，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)所應(yīng)用的數(shù)據(jù)量非常龐大，如何有效地組織管理這些數(shù)據(jù)，是地理信息公共服務(wù)平臺(tái)構(gòu)建所面臨的一大難題。云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，可以很好地解決這一難題。

本文旨在云計(jì)算技術(shù)支撐下，將成千上萬(wàn)臺(tái)電腦和服務(wù)器連接在一起，構(gòu)成“云腦”系統(tǒng)，并將地理信息公共服務(wù)平臺(tái)中龐大的數(shù)據(jù)存放于“云腦”系統(tǒng)，政府部門(mén)通過(guò)政務(wù)網(wǎng)，企業(yè)和公眾通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)獲得權(quán)限登錄“云腦”系統(tǒng)，獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)和服務(wù)。

二、云計(jì)算的概念、特點(diǎn)及總體架構(gòu)

1.云計(jì)算的概念

云計(jì)算的基本概念可以理解為：利用非本地或遠(yuǎn)程服務(wù)器(集群)的分布式計(jì)算機(jī)為互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)提供服務(wù)，包括計(jì)算、存儲(chǔ)、軟硬件等服務(wù)［6］。這樣，用戶(hù)就能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求來(lái)訪(fǎng)問(wèn)計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)。云計(jì)算是并行計(jì)算、分布式計(jì)算、網(wǎng)格計(jì)算及軟件即服務(wù)(software as a service，SaaS)的發(fā)展，是一種全新的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)模式，同時(shí)也意味著一種新的IT商業(yè)模式的產(chǎn)生。

2.云計(jì)算的特點(diǎn)

近幾年來(lái)云計(jì)算逐漸成為熱門(mén)的話(huà)題，從Google apps到Microsoft Azure，云計(jì)算漸漸地走近人們的生活［7］。云計(jì)算平臺(tái)與傳統(tǒng)應(yīng)用模式相比，具有如下特點(diǎn)［6-8］。

1)超強(qiáng)的計(jì)算處理能力：云計(jì)算云端是由成千上萬(wàn)臺(tái)甚至更多服務(wù)器組成的集群，具有無(wú)限空間、無(wú)限速度。

2)虛擬化：現(xiàn)有的云計(jì)算平臺(tái)的最大特點(diǎn)是利用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)硬件資源的虛擬化管理、調(diào)度及應(yīng)用。云計(jì)算的物理設(shè)備放置在“云端”，經(jīng)過(guò)授權(quán)的用戶(hù)可以在網(wǎng)絡(luò)覆蓋的任意地點(diǎn)，通過(guò)任意終端設(shè)備連接和使用云計(jì)算服務(wù)。

3)動(dòng)態(tài)可擴(kuò)展性：在云計(jì)算體系中，可以將服務(wù)器實(shí)時(shí)加入服務(wù)器集群中，提高“云”的處理能力。如果某一計(jì)算節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障，可以通過(guò)更改相應(yīng)的策略舍棄該節(jié)點(diǎn)，并將任務(wù)分配給其他節(jié)點(diǎn)，而該節(jié)點(diǎn)恢復(fù)后可再實(shí)時(shí)加入到現(xiàn)有集群中。

4)靈活定制：在云計(jì)算時(shí)代，用戶(hù)可以根據(jù)自己的需要定制相應(yīng)的服務(wù)、應(yīng)用及資源，云計(jì)算平臺(tái)可以按照用戶(hù)的需求來(lái)部署相應(yīng)的資源、計(jì)算能力、服務(wù)及應(yīng)用。用戶(hù)無(wú)須關(guān)心其在何地，只需要將精力放在應(yīng)用本身，大大提高了應(yīng)用效率。

5)安全易用性：用戶(hù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在服務(wù)器端，而應(yīng)用程序在服務(wù)器端運(yùn)行，計(jì)算由服務(wù)器端來(lái)處理。所有的服務(wù)分布在不同的服務(wù)器上，若某個(gè)節(jié)點(diǎn)出了故障就終止它，另外再啟動(dòng)一個(gè)程序或節(jié)點(diǎn)，即自動(dòng)處理失敗節(jié)點(diǎn)，以保證應(yīng)用和計(jì)算的正常進(jìn)行。同時(shí)，終端用戶(hù)只需通過(guò)Web瀏覽器，即可以方便訪(fǎng)問(wèn)和定制服務(wù)，工作程序大大簡(jiǎn)化，并且減少了硬件設(shè)備投入和管理運(yùn)營(yíng)成本。

3.云計(jì)算的總體架構(gòu)

通過(guò)對(duì)已有的云計(jì)算系統(tǒng)的分析，完整、全面的云計(jì)算方案可劃分為4個(gè)層次：應(yīng)用層、平臺(tái)層、基礎(chǔ)設(shè)施層和虛擬化層。其總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 云計(jì)算的總體架構(gòu)圖

三、云腦系統(tǒng)下服務(wù)平臺(tái)的存儲(chǔ)

1.云腦系統(tǒng)的構(gòu)建

所謂“云腦”，就是以云計(jì)算理念為依托設(shè)計(jì)而成的一種特殊的云計(jì)算機(jī)［6］。在云計(jì)算機(jī)中應(yīng)具備6個(gè)組成部分：主服務(wù)控制機(jī)群、存儲(chǔ)節(jié)點(diǎn)機(jī)群、應(yīng)用節(jié)點(diǎn)機(jī)群、計(jì)算節(jié)點(diǎn)機(jī)群、輸入設(shè)備和輸出設(shè)備。由這些體系結(jié)構(gòu)便可構(gòu)建出云腦系統(tǒng)的整體架構(gòu)，如圖2所示。

圖2 云腦系統(tǒng)整體架構(gòu)圖

2.服務(wù)平臺(tái)的存儲(chǔ)

地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的建設(shè)可以很好地解決傳統(tǒng)地理信息系統(tǒng)、地理信息數(shù)據(jù)交換共享所面臨的問(wèn)題。但是，根據(jù)地理信息空間數(shù)據(jù)的特征和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的特點(diǎn)，地理信息公共服務(wù)平臺(tái)用戶(hù)包括數(shù)據(jù)維護(hù)用戶(hù)、平臺(tái)管理用戶(hù)和數(shù)據(jù)服務(wù)用戶(hù)［9］。一方面，整個(gè)服務(wù)平臺(tái)所應(yīng)用的數(shù)據(jù)非常龐大，對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)改進(jìn)、重組、日常維護(hù)及安全管理需要配以相應(yīng)的專(zhuān)業(yè)人員;另一方面，大量數(shù)據(jù)的運(yùn)行、計(jì)算是在單一計(jì)算機(jī)服務(wù)器上進(jìn)行，時(shí)間一長(zhǎng)，便會(huì)影響系統(tǒng)的性能。

基于以上的不足，本文擬將地理信息公共服務(wù)平臺(tái)(包括軟硬件、基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)及法律保障體系)存放于云腦系統(tǒng)中，即存放于由成千上萬(wàn)臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)資源池中，其大量的數(shù)據(jù)管理、計(jì)算等工作將平均分配給這些計(jì)算機(jī)，這樣每臺(tái)計(jì)算機(jī)所得到的計(jì)算工作量就很少了，大大提高了平臺(tái)的工作效率。

四、云腦系統(tǒng)下服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用

1.云腦系統(tǒng)的訪(fǎng)問(wèn)

云腦系統(tǒng)的訪(fǎng)問(wèn)是通過(guò)登錄實(shí)現(xiàn)，它的登錄和如今的個(gè)人計(jì)算機(jī)登錄沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，都是通過(guò)登錄界面進(jìn)入自己的操作系統(tǒng)桌面進(jìn)行操作，唯一的不同就是云腦系統(tǒng)的登錄是登錄到一個(gè)遠(yuǎn)程架構(gòu)所構(gòu)成的虛擬計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，而個(gè)人計(jì)算機(jī)的登錄則是登錄到自己的實(shí)際計(jì)算機(jī)之中［6］。根據(jù)用戶(hù)性質(zhì)的不同，可以將用戶(hù)端登錄分為：政府部門(mén)通過(guò)登錄云腦系統(tǒng)進(jìn)入政務(wù)網(wǎng);企業(yè)和公眾通過(guò)登錄云腦系統(tǒng)進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。他們可分別被授得相應(yīng)的權(quán)限，獲得相應(yīng)的服務(wù)。圖3為云腦系統(tǒng)登錄界面示意圖。

圖3 “云腦”系統(tǒng)登錄界面

2.服務(wù)平臺(tái)的應(yīng)用

通過(guò)登錄云腦系統(tǒng)，便可應(yīng)用服務(wù)平臺(tái)所提供的服務(wù)、資源。地理信息公共服務(wù)平臺(tái)應(yīng)用系統(tǒng)包括政務(wù)網(wǎng)門(mén)戶(hù)系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)門(mén)戶(hù)系統(tǒng)。

政務(wù)網(wǎng)門(mén)戶(hù)系統(tǒng)是為平臺(tái)用戶(hù)提供使用指南和綜合服務(wù)，也是充分展示地理信息公共服務(wù)平臺(tái)所有服務(wù)的窗口。各類(lèi)專(zhuān)業(yè)應(yīng)用系統(tǒng)通過(guò)調(diào)用平臺(tái)的各類(lèi)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)平臺(tái)資源的在線(xiàn)利用。政務(wù)網(wǎng)門(mén)戶(hù)系統(tǒng)包括二維門(mén)戶(hù)系統(tǒng)和三維門(mén)戶(hù)系統(tǒng)。其應(yīng)用總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 政務(wù)網(wǎng)門(mén)戶(hù)總體結(jié)構(gòu)圖

互聯(lián)網(wǎng)門(mén)戶(hù)系統(tǒng)主要提供包括對(duì)各個(gè)在線(xiàn)服務(wù)的訪(fǎng)問(wèn)功能和相應(yīng)的網(wǎng)頁(yè)界面，提供地圖(包括影像地圖)瀏覽、地名查找、地址定位、空間查詢(xún)、地名標(biāo)繪、數(shù)據(jù)查詢(xún)選取、數(shù)據(jù)提取與下載等功能，以及對(duì)各行業(yè)系統(tǒng)提供相關(guān)的地理信息服務(wù)。其應(yīng)用總體結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 互聯(lián)網(wǎng)門(mén)戶(hù)總體結(jié)構(gòu)圖

五、結(jié)論與討論

本文在云計(jì)算理論和技術(shù)的基礎(chǔ)上，對(duì)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的構(gòu)建及應(yīng)用提出了新的構(gòu)想。將大量非本地計(jì)算機(jī)和服務(wù)器連接在一起構(gòu)成“云腦”系統(tǒng)，將地理信息公共服務(wù)平臺(tái)中龐大的數(shù)據(jù)、軟硬件等存放在云腦系統(tǒng)。政府部門(mén)和企業(yè)、公眾分別被授予不同的權(quán)限以獲取相應(yīng)的服務(wù)、資源等，很好地解決了因地理信息公共服務(wù)平臺(tái)中數(shù)據(jù)量的龐大而使得數(shù)據(jù)庫(kù)改進(jìn)、重組、日常維護(hù)及安全管理變得困難的難題，大大提高了工作效率。

然而，云計(jì)算技術(shù)還處于起步階段，還有許多技術(shù)發(fā)展得不夠成熟，如所有的基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)、軟硬件等都是存放在虛擬的云腦系統(tǒng)資源池中，而不是存放在個(gè)人的計(jì)算機(jī)中，這對(duì)數(shù)據(jù)的安全性提出了挑戰(zhàn);云腦系統(tǒng)是由成千上萬(wàn)臺(tái)電腦組成的機(jī)群，如此龐大的機(jī)群系統(tǒng)，也對(duì)保證其正常的運(yùn)行，及時(shí)地發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題等提出了挑戰(zhàn)。要解決以上的問(wèn)題，應(yīng)在此基礎(chǔ)上作出更深層次的研究。在云計(jì)算不斷發(fā)展的時(shí)代，地理信息公共服務(wù)模式也在不斷地革新。相信云計(jì)算在地理信息服務(wù)、GIS等其他行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用會(huì)越來(lái)越廣泛。

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Cloud Computing Based Geographic Information Public Service Platform：Application and Research

XIAO Suyong，WU Limin，LIU Wenjun

0494-0911(2012)09-0078-03

P208

B

2011-10-18

肖蘇勇(1964—)，男，福建三明人，高級(jí)工程師，主要從事攝影測(cè)量與遙感方面的研究工作。