趙裴姚靜張奮楊娜

基于軍民融合的時(shí)空信息云服務(wù)體系設(shè)計(jì)

趙裴1，2，姚靜1，2，張奮1，楊娜2

（1.地理信息工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054；2.西安航天天繪數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司，陜西 西安 710061）

在大數(shù)據(jù)時(shí)代，時(shí)空信息作為國(guó)家的戰(zhàn)略性資源，具有巨大的應(yīng)用空間和價(jià)值。構(gòu)建分布式的時(shí)空信息云服務(wù)體系框架，統(tǒng)籌軍民兩類(lèi)時(shí)空數(shù)據(jù)資源，是實(shí)現(xiàn)軍民深度融合的重要舉措。在軍民融合戰(zhàn)略背景下，分析了國(guó)內(nèi)外時(shí)空數(shù)據(jù)資源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、應(yīng)用服務(wù)等方面的現(xiàn)狀以及中國(guó)目前存在的問(wèn)題，提出了軍民一體化的時(shí)空信息云服務(wù)體系建設(shè)構(gòu)想，分析了體系建設(shè)目標(biāo)、建設(shè)思路、路線圖及應(yīng)用前景，為未來(lái)中國(guó)軍民融合時(shí)空信息云服務(wù)體系建設(shè)提供技術(shù)支撐。

軍民融合；時(shí)空信息；云服務(wù)體系；體系架構(gòu)

1 軍民融合時(shí)空信息服務(wù)現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，美國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)展軍民融合時(shí)空信息服務(wù)體系構(gòu)建，重點(diǎn)發(fā)展天基資源基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。在導(dǎo)航方面，美國(guó)于2016年完成GPS-II部署，2017年發(fā)射GPS-III首顆衛(wèi)星[1]，可全天候、連續(xù)、實(shí)時(shí)為全球用戶提供高精度導(dǎo)航、定位、定時(shí)等服務(wù)，提供精密的三維坐標(biāo)、速度和時(shí)間；在通信方面，美國(guó)在2010年啟動(dòng)全球覆蓋通信體系，2015年SpaceX公司發(fā)展低軌通信小衛(wèi)星星座，03B公司發(fā)展OneWeb低軌寬帶通信星座，已經(jīng)形成了寬帶、窄帶、防護(hù)、中繼和商業(yè)衛(wèi)星構(gòu)成的通信衛(wèi)星體系；在遙感方面，2011年啟動(dòng)建設(shè)國(guó)家生態(tài)觀測(cè)系統(tǒng)（NEON）。2014年SeeME快速響應(yīng)小衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)研制[2]，已形成高、低軌結(jié)合，涵蓋光學(xué)、微波和物理場(chǎng)等探測(cè)手段結(jié)合的綜合遙感觀測(cè)能力。

目前為止，美國(guó)在軌衛(wèi)星數(shù)量、信息處理技術(shù)水平和應(yīng)用能力均處于絕對(duì)領(lǐng)先地位，其構(gòu)建的時(shí)空信息應(yīng)用服務(wù)體系已經(jīng)成熟，能夠?yàn)檐娪谩⒚裼?、商用等領(lǐng)域提供全面、精確的數(shù)據(jù)服務(wù)。

1.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

改革開(kāi)放以來(lái)，中國(guó)衛(wèi)星應(yīng)用事業(yè)取得了輝煌成就，已經(jīng)形成了東方紅系列通信衛(wèi)星、返回式系列遙感衛(wèi)星、風(fēng)云系列氣象衛(wèi)星、資源系列資源衛(wèi)星、海洋系列海洋衛(wèi)星以及軍用系列衛(wèi)星的時(shí)空信息應(yīng)用服務(wù)體系[2]，能夠?yàn)橥ㄐ拧?dǎo)航、遙感等多個(gè)領(lǐng)域的信息應(yīng)用提供數(shù)據(jù)支撐。

但相較于發(fā)達(dá)國(guó)家的“軍民一體、實(shí)時(shí)服務(wù)”來(lái)說(shuō)，中國(guó)的時(shí)空信息服務(wù)體系存在“軍民孤立、信息分離、服務(wù)滯后”的問(wèn)題，并且主要是面向?qū)I(yè)用戶進(jìn)行服務(wù)，尚未達(dá)到服務(wù)大眾的目的。具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

在軍民時(shí)空信息數(shù)據(jù)交換融合方面，長(zhǎng)期以來(lái)，由于體制、機(jī)制、安全等諸多方面的限制，軍用時(shí)空信息系統(tǒng)和民用時(shí)空信息系統(tǒng)是兩個(gè)完全獨(dú)立的系統(tǒng)，軍民用系統(tǒng)間缺乏有效的軍民數(shù)據(jù)交換和融合機(jī)制，使得大量的軍民用時(shí)空信息數(shù)據(jù)得不到充分利用。

在軍民時(shí)空信息分發(fā)服務(wù)方面，由于軍用數(shù)據(jù)的高安全保密，使得軍用數(shù)據(jù)長(zhǎng)期以來(lái)完全處于封閉狀態(tài)，缺乏與民用時(shí)空信息系統(tǒng)間的有效共享和信息服務(wù)機(jī)制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)時(shí)空信息數(shù)據(jù)的軍民實(shí)時(shí)有效共享分發(fā)服務(wù)。

在軍民時(shí)空信息智能化服務(wù)體系方面，缺乏完整、有效、規(guī)范的服務(wù)體系頂層設(shè)計(jì)為軍民時(shí)空信息數(shù)據(jù)融合處理、共享分發(fā)等服務(wù)應(yīng)用及推廣提供指導(dǎo)。

因此，亟需建立軍民融合時(shí)空信息服務(wù)體系，打通軍民服務(wù)“壁壘”，為各類(lèi)軍民用戶提供定位、導(dǎo)航、授時(shí)、遙感、通信等服務(wù)，促使時(shí)空信息服務(wù)實(shí)現(xiàn)大眾化、實(shí)時(shí)化、智能化[3]。

2 建設(shè)目標(biāo)

面向時(shí)空信息軍民融合應(yīng)用需求，基于云計(jì)算、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，以數(shù)據(jù)為核心，以智能化服務(wù)為向?qū)?，重點(diǎn)研究軍民時(shí)空信息一體化方法和軍民時(shí)空信息智能化服務(wù)方法，集成軍用和民用的空間數(shù)據(jù)資源及空間數(shù)據(jù)應(yīng)用成果，完成海量多源異構(gòu)軍民時(shí)空信息數(shù)據(jù)資源匯交、入庫(kù)、交換融合、互聯(lián)共享、統(tǒng)一管理、多元化智能服務(wù)，構(gòu)建結(jié)構(gòu)開(kāi)放、時(shí)空統(tǒng)一、面向服務(wù)的軍民一體化時(shí)空信息云服務(wù)體系，開(kāi)展軍民一體化時(shí)空信息應(yīng)用服務(wù)的典型示范應(yīng)用。

3 建設(shè)內(nèi)容與構(gòu)想

3.1 建設(shè)路線圖

以軍民融合深度發(fā)展為戰(zhàn)略背景，以軍民多源異構(gòu)時(shí)空信息數(shù)據(jù)為支撐，以智能化服務(wù)為核心，集成軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域的時(shí)空信息數(shù)據(jù)資源，構(gòu)建分布式協(xié)同、時(shí)空基準(zhǔn)統(tǒng)一、面向智能化服務(wù)的軍民一體化時(shí)空信息云服務(wù)體系，針對(duì)軍民用領(lǐng)域時(shí)空信息應(yīng)用需求，提供數(shù)據(jù)服務(wù)和應(yīng)用功能服務(wù)，開(kāi)展軍民一體化時(shí)空信息應(yīng)用服務(wù)的驗(yàn)證示范和推廣應(yīng)用。其技術(shù)路線如圖1所示。

圖1 軍民一體化時(shí)空信息服務(wù)技術(shù)路線圖

3.2 軍民一體化云服務(wù)體系構(gòu)建

在軍民時(shí)空信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范支撐下，通過(guò)整合時(shí)空信息資源，構(gòu)建分布式的軍民一體化云服務(wù)體系框架，在統(tǒng)一的時(shí)空服務(wù)框架支撐下，為軍用、民用領(lǐng)域提供時(shí)空信息數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)。

3.2.1 體系架構(gòu)

軍民一體化時(shí)空信息云服務(wù)體系基于面向服務(wù)（SOA）的體系架構(gòu)，其總體框架如圖2所示。

圖2 軍民一體化時(shí)空信息云服務(wù)體系框架圖

支撐層：包括硬件設(shè)施和虛擬資源兩部分，為資源并行計(jì)算、分布式調(diào)用、任務(wù)調(diào)度等提供計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)等資源支撐。該層面內(nèi)容是體系建設(shè)的基礎(chǔ)支撐部分，不作為體系建設(shè)內(nèi)容，所以采用虛框標(biāo)識(shí)。

資源管理層：通過(guò)引入大數(shù)據(jù)并行存儲(chǔ)管理和資源調(diào)度技術(shù)，對(duì)軍民多源時(shí)空信息數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)一、高效、安全地引接、規(guī)范化處理、分布式組織、存儲(chǔ)和管理，為資源服務(wù)層提供數(shù)據(jù)支撐。

資源服務(wù)層：在統(tǒng)一的服務(wù)支撐框架下，通過(guò)服務(wù)資源聚合為上層用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)支撐。其中數(shù)據(jù)服務(wù)包括數(shù)據(jù)查詢(xún)/瀏覽服務(wù)、數(shù)據(jù)訂閱發(fā)布服務(wù)、數(shù)據(jù)推送服務(wù)等；功能服務(wù)包括需求提報(bào)服務(wù)、多源數(shù)據(jù)融合服務(wù)、專(zhuān)題產(chǎn)品制作服務(wù)、在線處理服務(wù)、遠(yuǎn)程處理服務(wù)、可視化展示服務(wù)、態(tài)勢(shì)生成服務(wù)、智能分析服務(wù)和二次開(kāi)發(fā)服務(wù)等。

領(lǐng)域應(yīng)用層：在終端應(yīng)用支撐框架下，為軍民領(lǐng)域用戶提供軍民一體化時(shí)空信息，完成具體的軍民時(shí)空信息服務(wù)和功能應(yīng)用服務(wù)。

3.2.2 主要功能

軍民一體化時(shí)空信息云服務(wù)體系面向各類(lèi)軍民用終端提供天基資源引接、共享、按需服務(wù)、數(shù)據(jù)支撐、協(xié)同交互、數(shù)據(jù)處理、智能化分析等，重點(diǎn)包括如下功能：①軍民時(shí)空信息引接功能。實(shí)現(xiàn)軍民時(shí)空信息數(shù)據(jù)的接入、規(guī)范化處理和質(zhì)量檢查，為實(shí)現(xiàn)專(zhuān)題產(chǎn)品生產(chǎn)、空間分析、可視化展示等服務(wù)提供數(shù)據(jù)支撐。②軍民時(shí)空信息資源一體化管理功能。提供軍民時(shí)空信息資源的統(tǒng)一管理功能，包括目錄管理、數(shù)據(jù)編輯、查詢(xún)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)歸檔等數(shù)據(jù)管理功能。③海量大數(shù)據(jù)軍民時(shí)空信息的通用處理和專(zhuān)業(yè)處理功能。通過(guò)并行計(jì)算集群、云計(jì)算等手段，將規(guī)范化后的時(shí)空信息進(jìn)行通用處理和深加工，構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化的通用處理流程，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、其他高級(jí)產(chǎn)品的加工制作以及產(chǎn)品的質(zhì)量評(píng)定；同時(shí)提供面向軍用領(lǐng)域和民口領(lǐng)域應(yīng)用的專(zhuān)題產(chǎn)品，如通過(guò)多時(shí)相遙感數(shù)據(jù)的專(zhuān)業(yè)處理和分析，生成面向國(guó)防安全、應(yīng)急救援、國(guó)土、環(huán)境等輔助決策的專(zhuān)題情報(bào)產(chǎn)品。④支持多終端的時(shí)空信息可視化顯示功能。在應(yīng)用終端的支撐下，提供桌面端、手持端、Web端等多終端快速、及時(shí)、準(zhǔn)確的時(shí)空信息服務(wù)，并能夠根據(jù)用戶需求疊加不同的圖層進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)地形數(shù)據(jù)、高程模型數(shù)據(jù)、三維模型、遙感影像、專(zhuān)題產(chǎn)品等信息的疊加顯示。⑤數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)功能。實(shí)現(xiàn)對(duì)外發(fā)布時(shí)空信息中各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品、專(zhuān)題產(chǎn)品以及應(yīng)用功能等的服務(wù)功能，實(shí)現(xiàn)各行業(yè)各類(lèi)數(shù)據(jù)產(chǎn)品的統(tǒng)一展示及服務(wù)，為行業(yè)用戶提供一站式的專(zhuān)題產(chǎn)品服務(wù)，以Web Service的形式提供服務(wù)接口，使得用戶可以方便的將服務(wù)功能集成至自身業(yè)務(wù)系統(tǒng)中。同時(shí)，向用戶開(kāi)放接口，允許用戶通過(guò)平臺(tái)定義的規(guī)范要求共享開(kāi)放其所屬資源，實(shí)現(xiàn)入庫(kù)產(chǎn)品的展示、實(shí)時(shí)發(fā)布功能。⑥服務(wù)管理功能。提供數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)等服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)布、申請(qǐng)、授權(quán)、監(jiān)控等一體化管理功能，是軍民一體化時(shí)空信息云服務(wù)體系的重要組成部分。⑦智能化分析服務(wù)功能。提供軍事地形分析、近鄰分析、緩沖區(qū)分析、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞治觥⒌叵鹿芫€分析等智能算法。⑧終端應(yīng)用支撐功能。能夠提供桌面端、手持端、Web端等多終端的時(shí)空信息服務(wù)請(qǐng)求、查看、資源下載、服務(wù)評(píng)價(jià)等功能。支持不同圖層的疊加顯示。⑨運(yùn)行維護(hù)管理功能。對(duì)服務(wù)狀態(tài)、計(jì)算資源、服務(wù)器等的統(tǒng)一監(jiān)控和管理，主要包括硬件設(shè)備監(jiān)控管理、資源池監(jiān)控、集群監(jiān)控與擴(kuò)展和平臺(tái)使用狀態(tài)監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)云GIS資源的實(shí)時(shí)監(jiān)控管理，確保平臺(tái)安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行。⑩統(tǒng)一服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)功能。通過(guò)沿用、修訂以及制定等相關(guān)時(shí)空信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建統(tǒng)一的面向基于軍民融合的時(shí)空信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系，為體系的構(gòu)建提供了標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)。

3.2.3 云服務(wù)體系組成

根據(jù)軍民一體化云服務(wù)體系構(gòu)建目標(biāo)及主要提供功能，將其劃分為資源管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)、服務(wù)管理、運(yùn)維管理、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范等系統(tǒng)。云服務(wù)體系組成如圖3所示。

圖3 云服務(wù)體系組成

3.2.4 服務(wù)流程

軍民一體化時(shí)空信息云服務(wù)體系主要由資源管理、服務(wù)管理、數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)和運(yùn)維管理五大功能構(gòu)成，其工作流程如圖4所示。

圖4 時(shí)空信息云服務(wù)體系流程圖

服務(wù)注冊(cè)與發(fā)布：通過(guò)服務(wù)管理，進(jìn)行數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)的注冊(cè)、發(fā)布和管理，是用戶服務(wù)請(qǐng)求的統(tǒng)一入口以及數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)的統(tǒng)一出口。

數(shù)據(jù)服務(wù)請(qǐng)求與響應(yīng)：當(dāng)用戶通過(guò)桌面端、手持端、Web端等多終端提出數(shù)據(jù)服務(wù)時(shí)，如果存在相應(yīng)數(shù)據(jù)，則通過(guò)服務(wù)管理通道將數(shù)據(jù)返回給用戶；否則通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)或衛(wèi)星鏈路向相關(guān)軍民時(shí)空信息應(yīng)用系統(tǒng)提出數(shù)據(jù)申請(qǐng)，并通過(guò)調(diào)用相應(yīng)衛(wèi)星資源獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。

功能服務(wù)請(qǐng)求與響應(yīng)：用戶提出功能服務(wù)時(shí)，在數(shù)據(jù)和計(jì)算資源的支撐下，實(shí)現(xiàn)相關(guān)數(shù)據(jù)的處理、分析等，并將結(jié)果返給用戶。

3.3 應(yīng)用前景

在天基資源、通信網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施支撐下，軍民一體化時(shí)空信息云服務(wù)體系實(shí)現(xiàn)了軍民時(shí)空信息的匯聚、規(guī)范化處理、融合、交換、一體化管理，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)服務(wù)、功能服務(wù)等各類(lèi)服務(wù)的聚合、發(fā)布、管理，通過(guò)統(tǒng)一的服務(wù)接口為軍民領(lǐng)域用戶提供信息服務(wù)和應(yīng)用服務(wù)。軍民一體化時(shí)空信息云服務(wù)體系的推廣應(yīng)用將進(jìn)一步加快軍民用時(shí)空資源的快速整合，并不斷促進(jìn)中國(guó)軍民時(shí)空領(lǐng)域的深度融合，增強(qiáng)中國(guó)航天軟實(shí)力。

4 結(jié)語(yǔ)

軍民融合發(fā)展是中國(guó)的一項(xiàng)重大戰(zhàn)略部署，也是一項(xiàng)需要不斷改革、創(chuàng)新的研究課題。基于軍民融合的時(shí)空信息云服務(wù)體系是突破現(xiàn)有體制束縛，實(shí)現(xiàn)軍民時(shí)空信息融合的有效方式，通過(guò)在數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)層面實(shí)現(xiàn)軍民時(shí)空信息共享，并不斷提升時(shí)空信息的應(yīng)用價(jià)值，服務(wù)于國(guó)防建設(shè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展。后續(xù)將重點(diǎn)研究服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系的框架構(gòu)建，細(xì)化相關(guān)服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)條目，通過(guò)對(duì)現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行梳理，總結(jié)出哪些標(biāo)準(zhǔn)可以直接沿用、哪些標(biāo)準(zhǔn)需要修訂、哪些標(biāo)準(zhǔn)需要制訂等，不斷完善軍民融合方面的時(shí)空信息服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)體系規(guī)范，從而更好地服務(wù)于云服務(wù)體系的建設(shè)。

［1］唐寧.空間信息柵格系統(tǒng)框架、服務(wù)體系與服務(wù)聚合技術(shù)研究［D］.長(zhǎng)沙：國(guó)防科技大學(xué)，2004：25-27.

［2］李德仁.建設(shè)軍民深度融合的空天信息實(shí)時(shí)服務(wù)系統(tǒng)［J］.網(wǎng)信軍民融合，2017（2）：26-30.

［3］陳琦程.面向服務(wù)的行業(yè)解決方案：原理方法和實(shí)踐［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2011：41-42.

2095－6835（2019）22－0080－03

E919

A

10.15913/j.cnki.kjycx.2019.22.028

趙裴（1987—），女，河北保定人，碩士研究生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈乩硇畔?yīng)用服務(wù)。

〔編輯：張思楠〕