李東陽，張書亮，儲征偉，陶亞婷

數(shù)字城市數(shù)據(jù)運維平臺初探

李東陽1，張書亮2，3，儲征偉4，陶亞婷2

( 1．浙江省地理信息中心，浙江杭州310012; 2．南京師范大學虛擬地理環(huán)境教育部重點實驗室，江蘇南京210023; 3．江蘇省地理信息資源開發(fā)與利用協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇南京210023; 4．南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇南京210019)

The Primary Exploration of Data Operation Platform for Digital City

LI Dongyang，ZHANG Shuliang，CHU Zhengwei，TAO Yating

針對數(shù)字城市建設中普遍存在的“兩重視、兩忽視和兩匱乏”問題，提出了數(shù)據(jù)運維的概念及內(nèi)容，設計和開發(fā)了數(shù)據(jù)運維平臺軟件。應用結果表明，軟件能滿足市縣獨立開展數(shù)據(jù)運維的需求，并顯著提高數(shù)據(jù)運維的效率和水平。

數(shù)字城市;地理信息公共平臺;數(shù)據(jù)運維;地理空間框架

一、引言

國家測繪地理信息局于2006年啟動了數(shù)字城市地理空間框架建設工作，截至2013年底，國內(nèi)已有321個地級市開展數(shù)字城市建設，已建成190個數(shù)字城市，開發(fā)應用系統(tǒng)逾2500個，成果的廣泛應用有力促進了城市運行管理的科學化、精細化、信息化、協(xié)同化，并成為城市管理的重要平臺［1］。地理信息公共平臺是數(shù)字城市地理空間框架項目建設的重要內(nèi)容和核心軟件系統(tǒng)，也是數(shù)字城市地理信息資源集成、管理、發(fā)布與共享交換的基礎性空間服務平臺。隨著國內(nèi)眾多數(shù)字城市的建成并投入應用，保持地理信息公共平臺數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性與提升數(shù)據(jù)更新的效率正在成為數(shù)字城市運行維護工作的核心［2］。然而，縱觀當前的數(shù)字城市運維工作，普遍存在著“兩重視(重視地理信息公共平臺軟件能力、界面和易用性的建設;重視數(shù)字城市應用軟件和系統(tǒng)的運維)、兩忽視(忽視數(shù)字城市縱向數(shù)據(jù)體系的內(nèi)容更新;忽視數(shù)字城市橫向數(shù)據(jù)體系的集中管理和聯(lián)動更新)和兩匱乏(區(qū)別于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫運維和數(shù)據(jù)中心運維的思路，數(shù)字城市數(shù)據(jù)運行維護思路的匱乏;專業(yè)的數(shù)字城市數(shù)據(jù)運維技術方法與軟件的匱乏)”的問題，因此，本著推動數(shù)字城市相關成果朝縱深方向推進及保障其可持續(xù)發(fā)展的目標出發(fā)，突破傳統(tǒng)“平臺建設”與“平臺運維”的思維局限，探討和研究數(shù)字城市數(shù)據(jù)運維相關的概念、內(nèi)容、關鍵技術及應用系統(tǒng)，則顯得迫切且意義重大。

二、數(shù)字城市“數(shù)據(jù)運維”的概念及內(nèi)容體系

1．地理空間框架的數(shù)據(jù)及其相互關系

數(shù)字城市地理空間框架項目主要包含3大類數(shù)據(jù):基礎地理信息數(shù)據(jù)、面向服務的產(chǎn)品數(shù)據(jù)、目錄及專題數(shù)據(jù)［3-4］，3類數(shù)據(jù)的內(nèi)容體系及其相互間的關系如圖1所示。其中，地理實體數(shù)據(jù)是在數(shù)字線劃圖( DLG)基礎上經(jīng)過面向對象的數(shù)據(jù)重組和模型重構形成的，可掛接社會經(jīng)濟和自然信息的數(shù)據(jù);影像數(shù)據(jù)是在數(shù)字正射影像( DOM)基礎上通過影像的拼接、勻色、反差、重影和鑲嵌等處理，以及影像金字塔構建形成的數(shù)據(jù);地圖數(shù)據(jù)包括對基礎地理信息數(shù)據(jù)經(jīng)過符號化處理和圖面整飾后形成的地圖，以及在此基礎上經(jīng)提取、重組和擴充形成的政務電子地圖和公眾電子地圖，政務電子地圖整合了政府關注的社會經(jīng)濟信息，公眾電子地圖增加了公眾興趣信息，并經(jīng)過保密技術處理;地名地址數(shù)據(jù)是通過對山脈、山峰、河流、湖泊等自然地名和行政區(qū)域、街巷、小區(qū)、門(樓)址等人文地名進行規(guī)范化處理，建立其與空間位置之間的一一對應關系形成的數(shù)據(jù);三維景觀數(shù)據(jù)是將影像數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型( DEM)和地名地址數(shù)據(jù)進行集成，擴充各類政府或企業(yè)、公眾的興趣信息形成的數(shù)據(jù)。

地理空間框架中的數(shù)據(jù)類型多樣、內(nèi)容豐富，但由于應用目的、表達形式和處理流程的差異，數(shù)據(jù)間的組織與管理方法有著較大的不同。此外，以地理信息服務為核心、面向3類用戶、制作3版數(shù)據(jù)、基于3種網(wǎng)絡、提供3套應用系統(tǒng)的地理信息公共平臺建設模式［5］，也使得框架中數(shù)據(jù)間的關系更加復雜。傳統(tǒng)的各自進行數(shù)據(jù)管理，且在不同時間構建的基礎地理信息系統(tǒng)、電子地圖配圖與管理系統(tǒng)、地名/地址管理系統(tǒng)等，在面對數(shù)字城市地理空間框架數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理和聯(lián)動更新的新需求下，面臨著技術、方法和支撐軟件匱乏的種種問題。

圖1 空間框架數(shù)據(jù)內(nèi)容及其關系

2．數(shù)據(jù)運維的概念及內(nèi)容體系

區(qū)別于傳統(tǒng)的軟件系統(tǒng)運維及數(shù)據(jù)庫運維概念，數(shù)字城市的數(shù)據(jù)運維以基礎地理信息數(shù)據(jù)、地理實體數(shù)據(jù)、影像數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)(政務電子地圖、公眾電子地圖)、地名地址數(shù)據(jù)、專題地理信息數(shù)據(jù)等框架數(shù)據(jù)資源體系中各種類型數(shù)據(jù)的更新為基礎，以提高數(shù)據(jù)更新效率和質(zhì)量為目標，通過數(shù)據(jù)集中管理及聯(lián)動更新的關鍵技術方法，重點實現(xiàn)數(shù)據(jù)變化發(fā)現(xiàn)、數(shù)據(jù)庫變更和數(shù)據(jù)服務更新的一體化、自動化流程。數(shù)字城市數(shù)據(jù)運維工作的開展，將改善現(xiàn)行采用已有專業(yè)系統(tǒng)分別維護各類數(shù)據(jù)造成的系統(tǒng)之間信息不對稱、孤島現(xiàn)象明顯和數(shù)據(jù)聯(lián)動更新困難等弊端，從而為數(shù)字城市可持續(xù)發(fā)展提供強勁動力。

基于此，數(shù)字城市數(shù)據(jù)運維工作的內(nèi)容體系如圖2所示，它主要由實施邏輯集成的數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)聯(lián)動更新環(huán)境、統(tǒng)一地理信息服務管理、數(shù)據(jù)運維平臺和數(shù)據(jù)運維保障制度5部分內(nèi)容組成。

1)實施邏輯集成的數(shù)據(jù)管理策略。將空間框架中的數(shù)據(jù)統(tǒng)一集中管理起來，改善以往不同類型數(shù)據(jù)分散管理的弊端。這并非完全替代傳統(tǒng)數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)的職能，而是通過統(tǒng)一管理手段實施邏輯上不同應用及數(shù)據(jù)庫間的集成，保證在任意時刻都能了解和查看不同數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性版本，從而為數(shù)據(jù)運維工作奠定基礎。

圖2 數(shù)據(jù)運維內(nèi)容體系

2)建立數(shù)據(jù)聯(lián)動更新環(huán)境。以往的數(shù)據(jù)更新受數(shù)據(jù)自身生產(chǎn)工藝流程和獲取頻度的影響，在不同的應用環(huán)境中獨立進行，而通過構建數(shù)據(jù)聯(lián)動更新環(huán)境，將改變具有聯(lián)動關系數(shù)據(jù)更新效率低且時效性差的問題。數(shù)據(jù)的聯(lián)動更新也不是簡單集成以往的各種數(shù)據(jù)更新方法，而是在共享不同數(shù)據(jù)更新系統(tǒng)中更新數(shù)據(jù)集的基礎上，維護數(shù)據(jù)變更元素(更新要素、更新區(qū)域、更新數(shù)據(jù)目錄及元數(shù)據(jù))之間的關系，規(guī)范數(shù)據(jù)變更流程，推動數(shù)據(jù)變更工作的科學開展。

3)構建統(tǒng)一的地理信息服務管理體系。地理信息公共服務平臺最大的技術特點就是以地理信息服務為核心進行構建和應用，數(shù)據(jù)籍由服務對外發(fā)布和共享，數(shù)據(jù)的更新推動服務更新。因此，構建統(tǒng)一的地理信服務管理體系，管理服務的發(fā)布、發(fā)現(xiàn)、啟動/停止，是數(shù)據(jù)運維工作重要的一個環(huán)節(jié)。在平臺服務體系中，WMS/WMTS和WFS/WFS-G是面向瓦片數(shù)據(jù)資源和矢量數(shù)據(jù)資源的兩類具有代表性的服務形式，如何在不影響服務正常運行和應用的情況下，實現(xiàn)數(shù)據(jù)局部變更驅動的服務更新，是數(shù)據(jù)運維中服務管理的核心之所在。

4)開發(fā)數(shù)據(jù)運維平臺軟件。數(shù)據(jù)運維平臺軟件以數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理為基礎，以數(shù)據(jù)更新的相關關鍵技術為支撐，是數(shù)據(jù)運維管理工作的支撐性工具軟件，也是空間框架數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)(簡稱庫管系統(tǒng))概念及能力的提升。

5)制定科學的數(shù)據(jù)運維保障制度。數(shù)據(jù)運維涉及不同標準、不同形式、不同更新頻度數(shù)據(jù)的管理與集成，這就需要建立科學有效的運維保障制度，規(guī)范運維工作合理、可持續(xù)的開展。具體需要在包括數(shù)據(jù)標準、建庫標準、更新數(shù)據(jù)規(guī)范、更新數(shù)據(jù)技術規(guī)程的基礎上，制定能保障軟件長期運行、數(shù)據(jù)現(xiàn)勢性強、人員職責明確的運維制度。

三、數(shù)據(jù)運維平臺的設計與實現(xiàn)

1．數(shù)據(jù)運維平臺的設計

數(shù)字城市數(shù)據(jù)運維平臺并非是要完全替代現(xiàn)有的面向框架中不同數(shù)據(jù)的多個應用管理系統(tǒng)，更不是對各個數(shù)據(jù)源另起爐灶的集中拷貝，而是一個可連接多數(shù)據(jù)源，以數(shù)據(jù)更新為主線匯集數(shù)據(jù)的平臺。平臺實時監(jiān)控各數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)變更，記錄變化要素，推送各關聯(lián)服務及數(shù)據(jù)的更新提示，并完成其局部更新。平臺的設計框架如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)運維平臺設計框架

數(shù)據(jù)運維平臺框架主要由支撐層、數(shù)據(jù)層、業(yè)務層及應用層4部分組成。支撐層主要包括軟硬件、網(wǎng)絡及運維保障制度等支撐環(huán)境;數(shù)據(jù)層主要由基礎地理信息數(shù)據(jù)庫、公共地理框架數(shù)據(jù)庫、目錄與元數(shù)據(jù)庫、專題數(shù)據(jù)庫及更新數(shù)據(jù)庫組成;業(yè)務層主要由框架數(shù)據(jù)管理、更新數(shù)據(jù)管理及服務管理組成;應用層主要包括基礎地理信息數(shù)據(jù)運維管理、電子地圖運維管理、地名/地址數(shù)據(jù)運維管理及地理實體數(shù)據(jù)運維管理。

2．數(shù)據(jù)運維平臺的軟件實現(xiàn)

以Esri ArcGIS 10．1為GIS開發(fā)平臺，基于Oracle11g，在．NET環(huán)境下，筆者所在的課題組研制了數(shù)字城市數(shù)據(jù)運維平臺軟件，如圖4所示，面向地理空間框架中的各類地理信息資源，提供數(shù)據(jù)/服務的管理與更新等功能。

圖4 軟件界面

1)基礎地理信息數(shù)據(jù)的管理與更新。在數(shù)據(jù)標準的支撐下，平臺支持基礎地理信息數(shù)據(jù)按區(qū)域級或要素級方式進行更新，用戶可根據(jù)各自需求選擇使用。區(qū)域級更新方法簡單，易操作，但容易造成地理語義上沒有發(fā)生變化的數(shù)據(jù)也被修改，造成了大量的數(shù)據(jù)冗余，同時追蹤地物變得較為困難。要素級更新過程及實現(xiàn)方法復雜，但以要素為更新單位，可改善區(qū)域級更新造成的數(shù)據(jù)冗余等問題，并可較為便捷地形成多時相數(shù)據(jù)集，保存要素的完整版本。

2)電子地圖的管理與更新。當基礎地理信息數(shù)據(jù)或地名/地址數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，軟件會驅動產(chǎn)生電子地圖的瓦片更新任務，檢測出指定時間范圍內(nèi)變化的要素，形成區(qū)域范圍，并自動更新變化區(qū)域內(nèi)的地圖瓦片。此方法不僅避免了每次更新重新切片的問題，而且解決了瓦片數(shù)據(jù)應用中的歷史追溯與推演問題，其優(yōu)勢在于在數(shù)據(jù)更新時無須維護每個瓦片的生命周期，只需要調(diào)整檢測事件對應的變化要素，即可動態(tài)產(chǎn)生瓦片。

3)地理實體數(shù)據(jù)的管理與更新。系統(tǒng)可利用權威部門提供的地理實體輔助信息，通過地名匹配或人工選取的方式，依據(jù)不同類型要素間統(tǒng)一的圖形編碼方式，即圖形身份證，建立實體輔助信息與相應基礎地理信息要素間的映射，自動/半自動生成圖元及地理實體的數(shù)據(jù)及相關編碼。在此過程中，圖形身份證技術保證了基礎地理信息數(shù)據(jù)、圖元數(shù)據(jù)及地理實體數(shù)據(jù)間的一致性，同時也使得不同數(shù)據(jù)間的聯(lián)動成為可能。當基礎數(shù)據(jù)發(fā)生變化時，驅動著與之關聯(lián)的圖元及地理實體，從而保障了地理實體數(shù)據(jù)的現(xiàn)勢性。

4)地名/地址數(shù)據(jù)的管理與更新。軟件實現(xiàn)了標準地名/地址庫的管理、地址匹配及地名/地址采集數(shù)據(jù)的更新等功能，通過中文分詞技術，將地名地址數(shù)據(jù)進行語義拆分，借助從各類地理信息資源中篩選的領域特征詞庫，采用全文檢索工具Lucene實現(xiàn)地名地址信息索引的構建與維護，并根據(jù)文本相關性和地理語義相關性的綜合評價指標對結果進行排序，實現(xiàn)地名地址檢索。基于中文分詞和Lucene的地名地址索引技術，顧及了地理語義，融合主流信息檢索技術，具有準確、高效等特點。此外，當稅務、教育等各行業(yè)非空間數(shù)據(jù)在包含地址信息的前提下，即可利用地址匹配技術完成空間化，與地理實體、專題數(shù)據(jù)對接，進一步豐富地理空間框架數(shù)據(jù)庫。

數(shù)字城市數(shù)據(jù)運維平臺軟件實現(xiàn)了框架數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)聯(lián)動更新、地理信息服務統(tǒng)一管理等功能，通過在部分市縣的應用，平臺能滿足市縣數(shù)字城市項目管理人員獨立開展數(shù)據(jù)運維的需求，極大地提高了數(shù)據(jù)運維的效率和質(zhì)量，提升了數(shù)字城市的應用和服務水平。

四、結束語

本文分析了當前數(shù)字城市建設中存在的問題，提出了數(shù)據(jù)運維的概念及其建設內(nèi)容，設計和實現(xiàn)

了數(shù)據(jù)運維平臺軟件。當前，眾多城市的數(shù)字城市地理空間框架項目都已建成完畢，地理信息公共服務平臺在各個行業(yè)信息化中發(fā)揮著日益重要的作用，從傳統(tǒng)的平臺建設到數(shù)據(jù)運維思路的轉變，不僅可以豐富數(shù)字城市的建設內(nèi)涵，更是數(shù)字城市向智慧城市邁進的重要舉措。

［1］ 國家測繪地理信息局．截至2013年底數(shù)字城市已建成190個［EB/OL］．［2014-01-11］．http:∥www．gov．cn/jrzg/2014-01/11/content_2564461．htm．

［2］ 衛(wèi)東．地理空間數(shù)據(jù)一體化更新發(fā)布系統(tǒng)的技術研究［J］．測繪通報，2013( 7) : 77－81．

［3］ 國家測繪地理信息局．CH/T 9003—2009地理空間框架基本規(guī)定［S］．北京:測繪出版社，2009．

［4］ 國家測繪地理信息局．CH/T 9004—2009地理信息公共平臺基本規(guī)定［S］．北京:測繪出版社，2009．

［5］ 陳軍，蔣捷，周旭，等．地理信息公共服務平臺的總體技術設計研究［J］．地理信息世界，2009( 3) : 7-11．

P208

B

0494-0911( 2015) 11-0088-04

李東陽，張書亮，儲征偉，等．數(shù)字城市數(shù)據(jù)運維平臺初探［J］．測繪通報，2015( 11) : 88-91．

10．13474/j．cnki．11-2246．2015．0354

2014-11-05

國家自然科學基金( 41171301)

李東陽( 1979—)，男，高級工程師，研究方向為數(shù)字城市。E-mail: ldywish@ 126．com

張書亮