數字城市數據運維平臺初探

2015-03-03 02:48:22李東陽張書亮儲征偉陶亞婷

測繪通報 2015年11期

李東陽，張書亮，儲征偉，陶亞婷

數字城市數據運維平臺初探

李東陽1，張書亮2，3，儲征偉4，陶亞婷2

( 1．浙江省地理信息中心，浙江杭州310012; 2．南京師范大學虛擬地理環境教育部重點實驗室，江蘇南京210023; 3．江蘇省地理信息資源開發與利用協同創新中心，江蘇南京210023; 4．南京市測繪勘察研究院有限公司，江蘇南京210019)

The Primary Exploration of Data Operation Platform for Digital City

LI Dongyang，ZHANG Shuliang，CHU Zhengwei，TAO Yating

針對數字城市建設中普遍存在的“兩重視、兩忽視和兩匱乏”問題，提出了數據運維的概念及內容，設計和開發了數據運維平臺軟件。應用結果表明，軟件能滿足市縣獨立開展數據運維的需求，并顯著提高數據運維的效率和水平。

數字城市;地理信息公共平臺;數據運維;地理空間框架

一、引言

國家測繪地理信息局于2006年啟動了數字城市地理空間框架建設工作，截至2013年底，國內已有321個地級市開展數字城市建設，已建成190個數字城市，開發應用系統逾2500個，成果的廣泛應用有力促進了城市運行管理的科學化、精細化、信息化、協同化，并成為城市管理的重要平臺［1］。地理信息公共平臺是數字城市地理空間框架項目建設的重要內容和核心軟件系統，也是數字城市地理信息資源集成、管理、發布與共享交換的基礎性空間服務平臺。隨著國內眾多數字城市的建成并投入應用，保持地理信息公共平臺數據的現勢性與提升數據更新的效率正在成為數字城市運行維護工作的核心［2］。然而，縱觀當前的數字城市運維工作，普遍存在著“兩重視(重視地理信息公共平臺軟件能力、界面和易用性的建設;重視數字城市應用軟件和系統的運維)、兩忽視(忽視數字城市縱向數據體系的內容更新;忽視數字城市橫向數據體系的集中管理和聯動更新)和兩匱乏(區別于傳統數據庫運維和數據中心運維的思路，數字城市數據運行維護思路的匱乏;專業的數字城市數據運維技術方法與軟件的匱乏)”的問題，因此，本著推動數字城市相關成果朝縱深方向推進及保障其可持續發展的目標出發，突破傳統“平臺建設”與“平臺運維”的思維局限，探討和研究數字城市數據運維相關的概念、內容、關鍵技術及應用系統，則顯得迫切且意義重大。

二、數字城市“數據運維”的概念及內容體系

1．地理空間框架的數據及其相互關系

數字城市地理空間框架項目主要包含3大類數據:基礎地理信息數據、面向服務的產品數據、目錄及專題數據［3-4］，3類數據的內容體系及其相互間的關系如圖1所示。其中，地理實體數據是在數字線劃圖( DLG)基礎上經過面向對象的數據重組和模型重構形成的，可掛接社會經濟和自然信息的數據;影像數據是在數字正射影像( DOM)基礎上通過影像的拼接、勻色、反差、重影和鑲嵌等處理，以及影像金字塔構建形成的數據;地圖數據包括對基礎地理信息數據經過符號化處理和圖面整飾后形成的地圖，以及在此基礎上經提取、重組和擴充形成的政務電子地圖和公眾電子地圖，政務電子地圖整合了政府關注的社會經濟信息，公眾電子地圖增加了公眾興趣信息，并經過保密技術處理;地名地址數據是通過對山脈、山峰、河流、湖泊等自然地名和行政區域、街巷、小區、門(樓)址等人文地名進行規范化處理，建立其與空間位置之間的一一對應關系形成的數據;三維景觀數據是將影像數據、數字高程模型( DEM)和地名地址數據進行集成，擴充各類政府或企業、公眾的興趣信息形成的數據。

地理空間框架中的數據類型多樣、內容豐富，但由于應用目的、表達形式和處理流程的差異，數據間的組織與管理方法有著較大的不同。此外，以地理信息服務為核心、面向3類用戶、制作3版數據、基于3種網絡、提供3套應用系統的地理信息公共平臺建設模式［5］，也使得框架中數據間的關系更加復雜。傳統的各自進行數據管理，且在不同時間構建的基礎地理信息系統、電子地圖配圖與管理系統、地名/地址管理系統等，在面對數字城市地理空間框架數據統一管理和聯動更新的新需求下，面臨著技術、方法和支撐軟件匱乏的種種問題。

圖1 空間框架數據內容及其關系

2．數據運維的概念及內容體系

區別于傳統的軟件系統運維及數據庫運維概念，數字城市的數據運維以基礎地理信息數據、地理實體數據、影像數據、地圖數據(政務電子地圖、公眾電子地圖)、地名地址數據、專題地理信息數據等框架數據資源體系中各種類型數據的更新為基礎，以提高數據更新效率和質量為目標，通過數據集中管理及聯動更新的關鍵技術方法，重點實現數據變化發現、數據庫變更和數據服務更新的一體化、自動化流程。數字城市數據運維工作的開展，將改善現行采用已有專業系統分別維護各類數據造成的系統之間信息不對稱、孤島現象明顯和數據聯動更新困難等弊端，從而為數字城市可持續發展提供強勁動力。

基于此，數字城市數據運維工作的內容體系如圖2所示，它主要由實施邏輯集成的數據管理、數據聯動更新環境、統一地理信息服務管理、數據運維平臺和數據運維保障制度5部分內容組成。

1)實施邏輯集成的數據管理策略。將空間框架中的數據統一集中管理起來，改善以往不同類型數據分散管理的弊端。這并非完全替代傳統數據管理系統的職能，而是通過統一管理手段實施邏輯上不同應用及數據庫間的集成，保證在任意時刻都能了解和查看不同數據的現勢性版本，從而為數據運維工作奠定基礎。

圖2 數據運維內容體系

2)建立數據聯動更新環境。以往的數據更新受數據自身生產工藝流程和獲取頻度的影響，在不同的應用環境中獨立進行，而通過構建數據聯動更新環境，將改變具有聯動關系數據更新效率低且時效性差的問題。數據的聯動更新也不是簡單集成以往的各種數據更新方法，而是在共享不同數據更新系統中更新數據集的基礎上，維護數據變更元素(更新要素、更新區域、更新數據目錄及元數據)之間的關系，規范數據變更流程，推動數據變更工作的科學開展。

3)構建統一的地理信息服務管理體系。地理信息公共服務平臺最大的技術特點就是以地理信息服務為核心進行構建和應用，數據籍由服務對外發布和共享，數據的更新推動服務更新。因此，構建統一的地理信服務管理體系，管理服務的發布、發現、啟動/停止，是數據運維工作重要的一個環節。在平臺服務體系中，WMS/WMTS和WFS/WFS-G是面向瓦片數據資源和矢量數據資源的兩類具有代表性的服務形式，如何在不影響服務正常運行和應用的情況下，實現數據局部變更驅動的服務更新，是數據運維中服務管理的核心之所在。

4)開發數據運維平臺軟件。數據運維平臺軟件以數據統一管理為基礎，以數據更新的相關關鍵技術為支撐，是數據運維管理工作的支撐性工具軟件，也是空間框架數據管理系統(簡稱庫管系統)概念及能力的提升。

5)制定科學的數據運維保障制度。數據運維涉及不同標準、不同形式、不同更新頻度數據的管理與集成，這就需要建立科學有效的運維保障制度，規范運維工作合理、可持續的開展。具體需要在包括數據標準、建庫標準、更新數據規范、更新數據技術規程的基礎上，制定能保障軟件長期運行、數據現勢性強、人員職責明確的運維制度。

三、數據運維平臺的設計與實現

1．數據運維平臺的設計

數字城市數據運維平臺并非是要完全替代現有的面向框架中不同數據的多個應用管理系統，更不是對各個數據源另起爐灶的集中拷貝，而是一個可連接多數據源，以數據更新為主線匯集數據的平臺。平臺實時監控各數據源的數據變更，記錄變化要素，推送各關聯服務及數據的更新提示，并完成其局部更新。平臺的設計框架如圖3所示。

圖3 數據運維平臺設計框架

數據運維平臺框架主要由支撐層、數據層、業務層及應用層4部分組成。支撐層主要包括軟硬件、網絡及運維保障制度等支撐環境;數據層主要由基礎地理信息數據庫、公共地理框架數據庫、目錄與元數據庫、專題數據庫及更新數據庫組成;業務層主要由框架數據管理、更新數據管理及服務管理組成;應用層主要包括基礎地理信息數據運維管理、電子地圖運維管理、地名/地址數據運維管理及地理實體數據運維管理。

2．數據運維平臺的軟件實現

以Esri ArcGIS 10．1為GIS開發平臺，基于Oracle11g，在．NET環境下，筆者所在的課題組研制了數字城市數據運維平臺軟件，如圖4所示，面向地理空間框架中的各類地理信息資源，提供數據/服務的管理與更新等功能。

圖4 軟件界面

1)基礎地理信息數據的管理與更新。在數據標準的支撐下，平臺支持基礎地理信息數據按區域級或要素級方式進行更新，用戶可根據各自需求選擇使用。區域級更新方法簡單，易操作，但容易造成地理語義上沒有發生變化的數據也被修改，造成了大量的數據冗余，同時追蹤地物變得較為困難。要素級更新過程及實現方法復雜，但以要素為更新單位，可改善區域級更新造成的數據冗余等問題，并可較為便捷地形成多時相數據集，保存要素的完整版本。

2)電子地圖的管理與更新。當基礎地理信息數據或地名/地址數據發生變化時，軟件會驅動產生電子地圖的瓦片更新任務，檢測出指定時間范圍內變化的要素，形成區域范圍，并自動更新變化區域內的地圖瓦片。此方法不僅避免了每次更新重新切片的問題，而且解決了瓦片數據應用中的歷史追溯與推演問題，其優勢在于在數據更新時無須維護每個瓦片的生命周期，只需要調整檢測事件對應的變化要素，即可動態產生瓦片。

3)地理實體數據的管理與更新。系統可利用權威部門提供的地理實體輔助信息，通過地名匹配或人工選取的方式，依據不同類型要素間統一的圖形編碼方式，即圖形身份證，建立實體輔助信息與相應基礎地理信息要素間的映射，自動/半自動生成圖元及地理實體的數據及相關編碼。在此過程中，圖形身份證技術保證了基礎地理信息數據、圖元數據及地理實體數據間的一致性，同時也使得不同數據間的聯動成為可能。當基礎數據發生變化時，驅動著與之關聯的圖元及地理實體，從而保障了地理實體數據的現勢性。

4)地名/地址數據的管理與更新。軟件實現了標準地名/地址庫的管理、地址匹配及地名/地址采集數據的更新等功能，通過中文分詞技術，將地名地址數據進行語義拆分，借助從各類地理信息資源中篩選的領域特征詞庫，采用全文檢索工具Lucene實現地名地址信息索引的構建與維護，并根據文本相關性和地理語義相關性的綜合評價指標對結果進行排序，實現地名地址檢索。基于中文分詞和Lucene的地名地址索引技術，顧及了地理語義，融合主流信息檢索技術，具有準確、高效等特點。此外，當稅務、教育等各行業非空間數據在包含地址信息的前提下，即可利用地址匹配技術完成空間化，與地理實體、專題數據對接，進一步豐富地理空間框架數據庫。

數字城市數據運維平臺軟件實現了框架數據集成、數據聯動更新、地理信息服務統一管理等功能，通過在部分市縣的應用，平臺能滿足市縣數字城市項目管理人員獨立開展數據運維的需求，極大地提高了數據運維的效率和質量，提升了數字城市的應用和服務水平。