陳慧玲,張 毅,吉 波,徐年鋒

(1.江蘇省國(guó)土資源信息中心,江蘇 南京 210017;2.南京國(guó)圖信息產(chǎn)業(yè)有限公司,江蘇 南京 210037)

0 引 言

為全面履行黨中央和國(guó)務(wù)院賦予的“兩統(tǒng)一”職責(zé),推進(jìn)自然資源信息化治理體系和治理能力現(xiàn)代化[1-2]。2019年,自然資源部下達(dá)《自然資源部信息化建設(shè)總體方案》,要求各級(jí)各部門推進(jìn)新技術(shù)應(yīng)用。云原生(Cloud Native)作為新技術(shù)之一,帶動(dòng)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展勢(shì)頭迅猛,儼然已成為提升云計(jì)算技術(shù)使用效能,推動(dòng)深度上云、用云,實(shí)現(xiàn)自然資源信息化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵支撐[3]。屈曉波等[4]基于云原生技術(shù)構(gòu)建多規(guī)數(shù)據(jù)融合與動(dòng)態(tài)認(rèn)知平臺(tái);高旭等[5]提出建設(shè)以時(shí)空數(shù)據(jù)資源池、大數(shù)據(jù)治理中臺(tái)、云原生服務(wù)平臺(tái)為核心的智慧城市云原生平臺(tái)的應(yīng)用框架;陳鵬等[6]提出了一種基于云原生的應(yīng)用平臺(tái)架構(gòu),通過應(yīng)用容器化、容器編排、微服務(wù)劃分等關(guān)鍵技術(shù)有效保證應(yīng)用平臺(tái)開發(fā)效率和運(yùn)維效率,以及可擴(kuò)展性;王占林[7]等基于云原生平臺(tái)架構(gòu),建立基于微服務(wù)和容器的時(shí)空大數(shù)據(jù)平臺(tái)服務(wù)體系,實(shí)現(xiàn)平臺(tái)服務(wù)的穩(wěn)定、高效與靈活。云原生平臺(tái)架構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)日趨成熟,但規(guī)范化的架構(gòu)設(shè)計(jì)以及核心服務(wù)能力落地仍需進(jìn)一步探索與驗(yàn)證。

目前,江蘇省自然資源通過實(shí)施數(shù)字國(guó)土、智慧城市、金土工程、江蘇省不動(dòng)產(chǎn)登記統(tǒng)一信息平臺(tái)建設(shè)、數(shù)字海洋等重大信息化工程,在網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)資源、政務(wù)管理系統(tǒng)、公共服務(wù)平臺(tái)、監(jiān)測(cè)監(jiān)管、決策支持和信息安全體系等建設(shè)方面取得豐富成果,為保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)高質(zhì)量發(fā)展發(fā)揮了重要作用。然而,隨著信息化改革的深入,系統(tǒng)整合方案科學(xué)性下降,數(shù)據(jù)管理標(biāo)準(zhǔn)急需更新,網(wǎng)絡(luò)建設(shè)還沒有整體設(shè)計(jì),信息安全還沒有得到充分保障,全省自然資源信息化技術(shù)的基礎(chǔ)性、支撐性、服務(wù)性作用的發(fā)揮滯后于改革履職要求。因此,江蘇省自然資源廳于2020年開展云原生架構(gòu)在省統(tǒng)籌信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究,以新一代信息技術(shù)支撐自然資源業(yè)務(wù)及數(shù)據(jù)治理為主線,應(yīng)用云原生架構(gòu)推進(jìn)省統(tǒng)籌信息化建設(shè)。

本文基于當(dāng)前全省自然資源信息化建設(shè)現(xiàn)狀,研究了云原生應(yīng)用架構(gòu)及相關(guān)核心技術(shù),并以江蘇省自然資源大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)驗(yàn)證了云原生應(yīng)用架構(gòu)設(shè)計(jì)和核心服務(wù)能力實(shí)現(xiàn),對(duì)省級(jí)統(tǒng)籌信息化建設(shè)總體架構(gòu)、標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)進(jìn)行探索。

1 總體架構(gòu)

省統(tǒng)籌信息化建設(shè)(以下簡(jiǎn)稱“省統(tǒng)建”)架構(gòu)為開放式資源服務(wù)架構(gòu),基于云原生應(yīng)用架構(gòu),充分利用云原生、微服務(wù)、大數(shù)據(jù)和深度學(xué)習(xí)等新技術(shù),形成基于微服務(wù)模式和云原生架構(gòu)的云生態(tài)應(yīng)用平臺(tái)?！笆〗y(tǒng)建”總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 總體架構(gòu)圖

基礎(chǔ)服務(wù)層基于云原生架構(gòu)在硬件層、底虛擬化層實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)資源層能力聚合,為IaaS層提供高效、靈活、可擴(kuò)展以及安全可靠的基礎(chǔ)服務(wù)資源。數(shù)據(jù)資源層基于基礎(chǔ)設(shè)施層提供的基礎(chǔ)關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)、時(shí)空數(shù)據(jù)庫(kù)、對(duì)象數(shù)據(jù)庫(kù)、分布式大數(shù)據(jù)庫(kù)等技術(shù)服務(wù)能力,面向各類應(yīng)用提供標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)接口服務(wù)。“3+1”平臺(tái)支撐層是省統(tǒng)籌云應(yīng)用架構(gòu)PaaS層,包括技術(shù)、數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)三個(gè)中臺(tái)和一個(gè)云服務(wù)治理中心。業(yè)務(wù)服務(wù)層由多層中臺(tái)和平臺(tái)提供能力支撐,以業(yè)務(wù)公共信息平臺(tái)為基礎(chǔ),構(gòu)建各業(yè)務(wù)細(xì)分類信息化系統(tǒng),主要體現(xiàn)業(yè)務(wù)能力劃分與差異。接入展示層通過服務(wù)網(wǎng)關(guān)將各類服務(wù)能力發(fā)布,為用戶提供交互式的業(yè)務(wù)綜合展示、資源檢索、專題共享等服務(wù)與能力,按需構(gòu)建云原生應(yīng)用。

1.1 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

全省自然資源信息化貫穿省、市、縣、鄉(xiāng)四級(jí)、面向社會(huì)、對(duì)接相關(guān)部門、接入政府平臺(tái)。省本級(jí)與省級(jí)部門之間建立“總對(duì)總”信息共享機(jī)制,面向省、市、縣級(jí)自然資源主管部門對(duì)相關(guān)部門全省范圍的信息共享需求,提供總代理服務(wù),如圖2所示。

1.2 數(shù)據(jù)架構(gòu)

自然資源業(yè)務(wù)包含的數(shù)據(jù)信息種類繁多,包括非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)與結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。為了綜合滿足不同數(shù)據(jù)特點(diǎn)和應(yīng)用需求,我們采用了混合數(shù)據(jù)組織存儲(chǔ)模式,包括PostgreSQL、HBase、HDFS、Elasticsearch等,這樣可以保證數(shù)據(jù)的高效存儲(chǔ)管理。我們建立了從數(shù)據(jù)獲取、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理、數(shù)據(jù)管理、運(yùn)行和優(yōu)化、分析和展現(xiàn)的流程管理體系,通過對(duì)各類數(shù)據(jù)垂直和橫向的深度整合,挖掘自然資源數(shù)據(jù)價(jià)值,為行業(yè)監(jiān)測(cè)監(jiān)管、決策支持提供支撐。具體結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)架構(gòu)

1.3 “省統(tǒng)建”平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

基于“省統(tǒng)建”總體架構(gòu),設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)省統(tǒng)籌信息化平臺(tái),主要包括核心公共服務(wù)、數(shù)據(jù)治理服務(wù)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。

1.3.1 核心公共服務(wù)

基于云原生應(yīng)用架構(gòu),以基礎(chǔ)服務(wù)資源、數(shù)據(jù)服務(wù)資源、應(yīng)用服務(wù)資源為理念,以面向?qū)ο蠓?wù)化設(shè)計(jì)為基礎(chǔ),制定云服務(wù)應(yīng)用開發(fā)規(guī)范,構(gòu)建基礎(chǔ)云服務(wù)治理框架,實(shí)現(xiàn)“省統(tǒng)建”平臺(tái)公共核心服務(wù),如圖4所示,包括統(tǒng)一認(rèn)證授權(quán)服務(wù)、流程表單服務(wù)、文檔服務(wù)、日志服務(wù)、消息服務(wù)、監(jiān)控服務(wù)、快速部署服務(wù)以及自動(dòng)化測(cè)試服務(wù)。

圖4 核心公共服務(wù)架構(gòu)

1.3.2 數(shù)據(jù)治理服務(wù)

根據(jù)“省統(tǒng)建”數(shù)據(jù)架構(gòu)設(shè)計(jì),數(shù)據(jù)治理服務(wù)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、采集管理、數(shù)據(jù)倉(cāng)儲(chǔ)、元數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)開發(fā)、數(shù)據(jù)質(zhì)量、數(shù)據(jù)資產(chǎn)、數(shù)據(jù)可視化、安全管理九個(gè)部分,系統(tǒng)架構(gòu)如圖5所示。數(shù)據(jù)治理是數(shù)據(jù)架構(gòu)層的核心模塊,系統(tǒng)提供一站式數(shù)據(jù)開發(fā)工具,通用類基礎(chǔ)數(shù)據(jù)處理算子,以流程化的形式編排數(shù)據(jù)處理模型,實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的加工處理,支持;通過數(shù)據(jù)治理功能,落地?cái)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、模型及,用以改善數(shù)據(jù)質(zhì)量,管理數(shù)據(jù)資產(chǎn),保障數(shù)據(jù)安全,實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可視、可管、可用;面向數(shù)據(jù)應(yīng)用提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)服務(wù)及數(shù)據(jù)可視化展現(xiàn)能力。

圖5 數(shù)據(jù)治理服務(wù)架構(gòu)

1.4 關(guān)鍵技術(shù)

基于云原生理念以及技術(shù)特征,面向“省統(tǒng)建”平臺(tái)高可用、高擴(kuò)展、高性能的需求,吸納多種云原生架構(gòu)模式的優(yōu)點(diǎn),進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì),形成了“省統(tǒng)建”云原生應(yīng)用架構(gòu)模型(Unify Cloud-native Application Architecture Model,UCAAM)。UCAAM具體實(shí)現(xiàn)包含應(yīng)用鏡像、微服務(wù)、運(yùn)維環(huán)境。應(yīng)用鏡像是承載容器,支持Docker鏡像、Web容器、Jar服務(wù)、中間件等;微服務(wù)提供具體功能服務(wù),屬于技術(shù)、業(yè)務(wù)能力提供方,具備服務(wù)粒度適中、獨(dú)立部署與擴(kuò)展、足夠輕量化以及低耦合性等特點(diǎn);運(yùn)維環(huán)境是應(yīng)用鏡像實(shí)例化必要的環(huán)境配置,用來描述應(yīng)用特征,構(gòu)建可部署的應(yīng)用交付實(shí)例。

此外,UCAAM提供“3+1”架構(gòu)迭代演進(jìn)閉環(huán)指導(dǎo)“省統(tǒng)建”信息化系統(tǒng),如圖6所示。其中,“3”指架構(gòu)設(shè)計(jì)關(guān)鍵視角,包含業(yè)務(wù)信息化視角、組織架構(gòu)視角和技術(shù)架構(gòu)視角;“1”指云原生應(yīng)用架構(gòu)迭代演進(jìn)閉環(huán)。業(yè)務(wù)信息化視角實(shí)現(xiàn)利用數(shù)字化對(duì)核心業(yè)務(wù)生產(chǎn)流程梳理重構(gòu),業(yè)務(wù)快速構(gòu)建與更新。組織架構(gòu)視角是在構(gòu)建“省統(tǒng)建”平臺(tái)時(shí),提供匹配的組織架構(gòu),保障平臺(tái)及衍生云原生應(yīng)用系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。技術(shù)架構(gòu)視角以云原生、微服務(wù)化解耦設(shè)計(jì)模塊,編排構(gòu)建信息化業(yè)務(wù)系統(tǒng)。迭代演進(jìn)閉環(huán)是從業(yè)務(wù)發(fā)展、組織調(diào)整、技術(shù)升級(jí)完整的閉環(huán)升級(jí)過程。

圖6 UCAAM架構(gòu)迭代演進(jìn)閉環(huán)

2 基于云原生的江蘇省自然資源大數(shù)據(jù)平臺(tái)實(shí)踐

江蘇省自然資源大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè),基于云原生應(yīng)用架構(gòu)理念設(shè)計(jì),充分借助云原生、大數(shù)據(jù)、微服務(wù)等新技術(shù)完善現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施和平臺(tái)服務(wù),實(shí)現(xiàn)自然資源大數(shù)據(jù)的管理應(yīng)用,支撐省統(tǒng)建的各類業(yè)務(wù)應(yīng)用體系,遵循基礎(chǔ)設(shè)施資源層、平臺(tái)資源層、信息資源層和應(yīng)用資源層4層技術(shù)架構(gòu),構(gòu)建“平臺(tái)+數(shù)據(jù)+應(yīng)用”的模式,如圖7所示。包括資源中心、展示中心、數(shù)管中心、云管中心和開發(fā)中心,如圖8所示。

圖7 自然資源大數(shù)據(jù)平臺(tái)架構(gòu)

圖8 江蘇省國(guó)土資源大數(shù)據(jù)平臺(tái)

2.1 先進(jìn)性分析

(1)有效提升可容納服務(wù)數(shù)量,數(shù)據(jù)資源服務(wù)能力得到加強(qiáng)?；谠圃砟钤O(shè)計(jì)的新平臺(tái)架構(gòu)采用更大程度的分布式架構(gòu),將數(shù)據(jù)負(fù)載分配到更多不同的終端進(jìn)行統(tǒng)籌處理,以異步、并行、多線程的方式提高計(jì)算效率。截至目前,江蘇省自然資源大數(shù)據(jù)平臺(tái)已有數(shù)據(jù)服務(wù)684個(gè),服務(wù)接口47個(gè),為全省各類規(guī)劃、管理、決策、服務(wù)提供了有力的信息化支撐。

(2)大幅提升業(yè)務(wù)訪問效率,實(shí)現(xiàn)信息共享和業(yè)務(wù)協(xié)同。采用超融合混合云架構(gòu)設(shè)計(jì)新系統(tǒng)縱向上,以電子政務(wù)外網(wǎng)和自然資源業(yè)務(wù)網(wǎng)為載體,建立統(tǒng)一的服務(wù)門戶,縱向上實(shí)現(xiàn)各級(jí)自然資源管理數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)互通和業(yè)務(wù)聯(lián)動(dòng)。橫向上接入本級(jí)政府統(tǒng)一的政務(wù)服務(wù)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)與相關(guān)政府部門數(shù)據(jù)共享。表1為平臺(tái)數(shù)據(jù)訪問量對(duì)比,可以看出運(yùn)用云原生架構(gòu)搭建的新平臺(tái)的數(shù)據(jù)訪問量比舊平臺(tái)顯著提升。

表1 數(shù)據(jù)訪問量對(duì)比

(3)大幅提升平臺(tái)穩(wěn)定性,保障數(shù)據(jù)服務(wù)能力不宕機(jī)服務(wù)。依托數(shù)據(jù)資源、云管理與微服務(wù)的設(shè)計(jì)支撐,基于云原生分布式架構(gòu),實(shí)現(xiàn)物理上分散、邏輯上集中,通過建立負(fù)載均衡和互為備份機(jī)制,滿足大量用戶并發(fā)使用、海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)管理、異常節(jié)點(diǎn)剔除、動(dòng)態(tài)負(fù)載均衡的需要。表2為平臺(tái)的資源負(fù)載情況比較,可以看出平臺(tái)自身耦合度大幅降低,擴(kuò)展性更高,服務(wù)有效的拆分且合理的分布于各主機(jī)節(jié)點(diǎn),整體信息化統(tǒng)籌建設(shè)更加科學(xué)合理。

表2 平臺(tái)資源負(fù)載情況

2.2 建設(shè)效益

江蘇省自然資源大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)完成,不僅完善了核心數(shù)據(jù)庫(kù),為數(shù)據(jù)共享與應(yīng)用奠定了基礎(chǔ);而且在建成使用后,為推進(jìn)省統(tǒng)籌信息化建設(shè)帶來了顯著效益。首先,我們構(gòu)建了大數(shù)據(jù)管理平臺(tái),提高了自然資源管理的規(guī)范性和協(xié)同性。其次,在線資源獲取,我們節(jié)省了對(duì)接的時(shí)間,降低了業(yè)務(wù)人員的工作量,提高了辦事效率?；谠圃膽?yīng)用架構(gòu),充分利用微服務(wù)、云原生技術(shù)的優(yōu)勢(shì),提高省統(tǒng)籌架構(gòu)下核心能力的復(fù)用率,減少了重復(fù)開發(fā),優(yōu)化了業(yè)務(wù)流程。

3 結(jié) 語

本文介紹了省統(tǒng)籌信息化建設(shè)背景、云原生應(yīng)用架構(gòu)的概念以及本課題的主要研究目的和內(nèi)容,同時(shí),具體分析了針對(duì)全省的自然資源信息化建設(shè)現(xiàn)狀以及基于云原生應(yīng)用架構(gòu)的技術(shù)體系,并制定了以需求調(diào)研法、學(xué)習(xí)借鑒法、實(shí)證研究法為主要內(nèi)容的研究方法及相應(yīng)的研究技術(shù)路線。提出了省統(tǒng)建信息化總體框架和信息系統(tǒng)核心能力的詳細(xì)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn),并結(jié)合實(shí)際案例從多個(gè)維度對(duì)比說明了云原生架構(gòu)理念在省統(tǒng)建項(xiàng)目里的應(yīng)用先進(jìn)性。

云原生應(yīng)用架構(gòu)與省統(tǒng)籌信息化建設(shè)需求融合有助于進(jìn)一步推進(jìn)資源整合、系統(tǒng)互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享,節(jié)約信息化建設(shè)成本,能更好地支撐自然資源數(shù)字化政府建設(shè),提高行政管理效能。截至目前,本研究的成果已在江蘇省自然資源大數(shù)據(jù)平臺(tái)建設(shè)等多個(gè)信息化項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用并取得實(shí)際效果。下一步,將結(jié)合實(shí)際信息化建設(shè)要求,加強(qiáng)創(chuàng)新技術(shù)應(yīng)用,深入探索云原生應(yīng)用架構(gòu)模式在省統(tǒng)籌信息化建設(shè)中的更廣泛應(yīng)用,推進(jìn)全省自然資源信息化建設(shè)水平的提高。