面向時空信息云平臺的云GIS共享服務體系

郭云嫣，劉全海，冉慧敏

(1.常州市測繪院，江蘇 常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術中心，江蘇 常州 213003)

面向時空信息云平臺的云GIS共享服務體系

郭云嫣1，2*，劉全海1，2，冉慧敏1，2

(1.常州市測繪院，江蘇 常州 213003； 2.常州市地理信息智能技術中心，江蘇 常州 213003)

針對傳統GIS共享的局限性和高門檻問題，基于云架構提出了一種新型的云GIS共享服務體系。通過分析智慧城市時空信息云平臺用戶的使用需求，設計了若干個關鍵共享技術流程，針對不同專業級別的部門和用戶，提供數據生產、服務管理和應用開發的立體化共享服務。提出的一體化云GIS共享服務體系將共享服務內容劃分為云數據采集與托管、云服務發布與管理、云應用定制與維護三部分，實現了GIS服務的按需提供、在線服務。最后，通過智慧常州時空信息云平臺項目對這一云GIS共享服務體系進行了實踐和驗證，證明該方式的有效性、先進性。

地理信息共享；云GIS；時空信息云平臺；應用定制

1 引 言

在數字城市階段，地理信息公共服務平臺是城市法定的、統一的空間信息基礎設施，已經在經濟社會發展、工業與信息化進程中發揮了重要作用[1]。而隨著科技不斷進步和應用需求快速變化，特別是云計算和物聯網技術的快速發展，對地理信息公共服務平臺提出了體驗性要好、實時性要強、移動性要大、可控性要高和自主性要多的新要求。因此，在新形勢下，國家測繪地理信息局提出了將地理信息公共平臺上升為時空信息云平臺，以適應智慧城市建設的需求，構建智慧城市統一的時空信息基礎設施。

智慧城市時空信息云平臺是通過泛在網絡、傳感設備、智能計算等新型高科技手段，實時匯集城市各種時空信息，而形成的更透徹感知、更廣泛互聯、更智能決策、更靈性服務和更安全可靠的地理信息服務平臺，是智慧城市建設的重要的空間信息基礎設施[2]。

與地理信息公共服務平臺相比，時空信息云平臺的本質屬性仍然是提供地理信息共享服務，不同的是：①其數據內容和范圍除了全覆蓋、精細化的現勢數據，還擴展了豐富的歷史地理信息，實時位置信息，精細三維、全景影像、視角三維、立體街景等多維度可視化地理信息以及智能感知設備獲取的視頻、RFID、ASCII碼、二進制等實時信息[3]；②采用云GIS技術架構[4]，實現將GIS平臺、軟件和地理空間信息方便、高效地部署到以云計算為支撐的“云”基礎設施上，以彈性的、按需獲取的方式提供基于Web的服務。

本文認為，無論是公共平臺還是時空信息云平臺，無論有多豐富的數據、采用何種先進的技術手段，若不從共享部門用戶的實際需求角度出發，設計平臺的共享服務流程，則難以降低GIS的高技術門檻，無法使廣大共享部門平滑便捷地享受到地理信息數據紅利，無法最大化創造和發揮數據價值。

2 時空信息共享需求分析

隨著科技發展，所有高技術含量產品的使用都將越來越親民化、傻瓜式，讓科技產品就像空氣和水一樣圍繞人們身邊，取用自如。而一直以來，地理信息共享服務主要都是面向GIS技術開發人員，非GIS的其他開發人員需要學習一定的專業知識才能理解和使用，這使得地理信息的價值發揮空間大大縮小。究其原因，主要是此類共享服務平臺的功能體系是從測繪地理信息提供者角度設計的，而不是從共享受眾的實際需求角度設計。

時空信息云平臺的使用部門主要分為平臺運維管理部門、強GIS應用部門、弱GIS應用部門三類，本文通過分部門、分用戶類分析了時空信息云平臺的共享需求，設計了不同應用場景下的共享技術流程，以此確定時空信息云平臺的功能框架。

2.1 運維管理部門

在數字城市階段，地理空間框架是測繪地理信息部門的責任和擔當，而進入智慧城市階段，地理空間框架具有時空特點，發展為時空信息框架，時空信息數據庫和時空信息云平臺的建設和運維也由測繪地理信息部門負責。①具有數據運維的需求。將野外測繪、數字化采集、網絡抓取等手段獲取的時空數據進行規范化處理、入庫及更新過程管理，開展數據集中管理及聯動更新，對相關數據發布為地圖服務，從而接入平臺提供共享。②具有平臺運維需求。負責平臺的日常運行維護管理，包括用戶管理、功能使用權限管理、各類共享事宜審批、系統安全管理、示范應用推廣等。

2.2 強GIS部門

指信息或數據與地理空間信息相關性較強的部門，例如國土、規劃、公安、水利等管理部門，該類部門不僅需要基礎空間數據，還需要豐富的本行業專題時空數據和來自于其他部門的共享數據，不僅需要對時空數據進行瀏覽、查詢，還需具備歷史數據回溯和時空數據分析等需求。①具有時空信息共享需求。一方面可將本部門的資源、服務或應用接入平臺提供對外共享，一方面是獲取平臺基礎空間數據和他部門共享的行業專題時空數據。②具有二次開發需求。該類部門具備特定的與其業務特征緊密結合的應用需求，具備一定的GIS研發實力，需要基于平臺二次開發接口進行針對性的GIS應用開發。

2.3 弱GIS部門

指其信息或數據與地理空間信息相關性較弱的部門，例如教育、體育、糧食等管理部門，該類部門僅需要基礎空間數據和少量行業專題時空數據，僅需實現時空數據的瀏覽、查詢和簡單分析。①具備數據生產需求。該類部門缺乏專業GIS技術和人才，更缺乏GIS數據生產平臺，需要在不購買GIS軟件平臺、無GIS技術人才的前提下，簡易、快速地采集GIS數據。②具備應用快速開發需求。由于其系統開發能力較弱，為了建立GIS應用系統，需要依托平臺快速定制功能相對簡單的專題應用系統。

各類部門下可劃分多個用戶類，包括管理員、開發技術員、普通用戶等，其詳細功能需求如表1所示。

共享需求分析 表1

3 關鍵技術流程

3.1 弱GIS部門共享技術流程

對于弱GIS部門而言，無論是進行專題制圖還是專題系統開發，均面臨缺乏專業GIS平臺及技術人員的問題，因而無法生產空間數據。因而需提供兩種解決方案，一種是可直接接受各部門常見的、已有的業務數據(如xls文件)，另一種是可在平臺地圖展示界面中提供操作便捷的GIS數據生產功能，可將此兩種方式形成的數據無縫對接專題制圖及系統定制模塊，實現一體化流程。弱GIS部門數據生產制圖流程如圖1所示：

圖1 弱GIS部門數據生產制圖流程

弱GIS部門專題應用定制流程如圖2所示：

圖2 弱GIS部門專題應用定制流程

3.2 強GIS部門共享技術流程

對于強GIS部門的共享應用而言，主要包括數據資源的上傳/下載共享、數據服務的注冊/申請共享、應用開發共享等三方面，其中前二者應用場景是較為通用的，此處不多贅述，僅介紹應用開發共享這一應用場景。

強GIS部門的應用開發按照需求復雜程度分為兩種情形：一種是基于相對簡單的數據進行通用查詢瀏覽功能的系統開發，則可采用平臺的應用定制模塊實現快速定制，該方式下的應用開發流程如圖3所示；另一種是面向較復雜、較特殊的數據或進行較復雜功能的系統開發，則基于平臺提供的二次開發接口，由相應開發技術人員進行自主系統開發，其具體應用開發流程如圖4所示。

圖3 強GIS部門二次開發流程

圖4 強GIS部門專題應用定制流程

4 云GIS共享服務體系

在互聯網+和大數據行動的技術驅動下，地理信息共享服務同樣應開展新的探索。從軟件技術手段角度看，地理信息服務方式經歷了面向文件的第一代共享服務方式和面向空間數據庫的第二代共享服務兩個階段的發展，當前正處于面向服務的地理信息共享方式的高峰期。

Goodchild等強調了地理信息共享中的兩個重要問題[5]：一是地理信息共享問題；二是GIS服務共享問題。從共享方式來看共享技術研究的發展，地理信息共享大致經過了“空間數據格式轉換―空間數據共享平臺―地理信息系統互操作-地理信息服務”幾個發展階段[6]。地理信息服務要求地理信息系統由面向數據轉變為面向服務，將地理信息系統劃分為若干個完成特定功能的服務，這些服務可以獨立存在，需要時可以任意組合，以適應地理信息系統集成的要求。

然而在智慧城市建設的背景下，基于地理信息服務的單一共享方式已逐漸暴露出其局限性，需要進一步探討基于云計算技術的時空信息云服務模式。云計算具有超大規模、虛擬化、高可靠性、通用性和高可伸縮性、按需服務、極其廉價的特征[7]。借助最新的云GIS技術構建云GIS地理信息服務平臺，可為各級政府部門企事業單位和廣大民眾提供豐富的云GIS服務[8，9，4]。

本文充分調研用戶在云環境中托管數據與應用的普遍意圖與需求，以應用為邊界，作為邏輯上的容器，托管的數據則存在于容器中，不同容器中的數據是隔離不可見的，保證應用系統的數據純潔度，充分尊重用戶對自身數據和應用的管理習慣，提出了一套新型的GIS云服務模式，如圖5所示。

圖5 GIS云服務體系

(1)云數據采集與托管

時空信息云平臺的“數據云”，支持選擇特定的時空數據作為采集依據，設定幾何類型及屬性結構、在線繪制采集、進行屬性編輯、在線提交托管或下載至本地，滿足個性化數據采集需求，使用戶擺脫傳統GIS數據處理軟件及數據庫軟件的購買需求，消除GIS專業技術門檻的阻礙。“數據云”形成了一個閉合環的結構，其時空數據內容既是平臺數據采集的依據，采集完成的數據又進而豐富和擴充其數據內容。

(2)云服務發布與管理

時空信息云平臺的“服務云”，實現托管數據基于開源云GIS平臺的服務發布，并可對已發布的服務實現靈活的服務拆分、服務聚合，實現個性化地圖服務的快速生成，使用戶擺脫傳統GIS Server服務器的購買需求和使用屏障。“服務云”實現了傳統地理信息公共服務平臺的地理信息服務共享，支持OGC和ISO共同推出的基于Web服務(XML)的空間數據互操作實現規范。

(3)云應用定制與維護

時空信息云平臺的“應用云”，是指在完成數據托管或服務發布之后，平臺提供系列功能，便于用戶對其數據進行可視化管理和應用，包括時空數據與業務數據的融合展示與查詢、時空數據操作與功能的定制、應用界面的定制等，定制完成的系統提供在線托管發布，并可實現后續數據更新等應用維護管理。其中，應用定制本質上是一種搭建式軟件開發[10]，采用了一套GIS構建倉庫，實現了一個能驅動構建倉庫運行的工作流引擎，利用改進了的工作流可視化編輯器進行可視化搭建。由工作流引擎驅動GIS構建倉庫中的構建運行，利用工作流的可視化建模實現構件的可視化復合，從而做到軟件系統的積木式搭建。通過“應用云”，可無縫集成數據托管與應用定制，將上述步驟打包成一站式服務，從而避免了對專業GIS開發技術、軟硬件基礎設施部署等的高難度需求。

筆者在智慧常州時空信息云平臺項目中對上述GIS云服務模式進行了實踐和檢驗，搭建了一套一體化云服務流程：基礎設施層(IaaS層)采用VMware虛擬化、負載均衡、服務器集群等技術實現虛擬機資源彈性伸縮；平臺服務層(PaaS層)除了操作系統、中間件等平臺軟件外，還采用開源WebGIS服務器軟件GeoServer、開源空間數據庫PostgreSQL和PostGIS等構建ESB服務總線；軟件服務層(SaaS層)提供API、控件、模版等不同級別的服務接口，即智慧城市時空信息云平臺軟件。

實踐證明，這一基于按需服務、在線提供的云服務模式，采用輕盈的全過程在線交互方式，充分實現不同專業層次用戶的易操作性，滿足了時空數據共享的“去平臺化”、“去專業化”需求，可為相關共享部門提供較為理想的時空數據共享解決方案。

5 結 語

城市級時空數據共享部門大多為缺乏專業GIS軟件平臺及技術人才的弱GIS部門，而傳統的地理信息公共服務平臺并未顧及這一需求背景，僅提供地圖服務、功能服務、二次開發接口等專業共享資源，令非專業共享部門望而卻步。本文所提出這一新型共享服務模式，將傳統的服務提供、接口提供的共享方式提升為GIS服務及軟硬件資源的動態提供，既可滿足非專業部門的無門檻使用需求，又可滿足專業部門的時空數據深層共享需求，符合智慧城市背景下的時空數據共享發展趨勢。

[1] 李成名，李兵. 從數字城市走向智慧城市[J]. 地理空間信息，2013：8～10.

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Cloud GIS Sharing and Service System of Spatialtemporal Information Cloud Platform

Guo Yunyan1，2，Liu Quanhai1，2，Ran Huimin1，2

(1.Changzhou Surveying and Mapping Institute，Changzhou 213003，China；2.Changzhou Geospatial Information Intelligence Technology Center，Changzhou 213003，China)

Considering the boundedness and barriers of traditional way of GIS sharing，the paper proposed a sharing and service system based on cloud GIS. Several key sharing technique process have been put forward to satisfied use requirements of deferent professional levels，which can provide GIS sharing services including data production，services management and application development. The contents of sharing services have been divided into three parts： cloud data acquisition and hosting，cloud service publishing and management，cloud application customization and maintenance. Finally，the sharing and service system based on cloud GIS has been applied to a project called “Spatialtemporal Information Cloud Platform of Smart Changzhou”，which proved the methods effective and progressive.

geographic information sharing；cloud GIS；spatialtemporal information cloud platform；application customization

1672-8262(2016)06-5-05

P208.2

A

2016—05—30

郭云嫣(1987—)，女，碩士，現從事空間信息共享時空數據可視化分析研究。

住房和城鄉建設部科技示范項目(S5201328)；住房和城鄉建設部科技示范項目(S5201329)； 住房和城鄉建設部軟科學研究項目(R22015171)