“數字奉化”地理空間框架建設總體設計與實現

呂華新，陽經為，李碧裕

(奉化市測繪院，浙江奉化 315500)

1 引言

數字城市地理空間框架是“數字中國”、“數字省區”的重要組成部分，是國家空間信息基礎設施的重要內容。根據浙江省測繪與地理信息局和寧波市規劃局的要求，奉化市于2012年3月開始啟動了“數字奉化地理空間框架建設試點”項目，并在2013年11月順利通過了浙江省測繪主管部門的驗收，成為寧波市第一個通過驗收的縣級數字城市地理空間框架建設項目。本文介紹了項目的總體架構，并描述了項目技術路線和關鍵技術，最后總結了項目的技術創新和建設成果。

2 總體架構設計

數字奉化地理信息公共平臺采用面向服務架構(Service－oriented architecture，SOA)，總體結構主要由四個部分組成:運行支撐層、數據層、服務層和應用層。并通過建立標準與規范體系、硬件網絡基礎設施和安全保障體系來保證共享平臺數據與服務的共享與交換。框架構成如圖1所示［4］:

圖1 平臺總體架構圖

(1)網絡層

網絡層是公共平臺運行的載體，本項目的網絡層由規劃局局域網、電子政務外網、互聯網和現有的基礎設施軟硬件環境構成，包括網絡系統、刀片服務器集群系統、存儲備份系統和網絡安全設備等物理環境以及標準計算機機房環境等。

(2)數據層

數據層主要由基礎地理信息數據構成，包括DLG數據、DOM數據、DEM數據、地名地址數據、三維模型數據和元數據，該數據層是構建服務層公共平臺數據集的基礎。

(3)服務層

服務層主要是基于公共平臺數據集提供各種地理信息瀏覽、存取、處理和分析等多種服務，并通過應用服務管理系統進行管理。普通用戶可以通過門戶網站獲取在線地理信息服務，專業用戶可通過平臺提供的二次開發接口，快速構建業務應用系統。

(4)應用層

應用層主要是面向平臺服務的對象——政府、企業、公眾。應用層搭建了多種電子政務應用，是電子政務系統中面向最終用戶的層面。無論是政務外網用戶，還是普通公眾用戶，都可以在應用層獲得想要的奉化市地理空間信息。

虛擬現實紅色教育不受現實條件制約，內容豐富多彩，形式靈活有趣，線上可以充實紅色教育網站資源，為學生提供自主學習和虛擬交互的新載體；線下可以融入和創新已有的活動形式，為學生課外接受紅色文化教育提供有效途徑。雖然現在虛擬現實技術尚未發展成熟，開發虛擬紅色教育資源成本較高，但高校可以充分運用校內大量設備資源，以及計算機和網絡技術人才資源，自主開發統一標準的虛擬紅色教育資源，建立高校間合作化共享機制，還可以參與社會虛擬紅色教育資源開發，使大型虛擬紅色教育資源庫的建立成為可能，節約教學成本，建立合作化教育模式。

3 技術路線和關鍵技術

數字奉化地理信息公共平臺采用基于SOA的構件化設計思想，通過詳細的需求分析，確定軟件功能構件的主要內容，并根據應用與管理對象的不同，對構件靈活組裝搭建成不同的應用子系統;軟件開發采用C#作為主要開發語言，Visual Studio 2008.NET作為開發環境;采用Esri的ArcEngine 10作為空間分析與應用功能開發的平臺，使用ArcGISServer 10來發布數據服務;使用自主研發的大數據量矢量渲染引擎;數據庫采用SDE for Oracle進行各類數據的統一存儲與管理;采用統一建模語言UML作為系統建模語言;采用Visio2007作為面向對象分析與系統建模工具。

項目建設涉及的關鍵技術有:

(1)地理信息聯動更新。地理信息數據必須注重時效性，平臺通過建立切片數據與GIS數據之間的聯系來實現數據的聯動更新。切片直接由數據庫中的數據生成。當數據庫中的數據發生變化時，切片也能得到相應的更新，為了提高地圖切片的效率，采取地圖的增量更新方式，即數據更新完成以后，自動獲取當前更新的數據范圍，判斷更新的切片范圍，調用切片模塊對更新范圍內的地圖進行重切。

(2)地理編碼和地址匹配技術。平臺將空間信息與非空間信息進行集成與融合，建立屬性數據和空間位置之間的對應關系，通過地理編碼和地址匹配技術方便用戶的查詢與檢索，為公眾提供直觀、生動的基于空間位置的服務。

(3)高效三維圖形渲染技術［5］。項目建立了大規模仿真模型的快速訪問模型的GPU圖形處理及渲染技術是國際最新、功能最強的大規模圖形處理技術，它能夠對大規模圖形數據更快、更精確的處理，使大規模圖形數據的數據處理、快速顯示成為現實;使大規模圖形數據的處理、傳輸、顯示程序的效率大大提高;從而，使以前只能在集群服務器中處理的一些計算工作轉移到網絡計算機中進行。

(4)GIS與物聯網融合技術［2］。項目搭建了若干個以物聯網技術為基礎、以地理信息為依托的智能化應用。將GIS強大的空間分析能力融入物聯網中，在自來水公司管線系統中通過利用GPRS和傳感器將管道的實時壓力和流量集成到系統中來，并能準確定位，為處理管道爆管等突發事故提供位置服務。在水庫三維防洪調度管理系統中將傳感設備反應的實時水雨情信息和電廠發電量信息集成到三維系統中，為領導應急決策提供更加科學的依據。

4 建設成果

4.1 數據成果

數據建設成果包括基準控制成果、基礎測繪成果和平臺數據集成果。

(1)基準控制成果:在奉化市政府東大院樓頂，由寧波市測繪與地理信息局建成了寧波市連續運行衛星定位系統(CORS)基準站1個。

(2)基礎測繪成果:在大比例尺地形圖方面，完成了 350 km2的 1∶500、1∶2 000地形圖測繪及數據庫建設，并建立了基礎數據庫管理系統。

(3)平臺數據集成果:制作了政務版電子地圖和公眾版電子地圖，完成了主城區和各鎮中心區范圍6萬多條地名地址采集建庫;在三維數據方面，建立了全市域數字高程模型，制作了市區 30 km2的真三維城市模型，詳細到每一棟建筑物，相對于平面表達的地圖和影像以更直觀、更形象表達出城市的真實面貌。

4.2 基礎地理信息數據庫管理系統

在地方測繪單位，地理空間數據長期存在多種坐標(寧波坐標系、西安80坐標系、WGS84坐標系等)、多種格式(CAD數據格式和空間數據格式)和多種時相數據并存的狀況，增加了數據維護和更新的難度。該系統實現了對多尺度、多時相空間數據的入庫、更新、查詢、坐標轉換、格式轉換、專題制圖和任意范圍和任意圖層輸出等功能。數據統一采用寧波坐標系存儲為Geodatabase，系統可實現常用坐標系之間的相互轉換，并可按照任意范圍或標準圖幅輸出CAD文件，既滿足了不用坐標系和不同數據格式的應用需求，而且最大限度減少了數據維護和更新工作量。

圖2 奉化市基礎地理信息數據管理系統

4.3 地理信息公共服務平臺

共享平臺采用數據管理和服務應用相分離的架構原則，對地理信息資源數據進行整合，提供網絡化共享的在線服務模式，為政府部門業務應用系統與軟件服務平臺的集成提供接口，并根據奉化市實際情況建立了政務版、公眾版和移動版3套共享服務平臺。政務版主要運行在政府外網中，為政府部門提供數據服務;公眾版就是天地圖·奉化，運行在互聯網上，為公眾提供地理位置服務;移動版是基于IPAD平板電腦開發，主要為領導提供規劃一張圖的在線地圖服務。圖3、圖4、圖5為3套公共服務平臺界面。

圖3 政務版公共服務平臺

圖4 公眾版公共服務平臺

圖5 移動版公共服務平臺

4.4 示范應用

項目采用邊建設邊推廣的模式，與平臺建設同時啟動多個示范應用建設，平臺試運行后，憑借數據的豐富和權威性、應用服務的方便快捷性，贏得了用戶的歡迎，許多單位主動要求接入到平臺中來。目前已有發改、建設、水利局等17個部門采用離線拷貝、專線接入、服務器托管、服務接入、數據交換等多種應用模式實現“數字奉化”地理空間框架建設成果的廣泛應用。圖6、圖7為示范應用系統界面。

圖6 奉化市重點項目三維管理系統

圖7 橫山水庫三維防洪調度管理系統

5 結語

數字奉化地理空間框架平臺的建設完成只是本項目的開始，建設平臺的最終目的是為了平臺能夠得到廣范圍的推廣應用。我們在平臺建設過程中努力探索適合奉化的平臺推廣應用模式，為了調動各政府部門的積極性，讓各單位主動的參與到平臺應用建設工作中來，我們采用了先建設、后共建的建設方法，即我們主動給應用單位包攬數據處理、服務發布、應用建設等工作，完成應用系統的上線使用任務。應用后期的數據維護更新和系統維護更新的工作，采用與應用單位共同建設的模式，讓他們參與到平臺建設工作中來，確保各類專題數據的現勢性，保持平臺建設工作的活躍性和持久性。

［1］ 王小軍，陳慧，劉璐等.關于數字省區地理空間框架建設的研究與思考——以海南國際旅游島數字地理空間框架為例［J］.測繪通報，2012(6):28～30.

［2］ 李維森.淺析數字城市地理空間框架建設中的創新［J］.測繪通報，2011(9):1～5.

［3］ 寧津生，何保國.“數字湖北”地理空間框架建設總體設計與實現［J］.地理空間信息，2013專刊:4～7.

［4］ 邱儒瓊，陳彩軍，羅伊.湖北省地理信息公共服務平臺的總體設計探索［J］.地理空間信息，2010，8(6):5～7.

［5］ 李成名，王繼周，馬照亭.數字城市三維地理空間基礎框架原理與方法［M］.北京:科學出版社，2008.