安國(guó)強(qiáng)，仲陽(yáng)，吳建廷，孔維劍，秦曉敏，許霄霄，陳龍飛

(1.山東省土地調(diào)查規(guī)劃院，山東 濟(jì)南 250014；2.山東師范大學(xué)地理與環(huán)境學(xué)院，山東 濟(jì)南 250038；3.山東省自然資源廳, 山東 濟(jì)南 250014； 4.山東省國(guó)土空間數(shù)據(jù)和遙感技術(shù)中心, 山東 濟(jì)南 250014；5.汶上縣自然資源和規(guī)劃局, 山東 汶上 272500)

0 引言

大數(shù)據(jù)為政府用戶、企業(yè)用戶與個(gè)人用戶提供前所未有的應(yīng)用價(jià)值和服務(wù)能力[1]，自然資源統(tǒng)籌是當(dāng)代自然資源信息化建設(shè)的基礎(chǔ)與核心工作[2]。國(guó)土資源大數(shù)據(jù)總量龐大，上云運(yùn)行效率不僅是國(guó)土資源信息整合共享的瓶頸問題，也是一個(gè)新時(shí)代大數(shù)據(jù)應(yīng)用的科學(xué)問題，是優(yōu)化國(guó)土資源配置[3]，提高國(guó)土空間治理能力現(xiàn)代化水平的重要體現(xiàn)。國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云屬于數(shù)字地球概念的范疇，采用數(shù)字化的手段解決地球問題，最大限度地利用現(xiàn)有信息資源[4]。

國(guó)際上對(duì)于數(shù)字地球、云數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)源[5-7]等大數(shù)據(jù)的概念、理論與關(guān)鍵技術(shù)的研究較為多見，國(guó)內(nèi)學(xué)者在實(shí)踐[8-9]的基礎(chǔ)上，研究了國(guó)土資源大數(shù)據(jù)的內(nèi)涵、研究現(xiàn)狀[10]及國(guó)土資源相關(guān)系統(tǒng)平臺(tái)的建設(shè)目標(biāo)任務(wù)[11]、構(gòu)架體系[12]、平臺(tái)搭建及數(shù)據(jù)清理等相關(guān)技術(shù)[13-14]，為國(guó)土資源大數(shù)據(jù)應(yīng)用[15]和共享提供了總體建設(shè)思路和框架[16]。然而針對(duì)提高國(guó)土資源大數(shù)據(jù)傳輸、顯示、查詢及分析效率的體系構(gòu)建及關(guān)鍵技術(shù)的深化研究尚不多見。該研究以山東省國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)建設(shè)實(shí)踐為基礎(chǔ)，深入剖析保障國(guó)土資源大數(shù)據(jù)高效運(yùn)行體系和提高效率的關(guān)鍵技術(shù)。從國(guó)土資源大數(shù)據(jù)管理的功能設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)組織、硬件配置、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4個(gè)方面創(chuàng)建了提高數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)運(yùn)行效率的方法體系，有效提高了數(shù)據(jù)顯示、管理、查詢、分析的速度和處理能力，為同類國(guó)土資源管理信息系統(tǒng)的建設(shè)提供參考。

1 理論框架及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1.1 理論框架

數(shù)據(jù)是國(guó)家基礎(chǔ)性戰(zhàn)略資源[17]，實(shí)現(xiàn)國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云，是全國(guó)自然資源部門動(dòng)態(tài)掌控自然資源，完善資源監(jiān)管和智能服務(wù)技術(shù)支撐體系的重要信息化手段[18-20]，國(guó)土資源大數(shù)據(jù)的應(yīng)用為我國(guó)自然資源的優(yōu)化發(fā)展帶來(lái)極大的便利[14]。提升國(guó)土資源大數(shù)據(jù)系統(tǒng)應(yīng)用的效率，需要從系統(tǒng)的硬件配置、功能設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)組織和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等4個(gè)方面進(jìn)行創(chuàng)新研究，形成國(guó)土資源大數(shù)據(jù)系統(tǒng)高效運(yùn)行的方法理論體系(圖1)。

圖1 國(guó)土資源大數(shù)據(jù)高效運(yùn)行體系理論框架圖示

硬件配置是通過網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、交換機(jī)等硬件設(shè)備，搭建國(guó)土資源大數(shù)據(jù)高效運(yùn)行體系的物理環(huán)境。功能設(shè)計(jì)是通過技術(shù)創(chuàng)新、GIS技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)矢量、柵格等數(shù)據(jù)管理、查詢、分析等功能的效率提高。數(shù)據(jù)組織是通過對(duì)不同格式的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一管理，采用行政區(qū)、年度、比例尺等數(shù)據(jù)組織目錄進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理歸檔，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速調(diào)閱瀏覽分析等。拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)是指服務(wù)器環(huán)境、系統(tǒng)運(yùn)行存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，通過有效合理的拓?fù)浞绞竭M(jìn)行組織建設(shè)，保證國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)的高效運(yùn)行。

1.2 系統(tǒng)架構(gòu)

國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)整合各類國(guó)土資源數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)分層疊加顯示、查詢與瀏覽、分析與數(shù)據(jù)挖掘等功能，能夠與其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)接，支撐對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行的管理和輔助決策，提供對(duì)外服務(wù)。系統(tǒng)采用懸浮倒掛式平臺(tái)，和粗粒度、松耦合面向服務(wù)的體系架構(gòu)(SOA，Service-Oriented Architecture)，把各服務(wù)之間通過定義良好的接口和契約聯(lián)系起來(lái)。SOA架構(gòu)下的系統(tǒng)易于擴(kuò)展，能夠適應(yīng)不斷變化的國(guó)土資源管理業(yè)務(wù)及大數(shù)據(jù)上云的需求，使開發(fā)者可將更多的精力轉(zhuǎn)移到專業(yè)服務(wù)上，形成統(tǒng)一的技術(shù)框架和運(yùn)行環(huán)境，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的快速搭建和靈活調(diào)整，為系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)組織、軟件環(huán)境、系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的整合提供了優(yōu)越的條件，也為充分發(fā)揮各個(gè)子系統(tǒng)的特定功能奠定了基礎(chǔ)。

2 高效運(yùn)行體系

2.1 功能設(shè)計(jì)

2.1.1 數(shù)據(jù)推送與接口調(diào)用

近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，國(guó)土資源有關(guān)數(shù)據(jù)日積月累，不斷龐大，涵蓋了國(guó)土資源管理的各個(gè)業(yè)務(wù)，包括遙感影像、矢量地圖、屬性數(shù)據(jù)、掃描檔案、業(yè)務(wù)要件等多種類型[20-21]，是國(guó)家空間數(shù)據(jù)基礎(chǔ)建設(shè)的重要性組成部分，數(shù)據(jù)總量可達(dá)PB級(jí)。提高國(guó)土資源大數(shù)據(jù)利用效率，推進(jìn)國(guó)土資源數(shù)據(jù)與政府部門的共享服務(wù)，有利于提升政府的服務(wù)能力和綜合效能[21]。山東省國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)可通過數(shù)據(jù)推送與接口調(diào)用實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的共享交換，與各部門數(shù)據(jù)互通互聯(lián)，共同融入全省政務(wù)云。

2.1.2 數(shù)據(jù)編輯、查詢與分析

上云系統(tǒng)提供多種工具實(shí)現(xiàn)對(duì)簡(jiǎn)單要素類、注記類、對(duì)象類等空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的調(diào)閱和修改。提供對(duì)柵格數(shù)據(jù)分析與處理功能，包括：圖像變換、多波段遙感圖像處理、正態(tài)分布統(tǒng)計(jì)、多元統(tǒng)計(jì)、圖像數(shù)據(jù)和矢量數(shù)據(jù)的配準(zhǔn)迭合、影像庫(kù)管理。支持修改屬性結(jié)構(gòu)、屬性值；實(shí)現(xiàn)對(duì)屬性數(shù)據(jù)的導(dǎo)出；提供靈活的屬性數(shù)據(jù)批量處理工具。

數(shù)據(jù)查詢主要包括分類查詢和條件查詢。分類查詢是指在統(tǒng)一的操作界面下，通過人機(jī)交互查詢各類國(guó)土資源專題數(shù)據(jù)信息，如宗地的基本信息、界址點(diǎn)信息、界址線信息、土地利用現(xiàn)狀信息、基本農(nóng)田信息、基礎(chǔ)地理要素信息等。條件查詢是指根據(jù)用戶自定義條件查看相應(yīng)的空間圖形或?qū)傩孕畔ⅰ?/p>

數(shù)據(jù)分析以Hilbert曲線作為空間聚集的典型劃分算法,從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度，將空間上具有相似性質(zhì)的對(duì)象聚類，將聚類結(jié)果整體加入并行節(jié)點(diǎn)。通過大量實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析，這種方法相比傳統(tǒng)的方法更具有明顯的優(yōu)勢(shì)，適合海量國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)運(yùn)算需求。采用多節(jié)點(diǎn)并行計(jì)算鎖，利用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的模型，結(jié)合空間并行計(jì)算框架，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的多節(jié)點(diǎn)調(diào)度和對(duì)結(jié)果的合并處理，大幅提升了分析的效率。數(shù)據(jù)分析主要包括：數(shù)據(jù)裁切分析、疊加分析、緩沖區(qū)分析等地理信息系統(tǒng)分析功能。對(duì)于十萬(wàn)級(jí)別以下數(shù)據(jù)量的疊加分析采用多核并行處理策略。

2.1.3 數(shù)據(jù)遷移與轉(zhuǎn)換

支持不同數(shù)據(jù)庫(kù)之間、不同服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)遷移。支持單個(gè)文件的遷移和整體數(shù)據(jù)庫(kù)的遷移。數(shù)據(jù)遷移工作在GDB企業(yè)管理器中完成。提供不同格式數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換。如SHAPE、DXF、E00等類型數(shù)據(jù)之間的相互轉(zhuǎn)換，其操作界面友好、簡(jiǎn)潔、通俗，并提供轉(zhuǎn)換日志查看轉(zhuǎn)換過程是否正常。

2.2 數(shù)據(jù)組織

國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)數(shù)據(jù)構(gòu)成十分復(fù)雜，從區(qū)域方面看，有村級(jí)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)級(jí)、縣(市、區(qū))級(jí)、市級(jí)和省級(jí)5個(gè)層級(jí)，從業(yè)務(wù)角度有土地規(guī)劃數(shù)據(jù)、土地調(diào)查數(shù)據(jù)、土地評(píng)價(jià)數(shù)據(jù)、土地開發(fā)整理數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)作用來(lái)看有空間數(shù)據(jù)、非空間數(shù)據(jù)、文字報(bào)告、現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查記錄、實(shí)景照片等，還有柵格數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，從存儲(chǔ)格式上來(lái)看包括國(guó)內(nèi)外常用GIS軟件所支持的矢量數(shù)據(jù)(如：DWG，DXF，E00，Shape，Coverage，Geodatabase，Mid，Mif，MapGIS6X，MapGIS K9等)和國(guó)內(nèi)外常用遙感影像處理軟件所支持的柵格數(shù)據(jù)(如：TIFF，CEOS，HDF，RAW，TIF，GIF，JPG，MSI，PIX，IMG，ENVI等)，非空間數(shù)據(jù)包括各種文檔(如：pdf，bmp，xml，html等)和表格數(shù)據(jù)(如：Access，SQLServer，Oracle)等。山東省國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)，通過創(chuàng)新模式，實(shí)現(xiàn)了多種數(shù)據(jù)的共生性、多重性等關(guān)系表達(dá)，實(shí)現(xiàn)了基于行政級(jí)別、行政區(qū)劃、年度、比例尺、專題數(shù)據(jù)等多主題集中管理，大幅提高了系統(tǒng)運(yùn)行的效率，為全省國(guó)土資源利用決策提供科學(xué)有效的支持。

2.3 硬件環(huán)境

服務(wù)器虛擬化架構(gòu)設(shè)計(jì)是服務(wù)器虛擬化技術(shù)運(yùn)用的核心，直接決定了整個(gè)服務(wù)器資源體系對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的承載能力、運(yùn)行效率以及可靠性。計(jì)算機(jī)資源池由機(jī)架式X86服務(wù)器構(gòu)成，服務(wù)器通過虛擬化部署一般業(yè)務(wù)系統(tǒng)和web應(yīng)用系統(tǒng)。以虛擬技術(shù)為頂層架構(gòu)，基于高端八路服務(wù)器、小型機(jī)、磁盤陣列、光纖交換機(jī)、核心交換機(jī)等設(shè)備，搭建支持國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)高效運(yùn)行的物理平臺(tái)。服務(wù)器虛擬化技術(shù)科學(xué)解決了傳統(tǒng)服務(wù)器系統(tǒng)建設(shè)的問題。通過提高物理服務(wù)器利用率大幅度消減物理服務(wù)器購(gòu)置需求、數(shù)量和運(yùn)營(yíng)成本；通過利用服務(wù)器虛擬化中CPU、內(nèi)存、IO資源的動(dòng)態(tài)調(diào)整能力實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)應(yīng)用資源需求的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，提升業(yè)務(wù)應(yīng)用的服務(wù)質(zhì)量；通過在線虛擬機(jī)遷移實(shí)現(xiàn)更高的可用性和可靠性以及各種基于資源優(yōu)化或節(jié)能減排策略的跨物理服務(wù)器的調(diào)度。

2.4 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)軟硬件環(huán)境、MapGIS集成開發(fā)平臺(tái)與網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為依托，以信息化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系和數(shù)據(jù)交換體系為結(jié)構(gòu)，以土地資源基礎(chǔ)類、管理類、專業(yè)類、文檔資料、元數(shù)據(jù)等各類核心數(shù)據(jù)庫(kù)為基礎(chǔ)，通過建設(shè)國(guó)土資源行業(yè)模型管理層，建立基于共享服務(wù)平臺(tái)的國(guó)土資源專業(yè)數(shù)據(jù)服務(wù)體系和數(shù)據(jù)集，最終形成以數(shù)據(jù)和服務(wù)為支撐，面向共享服務(wù)平臺(tái)的國(guó)土資源數(shù)據(jù)管理體系。系統(tǒng)拓?fù)淇蚣軓南碌缴戏譃檫\(yùn)行支撐層、體系結(jié)構(gòu)層、核心數(shù)據(jù)層、模型管理層、共享服務(wù)層和應(yīng)用層6個(gè)層次(圖2)。

運(yùn)行支撐層為硬件、軟件和網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，以MapGIS集成開發(fā)平臺(tái)作為基礎(chǔ)支撐環(huán)境。體系架構(gòu)層則由標(biāo)準(zhǔn)體系和交換體系共同構(gòu)成，標(biāo)準(zhǔn)體系包括數(shù)據(jù)規(guī)范、服務(wù)規(guī)范和應(yīng)用規(guī)范；交換體系包括數(shù)據(jù)、應(yīng)用和服務(wù)的綜合交換。核心數(shù)據(jù)層則由數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)庫(kù)、基礎(chǔ)類數(shù)據(jù)庫(kù)、專業(yè)類數(shù)據(jù)庫(kù)、管理類數(shù)據(jù)庫(kù)、文檔資料數(shù)據(jù)庫(kù)，以及支撐系統(tǒng)本身的系統(tǒng)元數(shù)據(jù)庫(kù)。模型管理層是基于核心數(shù)據(jù)層提供國(guó)土資源模型庫(kù)的各項(xiàng)功能。共享服務(wù)層是通過共享服務(wù)平臺(tái)對(duì)各類業(yè)務(wù)功能需求進(jìn)行服務(wù)封裝，并以數(shù)據(jù)服務(wù)的方式提供給應(yīng)用層服務(wù)支撐。數(shù)據(jù)服務(wù)層包括通用數(shù)據(jù)服務(wù)、專用數(shù)據(jù)服務(wù)和工具集3部分。應(yīng)用層是利用數(shù)據(jù)服務(wù)層提供的相關(guān)服務(wù)來(lái)開展各項(xiàng)業(yè)務(wù)應(yīng)用。

圖2 國(guó)土資源大數(shù)據(jù)高效運(yùn)行體系拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

3 提高效率的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 數(shù)據(jù)處理關(guān)鍵技術(shù)

高效的數(shù)據(jù)處理技術(shù)是國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵。對(duì)數(shù)據(jù)的快速裁切、查詢、快速顯示、柵格瓦片、GIS分析等，提供多核、多節(jié)點(diǎn)不同粒度并行策略，全面支撐空間并行計(jì)算。例如，對(duì)體量較大數(shù)據(jù)的疊加分析，采用多節(jié)點(diǎn)并行計(jì)算鎖，利用分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的模型，結(jié)合空間并行計(jì)算框架，實(shí)現(xiàn)任務(wù)的多節(jié)點(diǎn)調(diào)度。采用最近最少使用算法(Least Recently Used ，LRU)管理空間瓦片裁剪緩存和矢量數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，可以達(dá)到減少顯示數(shù)據(jù)量的同時(shí)不影響顯示效果。通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)裁剪、減少渲染范圍、多線程、多處理器并發(fā)等手段，提高網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)器集群的并行處理能力，可提高數(shù)據(jù)的顯示速度。

3.2 異構(gòu)數(shù)據(jù)集成技術(shù)

國(guó)土資源數(shù)據(jù)異構(gòu)性主要體現(xiàn)在3個(gè)層次：語(yǔ)法結(jié)構(gòu)異構(gòu)性、語(yǔ)義異構(gòu)性和分布性異構(gòu)性。采用上云系統(tǒng)GIS中間件技術(shù)可有效管理多個(gè)數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)，而不改變?cè)械目臻g數(shù)據(jù)模型標(biāo)準(zhǔn)和數(shù)據(jù)表示方法。將MapGIS數(shù)據(jù)上載至ORACLE數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過MapGIS數(shù)據(jù)系統(tǒng)發(fā)布標(biāo)準(zhǔn)的OGC服務(wù)，方便用戶在ArcGIS環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)的調(diào)閱。上云系統(tǒng)支持的各種GIS數(shù)據(jù)中間件主要有如下幾種。

(1)MapGIS中間件。該技術(shù)基于統(tǒng)一的空間要素實(shí)體模型，設(shè)計(jì)統(tǒng)一的功能操作接口，根據(jù)數(shù)據(jù)類型在語(yǔ)義上最終分派給某類格式插件進(jìn)行處理，通過同一訪問接口實(shí)現(xiàn)對(duì)異構(gòu)數(shù)據(jù)的直接編輯。

(2)ArcGIS中間件。把ArcGIS作為MapGIS的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)在MapGIS環(huán)境下操作ArcGIS的數(shù)據(jù)。ArcGIS中間件可訪問的數(shù)據(jù)包括：Shape、Coverage、Personal GDB和SDE GDB。

(3)SDO中間件。把Oracle Spatial作為MapGIS的數(shù)據(jù)源，實(shí)現(xiàn)在MapGIS的環(huán)境下操作Oracle Spatial的數(shù)據(jù)。

3.3 分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及挖掘技術(shù)

空間數(shù)據(jù)分布式管理的核心基礎(chǔ)是網(wǎng)絡(luò)空間數(shù)據(jù)庫(kù)。為了實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)存取的設(shè)備無(wú)關(guān)性、位置無(wú)關(guān)性，上云系統(tǒng)從軟件結(jié)構(gòu)上，把數(shù)據(jù)管理功能獨(dú)立成一個(gè)功能層，所有的數(shù)據(jù)存取均通過該功能層。在該功能層定義了“研究區(qū)”的概念，并在研究區(qū)的基礎(chǔ)上，定義了對(duì)空間實(shí)體相關(guān)的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行添加、刪除、更新、檢索、判斷等操作，這些概念和操作通過組件及API函數(shù)接口或C++類，暴露給上層程序。

利用空間數(shù)據(jù)庫(kù)引擎(SDE)，將多源國(guó)土資源空間數(shù)據(jù)存放在商業(yè)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)中管理，既可大大拓展空間數(shù)據(jù)的容量，又可以利用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)的海量數(shù)據(jù)管理、事務(wù)處理(Transaction)、記錄鎖定、并發(fā)控制、數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)等功能，使空間數(shù)據(jù)與非空間數(shù)據(jù)一體化集成。數(shù)據(jù)可以存放在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器或Web服務(wù)器，也可以存放在本地。訪問數(shù)據(jù)時(shí)可以不必關(guān)心數(shù)據(jù)的存放位置，用戶可以像操作本地?cái)?shù)據(jù)一樣去操作網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)提供聯(lián)機(jī)分析處理(OLAP)工具，用于多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的分析，有利于有效的數(shù)據(jù)挖掘。數(shù)據(jù)挖掘由數(shù)據(jù)選擇、數(shù)據(jù)清理、數(shù)據(jù)集成、數(shù)據(jù)變換、模式評(píng)估、知識(shí)表示等步驟的迭代序列組成?；跀?shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)的數(shù)據(jù)挖掘，綜合了數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和空間數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，通過空間挖掘?qū)崿F(xiàn)空間關(guān)系與非空間數(shù)據(jù)關(guān)系的發(fā)現(xiàn)，以及空間知識(shí)庫(kù)的構(gòu)造、空間數(shù)據(jù)查詢的優(yōu)化和其他有意義的模式的提??；還可以實(shí)現(xiàn)挖掘GIS異構(gòu)數(shù)據(jù)的特征規(guī)則、分類規(guī)則和數(shù)據(jù)聚類。

3.4 海量圖庫(kù)管理技術(shù)

上云系統(tǒng)擁有海量數(shù)據(jù)管理能力，其中地形數(shù)據(jù)以分幅專題層的方式管理；專業(yè)數(shù)據(jù)以整體專題層的方式管理。不同類數(shù)據(jù)通過統(tǒng)一坐標(biāo)下的空間位置疊加形成統(tǒng)一整體。海量地圖庫(kù)管理系統(tǒng)在平面上以圖幅為單位來(lái)管理各幅地圖，在縱向上以“要素層”來(lái)組織各圖幅數(shù)據(jù)。按這種組織方式，上云系統(tǒng)的海量地圖庫(kù)管理系統(tǒng)可以提供給用戶靈活直觀的數(shù)據(jù)入庫(kù)手段、強(qiáng)有力的數(shù)據(jù)查詢途徑和高效快捷的漫游顯示等功能和特性。上云系統(tǒng)還可以為用戶提供圖幅間接邊功能，以消除相鄰圖幅的接邊誤差，提高對(duì)跨圖幅圖元進(jìn)行整體查詢和歸并檢索輸出的效率。

3.5 搭建式開發(fā)技術(shù)

上云系統(tǒng)是從界面表現(xiàn)到數(shù)據(jù)管理各個(gè)層面上實(shí)現(xiàn)搭建?？梢暬拇罱ㄅ渲霉芾砗凸ぷ骺臻g管理實(shí)現(xiàn)界面表現(xiàn)，工作流管理實(shí)現(xiàn)功能邏輯和業(yè)務(wù)邏輯的控制，功能倉(cāng)庫(kù)管理提供的功能倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)GIS基礎(chǔ)功能和擴(kuò)展功能服務(wù)，數(shù)據(jù)倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)多源異構(gòu)的空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)的集成管理。搭建配置管理是實(shí)現(xiàn)基于上云系統(tǒng)搭建C/S和B/S應(yīng)用系統(tǒng)的集成開發(fā)環(huán)境。集成設(shè)計(jì)器主要用來(lái)搭建適合多種GIS平臺(tái)的基于C/S模式的應(yīng)用系統(tǒng)，表單設(shè)計(jì)器主要用來(lái)靈活地搭建Web應(yīng)用程序。

4 討論及結(jié)論

4.1 討論

山東省國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)采用了面向服務(wù)的體系架構(gòu)，從功能設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)組織、硬件環(huán)境和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)4個(gè)方面構(gòu)建了高效運(yùn)行體系設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了矢量數(shù)據(jù)、異構(gòu)數(shù)據(jù)、分布式數(shù)據(jù)存儲(chǔ)及挖掘、海量圖庫(kù)管理、靈活的搭建式開發(fā)等技術(shù)，大幅提高了國(guó)土資源大數(shù)據(jù)的處理能力和處理效率。為測(cè)試上云系統(tǒng)的數(shù)據(jù)整體處理能力，采用一個(gè)市的國(guó)土資源管理數(shù)據(jù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及軟硬件環(huán)境基本情況如表1所示。

表1 山東省國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)效率測(cè)試基本配置

采用矢量數(shù)據(jù)直接發(fā)布、多級(jí)緩存實(shí)現(xiàn)快速瀏覽、多核集群多線程并行化繪制、元素過濾、網(wǎng)格索引、D2D硬件加速等技術(shù)后，通過客戶端與服務(wù)器端的協(xié)作，實(shí)現(xiàn)矢量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視化任務(wù)的分解，調(diào)度集群中的多個(gè)服務(wù)器并行處理計(jì)算開銷較大的矢量數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)可視化任務(wù)，提高了網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)器集群的并行處理能力。使用不同的虛擬用戶數(shù)對(duì)采用上云系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)地圖服務(wù)模型進(jìn)行了仿真實(shí)驗(yàn)，針對(duì)系統(tǒng)并發(fā)性能耗時(shí)情況采用1臺(tái)服務(wù)器10個(gè)用戶、5臺(tái)服務(wù)器10個(gè)用戶、5臺(tái)服務(wù)器100個(gè)用戶進(jìn)行測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，并發(fā)性能耗時(shí)平均提速99.5%以上,100個(gè)用戶訪問5臺(tái)服務(wù)器的并發(fā)性能耗時(shí)由32.66s縮短到1～2s范圍內(nèi)，其中快速引擎僅需1.13s，柵格瓦片僅需0.96s，可見山東省國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)快速顯示性能得到大幅度提升(圖3)。

傳統(tǒng)的GIS圖形存在裁剪瓦片耗時(shí)、耗力，GIS圖形顯示效率低的應(yīng)用瓶頸。上云系統(tǒng)通過研發(fā)多線程、多處理器并發(fā)處理功能，制定多任務(wù)劃分調(diào)度策略，優(yōu)化瓦片裁剪的算法，極大地減少裁剪瓦片的時(shí)間。新的瓦片裁圖方式的應(yīng)用使本地?cái)?shù)據(jù)源(HDF)矢量數(shù)據(jù)裁圖效率同比提升17倍，其他網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)源，如Oracle，SQL，Shapefile等矢量數(shù)據(jù)，瓦片裁剪效率同樣得到大幅提高(圖4)。

圖3 山東省國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)快速顯示效果對(duì)比圖

圖4 山東省國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云系統(tǒng)瓦片裁剪效率對(duì)比圖

4.2 結(jié)語(yǔ)

強(qiáng)化自然資源信息化建設(shè)，提高自然資源管理的信息化水平，及時(shí)、準(zhǔn)確、全面掌握自然資源利用現(xiàn)狀和管理狀況，為促進(jìn)全省經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的宏觀決策提供科學(xué)支持，是保障新舊動(dòng)能轉(zhuǎn)換的有力措施。依托自然資源現(xiàn)有國(guó)土資源大數(shù)據(jù)，建立物理分散、邏輯集中、資源共享、政企互聯(lián)的政務(wù)信息資源“大平臺(tái)、大數(shù)據(jù)、大系統(tǒng)”，是實(shí)現(xiàn)政務(wù)信息系統(tǒng)整合共享的新時(shí)代要求。國(guó)土資源大數(shù)據(jù)上云不僅是一個(gè)部門或單位可以單獨(dú)實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)和任務(wù)，需要聯(lián)合自然資源、大數(shù)據(jù)、信息化等各個(gè)部門數(shù)據(jù)、網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算機(jī)等資源互通互聯(lián)，形成高效、統(tǒng)一、安全、政民互動(dòng)的全省政務(wù)系信息系統(tǒng)。該文從提高上云效率的角度探討了國(guó)土資源數(shù)據(jù)融入全省政務(wù)云的體系建設(shè)思路及有關(guān)技術(shù)，旨在展開有關(guān)政務(wù)信息整合共享系統(tǒng)建設(shè)的廣泛關(guān)注和討論，促進(jìn)全省信息化的建設(shè)。