鄧淑丹
(1.福建省基礎(chǔ)地理信息中心,福建 福州 350002)
分布式地理信息公共平臺(tái)探討
鄧淑丹1
(1.福建省基礎(chǔ)地理信息中心,福建 福州 350002)
基于云服務(wù)技術(shù)架構(gòu)理念,借助數(shù)字省區(qū)或市級(jí)數(shù)字城市地理信息公共平臺(tái)及其軟硬件支撐環(huán)境,搭建與運(yùn)行分布式地理信息公共平臺(tái),以實(shí)現(xiàn)縣域地理信息資源的對(duì)外服務(wù)。該理論已應(yīng)用于天地圖·永春、天地圖·明溪等項(xiàng)目建設(shè)中,助推了我省數(shù)字縣域地理空間框架建設(shè)進(jìn)程。
地理信息公共平臺(tái);分布式地理信息公共平臺(tái);天地圖
“數(shù)字中國(guó)地理空間框架”是國(guó)家空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要內(nèi)容,是國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)信息化建設(shè)基礎(chǔ)性支撐平臺(tái)[1]。數(shù)字城市地理空間框架是數(shù)字中國(guó)地理空間框架的重要組成部分[2],也是數(shù)字城市的重要基礎(chǔ)設(shè)施,其建設(shè)不僅有利于豐富地理空間框架數(shù)據(jù)內(nèi)容,提升測(cè)繪成果保障服務(wù)能力,實(shí)現(xiàn)政府決策科學(xué)化、企事業(yè)管理的專業(yè)化、公眾信息獲取的便捷化,也有利于推動(dòng)城市信息化、數(shù)字化建設(shè)進(jìn)程。2006年2月國(guó)家測(cè)繪地理信息局正式啟動(dòng)了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)試點(diǎn)工作,至2013年底,我國(guó)已啟動(dòng)了320多個(gè)設(shè)區(qū)市、260多個(gè)縣域數(shù)字城市地理空間框架[3]。大多數(shù)開展數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的城市經(jīng)濟(jì)條件好的區(qū)域,其建設(shè)內(nèi)容基本上包括了基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)集、地理信息公共平臺(tái)、典型應(yīng)用示范、運(yùn)行支撐環(huán)境,建設(shè)覆蓋范圍較廣、投入的資金達(dá)上千萬(wàn)。對(duì)于經(jīng)濟(jì)條件薄弱、技術(shù)力量不強(qiáng)的城市難度卻很大。因此,應(yīng)采用差異化的、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的、以強(qiáng)帶弱的解決策略構(gòu)建分布式地理信息公共平臺(tái),即基于云服務(wù)技術(shù)架構(gòu),借助數(shù)字省區(qū)或市級(jí)數(shù)字城市的地理信息公共平臺(tái)及其軟硬件支撐環(huán)境,搭建地理信息公共平臺(tái)的門戶網(wǎng)站,實(shí)現(xiàn)地方地理信息數(shù)據(jù)的對(duì)外服務(wù),避免購(gòu)買基礎(chǔ)地理信息軟件與搭建昂貴的軟硬件網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,將經(jīng)費(fèi)重點(diǎn)用于豐富完善地方基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)集及開展典型應(yīng)用示范建設(shè)。
按照數(shù)字城市地理空間信息公共平臺(tái)技術(shù)規(guī)范規(guī)定,地理信息公共平臺(tái)由數(shù)據(jù)集、管理服務(wù)軟件系統(tǒng)和支撐環(huán)境3部分構(gòu)成。而管理服務(wù)軟件系統(tǒng)又細(xì)分為維護(hù)管理功能、應(yīng)用服務(wù)功能、平臺(tái)門戶網(wǎng)站、二次開發(fā)功能[4]。按照國(guó)家要求,福建省的地理信息公共平臺(tái)分為公共地理框架數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)、在線服務(wù)子系統(tǒng)、門戶網(wǎng)站、運(yùn)維管理子系統(tǒng)4部分。
分布式地理信息公共平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“分布式平臺(tái)”)基于地理信息公共平臺(tái)(以下簡(jiǎn)稱“獨(dú)立式平臺(tái)”),搭建并運(yùn)行分布式地理信息門戶網(wǎng)站,實(shí)現(xiàn)地理信息資源的對(duì)外服務(wù)。分布式平臺(tái)實(shí)際上是獨(dú)立式平臺(tái)對(duì)外服務(wù)的一個(gè)窗體,其與獨(dú)立式平臺(tái)間是數(shù)據(jù)采用集中式管理,而服務(wù)與門戶網(wǎng)站分布構(gòu)建,并與獨(dú)立式平臺(tái)的部分內(nèi)容共同組成含數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、應(yīng)用層以及運(yùn)行支持層在內(nèi)的總體架構(gòu),如圖1所示。各層間邏輯獨(dú)立,由接口互聯(lián),形成一個(gè)有機(jī)整體,但各層與獨(dú)立式地理信息公共平臺(tái)又存在相互依托關(guān)系。
首先,在數(shù)據(jù)層上,基于獨(dú)立式平臺(tái)的數(shù)據(jù)庫(kù)資源與存儲(chǔ)資源,借助獨(dú)立式平臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)組織管理分布式平臺(tái)的公共地理框架數(shù)據(jù)。在服務(wù)層上,基于獨(dú)立式平臺(tái)的在線服務(wù)子系統(tǒng)將分布式平臺(tái)的數(shù)據(jù)發(fā)布成符合OGC要求的數(shù)據(jù)服務(wù)與功能服務(wù)。同時(shí),構(gòu)建支撐分布式平臺(tái)業(yè)務(wù)管理的分布式服務(wù)。在應(yīng)用層上,構(gòu)建支持分布式部署的門戶網(wǎng)站,該網(wǎng)站遵循全省推廣的原則,采用SOA架構(gòu)、功能與服務(wù)松耦合設(shè)計(jì),基于MVC框架開發(fā),通過(guò)伸縮式的模塊配置,實(shí)現(xiàn)分布式平臺(tái)的地理信息資源檢索與功能;自適應(yīng)地引入獨(dú)立式平臺(tái)的用戶管理、資源管理,實(shí)現(xiàn)分布式平臺(tái)與獨(dú)立式平臺(tái)間的用戶集中式分級(jí)管理與數(shù)據(jù)一站式共享發(fā)布功能;嵌入獨(dú)立式平臺(tái)的應(yīng)用開發(fā)模塊,實(shí)現(xiàn)區(qū)域化服務(wù)與接口的開放式應(yīng)用;借助獨(dú)立平臺(tái)的運(yùn)維管理等模塊,確保依托平臺(tái)的服務(wù)與功能7×24 h穩(wěn)定運(yùn)行。在運(yùn)行支撐層上,根據(jù)分布式平臺(tái)運(yùn)行需求及獨(dú)立式平臺(tái)資源可利用情況,擴(kuò)充獨(dú)立式平臺(tái)的軟硬件資源,分布式平臺(tái)則從軟硬件、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等層面共享獨(dú)立式平臺(tái)私有云資源,解決經(jīng)濟(jì)實(shí)力較弱地區(qū)無(wú)法支撐平臺(tái)運(yùn)行所需的軟硬件網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、技術(shù)力量及資源維護(hù)費(fèi)用等問(wèn)題。
圖 1 分布式平臺(tái)總體架構(gòu)
為保障項(xiàng)目建設(shè),省級(jí)政府部門發(fā)文指導(dǎo)分布式平臺(tái)的建設(shè)。首先明確省級(jí)與各市級(jí)獨(dú)立式平臺(tái)的建設(shè)單位應(yīng)積極幫扶經(jīng)濟(jì)較弱的縣政府開展分布式平臺(tái)建設(shè),并給予系統(tǒng)及軟硬件、運(yùn)維等方面支持。再?gòu)恼畬用胬眄樢劳嘘P(guān)系與資源管理維護(hù)關(guān)系,明確分布式平臺(tái)所擴(kuò)充的資源所有權(quán)為分布式平臺(tái)采購(gòu)單位,管理權(quán)為獨(dú)立式平臺(tái)的運(yùn)維部門管理,運(yùn)維費(fèi)用由運(yùn)維部門統(tǒng)一支出。
2.1 多平臺(tái)共享式的數(shù)據(jù)組織
數(shù)據(jù)是地理信息公共平臺(tái)的“血液”,分布式平臺(tái)數(shù)據(jù)包括電子地圖、地名地址、地理實(shí)體、目錄與元數(shù)據(jù)、行業(yè)專題數(shù)據(jù)、系統(tǒng)運(yùn)行支撐數(shù)據(jù)等。
分布式平臺(tái)建設(shè)目的是將有限的項(xiàng)目建設(shè)資金投入數(shù)據(jù)建設(shè)中,其補(bǔ)充完善的地理信息數(shù)據(jù)資源在現(xiàn)勢(shì)性、覆蓋范圍、精度方面須優(yōu)于獨(dú)立式平臺(tái),同時(shí)分布式平臺(tái)須具備地理信息應(yīng)用服務(wù)及功能服務(wù)的能力。為突出地區(qū)獨(dú)特性,分布式平臺(tái)的電子地圖、地理實(shí)體并未在數(shù)據(jù)層與獨(dú)立式平臺(tái)聚合,而是以獨(dú)立的數(shù)據(jù)層存入獨(dú)立式平臺(tái)的公共地理框架數(shù)據(jù)庫(kù);地名地址數(shù)據(jù)采用聚合與獨(dú)立式2種方式存入獨(dú)立式平臺(tái),用于專題查詢定位的地名數(shù)據(jù)以獨(dú)立數(shù)據(jù)層方式組織,用于地址匹配的,則將數(shù)據(jù)補(bǔ)充更新至獨(dú)立式平臺(tái)的地名地址庫(kù)中,形成內(nèi)容更豐富的獨(dú)立式平臺(tái)WFS-G服務(wù);分布式平臺(tái)的行業(yè)專題數(shù)據(jù)為獨(dú)立式平臺(tái)行業(yè)專題數(shù)據(jù)集的子集,并未單獨(dú)組織;目錄與元數(shù)據(jù)也是作為獨(dú)立式平臺(tái)現(xiàn)有目錄與元數(shù)據(jù)的子集,并未單獨(dú)組織;運(yùn)行支撐數(shù)據(jù)中涉及分布式平臺(tái)業(yè)務(wù)功能的數(shù)據(jù),如新聞資訊、查錯(cuò)糾錯(cuò)等,直接存入獨(dú)立式平臺(tái)為其新建的數(shù)據(jù)庫(kù)用戶中,其他的數(shù)據(jù),如用戶信息、組織機(jī)構(gòu)、日志等支撐數(shù)據(jù)也是獨(dú)立式平臺(tái)現(xiàn)有數(shù)據(jù)的子集,并未單獨(dú)組織。
2.2 分布式的在線服務(wù)
在線服務(wù)是整個(gè)地理信息公共平臺(tái)的核心,將空間數(shù)據(jù)和各種應(yīng)用分析功能發(fā)布為地理信息服務(wù),供門戶網(wǎng)站及其他應(yīng)用系統(tǒng)使用,分布式平臺(tái)的服務(wù)層分為2類服務(wù):①獨(dú)立式平臺(tái)現(xiàn)有服務(wù),包括目錄服務(wù)、二維地圖服務(wù)、三維地圖服務(wù)、空間數(shù)據(jù)服務(wù)、地理編碼服務(wù)、應(yīng)用分析服務(wù)、安全認(rèn)證服務(wù)等地理信息服務(wù),以及面向?yàn)g覽器端的二次開發(fā)接口(API)。②分布式平臺(tái)的應(yīng)用服務(wù),該類服務(wù)用于支撐分布式平臺(tái)的業(yè)務(wù)功能,也用于管理分布式平臺(tái)與獨(dú)立式平臺(tái)間分級(jí)的用戶信息與服務(wù)信息,具體包括用戶分級(jí)管理、服務(wù)分級(jí)管理、新聞資訊讀寫服務(wù)、查錯(cuò)糾錯(cuò)管理、消息通知管理等服務(wù)。由于獨(dú)立式平臺(tái)并未提供該服務(wù),需分布式平臺(tái)自行構(gòu)建并注冊(cè)于獨(dú)立式平臺(tái)中,形成統(tǒng)一的在線服務(wù)。
2.3 依托式的門戶網(wǎng)站
門戶網(wǎng)站是平臺(tái)核心功能的外在體現(xiàn),是用戶使用平臺(tái)的統(tǒng)一入口,也是分布式平臺(tái)建設(shè)的重點(diǎn)。該網(wǎng)站也同樣具有獨(dú)立式平臺(tái)門戶網(wǎng)站功能,即可滿足瀏覽級(jí)用戶對(duì)地理信息資源瀏覽、檢索的需求以及行業(yè)用戶、企事業(yè)單位的應(yīng)用開發(fā)需求,功能具體如圖2所示。
分布式平臺(tái)未購(gòu)置地圖引擎軟件,而依托獨(dú)立式平臺(tái)建設(shè)。根據(jù)其依托程度,我們將分布式平臺(tái)的門戶網(wǎng)站功能分為4類:①新聞資訊、互聯(lián)互通、應(yīng)用集錦等無(wú)依托的功能,該類信息由分布式平臺(tái)直接構(gòu)建。②分布式平臺(tái)的用戶及服務(wù)體系,因分布式平臺(tái)直接利用獨(dú)立式平臺(tái)的在線服務(wù)子系統(tǒng),用戶與服務(wù)體系由獨(dú)立式平臺(tái)集中式管理,并由獨(dú)立式平臺(tái)提供用戶與服務(wù)的分級(jí)管理服務(wù)接口,分布式平臺(tái)只需調(diào)用相應(yīng)用戶接口,實(shí)現(xiàn)用戶的登錄、注冊(cè)、授權(quán)等功能,調(diào)用相應(yīng)的目錄服務(wù)接口,實(shí)現(xiàn)區(qū)域性的服務(wù)資源檢索、預(yù)覽、申請(qǐng)、授權(quán)等功能,但若獨(dú)立式平臺(tái)不具備該功能則需進(jìn)行適度改造。③基于OGC服務(wù)開發(fā)的功能,如電子地圖的地圖瀏覽查詢、地名地址檢索、信息分類查詢等模塊,專題地圖的地圖展示、檢索等功能,這類功能通過(guò)調(diào)用獨(dú)立式平臺(tái)提供的OGC標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)實(shí)現(xiàn),其與獨(dú)立式平臺(tái)的耦合性在于服務(wù)地址與檢索字段,因此,后臺(tái)需提供服務(wù)配置功能。④直接依托的功能,包括共享交換、運(yùn)維管理、應(yīng)用開發(fā)模塊,這類模塊與獨(dú)立式平臺(tái)軟件的耦合性非常大,為降低平臺(tái)的耦合度,減少因獨(dú)立式平臺(tái)升級(jí)帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn),直接嵌入獨(dú)立式平臺(tái)的應(yīng)用開發(fā)與共享交換模塊的主體頁(yè)面,實(shí)現(xiàn)區(qū)域化服務(wù)接口的開放式應(yīng)用與數(shù)據(jù)一站式共享發(fā)布功能,但這須解決獨(dú)立式平臺(tái)的單點(diǎn)登錄及網(wǎng)頁(yè)授權(quán)嵌入技術(shù),對(duì)于運(yùn)維管理則直接借助獨(dú)立式平臺(tái)的運(yùn)維管理,保證依托平臺(tái)的服務(wù)與功能7×24 h穩(wěn)定運(yùn)行。
圖 2 功能結(jié)構(gòu)
2.4 集中共享的運(yùn)行支撐環(huán)境
運(yùn)行支撐環(huán)境是支撐地理信息公共平臺(tái)穩(wěn)定運(yùn)行的環(huán)境,包括網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、軟件環(huán)境、硬件環(huán)境、機(jī)房環(huán)境。
分布式平臺(tái)無(wú)需構(gòu)建完備的運(yùn)行支撐環(huán)境,而是采用擴(kuò)充與依托獨(dú)立式平臺(tái)資源的方式構(gòu)建,但這要求所依托的獨(dú)立式平臺(tái)的運(yùn)行支撐環(huán)境須基本達(dá)到私有云建設(shè)要求,并建成了CPU、內(nèi)存、存儲(chǔ)資源集、數(shù)據(jù)庫(kù)在內(nèi)的云計(jì)算架構(gòu)。分布式平臺(tái)根據(jù)其運(yùn)行需求及獨(dú)立式平臺(tái)資源(如操作系統(tǒng)、服務(wù)器、存儲(chǔ)、路由器、防火墻等)可利用情況,根據(jù)需要擴(kuò)充相應(yīng)的存儲(chǔ)設(shè)備、服務(wù)器設(shè)備、軟件許可數(shù)等資源至獨(dú)立式平臺(tái)內(nèi),再?gòu)莫?dú)立式平臺(tái)私有云資源池中分配分布式平臺(tái)的運(yùn)行服務(wù)器資源。由于分布式平臺(tái)的支撐環(huán)境構(gòu)架于獨(dú)立式平臺(tái)的支撐環(huán)境中,因此,分布式平臺(tái)的服務(wù)器運(yùn)行情況由獨(dú)立式平臺(tái)的運(yùn)維人員統(tǒng)一管理。
通過(guò)該方式既可共享獨(dú)立式平臺(tái)的設(shè)備資源又可共享其技術(shù)人員,極大地降低了分布式平臺(tái)的建設(shè)與運(yùn)維成本。
基于以上研究成果,以天地圖·泉州(泉州市地理信息公共平臺(tái)公眾版)為基礎(chǔ),搭建了天地圖·永春,如圖3所示,充分凸顯了天地圖·泉州的平臺(tái)的建設(shè)效益。
圖3 天地圖·永春
天地圖·永春的各類矢量數(shù)據(jù)與業(yè)務(wù)支撐數(shù)據(jù)均存入天地圖·泉州的數(shù)據(jù)庫(kù)集群中。同時(shí),構(gòu)建了分布式在線服務(wù)架構(gòu),天地圖·永春的新聞咨詢、消息通告等支撐服務(wù)由天地圖·永春項(xiàng)目構(gòu)建,以獨(dú)立站點(diǎn)方式部署,而與公共地理框架數(shù)據(jù)相關(guān)的服務(wù)則直接調(diào)用天地圖·泉州在線服務(wù)子系統(tǒng)的服務(wù)接口?;谝陨系姆?wù)與數(shù)據(jù)組織,建成了含電子地圖、專題地圖、應(yīng)用集錦、應(yīng)用開發(fā)、互聯(lián)互通等功能在內(nèi)的依托式門戶網(wǎng)站,該網(wǎng)站從泉州市各縣域快捷推廣的角度出發(fā),采用了松耦合的開發(fā)方式,以降低各功能模塊間及功能模塊前端與后端的耦合性,提高系統(tǒng)移植能力。同時(shí),為降低因天地圖·泉州升級(jí)帶來(lái)的影響,應(yīng)用開發(fā)采用了網(wǎng)頁(yè)嵌入開發(fā)方式。為實(shí)現(xiàn)網(wǎng)頁(yè)嵌入,首先攻克了天地圖·泉州平臺(tái)的單點(diǎn)登錄及網(wǎng)頁(yè)授權(quán)嵌入技術(shù)難點(diǎn),再通過(guò)網(wǎng)頁(yè)嵌入方式。將天地圖·泉州的應(yīng)用開發(fā)界面嵌入天地圖·永春中,當(dāng)天地圖·泉州軟件升級(jí)時(shí),只需要配置相應(yīng)的界面即可實(shí)現(xiàn)天地圖·永春的升級(jí)。在支撐環(huán)境上,永春縣購(gòu)置了3臺(tái)應(yīng)用服務(wù)器,并將該服務(wù)器擴(kuò)充至天地圖·泉州的私有資源池中,再利用VMWARE軟件分配永春所需的服務(wù)器資源,以支撐天地圖·永春的運(yùn)行。為明確各方職責(zé),泉州市國(guó)土資源局與永春縣國(guó)土資源局雙方簽署了《天地圖·永春服務(wù)器管理協(xié)議》。
天地圖·永春于2014年6月建成,上線運(yùn)行以來(lái),運(yùn)行狀況良好?;谔斓貓D·永春的成功經(jīng)驗(yàn),我省也啟動(dòng)了尤溪縣、明溪縣的分布式地理信息公共平臺(tái)建設(shè),計(jì)劃2015年3月上線運(yùn)行。
本文基于GIS云計(jì)算服務(wù)架構(gòu),引入分布式建設(shè)模式,研究了分布式地理信息公共平臺(tái)架構(gòu)的建設(shè)思路和總體設(shè)計(jì),以天地圖·永春的應(yīng)用實(shí)踐驗(yàn)證了其可行性。
分布式地理信息公共平臺(tái)的建設(shè)實(shí)現(xiàn)了數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)本身從地理信息資源的充分共享擴(kuò)展到基礎(chǔ)軟件硬件、地理信息服務(wù)資源、地理信息公共平臺(tái)服務(wù)、后續(xù)運(yùn)維管理等多層次的共享,將最大程度地凸顯省級(jí)、市級(jí)地理信息公共平臺(tái)的建設(shè)效益,降低縣域地理信息公共平臺(tái)軟件及其運(yùn)行支撐環(huán)境的建設(shè)成本,減少后續(xù)維護(hù)升級(jí)費(fèi)用,并將極大地降低以地理信息公共平臺(tái)為核心的數(shù)字縣域地理空間框架建設(shè)成本,使數(shù)字縣域地理空間框架的建設(shè)覆蓋面從有條件的縣向全省各層次的縣鋪開,將極大地推進(jìn)數(shù)字城市建設(shè)進(jìn)程,實(shí)現(xiàn)全省各區(qū)域的地理信息深度共享,帶動(dòng)縣(市)地理信息人才隊(duì)伍建設(shè),推動(dòng)各行各業(yè)的信息化建設(shè),優(yōu)化地理信息產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。
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B
1672-4623(2015)02-0059-04
10.3969/j.issn.1672-4623.2015.02.022
鄧淑丹,碩士,工程師,主要從事數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)和三維地理信息系統(tǒng)建設(shè)工作。
2014-11-21。
項(xiàng)目來(lái)源:福建省測(cè)繪地理信息局2014~2015年科技基金項(xiàng)目資助(2014J06)。