云GIS在境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式中的應(yīng)用研究

周丙鋒，李玉龍 ，王楊剛，何學(xué)洲

(1.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院,北京 100048；2.中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心，北京 100037)

信息技術(shù)的發(fā)展推動了地質(zhì)行業(yè)的數(shù)據(jù)共享和信息服務(wù)水平的提高，我國“走出去”企事業(yè)單位對境外礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)資料的需求也日趨強烈，各支撐單位對境外礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)資料的專業(yè)化、準(zhǔn)確化、信息化的服務(wù)程度也越來越高。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，基于多種客戶端的境外礦產(chǎn)資數(shù)據(jù)資料服務(wù)慢慢進(jìn)入普通公眾人們的生活，同時為各行各業(yè)的業(yè)務(wù)應(yīng)用提供信息化基礎(chǔ)服務(wù)。云GIS是近幾年發(fā)展起來的新興概念,是將云計算的各種特征用于支撐地理空間信息的各要素，包括建模、存儲、處理等等，從而改變用戶傳統(tǒng)的GIS應(yīng)用方法和建設(shè)模式，以一種更加友好的方式，高效率、低成本的使用地理信息資源[1]。

境外地質(zhì)礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式綜合考慮當(dāng)今先進(jìn)的云GIS架構(gòu)，構(gòu)建基于云GIS的境外地質(zhì)礦產(chǎn)信息集成與服務(wù)模式，考慮從事境外地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)的企事業(yè)單位的需求，從用戶出發(fā)，整合數(shù)據(jù)資源，對已有的數(shù)據(jù)、資料、成果進(jìn)行網(wǎng)上服務(wù)和信息的交換共享。

1 云GIS與境外礦產(chǎn)資源信息數(shù)據(jù)的特征

云GIS是基于云計算的理論、方法和技術(shù)，擴(kuò)展GIS的基本功能，從而進(jìn)一步改進(jìn)傳統(tǒng)利用GIS平臺開發(fā)軟件的結(jié)構(gòu)體系，以實現(xiàn)海量空間數(shù)據(jù)的高性能存取與處理操作，使其更好地提供高效的計算能力和數(shù)據(jù)處理能力，解決地理信息科學(xué)領(lǐng)域中計算密集型、數(shù)據(jù)密集型、并發(fā)訪問密集型和時空密集型的各種問題。其實質(zhì)是將GIS的平臺、軟件和地理空間信息能夠方便、高效地部署到以云計算為支撐的“云”基礎(chǔ)設(shè)施之上，能夠以彈性的、按需獲取的方式提供最廣泛的基于Web的服務(wù)[2]。

境外礦產(chǎn)資源信息數(shù)據(jù)的本質(zhì)特征，從數(shù)據(jù)類型方面來看，數(shù)據(jù)類型多樣，包括各種格式的矢量和柵格圖件、文檔以及視頻資料等。從數(shù)據(jù)量方面來看，數(shù)據(jù)量巨大，隨著我國礦業(yè)企業(yè)“走出去”政策的制定和完善以及礦業(yè)企業(yè)到海外勘查開發(fā)礦產(chǎn)資源的觀念增強，越來越多的企業(yè)走出去[3]。境外礦產(chǎn)資源資料數(shù)據(jù)積累量從GB級別，躍升到TB級別，并將會快速躍升到PB級。從數(shù)據(jù)的共享方面來看，處理速度快，海量的多樣化數(shù)據(jù)堆積在一起，要想利用數(shù)據(jù)或?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行二次加工必須要能夠提供快速處理數(shù)據(jù)的環(huán)境。

境外礦產(chǎn)資源信息數(shù)據(jù)外部特征，從獲取數(shù)據(jù)方面來看，分為原始數(shù)據(jù)和成果數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)。從匯交數(shù)據(jù)方面來看，由于礦業(yè)企業(yè)承擔(dān)的項目分布在世界各地,在項目實施的過程需要提交各個階段的成果及報告,如年報、半年報及專報等。從數(shù)據(jù)利用率方面來看，全國各地的礦業(yè)企業(yè)承擔(dān)的項目獲取的原始資料和成果資料，目前管理部門收集后簡單的堆積在一起，不能有效的利用和充分共享。

2 云GIS技術(shù)在境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式構(gòu)建中的可行性

把境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)中的資料借閱系統(tǒng)、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署在云GIS環(huán)境中,是云GIS架構(gòu)的一種軟件即服務(wù)(SaaS)和數(shù)據(jù)即服務(wù)(DaaS)層次的實例化。

云GIS環(huán)境下境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式構(gòu)建完成后，這片云的所有用戶、提供的服務(wù)以及云中的數(shù)據(jù)均是云GIS的組成部分，兩者均具有社會屬性[2]。前者表現(xiàn)為用戶權(quán)限，后者表現(xiàn)為空間數(shù)據(jù)的社會屬性，如行政區(qū)劃等。云GIS環(huán)境下境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式呈現(xiàn)集中性特征。云GIS環(huán)境下境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)平臺由中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心來創(chuàng)建基礎(chǔ)設(shè)施和使用平臺，其所有用戶使用本平臺提供的服務(wù)，可以達(dá)到境外礦產(chǎn)資料信息資源的有效控制和合理使用的雙重目的。

對境外礦產(chǎn)資料信息的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲或者大規(guī)模任務(wù)進(jìn)行劃分時，需要對基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)(包括矢量、柵格等)以及其他的境外礦產(chǎn)資源信息數(shù)據(jù)進(jìn)行劃分，而這種劃分過程必然保存原有的空間信息和非空間的屬性信息，在需要對原有的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作時，如可視化、查詢檢索等，被劃分的數(shù)據(jù)則依據(jù)劃分時的索引信息或者空間信息進(jìn)行合并，呈現(xiàn)原來的完整狀態(tài)。上述特征與大數(shù)據(jù)的分布式存儲的思想一致。

從傳統(tǒng)的境外礦產(chǎn)信息數(shù)據(jù)使用向提供服務(wù)方向轉(zhuǎn)變；要實現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的使用、半成品和成品數(shù)據(jù)使用、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析匯總等的服務(wù)化；云GIS環(huán)境下境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式為用戶提供了常規(guī)的GIS功能。如GIS計算資源、可視化服務(wù)、空間分析、遙感影像操作、地圖互操作等。用戶在使用本模式構(gòu)建的平臺時如使用桌面系統(tǒng)那樣簡單、方便，改變了用戶傳統(tǒng)的GIS應(yīng)用方法和建設(shè)模式。

3 云GIS環(huán)境下礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式的構(gòu)建

3.1 總體設(shè)計思想

構(gòu)建云GIS環(huán)境下境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式，能對境外礦產(chǎn)資源信息的數(shù)據(jù)安全性和服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行有效的控制，而且與傳統(tǒng)的集成與服務(wù)模式相比，新的集成與服務(wù)模式可以支持動態(tài)的增加減少基礎(chǔ)設(shè)施，降低原有架構(gòu)的復(fù)雜度，使各種數(shù)據(jù)資源和服務(wù)得到整合和標(biāo)準(zhǔn)化。云GIS環(huán)境下境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式在基礎(chǔ)實施部署上，不在考慮節(jié)點。只需要建立一個統(tǒng)一的基于云GIS的境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)平臺，針對各級各類用戶提供不同的數(shù)據(jù)和服務(wù)資源。云GIS環(huán)境下境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式的構(gòu)建旨在實現(xiàn)如下目標(biāo)。

1) 真正實現(xiàn)境外礦產(chǎn)資源信息數(shù)據(jù)和服務(wù)一體化。在中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心引入云GIS技術(shù),通過云GIS環(huán)境下的境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)平臺實現(xiàn)平臺上的所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)及平臺本身都是一個個可調(diào)用、可訪問的服務(wù)，一切都是開發(fā)性的、以服務(wù)的形式展現(xiàn)，最大限度滿足未來幾年境外礦產(chǎn)資源數(shù)據(jù)管理與服務(wù)信息化對軟硬件等基礎(chǔ)實施的需求。建成云GIS環(huán)境下的境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)平臺能夠覆蓋全國地調(diào)系統(tǒng)，各級各類的地調(diào)系統(tǒng)內(nèi)機構(gòu)和公眾可以通過網(wǎng)絡(luò)獲取平臺提供的各種服務(wù)，如原始數(shù)據(jù)和成品數(shù)據(jù)服務(wù)、資料借閱服務(wù)、GIS平臺服務(wù)以及存儲服務(wù)等等。

2) 實現(xiàn)超大容量境外礦產(chǎn)資源信息數(shù)據(jù)的處理、分析和存儲，提供高性能計算資源。境外礦產(chǎn)資源信息數(shù)據(jù)涉及的地理范圍較廣和地理要素之多，所以涉及的數(shù)據(jù)是超大容量的，因此在境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)平臺中需要高性能計算成為必然。在云GIS支持下的境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)可以很好的實現(xiàn)境外礦產(chǎn)信息資源服務(wù)的這種需求，還可以隨著計算資源需求的增加，可以彈性動態(tài)地擴(kuò)展高性能計算能力。

3) 實現(xiàn)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、原始數(shù)據(jù)、成品和半成品數(shù)據(jù)的存儲、共享和管理能力,包括遙感影像數(shù)據(jù),基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、境外礦產(chǎn)項目的成果數(shù)據(jù)以及和境外礦產(chǎn)資源相關(guān)業(yè)務(wù)的其他數(shù)據(jù)。

3.2 基于云GIS技術(shù)的境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)體系結(jié)構(gòu)

境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)如圖1所示,本結(jié)構(gòu)共包括四層,自下而上分別為：基礎(chǔ)設(shè)施層、資源池層、服務(wù)管理層、客戶端層，以及橫跨多個層次的安全保障和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[4]。

圖1 境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)體系結(jié)構(gòu)

1) 基礎(chǔ)設(shè)施層：該層是境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的最底層，也可以稱為物理層，有硬件設(shè)施和基礎(chǔ)軟件搭建。硬件設(shè)施包括普通PC或者高性能服務(wù)器、大容量的磁盤陣列、網(wǎng)絡(luò)連接設(shè)備以及安全防護(hù)設(shè)備等?；A(chǔ)軟件包括能夠驅(qū)動硬件發(fā)揮作用的操作系統(tǒng)，如windows、Lunix等；存儲各種空間和非空間的數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫，如Sql server、Oracle等；實現(xiàn)GIS功能的軟件，如ArcGIS，SuperMap等；實現(xiàn)IT資源的邏輯抽象和統(tǒng)一表示的虛擬化軟件，如Vware、Eucalyptus等。

2) 資源池層，是境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)的核心層，可以分為四個部分，自下而上分別是，基礎(chǔ)設(shè)施資源、數(shù)據(jù)資源、平臺資源和應(yīng)用軟件資源。

基礎(chǔ)設(shè)施資源，把基礎(chǔ)設(shè)施以服務(wù)的形式提供給用戶，對應(yīng)云計算服務(wù)中的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)(IaaS)，在服務(wù)層次上是最底層服務(wù)，接近物理硬件資源，通過虛擬化的相關(guān)技術(shù)，為用戶提供處理、存儲、網(wǎng)絡(luò)以及其他資源方面的服務(wù)，以便用戶能夠使用和部署操作系統(tǒng)和運行軟件。

數(shù)據(jù)資源，把數(shù)據(jù)以服務(wù)的形式提供給用戶，用戶只有使用權(quán)，而沒有所有權(quán)，對應(yīng)云計算服務(wù)中數(shù)據(jù)即服務(wù)(DaaS)。數(shù)據(jù)資源包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、遙感影像數(shù)據(jù)、境外礦產(chǎn)資源原始、成品和半成品數(shù)據(jù)等。用戶不需要購買遙感影像和基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，也不要購買和部署GIS軟件，使用平臺內(nèi)的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)在平臺上的GIS環(huán)境中疊加基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)或遙感影像數(shù)據(jù)，進(jìn)行空間計算等操作就可以得到需要的結(jié)果。而且這些服務(wù)只需要通過申請，審批通過后就可以使用。

平臺資源，對應(yīng)云計算服務(wù)中的平臺即服務(wù)(PaaS)。在支持虛擬環(huán)境宿主操作系統(tǒng)上安裝虛擬機管理軟件，在客戶端操作系統(tǒng)上搭建部署Web服務(wù)運行環(huán)境、GIS運行環(huán)境、空間數(shù)據(jù)庫及其他業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)如境外礦產(chǎn)信息資料借閱系統(tǒng)等。然后把這些服務(wù)提供給用戶，用戶可以只專注自己的業(yè)務(wù)，無需花時間精力放在環(huán)境搭建上，也無需購買費用昂貴的基礎(chǔ)軟件如數(shù)據(jù)庫、GIS軟件等。

應(yīng)用軟件資源，對應(yīng)云計算框架服務(wù)中的軟件即服務(wù)(SaaS)，是應(yīng)用軟件的一種全新的用戶使用方式。包括GIS軟件功能的使用和與業(yè)務(wù)系統(tǒng)相關(guān)的應(yīng)用系統(tǒng)，如境外礦產(chǎn)資源資料借閱系統(tǒng)等。地調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的用戶根據(jù)用戶權(quán)限使用各業(yè)務(wù)系統(tǒng)，無需自己花人力物力去重復(fù)開發(fā)或購買這些業(yè)務(wù)系統(tǒng)。

3) 服務(wù)管理層，是境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)體系結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵層，為應(yīng)用提供服務(wù)目錄并負(fù)責(zé)管理所有需要調(diào)度管理的內(nèi)容。包括和與業(yè)務(wù)相關(guān)數(shù)據(jù)的存取服務(wù)、在本系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)中開發(fā)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，應(yīng)用系統(tǒng)的搭建部署、用戶的管理和身份認(rèn)證、用戶訪問的負(fù)載均衡、系統(tǒng)運行的服務(wù)監(jiān)控等。

4) 客戶端層，基于境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)體系結(jié)構(gòu)可以提供不同的服務(wù)用于支持不同的客戶端系統(tǒng)，包括C/S架構(gòu)桌面系統(tǒng)、B/S架構(gòu)下的Web系統(tǒng)、移動系統(tǒng)等。

4 云GIS環(huán)境支持下的境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)的優(yōu)勢

云GIS技術(shù)在境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)的模式構(gòu)建中應(yīng)用，改變了境外礦產(chǎn)資源信息數(shù)據(jù)集成與服務(wù)的傳統(tǒng)方式，如數(shù)據(jù)表、柵格圖件數(shù)據(jù)、矢量數(shù)據(jù)及文檔附件數(shù)據(jù)的集成管理和借閱服務(wù)等?；谠艷IS的境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)體系平臺的搭建將打破全國地調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的單位區(qū)域分布、機構(gòu)獨立和分散的模式，實現(xiàn)集中、統(tǒng)一、規(guī)范的業(yè)務(wù)平臺建設(shè)和優(yōu)質(zhì)資源充分共享，由分散建設(shè)、管理和使用向大集中、大共享機制轉(zhuǎn)變，關(guān)鍵在于它是一個動態(tài)的、易擴(kuò)展的虛擬化計算服務(wù)[5]。

4.1 提高了境外地質(zhì)礦產(chǎn)資料信息共享程度，改變了向用戶提供服務(wù)的傳統(tǒng)方式

目前我國境外地質(zhì)礦產(chǎn)資料的管理及服務(wù)機制存在一些問題，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：①境外地質(zhì)礦產(chǎn)資料分散在各地勘單位、企業(yè)和科研機構(gòu)，資料不能充分共享。②目前的元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)制定與數(shù)據(jù)庫建設(shè)主要還是以部門為單位，為國家層面的元數(shù)據(jù)共享與服務(wù)造成一定困難。③信息采集與服務(wù)各自為戰(zhàn)，缺乏統(tǒng)籌與協(xié)作，并且很容易造成重復(fù)投資與建設(shè)，在一定程度上阻礙了我國“走出去”的步伐。

通過云GIS技術(shù)支持的境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)體系平臺的搭建，能夠進(jìn)一步提高境外地質(zhì)資料信息化管理和信息化服務(wù)水平，實現(xiàn)了館藏地質(zhì)資料電子文檔在線的管理，為持證借閱者提供地質(zhì)資料目錄查詢、全文閱覽、打印收集等服務(wù)。云GIS環(huán)境下境外地質(zhì)礦產(chǎn)資料信息集成與服務(wù)體系建立在目錄數(shù)據(jù)庫、圖文數(shù)據(jù)庫、涉密資料庫之上，集地質(zhì)資料匯交、地質(zhì)資料管理、涉密資料管理、地質(zhì)資料借閱、地質(zhì)資料統(tǒng)計匯總分析等功能于一體的綜合信息平臺。云GIS技術(shù)架構(gòu)的引入解決業(yè)務(wù)系統(tǒng)中的計算密集型、數(shù)據(jù)密集型，并發(fā)訪問密集型和時空密集型的各種問題。

實現(xiàn)個地勘單位部門間的統(tǒng)籌協(xié)調(diào)和統(tǒng)一管理，統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，打破部門間信息壁壘，組織空間信息共享與服務(wù)的聯(lián)盟機制，為空間數(shù)據(jù)共享實施提供保障，使共享與服務(wù)成為規(guī)范化的行動。調(diào)動社會各界包括政府部門、私營企業(yè)、非贏利部門、學(xué)術(shù)界和一般社會公眾等各個階層的積極性，爭取社會廣泛參與。

4.2 降低了獲取境外礦產(chǎn)資料數(shù)據(jù)信息資金的投入和數(shù)據(jù)管理平臺的運營成本

境外各個國家的政策、地理位置以及自然環(huán)境決定了境外地質(zhì)礦產(chǎn)資料數(shù)據(jù)的獲取需要投入巨大人力、物力以及財力，并且根據(jù)管理部門的要求,承擔(dān)項目的地勘單位在境外實施項目過程中，需要及時提交階段性成果和相應(yīng)的原始資料。采用云GIS模式，項目承擔(dān)單位很方便的提交境外礦產(chǎn)資料數(shù)據(jù)，管理部門可以集中對資料數(shù)據(jù)進(jìn)行維護(hù)，通過共享的方式為系統(tǒng)內(nèi)所有用戶提供境外礦產(chǎn)原始數(shù)據(jù)、成果數(shù)據(jù)資料和各種業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件的服務(wù)。避免了國家立項投入資金獲取重復(fù)的境外礦產(chǎn)資源的資料數(shù)據(jù)和重復(fù)建設(shè)數(shù)據(jù)資料的管理平臺。通過云GIS，只需要構(gòu)建一個數(shù)據(jù)中心，集中統(tǒng)一維護(hù)，地調(diào)局系統(tǒng)內(nèi)部共享該云GIS的服務(wù)，硬件、人力和維護(hù)資源都可以從成本中大大減少。

4.3 簡化了境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)模式系統(tǒng)的構(gòu)建和運營

對于一個傳統(tǒng)的境外礦產(chǎn)資源信息集成與服務(wù)系統(tǒng)構(gòu)建和運營來說,需要一個基本的周期:硬件維護(hù)、硬件安裝、信息系統(tǒng)安裝、軟件安裝、應(yīng)用和數(shù)據(jù)裝載、測試等。在云GIS環(huán)境下，前四個過程在中國地質(zhì)調(diào)查局發(fā)展研究中心進(jìn)行，構(gòu)建的周期大大縮短，既提高了效率，又節(jié)省了人力和資源。采用云GIS模式，地調(diào)系統(tǒng)內(nèi)的用戶可以把更多的精力放在的數(shù)據(jù)使用和再生產(chǎn)的業(yè)務(wù)上，而不是放在原始與成果數(shù)據(jù)的獲取和基礎(chǔ)架構(gòu)的運營和維護(hù)上。

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