基于中間件技術的FGIS與PGIS對接實現技術研究

●楊 揚，周 路

(1.江蘇省消防總隊，江蘇 南京 210036;2.南京市消防支隊，江蘇 南京 210036)

消防地理信息系統(FGIS)作為滅火救援指揮系統建設的一個重要組成部分，為實現基于“一張圖”的消防隊站、道路水源、裝備、人員等滅火救援指揮要素的可視化展示、分析，以及基于地理信息的可視化調度、接處警信息數據研判等應用提供了基礎。在FGIS建設過程中，充分共享PGIS大比例尺矢量圖、高分辨率影像圖、道路、治安監控、標準地址庫等已有地理信息數據資源，既節省了FGIS建設投資，又減輕了業務圖層數據采集、維護的壓力，是目前FGIS建設的最佳選擇。

1 PGIS與FGIS簡介

1.1 FGIS概況

FGIS遵循消防信息化建設一體化的設計原則，覆蓋公安部消防局、總隊、支隊和大(中)隊用戶，以地圖應用為目標，實現對消防一體化軟件的地理應用支撐和消防業務地理信息數據統一展現。FGIS基于ESRI ArcGIS構建，按照公安部消防局、總隊二級分布式部署方式，統一制定消防地圖顯示比例尺與信息分類標準，建立消防地理信息數據庫，提供統一的地圖服務和標準地址數據管理。FGIS使用統一的導航電子地圖，各消防總隊在實際應用中，需要加載使用本省大比例尺地圖數據，進行數據共享和疊加。

1.2 PGIS 概況

PGIS是公安信息資源整合和深層次應用的技術平臺［1］，它以警用電子地圖為核心，以地理信息技術為支撐，以服務與公安業務管理、信息共享和決策支持的可視化為目標。PGIS根據統一標準規范，由公安部統一組織開發，按部、省、市三級分布式部署，它能夠為各類應用開發提供統一的基礎服務與應用空間信息。PGIS平臺的核心是“三庫一平臺”［2］。“三庫”指地理信息數據庫、標準地址庫、業務地理關聯庫。地理信息數據庫就是地圖庫，包括標準化的影像地圖、矢量地圖。標準地址庫，指具有空間屬性的門牌地址信息資源庫。業務地理關聯庫，是指公安業務信息與地址信息的關聯庫。“一平臺”指PGIS平臺軟件。

1.3 PGIS 與 FGIS

截至目前，PGIS的建設與應用已初具規模，充分利用PGIS已有建設成果，加快推進PGIS在消防的應用具有重要現實意義［3］。通過PGIS提供的各警種資源數據服務，補充完善FGIS已有數據資源，有助于快速推進消防地理信息系統建設，更好的服務于實戰［3］。由于FGIS與PGIS建設過程中采用的技術開發平臺存在差異，PGIS采用的是自有開發平臺，FGIS采用的是ESRI ArcGIS系列開發平臺，為了解決二者在數據交換和共享過程中存在的協議差異，特別是FGIS對PGIS瓦片切圖服務的訪問，本文提出了基于中間件技術實現地圖對接的方案，并在實際應用中取得了良好的效果。

2 技術方案

2.1 設計思路

FGIS與PGIS的對接，需要滿足以下要求:(1)能夠在線共享訪問PGIS平臺的基礎和專題地理信息數據;(2)能夠實現或訪問PGIS平臺瓦片地圖圖片的聯網服務，實現對省、市PGIS瓦片地圖圖片數據的調用;(3)與PGIS的對接方案不影響現有的消防GIS應用系統架構。

針對上述需求，有基于客戶端(如圖1所示)和基于中間件(如圖2所示)的兩種實現方式。基于客戶端的方案是通過在客戶端開發擴展組件，實現對PGIS服務的訪問。由于FGIS客戶端應用開發采用的技術路線存在多樣性，加之考慮到未來FGIS應用平臺存在多樣化，需要針對每種應用開發平臺研發客戶端組件，勢必增加應用開發的復雜度和維護投入成本。采用基于中間件的技術，以服務請求調用模式，通過協議轉發實現與PGIS服務的數據交換與共享，可以最大程度的適應各類應用開發的需要。FGIS應用是基于ArcGIS軟件平臺構建的，所以中間件提供的服務協議與ESRI產品的服務協議一致。

圖1 基于客戶端的技術方案

圖2 基于中間件的技術方案

2.2 技術框架

FGIS與PGIS地圖的對接，是在PGIS基礎之上，通過調用PGIS柵格地圖圖片聯網服務接口，實現PGIS協議對FGIS的擴展，技術框圖如圖3所示。采用部、省、市與局、總、支相對應的關系，逐級對接，從而保證FGIS與PGIS的無縫集成。

PGIS柵格地圖圖片聯網服務是基于柵格圖片引擎服務，實現多層次、多結點的分布式地圖服務，實現對全國、省、市不同比例尺地圖無縫互聯互通，其主要功能包括柵格地圖圖片服務注冊、柵格地圖圖片分級配置、柵格地圖圖片調用區域設置、重疊區域柵格地圖圖片融合、柵格地圖圖片調用驗證等。

FGIS與PGIS瓦片地圖的對接，就是將FGIS中請求的ArcGIS Server瓦片地圖協議與ArcGIS Server地圖服務請求協議，通過中間件服務轉換為PGIS瓦片地圖服務，從而實現對接工作。

圖3 技術框架

服務中間件采用REST風格架構，具有輕量化、易于構建等優點。由于客戶端的請求都是獨立的，一旦被調用，服務器不保留任何會話，因此其內存可用空間不會受到影響，同時減少了事件后通信狀態的維護工作，提高了系統服務器的可擴展性。

2.3 關鍵技術

2.3.1 瓦片地圖服務協議的轉發

瓦片切圖本質上是一種地圖發布的緩存技術，是目前普遍被WebGIS產品所采用的地圖發布技術［4］。其原理是將地圖設定為多個比例尺，對于每個比例尺提前將地圖生成并切分成若干小圖片存放在服務器上，客戶端訪問時直接獲取需要的小圖片拼接成地圖，而不是由服務器動態創建出一幅圖片來送到客戶端，這樣的實現方式能極大提高系統的響應速度，如圖4所示。地圖切片以金子塔的方式進行組織。創建瓦片地圖切片需要幾個重要參數，包括地圖范圍、切圖原點、切圖比例級別、圖片格式、圖片大小等，實現不同瓦片地圖服務協議之間的轉換，也就是要實現這些參數與協議的相互對應關系。通過建立PGIS瓦片地圖發布協議與ArcGIS Server瓦片地圖發布協議之間的對應關系，可以實現二者協議轉換。

圖4 瓦片地圖切圖原理

2.3.2 基于中間件的分布式緩存技術

基于中間件技術不僅可以實現服務協議的轉換和轉發，還可以利用服務器的資源作為內存緩存服務節點實現分布式緩存，將使用頻率高的瓦片數據動態緩存在服務器內存中優化應用訪問效率，如圖5所示。FGIS的普及應用，勢必會增加對原有的PGIS服務的負荷，為此，利用分布式緩存技術可以有效的減少對PGIS服務的壓力負荷，以較小投入改善PGIS服務的質量，提高FGIS運行的可靠性和穩定性。

圖5 基于中間件的分布式緩存技術

3 FGIS與PGIS對接應用

基于中間件的PGIS服務擴展，增加了PGIS瓦片地圖的發布協議格式，從而將FGIS與PGIS整合起來，實現了公安、消防“一張圖”。在省消防總隊部署PGIS服務擴展中間件服務器，將消防滅火救援系統與公安PGIS服務有機整合，使消防地理信息系統調用PGIS瓦片地圖成為可能。圖6所示為某消防總隊FGIS系統調用公安PGIS實現大比例尺矢量圖數據加載的示例圖，從圖中所示可見，在1∶500大比例尺圖中，已經能清晰的看到建筑物輪廓，比之公安部消防局配發的1∶10000導航圖，在實現消火栓、消防隊站等標注應用時，極大提高了數據標注的準確性。

圖6 在FGIS中調用PGIS大比例尺矢量圖

在此基礎上，通過FGIS對PGIS標準地理庫、重點單位、道路、治安監控等業務數據圖層的共享調用，實現了在FGIS對公安PGIS中已有信息數據資源的調用顯示，避免了業務圖層數據上圖標注重復勞動，極大提升了消防地理信息系統的建設效率。

［1］張培晶，謝曉專，宋蕾.PGIS在犯罪分析中的應用［J］.中國人民公安大學學報:自然科學版，2012，(74):45－49.

［2］林志松.充分利用警用地理信息系統(PGIS)服務消防作戰指揮中心工作［J］.科學之友，2012，(16):152 －155.

［3］李剛.消防地理信息系統在滅火救援指揮中應用的認識與思考［J］.科技創新導報，2012，(12):37，48.

［4］蔣波濤，朱強，錢旭東.WebGIS開發實踐手冊——基于ArcIMS，OGC和瓦片式GIS［M］.北京:電子工業出版社，2009.