顧華奇，梅承華，廖明偉

(1. 江西省測(cè)繪地理信息工程技術(shù)研究中心，江西 南昌 330209； 2. 江西省基礎(chǔ)地理信息中心，江西 南昌 330209； 3. 南昌市測(cè)繪勘察研究院，江西 南昌 330038)

近些年來(lái)，我國(guó)各類(lèi)突發(fā)公共事件與自然災(zāi)害頻繁發(fā)生，據(jù)統(tǒng)計(jì)，江西省平均每年因?yàn)?zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)80～120億元，占全省GDP的5%～8%;突發(fā)公共事件給人民生命和財(cái)產(chǎn)帶來(lái)重大損失，嚴(yán)重影響江西省的國(guó)民經(jīng)濟(jì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展,為了提高自然災(zāi)害綜合防御能力和對(duì)各類(lèi)突發(fā)公共事件的快速處理能力，建設(shè)江西省綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)勢(shì)在必行。依托地理信息公共平臺(tái)支撐系統(tǒng)和綜合數(shù)據(jù)庫(kù)建立江西省主要職能部門(mén)聯(lián)合執(zhí)法服務(wù)系統(tǒng)及公安、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、環(huán)保、國(guó)土、商務(wù)等部門(mén)的專(zhuān)題服務(wù)系統(tǒng)，提升自然災(zāi)害綜合防御能力和對(duì)各類(lèi)突發(fā)公共事件的快速處理能力顯得十分必要。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)目標(biāo)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)以江西省地理信息公共服務(wù)平臺(tái)為依托，利用云計(jì)算技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)江西省突發(fā)事件和自然災(zāi)害的智能預(yù)警、快速處置突發(fā)事件等服務(wù)，為實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)事故、消除隱患、分析形勢(shì)和及時(shí)決策提供服務(wù)。

1.2 系統(tǒng)總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)依托跨平臺(tái)GIS內(nèi)核的云GIS應(yīng)用服務(wù)器SuperMapiServer 8C搭建而成，把握“以地理信息為中心”原則，整合和廣泛關(guān)聯(lián)各種保障服務(wù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)及在線信息，建立多時(shí)相、高精度、高時(shí)空分辨率、多層次的江西省綜合保障地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，具有二三維一體化的服務(wù)發(fā)布、管理與聚合功能，開(kāi)發(fā)多層次的保障服務(wù)功能，采用面向服務(wù)的地理信息共享方式，在SuperMapiServer 8C[3]的基礎(chǔ)上構(gòu)建基于SOA[4]的綜合地理信息保障服務(wù)專(zhuān)有云系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)江西省綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集、維護(hù)、發(fā)布、查詢(xún)、展現(xiàn)、統(tǒng)計(jì)、分析、應(yīng)急指揮等功能。整個(gè)系統(tǒng)邏輯架構(gòu)主要包括4個(gè)層次：數(shù)據(jù)資源層、基礎(chǔ)設(shè)施層、GIS平臺(tái)層及門(mén)戶(hù)應(yīng)用層，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

1.3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)資源構(gòu)架

數(shù)據(jù)資源主要是1∶10 000、1∶5000、1∶2000、1∶1000、1∶500基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)及公安、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、環(huán)保、國(guó)土、商務(wù)、地震、衛(wèi)生、氣象等部門(mén)的國(guó)情普查及相關(guān)的專(zhuān)題數(shù)據(jù)，在這些已建成的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)基礎(chǔ)上，通過(guò)數(shù)據(jù)擴(kuò)充，添加時(shí)間屬性及數(shù)據(jù)重組實(shí)現(xiàn)從基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)到時(shí)空信息數(shù)據(jù)的升級(jí)。完善基礎(chǔ)地理空間庫(kù)和專(zhuān)題業(yè)務(wù)庫(kù)，建立具有時(shí)空特征的數(shù)據(jù)資源體系，包括數(shù)據(jù)歷史版本等信息。數(shù)據(jù)資源總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)資源總體架構(gòu)

1.4 系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施層設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的云架構(gòu)GIS平臺(tái)層是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分，是所有用戶(hù)訪問(wèn)資源的平臺(tái)，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的建設(shè)和日常運(yùn)行至關(guān)重要。如圖3所示，它依托于底層IT基礎(chǔ)設(shè)施，對(duì)外提供穩(wěn)定的GIS平臺(tái)能力?；A(chǔ)設(shè)施層設(shè)計(jì)包括以下內(nèi)容：

圖3 云架構(gòu)GIS平臺(tái)

1.4.1 計(jì)算池規(guī)劃設(shè)計(jì)

(1) 將現(xiàn)有的刀片服務(wù)器進(jìn)行底層虛擬化，建立數(shù)據(jù)中心，其中一臺(tái)機(jī)器規(guī)劃創(chuàng)建6臺(tái)虛擬機(jī)，滿足管理端的計(jì)算需求。

(2) 另外兩臺(tái)物理機(jī)進(jìn)行虛擬化，建立標(biāo)準(zhǔn)的GIS服務(wù)器資源池。

(3) 后期根據(jù)需要對(duì)計(jì)算性能需求的差異化，建設(shè)高并發(fā)資源池、高計(jì)算資源池以及應(yīng)用資源池。

1.4.2 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)設(shè)計(jì)

網(wǎng)絡(luò)條件依托于現(xiàn)有環(huán)境，主要是與網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，根據(jù)服務(wù)器的配置，每臺(tái)主機(jī)配置4～6塊千兆網(wǎng)卡，每塊兩個(gè)網(wǎng)口。

1.5 綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)技術(shù)架構(gòu)設(shè)計(jì)

GIS平臺(tái)層采用先進(jìn)的云計(jì)算架構(gòu)支撐整個(gè)系統(tǒng)的用戶(hù)訪問(wèn)。通過(guò)VMWare虛擬化解決方案構(gòu)建整個(gè)平臺(tái)硬件設(shè)施虛擬化資源池，采用vCloud Director搭建云計(jì)算資源調(diào)度和管理基礎(chǔ)設(shè)施，在此基礎(chǔ)IT架構(gòu)下，部署SuperMap云管理系統(tǒng)軟件，實(shí)現(xiàn)GIS計(jì)算資源接受云環(huán)境的調(diào)度和管理。

1.6 綜合地理信息保障服務(wù)能力設(shè)計(jì)

綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)平臺(tái)能夠生動(dòng)、直觀、多維地反映利用文字、數(shù)字、圖表無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)的地圖信息，系統(tǒng)中的資源、環(huán)境、人口、地質(zhì)災(zāi)害等專(zhuān)題信息服務(wù)與基礎(chǔ)地理信息結(jié)合，有利于及時(shí)預(yù)測(cè)、預(yù)防災(zāi)情，能夠顯著提高災(zāi)情應(yīng)急響應(yīng)速度、處置能力和災(zāi)后恢復(fù)重建能力。系統(tǒng)提供的服務(wù)包括：二維/三維地圖服務(wù)、要素服務(wù)、GIS功能服務(wù)、路徑分析服務(wù)[5]、影像服務(wù)、目錄服務(wù)、資源服務(wù)以及其他OGC服務(wù)等，具體如圖4所示。

圖4 GIS平臺(tái)服務(wù)類(lèi)型

系統(tǒng)提供的這些綜合地理信息保障服務(wù)基于后臺(tái)SuperMap GIS資源，建立相應(yīng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，當(dāng)后臺(tái)資源更新時(shí)，服務(wù)能夠自動(dòng)更新，并且提供統(tǒng)一的調(diào)用接口。

1.7 綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)運(yùn)維管理設(shè)計(jì)

云端運(yùn)維管理系統(tǒng)通過(guò)整合GIS平臺(tái)管理功能和底層云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施調(diào)度功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的資源監(jiān)控、資源管理、身份認(rèn)證等功能。平臺(tái)即可以按需提供GIS站點(diǎn)，而站點(diǎn)所消耗的硬件資源可以自動(dòng)依據(jù)前段用戶(hù)訪問(wèn)情況進(jìn)行彈性調(diào)整。

1.8 綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)門(mén)戶(hù)應(yīng)用層設(shè)計(jì)

門(mén)戶(hù)應(yīng)用層是在GIS平臺(tái)層基礎(chǔ)上搭建的成熟的SaaS應(yīng)用以及對(duì)綜合地理信息保障服務(wù)業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)整合、支撐的架構(gòu)層，是本系統(tǒng)資源匯集與共享協(xié)同的中心，基于云計(jì)算技術(shù)的GIS門(mén)戶(hù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)地圖、服務(wù)、應(yīng)用、數(shù)據(jù)等各種綜合地理信息保障服務(wù)資源的整合和統(tǒng)一管理，提供多種方式快速對(duì)目標(biāo)資源進(jìn)行定位、應(yīng)急保障服務(wù)，利用整合的資源進(jìn)行協(xié)同創(chuàng)作與分享。通過(guò)與 SuperMap iServer的組合，實(shí)現(xiàn)虛擬化平臺(tái)下的分發(fā)、部署、遷移和管理，可以協(xié)助快速開(kāi)發(fā)江西省綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)云門(mén)戶(hù)，其詳細(xì)設(shè)計(jì)架構(gòu)如圖所示。

圖5 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)

1.9 江西省綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)云門(mén)戶(hù)詳細(xì)功能

1.9.1 江西省綜合地理信息保障信息維護(hù)管理

基本信息包括：江西省整體概況，包括概況視頻、人口信息、社會(huì)綜合管理相關(guān)信息等其他信息[6]、江西省鄱陽(yáng)湖區(qū)域重大權(quán)屬爭(zhēng)議、江西省鄱陽(yáng)湖區(qū)域曾發(fā)案(事)件、江西省鄱陽(yáng)湖區(qū)域當(dāng)前存在隱患地理位置、分布、內(nèi)容等數(shù)據(jù)。

1.9.2 綜合管理功能

該模塊主要是為加強(qiáng)江西省主要職能部門(mén)執(zhí)法能力建設(shè)，建立健全聯(lián)合執(zhí)法機(jī)制，提高社會(huì)管理科學(xué)化水平的客觀要求。對(duì)公安、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、水利、交通、環(huán)保、國(guó)土、商務(wù)、地震、衛(wèi)生、氣象等各類(lèi)信息進(jìn)行分類(lèi)管理并在電子地圖上進(jìn)行區(qū)域定位，用戶(hù)查看其地理位置以及詳細(xì)的業(yè)務(wù)信息，已經(jīng)采取的相關(guān)應(yīng)急保障措施。

1.9.3 實(shí)時(shí)監(jiān)控功能

鄱陽(yáng)湖區(qū)域水位與面積的動(dòng)態(tài)監(jiān)控如圖6所示。

圖6 鄱陽(yáng)湖區(qū)域水位與面積的動(dòng)態(tài)監(jiān)控

1.9.4 實(shí)時(shí)GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)如圖7所示。

圖7 GPS動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

1.9.5 應(yīng)急指揮決策模塊

(1) 突發(fā)事件監(jiān)控調(diào)度。為了快速響應(yīng)解決突發(fā)事件，快速抵達(dá)事發(fā)現(xiàn)場(chǎng)，系統(tǒng)還提供分析調(diào)度的功能(如圖8所示)。

(2) 環(huán)境監(jiān)測(cè)快速響應(yīng)。主要是針對(duì)水污染監(jiān)測(cè)，并做出快速響應(yīng)。如某區(qū)域發(fā)生船只油污泄露，可根據(jù)泄露規(guī)模，以該區(qū)域?yàn)橹行慕⑺蛭廴揪彌_區(qū)，以供相關(guān)部門(mén)快速處理。

圖8 突發(fā)事件調(diào)度

(3) 環(huán)保專(zhuān)題圖顯示。系統(tǒng)能夠疊加環(huán)保專(zhuān)題圖件，如等值線、面圖，柱狀專(zhuān)題圖或等級(jí)專(zhuān)題圖等，同時(shí)對(duì)歷年某事件或多事件，按地區(qū)進(jìn)行專(zhuān)題統(tǒng)計(jì)分析，主要是柱狀專(zhuān)題圖或等級(jí)專(zhuān)題圖。

(4) 環(huán)保事件態(tài)勢(shì)跟蹤。可以從時(shí)間維度上描述整個(gè)環(huán)保事件的發(fā)生、變化和影響，操作者可以干預(yù)展播的進(jìn)度、播放狀態(tài)(開(kāi)始、暫停、停止)和展播內(nèi)容的開(kāi)關(guān)，展播內(nèi)容主要是該事件的媒體文件，如視頻、文本和圖片。

(5) 應(yīng)急指揮地圖快速打印。實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前視窗范圍內(nèi)地圖的打印，設(shè)置好相應(yīng)的打印標(biāo)題和子標(biāo)題，即可將應(yīng)急人員制定好的應(yīng)急決策地圖打印出來(lái)。

(6) 用戶(hù)管理模塊。用戶(hù)管理主要包括角色管理和權(quán)限管理，如圖9所示。

圖9 用戶(hù)管理

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)采用基于跨平臺(tái)、二三維一體化、云端一體化三大技術(shù)體系的SuperMap GIS 8C地理信息平臺(tái)進(jìn)行開(kāi)發(fā),提升江西省綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)的服務(wù)能力; 基于SuperMap GIS 8C豐富的PC端、Web端、移動(dòng)端產(chǎn)品與開(kāi)發(fā)包，開(kāi)發(fā)強(qiáng)云富端、互聯(lián)互享、安全穩(wěn)定、靈活可靠的多種跨平臺(tái)的客戶(hù)端以對(duì)接云GIS服務(wù)平臺(tái)；運(yùn)用三維仿真技術(shù)、多媒體技術(shù)等高新技術(shù)手段，構(gòu)建更加絢麗和實(shí)用的真三維應(yīng)用。

B/S端采用SuperMap iClient for HTML5開(kāi)發(fā),C/S端采用Visual Studio2015和iDesktop 8C進(jìn)行插件式開(kāi)發(fā),移動(dòng)端 采用HTML+CSS+avaScript技術(shù)開(kāi)發(fā)。

2.1 虛擬化技術(shù)

虛擬化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)云架構(gòu)平臺(tái)的關(guān)鍵技術(shù)之一。服務(wù)器虛擬化技術(shù)可以將物理資源等底層架構(gòu)進(jìn)行抽象，使得設(shè)備的差異和兼容性對(duì)上層應(yīng)用透明，從而允許云對(duì)底層千差萬(wàn)別的資源進(jìn)行統(tǒng)一管理。

2.2 面向服務(wù)架構(gòu)技術(shù)

面向服務(wù)架構(gòu)是一種IT架構(gòu)設(shè)計(jì)模式，通過(guò)這種設(shè)計(jì)，用戶(hù)可以快速創(chuàng)建適合自己的商業(yè)應(yīng)用，并通過(guò)流程管理技術(shù)來(lái)加速業(yè)務(wù)的處理，促進(jìn)業(yè)務(wù)的創(chuàng)新。面向服務(wù)架構(gòu)還可以為用戶(hù)屏蔽掉運(yùn)行平臺(tái)及數(shù)據(jù)來(lái)源上的差異，從而使得IT系統(tǒng)能夠以一種統(tǒng)一的方式提供服務(wù)。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)OGC服務(wù)支持

系統(tǒng)提供標(biāo)準(zhǔn)OGC服務(wù)，OGC定義了幾種服務(wù)類(lèi)型，致力于服務(wù)不同類(lèi)型的數(shù)據(jù)和地圖，在搭建應(yīng)用系統(tǒng)中，常用的幾種類(lèi)型OGC服務(wù)有：Web Map Service(WMS)，服務(wù)于地圖圖像的圖層集合；Web Map Tile Service(WMTS)，服務(wù)于緩存地圖切片的地圖圖層；Web Feature Service(WFS)，服務(wù)于矢量要素的數(shù)據(jù)；Web Coverage Service(WCS)，服務(wù)于柵格數(shù)據(jù)；Web Processing Service(WPS)，服務(wù)于地理空間處理。

2.4 GIS服務(wù)彈性調(diào)整

基于網(wǎng)狀集群結(jié)構(gòu)管理GIS 服務(wù)，是實(shí)現(xiàn)云架構(gòu)下GIS服務(wù)彈性調(diào)整的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)構(gòu)如圖10所示。

圖10 GIS服務(wù)彈性調(diào)整結(jié)構(gòu)

用戶(hù)請(qǐng)求發(fā)送到Web Server(Adapter)，Web Server根據(jù)Cluster中各個(gè)GIS Server的運(yùn)行狀態(tài)，動(dòng)態(tài)的分發(fā)請(qǐng)求，接收請(qǐng)求消息的GIS Server機(jī)器完成相應(yīng)的處理任務(wù)。當(dāng)Web Server或所有的GIS Server都處于繁忙狀態(tài)時(shí)，平臺(tái)自動(dòng)管理系統(tǒng)會(huì)開(kāi)啟新的虛擬機(jī)，加載預(yù)定義的模板鏡像，增加新的節(jié)點(diǎn)，以響應(yīng)當(dāng)前的用戶(hù)請(qǐng)求，提升處理能力。隨著訪問(wèn)用戶(hù)數(shù)下降，更多的GIS Server服務(wù)器處于閑置狀態(tài)，平臺(tái)自動(dòng)管理系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定的資源回收機(jī)制，動(dòng)態(tài)關(guān)閉虛擬機(jī)，釋放資源，減少能耗。

2.5 金字塔圖片服務(wù)引擎與GIS功能服務(wù)引擎一體化集成與聯(lián)動(dòng)[8]

運(yùn)用多級(jí)智能緩存技術(shù)研發(fā)金字塔圖片引擎，實(shí)現(xiàn)金字塔圖片服務(wù)引擎與GIS功能服務(wù)一體化集成與聯(lián)動(dòng)，有效解決圖片服務(wù)引擎無(wú)法進(jìn)行深度GIS功能分析的難題。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文就江西省綜合地理信息保障服務(wù)系統(tǒng)基于全新架構(gòu)的新一代云端一體化架構(gòu)設(shè)計(jì)，創(chuàng)新平臺(tái)服務(wù)架構(gòu)，構(gòu)建地理空間信息服務(wù)總線，提出多層次、多級(jí)別的服務(wù)模式。系統(tǒng)基于跨平臺(tái)、二三維一體化、云端一體化三大技術(shù)體系，提供功能強(qiáng)大的云GIS門(mén)戶(hù)平臺(tái)、GIS應(yīng)用服務(wù)器與GIS分發(fā)服務(wù)器，以及豐富的PC端、Web端、移動(dòng)端產(chǎn)品與開(kāi)發(fā)包，強(qiáng)云富端、互聯(lián)互享、安全穩(wěn)定、靈活可靠的GIS系統(tǒng)，研發(fā)了地理編碼與匹配技術(shù)，形成一個(gè)統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)的、復(fù)合的、多源的空間信息服務(wù)體系，為社會(huì)管理提供綜合地理信息保障服務(wù)平臺(tái)。

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