基于云計算的移動地理信息系統的設計研究

基于云計算的移動地理信息系統的設計研究

【DOI】10.13616/j.cnki.gcjsysj.2016.12.183

1 引言

移動地理信息系統是GIS、移動通信、GPRS和多媒體等技術的融合下形成的一種系統，其運行在移動計算的環境下，在無線網絡的支持下，將系統中的信息和數據進行傳輸。“互聯網+”時代，移動GIS系統得到穩定的發展和進步，在云計算技術的支持下，移動GIS用戶能獲得更多計算力和對海量數據處理的能力。基于這樣的狀況，在本次研究中，從云計算的角度，對移動地理信息系統的構建進行研究，旨在推動移動地理信息化系統的建設。

2 云計算和相關系統簡介

2.1 云計算簡介

在云計算的定義中，“云”是指所有的網絡、互聯網以及所使用的計算機。具有以下特點：（1）存儲能力強，當前，在國際上一些大型的科技公司中，往往會有幾十萬云服務器，谷歌公司云服務器的數量甚至超過了100萬臺，就算一些小型的科技企業也會有成百上千臺云服務器，這就使得云具有相當大的存儲能力；（2）虛擬程度高，在云計算系統中，大部分的功能都是在虛擬的情況下來完成的；（3）具有較強的擴展能力，在當前的社會中，計算機技術飛速發展，社會各行各業都對其進行了廣泛的應用，在這種情況下，網絡中就會產生出大量的信息數據，這些信息數據都可以成為云計算中的資源，這就體現出了云計算具有很強的擴展能力[1]。

2.2 云計算和GIS融合的優勢

云計算技術為地理信息系統帶來了以下幾個方面的好處：（1）降低了對GIS終端用戶的要求，終端用戶在實際使用的過程中，只需要1臺終端設備就能完成以往較復雜的操作；云計算平臺降低了系統開發人員的工作量，空間數據的分析、處理和更新轉換方面的工作，均由云計算的系統和平臺來完成，省去系統開發人員進行算法的優化，對復雜結構進行并行計算等；（2）具有較高的利用率，基于云計算在實際使用中，能從整體上進行統籌和分配，有效杜絕了各項資源的浪費；（3）提升了信息和數據的安全性，由于云計算的移動GIS空間數據采集含使用存儲與備份的形式，這樣能有效的提升數據與信息的安全性；（4）降低了網絡上的負擔[2]。

2.3 Hadoop的云計算系統

Hadoop的核心設計理念是將Map Reduce與HDFS相結合，使其具有更全面的性能。Map Reduce主要是利用大規模數據集并行運算的一種軟件框架，而HDFS屬于Hadoop分布式下的一種文件系統，其主要為分布式計算中存儲提供底層支持，為系統的運行提供更大的存貯和運行的空間。Hadoop平臺的最大特點是實現了計算取向存儲的理念，能為終端用戶節省海量信息和數據在網絡傳輸過程中對時間的開銷，進而有效地提高系統對信息處理的效率[3]。

3 Hadoop平臺下GIS系統的構建探究

3.1 移動地理信息系統服務流程

云計算的移動GIS平臺和以往平臺的工作流程類似，將用戶在移動終端對信息進行發送時為其提供相應的服務，并通過無線通信網絡平臺，傳送到服務器的終端，服務器終端對相應的信息進行處理之后，再通過無線網絡推送到用戶為其提供針對性的信息服務。與以往的信息處理相比，Hadoop平臺下的地理信息系統存在的差異性主要體現在以下2個方面：（1）在預設處理收集數據階段，能將海量的信息和數據進行篩選，在歸類之后分別保存到分布式的存儲系統中；（2）設立主控節點區域中，負責啟動、跟蹤與調度方面，計算和存儲的各個模塊的執行狀況不同，如圖1所示。

圖1 Hadoop平臺下GIS系統的構建流程圖

在執行特定的信息處理任務的過程中，由任務主要節點中的Master接收的通過無線信息網絡傳遞的用戶服務請求并能積極的創建從屬任務，在驗證用戶行訪問的信息后，將相應的信息轉交到部署在云計算平臺上的數據庫中，在經過對信息數據的深度挖掘后，將處理后的信息和數據反饋到Master中，再由Master通過無線網絡提交給用戶，為其提供信息服務。在實際的操作中，主要的流程為：（1）終端用戶通過移動終端設備，提出相應的地理信息服務的請求，通過無線網絡將這些請求的信息上傳到Hadoop上；（2）服務器端主控節點區Master Area接收到服務請求后，先向用戶數據庫提交用戶信息進行權限的驗證，在通過驗證之后，向地理信息的數據庫與地理數據庫等申請所需要的數據和文件，并將相應的信息和請求發送到數據各個原始數據所在的存儲節點上；（3）在各個節點對相應的數據和信息處理之后，經過匯總將信息提交到Master Area，將信息通過無線通信網絡提交給用戶。這樣的流程為終端用戶提供了最佳的信息服務，實現了對海量數據簡單處理的目的。

3.2 系統的研發

在系統功能方面，在云計算技術支持下的移動的GIS系統主要包含資源管理器、用戶管理以及任務管理3大模塊。其中，資源管理模塊主要是使外部能夠相對均勻的來使用云資源中的各個節點，并定期對節點中存在的故障繼續檢測和屏蔽，同時還能對信息與數據使用的狀況進行分析和更新；任務管理模塊主要負責對用戶提交的各種任務請求予以合理的處理和提交，如開展用戶任務的部署管理、發送信息執行命令以及任務調配的工作等。在用戶管理模塊中，主要對用戶基本信息進行管理，在完成用戶對登陸和信息使用權限之后，對設置的內容進行管理。在該體系中，主要有3種類型的用戶，即普通用戶、系統開發人員和系統管理人員。

系統包含了移動終端、服務器端以及無線通信網絡等，其中移動終端包含現今廣泛使用的電子設備，通過終端用戶的互接口對信息進行接收和發送的服務。無線通信網絡中不僅包含機構建立的專用網絡，同時也包含了網絡運營商家所提供的公用網絡，服務器存貯與管理的地理數據和信息數據庫，并進行與用戶相關的服務處理，將服務器放置在Hadoop上，能完成對所有地理信息系統中涉及到的信息和數據進行處理和管理[4]。

4 試驗結果與分析

為了檢驗云計算技術應用在移動地理信息系統中的有效性和實用性，展開相應的試驗，對該系統的構建以及后續的完善工作具有重要的意義。在此次試驗中，試驗數據群選取不同大小，分別為：5M、10M、20M以及50M，在以上4組地圖數據中，選擇同樣的計算機硬件環境，Hadoop的云計算平臺主要由7臺寶德PR2310N的服務器所組成，其中的2臺服務器分別作為主控的節點區，剩余的5臺服務器中的1臺作為用戶信息和數據庫，其余4臺作為地理信息數據庫和地圖數據庫，移動端使用的是4臺相同iPhone手機，選用無線網絡進行連接。試驗的地點選在無線網絡通信較好不同的4個地點，由4組試驗人員分別對傳統的GIS系統和云計算GIS系統使用接收設備輪輪流在幾個不同的地點申請相應的地理信息服務，并對實時網絡反應的時間和信息傳遞信息的時間進行記錄。為了使此次研究得到結論的更加準確，4組試驗數據在除去差別較大的數據信息后，對平均信息和數據進行計算，并得出平均的數值，如表1所示。

表1 兩組系統實驗信息收發的反應時間 s

通過表1可知，在4組相同試驗數據群、相同電子移動終端和無線移動通信的環境下，云計算的GIS系統在不同試驗數據群的環境下，在對地理信息進行查詢所使用的時間與傳統的GIS系統要短，這說明了在云計算技術的支持下，開發和構建的GIS系統在實際應用中，能有效地降低用戶所花費的時間，提高了對地理信息查詢的工作效率。

5 結語

技術的發展和升級，為社會的進步提供了重要保障，也為人們創造了優質的生活環境。通過本文的論述得知，云計算對海量數據具有較強的處理能力，其規模較大，將其應用到Hadoop中，能提升對信息處理的工作效率。為了更明確Hadoop云平臺在移動地理信息系統中的作用，在此次研究中展開了相應的實驗，實驗結果表明，在云計算技術的支持下，開發和構建的GIS系統在實際應用中，能有效地降低用戶所花費的時間，提高了對地理信息查詢的工作效率，望本文的研究結果能為移動地理信息系統的發展起到推動作用。

【1】鄭敏輝，林良彬，丁華祥，等.移動地理信息服務動態巡查系統設計與實現[J].測繪地理信息，2015(2):77-79.

【2】惠亞娟.基于云計算的移動護理信息系統設計[J].電子技術與軟件工程，2015(12):263-264.

【3】聶鑫路.基于云GIS的城市軌道交通控制保護區管理系統[J].都市快軌交通，2013(4):112-115.

【4】劉仲剛，陳輝，黃章羽，等.云技術在水利地理信息服務平臺建設中的應用[J].水利信息化，2014(2):15-19.

Design and Research of Mobile Geographic Information System Based on Cloud Computing

陳文軍
（江蘇省測繪資料檔案館，南京210013）

CHEN Wen-jun
（Jiangsu Province Surveying and Mapping Data Archives，Nanjing 210013，China）

在地理信息系統中，數據往往是海量的，實際使用時存在存儲和傳輸效率低下的狀況，這嚴重影響地理信息系統效能的發揮。將Hadoop云計算應用到地理信息系統中，對其長遠發展具有重大的意義。在此次研究中，從云計算及其相關系統的角度，對Hadoop平臺下GIS系統的構建和研發進行探究，并對系統融合使用后的效果進行評估和檢測，望此研究能為移動地理信息系統的構建起到促進作用，進而更好地服務政府與社會，促進經濟建設的發展。

In the geographic information system, data is often massive, the actual use of the storage and transmission efficiency is low, whichseriously affect the efficiency of the geographical information system to play. The application of Hadoop cloud computing to the geographicinformation system is a great significance to its long-term development. In this study, from the introduction of cloud computing and related systempoint of view, to probe the GIS system under Hadoop platform construction and development, and evaluation and detection of system integrationusing the effect of the hope to construct a mobile geographic information system to promote the role of the government and social services to betterpromote the development of economic construction.

云計算;計算機技術；地理信息系統

cloud computing;computer technology;geographic information system

P208;TP3

B

1007-9467（2016）12-0198-03

2016-11-02

陳文軍（1981～），男，湖北天門人，工程師，從事GIS數據生產、管理以及GIS系統設計研究。