SuperMap平臺下綜合地理信息保障云服務系統建設

顧華奇，梅承華，廖明偉

(1. 江西省測繪地理信息工程技術研究中心，江西 南昌 330209； 2. 江西省基礎地理信息中心，江西 南昌 330209； 3. 南昌市測繪勘察研究院，江西 南昌 330038)

近些年來，我國各類突發公共事件與自然災害頻繁發生，據統計，江西省平均每年因災害造成的直接經濟損失高達80～120億元，占全省GDP的5%～8%;突發公共事件給人民生命和財產帶來重大損失，嚴重影響江西省的國民經濟全面協調可持續發展,為了提高自然災害綜合防御能力和對各類突發公共事件的快速處理能力，建設江西省綜合地理信息保障服務系統勢在必行。依托地理信息公共平臺支撐系統和綜合數據庫建立江西省主要職能部門聯合執法服務系統及公安、農業、林業、水利、交通、環保、國土、商務等部門的專題服務系統，提升自然災害綜合防御能力和對各類突發公共事件的快速處理能力顯得十分必要。

1 系統總體設計

1.1 系統目標設計

本系統以江西省地理信息公共服務平臺為依托，利用云計算技術實現對江西省突發事件和自然災害的智能預警、快速處置突發事件等服務，為實時預測事故、消除隱患、分析形勢和及時決策提供服務。

1.2 系統總體架構設計

本系統依托跨平臺GIS內核的云GIS應用服務器SuperMapiServer 8C搭建而成，把握“以地理信息為中心”原則，整合和廣泛關聯各種保障服務業務數據及在線信息，建立多時相、高精度、高時空分辨率、多層次的江西省綜合保障地理信息數據庫，具有二三維一體化的服務發布、管理與聚合功能，開發多層次的保障服務功能，采用面向服務的地理信息共享方式，在SuperMapiServer 8C[3]的基礎上構建基于SOA[4]的綜合地理信息保障服務專有云系統，實現江西省綜合地理信息保障服務系統中的數據采集、維護、發布、查詢、展現、統計、分析、應急指揮等功能。整個系統邏輯架構主要包括4個層次：數據資源層、基礎設施層、GIS平臺層及門戶應用層，如圖1所示。

圖1 系統總體架構

1.3 系統數據資源構架

數據資源主要是1∶10 000、1∶5000、1∶2000、1∶1000、1∶500基礎地理數據及公安、農業、林業、水利、交通、環保、國土、商務、地震、衛生、氣象等部門的國情普查及相關的專題數據，在這些已建成的基礎地理空間數據庫基礎上，通過數據擴充，添加時間屬性及數據重組實現從基礎地理信息數據到時空信息數據的升級。完善基礎地理空間庫和專題業務庫，建立具有時空特征的數據資源體系，包括數據歷史版本等信息。數據資源總體架構如圖2所示。

圖2 數據資源總體架構

1.4 系統基礎設施層設計

本系統的云架構GIS平臺層是整個系統的核心部分，是所有用戶訪問資源的平臺，對整個系統的建設和日常運行至關重要。如圖3所示，它依托于底層IT基礎設施，對外提供穩定的GIS平臺能力。基礎設施層設計包括以下內容：

圖3 云架構GIS平臺

1.4.1 計算池規劃設計

(1) 將現有的刀片服務器進行底層虛擬化，建立數據中心，其中一臺機器規劃創建6臺虛擬機，滿足管理端的計算需求。

(2) 另外兩臺物理機進行虛擬化，建立標準的GIS服務器資源池。

(3) 后期根據需要對計算性能需求的差異化，建設高并發資源池、高計算資源池以及應用資源池。

1.4.2 網絡架構設計

網絡條件依托于現有環境，主要是與網絡相關的網絡設備，根據服務器的配置，每臺主機配置4～6塊千兆網卡，每塊兩個網口。

1.5 綜合地理信息保障服務系統技術架構設計

GIS平臺層采用先進的云計算架構支撐整個系統的用戶訪問。通過VMWare虛擬化解決方案構建整個平臺硬件設施虛擬化資源池，采用vCloud Director搭建云計算資源調度和管理基礎設施，在此基礎IT架構下，部署SuperMap云管理系統軟件，實現GIS計算資源接受云環境的調度和管理。

1.6 綜合地理信息保障服務能力設計

綜合地理信息保障服務系統平臺能夠生動、直觀、多維地反映利用文字、數字、圖表無法準確表達的地圖信息，系統中的資源、環境、人口、地質災害等專題信息服務與基礎地理信息結合，有利于及時預測、預防災情，能夠顯著提高災情應急響應速度、處置能力和災后恢復重建能力。系統提供的服務包括：二維/三維地圖服務、要素服務、GIS功能服務、路徑分析服務[5]、影像服務、目錄服務、資源服務以及其他OGC服務等，具體如圖4所示。

圖4 GIS平臺服務類型

系統提供的這些綜合地理信息保障服務基于后臺SuperMap GIS資源，建立相應的對應關系，當后臺資源更新時，服務能夠自動更新，并且提供統一的調用接口。

1.7 綜合地理信息保障服務系統運維管理設計

云端運維管理系統通過整合GIS平臺管理功能和底層云計算基礎設施調度功能，實現對系統的資源監控、資源管理、身份認證等功能。平臺即可以按需提供GIS站點，而站點所消耗的硬件資源可以自動依據前段用戶訪問情況進行彈性調整。

1.8 綜合地理信息保障服務系統門戶應用層設計

門戶應用層是在GIS平臺層基礎上搭建的成熟的SaaS應用以及對綜合地理信息保障服務業務應用系統整合、支撐的架構層，是本系統資源匯集與共享協同的中心，基于云計算技術的GIS門戶平臺，實現了對地圖、服務、應用、數據等各種綜合地理信息保障服務資源的整合和統一管理，提供多種方式快速對目標資源進行定位、應急保障服務，利用整合的資源進行協同創作與分享。通過與 SuperMap iServer的組合，實現虛擬化平臺下的分發、部署、遷移和管理，可以協助快速開發江西省綜合地理信息保障服務系統云門戶，其詳細設計架構如圖所示。

圖5 系統功能結構

1.9 江西省綜合地理信息保障服務系統云門戶詳細功能

1.9.1 江西省綜合地理信息保障信息維護管理

基本信息包括：江西省整體概況，包括概況視頻、人口信息、社會綜合管理相關信息等其他信息[6]、江西省鄱陽湖區域重大權屬爭議、江西省鄱陽湖區域曾發案(事)件、江西省鄱陽湖區域當前存在隱患地理位置、分布、內容等數據。

1.9.2 綜合管理功能

該模塊主要是為加強江西省主要職能部門執法能力建設，建立健全聯合執法機制，提高社會管理科學化水平的客觀要求。對公安、農業、林業、水利、交通、環保、國土、商務、地震、衛生、氣象等各類信息進行分類管理并在電子地圖上進行區域定位，用戶查看其地理位置以及詳細的業務信息，已經采取的相關應急保障措施。

1.9.3 實時監控功能

鄱陽湖區域水位與面積的動態監控如圖6所示。

圖6 鄱陽湖區域水位與面積的動態監控

1.9.4 實時GPS動態監測

GPS動態監測如圖7所示。

圖7 GPS動態監測

1.9.5 應急指揮決策模塊

(1) 突發事件監控調度。為了快速響應解決突發事件，快速抵達事發現場，系統還提供分析調度的功能(如圖8所示)。

(2) 環境監測快速響應。主要是針對水污染監測，并做出快速響應。如某區域發生船只油污泄露，可根據泄露規模，以該區域為中心建立水域污染緩沖區，以供相關部門快速處理。

圖8 突發事件調度

(3) 環保專題圖顯示。系統能夠疊加環保專題圖件，如等值線、面圖，柱狀專題圖或等級專題圖等，同時對歷年某事件或多事件，按地區進行專題統計分析，主要是柱狀專題圖或等級專題圖。

(4) 環保事件態勢跟蹤。可以從時間維度上描述整個環保事件的發生、變化和影響，操作者可以干預展播的進度、播放狀態(開始、暫停、停止)和展播內容的開關，展播內容主要是該事件的媒體文件，如視頻、文本和圖片。

(5) 應急指揮地圖快速打印。實現對當前視窗范圍內地圖的打印，設置好相應的打印標題和子標題，即可將應急人員制定好的應急決策地圖打印出來。

(6) 用戶管理模塊。用戶管理主要包括角色管理和權限管理，如圖9所示。

圖9 用戶管理

2 系統關鍵技術

系統采用基于跨平臺、二三維一體化、云端一體化三大技術體系的SuperMap GIS 8C地理信息平臺進行開發,提升江西省綜合地理信息保障服務系統的服務能力; 基于SuperMap GIS 8C豐富的PC端、Web端、移動端產品與開發包，開發強云富端、互聯互享、安全穩定、靈活可靠的多種跨平臺的客戶端以對接云GIS服務平臺；運用三維仿真技術、多媒體技術等高新技術手段，構建更加絢麗和實用的真三維應用。

B/S端采用SuperMap iClient for HTML5開發,C/S端采用Visual Studio2015和iDesktop 8C進行插件式開發,移動端 采用HTML+CSS+avaScript技術開發。

2.1 虛擬化技術

虛擬化技術是實現云架構平臺的關鍵技術之一。服務器虛擬化技術可以將物理資源等底層架構進行抽象，使得設備的差異和兼容性對上層應用透明，從而允許云對底層千差萬別的資源進行統一管理。

2.2 面向服務架構技術

面向服務架構是一種IT架構設計模式，通過這種設計，用戶可以快速創建適合自己的商業應用，并通過流程管理技術來加速業務的處理，促進業務的創新。面向服務架構還可以為用戶屏蔽掉運行平臺及數據來源上的差異，從而使得IT系統能夠以一種統一的方式提供服務。

2.3 標準OGC服務支持

系統提供標準OGC服務，OGC定義了幾種服務類型，致力于服務不同類型的數據和地圖，在搭建應用系統中，常用的幾種類型OGC服務有：Web Map Service(WMS)，服務于地圖圖像的圖層集合；Web Map Tile Service(WMTS)，服務于緩存地圖切片的地圖圖層；Web Feature Service(WFS)，服務于矢量要素的數據；Web Coverage Service(WCS)，服務于柵格數據；Web Processing Service(WPS)，服務于地理空間處理。

2.4 GIS服務彈性調整

基于網狀集群結構管理GIS 服務，是實現云架構下GIS服務彈性調整的關鍵技術，結構如圖10所示。

圖10 GIS服務彈性調整結構

用戶請求發送到Web Server(Adapter)，Web Server根據Cluster中各個GIS Server的運行狀態，動態的分發請求，接收請求消息的GIS Server機器完成相應的處理任務。當Web Server或所有的GIS Server都處于繁忙狀態時，平臺自動管理系統會開啟新的虛擬機，加載預定義的模板鏡像，增加新的節點，以響應當前的用戶請求，提升處理能力。隨著訪問用戶數下降，更多的GIS Server服務器處于閑置狀態，平臺自動管理系統根據設定的資源回收機制，動態關閉虛擬機，釋放資源，減少能耗。

2.5 金字塔圖片服務引擎與GIS功能服務引擎一體化集成與聯動[8]

運用多級智能緩存技術研發金字塔圖片引擎，實現金字塔圖片服務引擎與GIS功能服務一體化集成與聯動，有效解決圖片服務引擎無法進行深度GIS功能分析的難題。

3 結 語

本文就江西省綜合地理信息保障服務系統基于全新架構的新一代云端一體化架構設計，創新平臺服務架構，構建地理空間信息服務總線，提出多層次、多級別的服務模式。系統基于跨平臺、二三維一體化、云端一體化三大技術體系，提供功能強大的云GIS門戶平臺、GIS應用服務器與GIS分發服務器，以及豐富的PC端、Web端、移動端產品與開發包，強云富端、互聯互享、安全穩定、靈活可靠的GIS系統，研發了地理編碼與匹配技術，形成一個統一的、標準的、復合的、多源的空間信息服務體系，為社會管理提供綜合地理信息保障服務平臺。

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