基于云計算的智慧唐山時空信息平臺數據庫構建

杜福光，張亞南

（唐山師范學院 資源管理系，河北 唐山063000）

近幾年，為推動城市信息化進程，更好地滿足城市運行、管理與服務的自動化、智能化需求，各地正相繼開展智慧城市建設。為及時有效地給智慧城市建設提供地理信息服務，作為智慧城市建設重要組成部分的時空信息云平臺建設已迫在眉睫。此外，國家測繪地理信息局于2012年也下發了《關于開展智慧城市時空信息云平臺建設試點工作的通知》，決定組織開展智慧城市時空信息云平臺建設試點工作。由此可見，時空信息云平臺對于加快測繪地理信息事業創新驅動與智慧城市建設具有重要意義。

智慧城市建設中，海量數據的存儲、管理與應用是一大難題。在智慧唐山建設過程中，同樣存在此問題，而時空信息云平臺作為管理海量基礎地理信息數據和各種專題信息數據的直接平臺，其數據庫構建的模式直接決定管理海量數據的效果。智慧唐山時空信息平臺數據庫構建主要從云平臺基礎地理信息數據體系、數據庫體系架構以及數據庫管理系統三方面進行探討 通過云平臺數據庫的構建與設計為智慧唐山提供數據服務，同時能夠保證數據維護更新和安全管理，實現對各類數據進行集中或分布式管理，形成有效的數據安全保障機制，根據不同的機構職責和權限分配構建整個數據體系的維護更新管理運行機制。

1 云計算與時空信息平臺

1．1 云計算

云計算（Cl oud Co mputing）是一種商業化的超大規模分布式計算技術，是信息技術發展到一定程度的產物。將所有可以利用的資源以“云”的形式進行網絡共享，所有用戶可以通過這些網絡向“云”申請獲取所需要資源與服務，經過云服務器的搜索、分析、計算后將處理結果返回給用戶［1］。

從概念上講，云計算有廣義與狹義之分。廣義的云計算是指服務的交付和使用模式，用戶通過網絡以按需、易擴展的方式獲得的IT、軟件、互聯網等相關的任何服務［2－3］。

狹義的云計算是指IT基礎設施的交付和使用模式，具體指通過網絡以按需、易擴展的方式來獲取所需要的硬件、平臺、軟件等資源，提供這些資源的網絡被稱為“云”。“云”中的資源在用戶來講是沒有限制的，可以按照自己的需求隨時獲取，隨時使用。

1．2 時空信息平臺

時空信息平臺是以直觀表達的全覆蓋精細地理信息為基礎，支撐物聯網實時感知的面向應用環境，按需提供地理信息、物聯網節點定位、功能軟件和開發接口的服務，智能化服務于整個智慧城市的建設與運行。

在智慧信息大背景下，作為智慧城市建設的基礎與核心，時空信息平臺把地理環境中的現狀、實時、多時相等信息通過云計算與物聯網進行集成、分析、管理和服務，形成一個規范、標準、統一的，能夠更智能、更廣泛、更可靠的為公眾提供服務的地理信息服務平臺，是智慧城市建設的重要空間信息基礎設施。

2 設計目標

云數據庫建設是智慧唐山時空信息云平臺數據庫構建的核心。平臺數據庫設計的目標是利用云計算技術，通過云數據庫體系建設，進一步完善唐山市基礎地理信息空間框架，結合現有各級各類基礎數據，繼續補充唐山市全域范圍內各類基礎地理信息數據

此外，云平臺數據庫建設要按照各項標準規范對數據進行必要的整合與改造，根據時空數據模型，構建唐山市時空地理信息數據庫和相關專題信息數據庫，同時建立時空信息云管理系統平臺，實現對云平臺的各種海量信息數據進行動態管理、維護和更新，同時形成數據庫的安全管理和維護更新機制，為智慧唐山提供準確的基礎地理空間位置服務、豐富的專題信息服務和實時動態按需索取的云服務，切實加強基礎保障，為后期逐步實現唐山智慧應用全面推廣打下堅實基礎。

3 時空信息云平臺數據庫設計

3．1 云數據庫總體技術路線

總體技術路線如圖1所示。在確定智慧唐山時空信息平臺數據庫的設計目標后，需進行云平臺數據庫建庫的需求分析，包括建庫的目的、要求、建庫內容、數量以及建庫數據的數據源、格式、坐標系統等具體內容；在需求分析的基礎上，確定建庫采用的技術方案與流程，同時完成軟硬件環境的搭建、網絡配置以及時空數據庫的設計；然后，在已有基礎地理信息數據基礎上，根據智慧城市時空云平臺數據庫建庫的要求與規范，對基礎地理信息數據進行重構與整合，形成以面向地理信息實體對象的政務版平臺數據，在政務版平臺數據基礎上進行脫密處理 最終形成公眾版平臺數據 這兩種數據都需要時空信息云數據庫對其進行存儲與管理，而在入庫之前也必須對數據的規范性、完整性與準確性進行入庫前檢查。對于不符合入庫標準的數據進行重新處理，對于符合標準的數據，將政務版平臺數據以及公眾版平臺數據分別導入政務版平臺數據庫以及公眾版平臺數據庫；最后對智慧唐山時空信息云平臺數據庫進行運行管理與維護。

圖1 總體技術路線

3．2 基礎地理信息數據體系建設

基礎地理信息數據是智慧城市時空信息云平臺數據庫構建中重要的組成部分 也是信息時空化、標準化處理的基礎和空間依據，是各部分系統應用正常運行的基礎，因此，構建滿足云平臺條件的基礎地理信息數據體系至關重要。結合唐山市現有的基礎地理信息數據情況，采用最新測繪、遙感及3S等技術，依據統一的技術標準和規定對全市基礎地理信息數據進行補充生產、數據擴充、添加時間屬性、重組集成及整合改造，進行基礎地理信息數據體系內容的建設。具體建設內容如表1所示。

表1 基礎地理信息數據體系建設內容

3．3 云平臺數據庫體系架構設計

智慧唐山時空信息云平臺數據庫主要包括基礎地理信息平臺數據庫和資源信息、旅游信息、規劃信息、交通信息、人口與經濟信息等專題信息數據庫［5］。

政務版平臺數據庫是在基礎地理數據基礎上經過對數據提取、重構而成，依靠部署于政務網上的云平臺提供地理信息服務［6－9］；公眾版平臺數據庫是政務版框架數據經過系列脫密處理后，添加非涉密要素以及地名數據等，依靠部署于網絡上的公眾版平臺提供在線信息服務。專題信息數據庫是收集整合唐山市各部門和單位提供的專題數據和服務建立的數據庫，可以分布式部署在各應用單位，也可以統一部署在云端便于管理。云平臺數據庫體系架構設計如圖2所示。

圖2 云平臺數據庫體系架構

各專題信息數據由各相關部門負責管理與維護，按照制定的標準通過平臺的資源共享服務中心注冊并發布數據服務來進行資源共享和交換，這樣最大程度的達到各個部門之間資源共享。對各種專業信息數據進行挖掘與分析，能夠得出某一領域或類別的應用信息，為各級政府與相關應用部門提供輔助決策［10］。

3．4 云平臺數據庫管理系統設計

時空信息云平臺數據庫系統的重點在于數據的管理，在此基礎上進行相應的系統分析與應用。因此，在基礎地理信息數據體系與云平臺數據庫體系架構設計基礎之上，建立云平臺數據庫管理系統，以實現對唐山市時空信息和綜合信息數據的用戶管理、權限設置、輸入輸出、數據交換、可視化查詢統計、數據分析、元數據管理、動態更新和安全管理等功能 保證為智慧唐山時空信息云平臺提供強大的數據支撐和服務。

云平臺數據庫管理系統的構建有助于實現唐山市云數據庫平臺的日常維護、數據更新、用戶管理、數據備份與恢復、系統日志記錄等工作，其中包括基礎地理信息數據管理子系統、數據入庫與更新子系統、數據查詢瀏覽子系統、系統維護管理子系統和元數據管理子系統等。系統主要功能設計如圖3所示。

圖3 功能結構設計

基礎地理數據管理與更新功能是指對數據庫所存儲的幾何數據與屬性數據進行管理與更新，包括各子數據庫幾何與屬性信息的更新、維護與管理，實現數據的按范圍、時間、類型以及整體的動態更新。同時，支持矢量、影像、DEM三種類型的空間數據處理。

數據入庫功能實現導入數據庫數據的正確性、規范性檢查，其中，系統支撐的數據有多重，基本包括了常見的基礎地理信息數據，如DLG、DOM、POI點以及元數據等導入到數據庫中進行管理與應用分析。

數據查詢功能是數據管理系統的基本功能，能夠實現對平臺數據庫所管理數據的查詢，包括由外接程序查詢屬性數據，由屬性數據查詢幾何數據，即幾何數據與屬性數據的雙向互查詢。

數據管理與維護功能是指對數據庫中的歷史數據進行管理，可查詢在某一時間點上的數據的歷史狀態并符號化，可以導出所查詢的歷史數據。

元數據管理功能具有提供時空信息元數據編輯、修改和元數據查詢、統計、分析、輸出等，能夠實現與其對應的時空信息數據進行同步更新。構建的部分原型系統截圖如圖4所示。

圖4 原型系統部分功能圖

4 結束語

智慧城市建設是一項系統工程，而且技術本身也在不斷發展進步，不可能一蹴而就，時空信息云平臺需按照整體規劃、分布實施的科學態度來建設。但平臺建設技術、設計要求較高，尤其是對起著基礎作用的時空信息云平臺設計尤為困難，目前本課題雖取得了一定成果，但仍存在一系列問題，如標準體系建設、安全保障體系架構等方面有待于進一步研究。

［1］ 黃依周．云計算：熱炒之后該怎樣行動［J］．中國信息化，2009（11）：56－57．

［2］ 王雪蓮．云計算理論及其應用探討［J］．數字技術與應用，2011（8）：206．

［3］ 林立云．淺談云計算［J］．科海故事博覽：科技探索，2011（8）：13．

［4］ 衛東．面向服務的山西省地理信息公共服務平臺建設［J］．地理信息世界，2012（1）：76－79．

［5］ 李衛東．基于公共數據中心的城市政府信息資源共享實證研究［J］．管理世界，2007（9）：152－153．

［6］ 董龍橋．韶關市城市地理信息共享服務平臺建設研究［J］．嘉應學院學報，2011，29（8）：76－81．

［7］ 劉江濤，彭子鳳，唐嶺軍．智慧城市空間信息平臺關鍵技術芻議［J］．測繪科學，2014，39（8）：36－38．

［8］ 黎慧斌．探索智慧城市信息服務體系［J］．測繪與空間地理信息，2014，37（7）：92－94．

［9］ 王家耀．大數據時代的智慧城市［J］．測繪科學，2014，39（5）：3－7．

［10］杜福光．地市級地理信息共享服務平臺設計—以唐山市為例［J］．測繪工程，2014，23（11）：55－57．