瞿曉雯，李 林

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)新模式探索

瞿曉雯1，李 林1

（1.重慶市地理信息中心，重慶 401121）

數(shù)字城市地理空間框架在城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮了重要作用。隨著地理國(guó)情普查工作的完成以及云計(jì)算技術(shù)的成熟，為數(shù)字城市的建設(shè)提供了新的機(jī)遇。基于此背景，對(duì)地理空間框架建設(shè)涉及的軟硬件、數(shù)據(jù)資源、公共服務(wù)平臺(tái)等內(nèi)容進(jìn)行研究，提出了一種新的建設(shè)模式，為數(shù)字城市的建設(shè)提供參考。

數(shù)字城市；地理空間框架；地理國(guó)情普查；云計(jì)算

近年來(lái)，數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)工作的推動(dòng)力度逐漸減弱[1,2]，分析其原因，一方面智慧城市建設(shè)正風(fēng)生水起，一定程度上造成了數(shù)字城市勢(shì)弱的印象。另一方面，由于前期建設(shè)推動(dòng)力度大，有能力、有需求建設(shè)的城市已完成建設(shè)，未開(kāi)展建設(shè)的城市要么因?yàn)樨?cái)政原因不足以支撐其開(kāi)展建設(shè)，要么因信息化基礎(chǔ)水平未達(dá)到需要建設(shè)的程度。此外，已建成的成果中，由于后續(xù)數(shù)據(jù)更新、運(yùn)行維護(hù)等保障工作跟不上，導(dǎo)致應(yīng)用情況不甚理想。基于傳統(tǒng)的模式開(kāi)展數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)已不再適應(yīng)新形勢(shì)的要求。在這種背景下，本文在分析新的工作形式及技術(shù)發(fā)展的基礎(chǔ)上，探索了一種新的數(shù)字城市建設(shè)模式，旨在提供一種節(jié)約、快速的方式，形成數(shù)字城市地理空間框架的初步成果，在此基礎(chǔ)上再開(kāi)展深化建設(shè)，向智慧城市方向發(fā)展。

1 傳統(tǒng)模式的分析

傳統(tǒng)的數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)模式一般按照“1+1+n+1”的模式開(kāi)展，即一套地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，一套地理信息公共服務(wù)平臺(tái)軟件，n個(gè)應(yīng)用示范以及一套支撐環(huán)境[3-6]。其建設(shè)框架如圖1所示。

一般而言，地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)包括基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，空間數(shù)據(jù)庫(kù)和專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)；地理信息公共服務(wù)平臺(tái)軟件包括數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、共享交換系統(tǒng)、公共服務(wù)系統(tǒng)、運(yùn)維管理系統(tǒng)等；支撐環(huán)境包括平臺(tái)運(yùn)行和應(yīng)用的相關(guān)政策與規(guī)范、硬件環(huán)境、軟件環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等；應(yīng)用示范則根據(jù)城市發(fā)展的需要選擇典型行業(yè)開(kāi)展建設(shè)。

每一個(gè)城市都需要建立一套硬件及網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，一套公共服務(wù)平臺(tái)軟件，而且硬件服務(wù)能力以及軟件功能大同小異；此外，還要建立一套地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，特別是基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)的建設(shè)，需要花費(fèi)大量的人力和經(jīng)費(fèi)投入，甚至在大部分?jǐn)?shù)字城市建設(shè)中，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的采集、建庫(kù)占據(jù)整個(gè)項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)的一半以上，從經(jīng)濟(jì)角度而言，投入產(chǎn)出比較低。

圖1 傳統(tǒng)的數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)總體架構(gòu)

2 新形勢(shì)下的數(shù)字城市建設(shè)技術(shù)路線(xiàn)及架構(gòu)

2.1 技術(shù)路線(xiàn)

1）依托城市云計(jì)算中心建立硬件支撐環(huán)境。隨著信息技術(shù)水平的不斷發(fā)展，以及政府對(duì)信息化建設(shè)的支持，特別是省會(huì)城市，一般而言都已建立起了或大或小的云計(jì)算中心，此外，阿里云等商用云服務(wù)系統(tǒng)也非常成熟，因此數(shù)字城市的建設(shè)完全可以依托云計(jì)算中心的計(jì)算能力提供硬件支撐，實(shí)現(xiàn)集約化的建設(shè)和管理，實(shí)現(xiàn)節(jié)約成本和提高效率的目的。

2）依托地理國(guó)情普查成果開(kāi)展數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。眾所周知，測(cè)繪行業(yè)牽頭開(kāi)展的地理國(guó)情普查工作已經(jīng)積累了海量的地理信息數(shù)據(jù)成果，除1∶500，1∶2 000等傳統(tǒng)基礎(chǔ)測(cè)繪成果外，基本囊括了圖1中所表達(dá)的地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)容，可以提供絕大部分?jǐn)?shù)字城市地理空間框架所需的數(shù)據(jù)。

3）基于云架構(gòu)建設(shè)地理信息公共服務(wù)平臺(tái)[7]。云技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了地理信息軟件的變革，目前國(guó)內(nèi)外已有成熟的GIS軟件產(chǎn)品支持云架構(gòu)的建設(shè)。如上所述，各城市的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)的軟件功能大同小異，完全可以建立基于云架構(gòu)的地理信息公共服務(wù)平臺(tái)，在省域內(nèi)多個(gè)城市共用一套平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)集約建設(shè)。

2.2 總體架構(gòu)

新形勢(shì)下的公共服務(wù)平臺(tái)基于云GIS架構(gòu)方式建設(shè)，利用面向服務(wù)的架構(gòu)理念SOA（Service Oriented Architecture），采用層次化結(jié)構(gòu)建設(shè)，包括基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層、平臺(tái)層、應(yīng)用層，如圖2所示。

圖2 基于云架構(gòu)及地理國(guó)情普查成果的地理空間框架

1）基礎(chǔ)設(shè)施層：構(gòu)建支撐公共服務(wù)平臺(tái)運(yùn)行所需的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)和服務(wù)等硬件基礎(chǔ)設(shè)施及網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，利用VMWare 、OpenStack等云基礎(chǔ)設(shè)施中間件建設(shè)計(jì)算資源池，實(shí)現(xiàn)彈性計(jì)算能力，支撐時(shí)空信息云平臺(tái)的運(yùn)行。這部分內(nèi)容的建設(shè)，可以租用阿里云、百度云等共有服務(wù)，也可以根據(jù)需要自建。

2）數(shù)據(jù)層：按照統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、空間參考，整合各政府部門(mén)現(xiàn)有的信息資源，構(gòu)建影像數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)題數(shù)據(jù)庫(kù)，建成權(quán)威性高、開(kāi)放性好、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)、內(nèi)容全面、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的地理空間信息數(shù)據(jù)庫(kù)，為后續(xù)的平臺(tái)、應(yīng)用等提供高效、可靠的地理空間信息服務(wù)，全面支撐數(shù)字城市的建設(shè)。這部分內(nèi)容主要依托地理國(guó)情普查成果開(kāi)展，大大降低了數(shù)據(jù)建設(shè)成本。

3）平臺(tái)層：構(gòu)建公共服務(wù)平臺(tái)的核心服務(wù)支撐能力，依托于A(yíng)rcGIS私有云管理套件、SuperMap iCloudManager等云GIS平臺(tái)，結(jié)合云基礎(chǔ)設(shè)施中間件的資源池化能力，將平臺(tái)的GIS數(shù)據(jù)資源與底層的基礎(chǔ)設(shè)施資源進(jìn)行深度整合，構(gòu)建成GIS資源池，通過(guò)預(yù)定義的資源調(diào)度策略實(shí)現(xiàn)對(duì)GIS資源池中GIS資源實(shí)例的自動(dòng)化管理。同時(shí)還可按需對(duì)平臺(tái)服務(wù)類(lèi)型進(jìn)行分區(qū)管理，如二維地圖分區(qū)、三維地圖分區(qū)、地理編碼分區(qū)、平臺(tái)管理分區(qū)等。

4）應(yīng)用層：在平臺(tái)層的基礎(chǔ)上，根據(jù)對(duì)核心組件的需要，通過(guò)選取不同功能的分區(qū)，實(shí)現(xiàn)各區(qū)縣地理空間框架的組合式搭建。一方面快速完成平臺(tái)建設(shè)，另一方面平臺(tái)建設(shè)所需的資源按需分配，大大節(jié)約了服務(wù)資源的成本。比如，A區(qū)縣的平臺(tái)服務(wù)壓力增大時(shí)，可利用平臺(tái)層的彈性資源實(shí)現(xiàn)服務(wù)能力的自主增加，“借用”其他區(qū)縣平臺(tái)的資源；服務(wù)壓力減少時(shí)自動(dòng)“交還”多余的服務(wù)資源，供其他平臺(tái)使用，實(shí)現(xiàn)集約建設(shè)。

2.3 平臺(tái)主要功能

2.3.1 門(mén)戶(hù)系統(tǒng)

門(mén)戶(hù)系統(tǒng)是數(shù)字城市公共服務(wù)平臺(tái)對(duì)外提供服務(wù)的窗口，主要展示平臺(tái)熱點(diǎn)服務(wù)、功能模塊、典型應(yīng)用、平臺(tái)相關(guān)的新聞以及數(shù)據(jù)更新動(dòng)態(tài)等內(nèi)容。此外，還向用戶(hù)提供平臺(tái)各子系統(tǒng)的快速入口。系統(tǒng)界面如圖3。

2.3.2 云服務(wù)系統(tǒng)

提供數(shù)據(jù)服務(wù)、功能化API服務(wù)、宿主環(huán)境服務(wù)等各個(gè)層面的服務(wù)能力，為各行業(yè)應(yīng)用提供全面支撐。

1） 數(shù)據(jù)服務(wù)：包括矢量、影像、三維、地名地址以及其他數(shù)據(jù)產(chǎn)品（例如，傾斜攝影）等數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)，如OGC標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)，主流平臺(tái)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)服務(wù)等。

圖3 地理空間框架門(mén)戶(hù)系統(tǒng)

2）功能化API服務(wù)：提供主流開(kāi)發(fā)平臺(tái)的二次開(kāi)發(fā)接口服務(wù)，對(duì)傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)服務(wù)API進(jìn)行再次封裝，形成粒度更大的功能服務(wù)API，進(jìn)而形成可復(fù)用的功能模塊。

3） 宿主環(huán)境服務(wù)：為用戶(hù)提供智慧應(yīng)用所需的軟硬件宿主環(huán)境，直接部署其業(yè)務(wù)應(yīng)用即可，不必獨(dú)立建設(shè)網(wǎng)絡(luò)、硬件等設(shè)施，降低了GIS應(yīng)用門(mén)檻。

2.3.3 資源展示

向用戶(hù)提供平臺(tái)資源瀏覽，包括用戶(hù)登錄、地圖操作、關(guān)鍵字查詢(xún)、周邊搜索、專(zhuān)題地圖、地圖糾錯(cuò)等功能，一方面展示平臺(tái)豐富的數(shù)據(jù)資源，另一方面為用戶(hù)直接提供基礎(chǔ)的地理信息服務(wù)。顯示界面見(jiàn)圖4。

圖4 地理空間框架資源展示系統(tǒng)（審圖號(hào)為：渝S（2015）012號(hào)）

2.3.4 地址編碼引擎

地址編碼引擎是實(shí)現(xiàn)非空間數(shù)據(jù)向空間數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化的橋梁，是行業(yè)部門(mén)開(kāi)展數(shù)字城市建設(shè)的關(guān)鍵入口。建立高效、實(shí)用的地址編碼引擎，可以幫助用戶(hù)快速集成行業(yè)專(zhuān)題數(shù)據(jù)，開(kāi)展數(shù)字城市應(yīng)用。地址編碼系統(tǒng)包括核心引擎以及地址編碼系統(tǒng)兩部分內(nèi)容，核心引擎主要涉及數(shù)據(jù)處理和匹配算法，形成可用的匹配數(shù)據(jù)庫(kù)和匹配接口。地址編碼系統(tǒng)基于匹配接口開(kāi)發(fā)，形成界面友好、功能齊備的應(yīng)用系統(tǒng)，直接提供功能應(yīng)用，主要包括正向和逆向地址匹配。界面見(jiàn)圖5。

2.3.5 運(yùn)維管理系統(tǒng)

建設(shè)運(yùn)維管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)資源管理、安全管理、服務(wù)管理、系統(tǒng)監(jiān)控、日志管理、統(tǒng)計(jì)分析、信息管理等功能，對(duì)平臺(tái)軟硬件設(shè)施、數(shù)據(jù)、功能運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)控和管理，對(duì)用戶(hù)行為特征進(jìn)行收集和分析，為平臺(tái)下一步的改進(jìn)和完善提供充分的依據(jù)。界面見(jiàn)圖6。

圖5 地理空間框架地理編碼服務(wù)系統(tǒng)（審圖號(hào)為：渝S（2015）012號(hào)）

圖6 地理空間框架運(yùn)維管理系統(tǒng)

3 應(yīng)用模式設(shè)計(jì)

根據(jù)區(qū)縣用戶(hù)的應(yīng)用需求，建立4種應(yīng)用模式：

1）在線(xiàn)應(yīng)用服務(wù)模式。用戶(hù)通過(guò)終端應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)的在線(xiàn)瀏覽、查詢(xún)、分析等應(yīng)用，終端應(yīng)用程序可以是移動(dòng)端，也可以是桌面端。該模式可以讓用戶(hù)快速、直接使用地理國(guó)情普查成果，方便快捷。

2）二次開(kāi)發(fā)服務(wù)模式。用戶(hù)可結(jié)合自身業(yè)務(wù)需求，利用云服務(wù)系統(tǒng)對(duì)外發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口以及二次開(kāi)發(fā)API開(kāi)展系統(tǒng)開(kāi)發(fā)。該模式可滿(mǎn)足用戶(hù)多樣的應(yīng)用需求，靈活多變。

3）離線(xiàn)數(shù)據(jù)拷貝服務(wù)模式。針對(duì)有離線(xiàn)數(shù)據(jù)拷貝需求的用戶(hù)，比如獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、安全保密要求、深度數(shù)據(jù)應(yīng)用等，提供離線(xiàn)數(shù)據(jù)拷貝方式，通過(guò)向測(cè)繪主管部門(mén)申請(qǐng)數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)審批后可進(jìn)行拷貝使用。該模式需用戶(hù)單位通過(guò)完善的審批手續(xù)，建立相應(yīng)的保密機(jī)制，承擔(dān)數(shù)據(jù)保密的責(zé)任，數(shù)據(jù)成果僅可以在特定的環(huán)境中使用。此外，由于非在線(xiàn)使用，數(shù)據(jù)現(xiàn)勢(shì)性得不到保障。 4）區(qū)縣節(jié)點(diǎn)部署服務(wù)模式。針對(duì)應(yīng)用需求多樣、數(shù)據(jù)精度要求高、數(shù)據(jù)共享需求強(qiáng)的區(qū)縣，提供區(qū)縣節(jié)點(diǎn)部署服務(wù)模式，按照全市的云平臺(tái)模式將成果在區(qū)縣進(jìn)行部署，由牽頭單位進(jìn)行數(shù)據(jù)維護(hù)、軟件維護(hù)、運(yùn)行維護(hù)、應(yīng)用支持等工作，以滿(mǎn)足區(qū)縣個(gè)性化的應(yīng)用需求。該模式需要投入較大的資金開(kāi)展機(jī)房、軟硬件支撐環(huán)境的建設(shè)，同時(shí)要配套相應(yīng)的保障機(jī)制、人才隊(duì)伍，實(shí)現(xiàn)區(qū)縣節(jié)點(diǎn)的穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié) 語(yǔ)

從數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)的實(shí)際出發(fā)，結(jié)合地理國(guó)情普查工作的成果，以及當(dāng)前云計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，對(duì)地理空間框架建設(shè)涉及的軟硬件設(shè)施、數(shù)據(jù)資源、公共服務(wù)平臺(tái)等內(nèi)容進(jìn)行研究，提出了“數(shù)據(jù)來(lái)源主要依托地理國(guó)情普查成果，平臺(tái)技術(shù)依托云GIS技術(shù)”的新模式。基于該模式，可以在少量資金投入的同時(shí)，加快成果建設(shè)速度。此外，建設(shè)成果的可維護(hù)性和擴(kuò)展性得到增強(qiáng)，有利于成果的應(yīng)用推廣。

[1] 國(guó)家測(cè)繪地理信息局． 關(guān)于加快數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)全面推廣應(yīng)用的通知[EB/OL]．http：//www．sbsm．gov．cn/article/tzgg/201306/20130600127272．shtml，2013-06-14/2015-10-13

[2] 金婧．淺析數(shù)字城市地理空間框架建設(shè)存在的若干問(wèn)題[J]．城市勘測(cè),2012(1)：24-26

[3] 李成名,劉曉麗,印潔,等．?dāng)?shù)字城市到智慧城市的思考與探索[J]．測(cè)繪通報(bào),2013(11)：1-3

[4] CH/T 9003—2009．地理空間框架基本規(guī)定[S]．

[5] CH/T 9004—2009．地理信息公共平臺(tái)基本規(guī)定[S]．

[6] CH/T 9005—2009．基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)基本規(guī)定[S]．

[7] 李明臣,吳勤書(shū),劉昱君．一種基于云GIS技術(shù)的地理信息服務(wù)新方式[J]．測(cè)繪通報(bào),2015(02)：92-94

P208

B

1672-4623（2016）04-0030-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.010

瞿曉雯，工程師，研究方向?yàn)橹腔鄢鞘?、?shù)字城市、文本挖掘、空間數(shù)據(jù)集成與共享等。

2015-12-29。