基于OSGIS的CDGS適宜性評價信息服務(wù)系統(tǒng)研發(fā)

崔芳姿，范振林，李旭峰,2，金曉琳,2

（1.中國地質(zhì)調(diào)查局二氧化碳地質(zhì)儲存重點實驗室，河北 保定 071051；2.中國地質(zhì)調(diào)查局水文地質(zhì)環(huán)境地質(zhì)調(diào)查中心，河北 保定 071051）

采用適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)模式的B/S技術(shù)架構(gòu)，基于開源地理信息服務(wù)平臺，結(jié)合CO2地質(zhì)存儲適宜性評價專題成果數(shù)據(jù)，建立評價成果標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)全國區(qū)域、沉積盆地的適宜性評價數(shù)據(jù)管理分析和展示服務(wù)，為地方政府和碳排放企業(yè)提供全面的CO2地質(zhì)存儲適宜性評價信息[1-5]。

國外CO2地質(zhì)儲存系統(tǒng)基本采用ArcGIS或MapInfo地理信息系統(tǒng)平臺[6-10]，數(shù)據(jù)包括CO2排放源、潛在的含水層儲存地、潛在的含水層注射點、油氣領(lǐng)域的地點、油氣領(lǐng)域的注射點、煤田、潛在煤田注射點、現(xiàn)有管道、自然產(chǎn)生的CO2排放源等。信息服務(wù)系統(tǒng)建設(shè)采用開發(fā)專用軟件方式，功能主要包括數(shù)據(jù)輸入和管理、數(shù)據(jù)分析應(yīng)用與決策支持、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)發(fā)布三方面。

我國地學(xué)領(lǐng)域積累了自六十年代以來海量的地質(zhì)與礦產(chǎn)資源科學(xué)數(shù)據(jù)，據(jù)不完全統(tǒng)計，全國性數(shù)據(jù)資源量達(dá)到近100多TB，還有大量各種調(diào)查、勘查、勘探成果資料和研究成果資料，數(shù)據(jù)積累已成規(guī)模。中國的一些企業(yè)和科研院所與國際有關(guān)機構(gòu)合作，早在20世紀(jì)90年代就開展了CO2地質(zhì)儲存信息服務(wù)系統(tǒng)方面的應(yīng)用研究工作[11-16]。

CO2地質(zhì)儲存適宜性評價是CO2地質(zhì)儲存眾多基礎(chǔ)理論和關(guān)鍵技術(shù)研究中重要研究內(nèi)容之一，其評價結(jié)果將為政府、企業(yè)是否采用CO2地質(zhì)儲存技術(shù)減排CO2提供地學(xué)決策依據(jù)，其評價結(jié)果的真實性與客觀性將直接影響CO2地質(zhì)儲存工程的成功實施。因此，非常有必要開展CO2地質(zhì)儲存信息服務(wù)系統(tǒng)方面的應(yīng)用研究工作。

1 系統(tǒng)總體框架設(shè)計

中國及毗鄰海域CO2地質(zhì)儲存適宜性評價信息服務(wù)系統(tǒng)利用CO2地質(zhì)存儲適宜性評價專題成果數(shù)據(jù)及評價成果標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)全國CO2地質(zhì)存儲適宜性評價成果、沉積盆地的適宜性評價數(shù)據(jù)的管理和集中展示。系統(tǒng)主要功能包括基礎(chǔ)地圖操作、專題分類導(dǎo)航、空間定位展示、專題評價信息展示、專題圖展示等。系統(tǒng)采用B/S技術(shù)，基于WebGIS技術(shù)及SOA服務(wù)架構(gòu)構(gòu)建。系統(tǒng)的核心邏輯結(jié)構(gòu)可分為數(shù)據(jù)層、支撐層、應(yīng)用層、用戶層等四層，此外還包括安全保障體系、維護(hù)支撐體系、評價成果數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系外圍支持體系。總體架構(gòu)如圖1所示。

圖1 中國及毗鄰海域二氧化碳地質(zhì)存儲適宜性評價信息服務(wù)系統(tǒng)架構(gòu)

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)分為4個層面：

1）數(shù)據(jù)層?；谠u價成果數(shù)據(jù)規(guī)準(zhǔn)化規(guī)范，完成數(shù)據(jù)統(tǒng)一入庫管理，入庫的數(shù)據(jù)包括基礎(chǔ)地圖數(shù)據(jù)（天地圖數(shù)據(jù)）、空間矢量數(shù)據(jù)、分類專題評價數(shù)據(jù)。

2）支撐層。搭建評價信息服務(wù)系統(tǒng)的技術(shù)支撐，包括提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的天地圖基礎(chǔ)題圖服務(wù)插件、提供專業(yè)空間數(shù)據(jù)服務(wù)的GeoServer平臺、提供數(shù)據(jù)庫服務(wù)的SQL Server軟件以及實現(xiàn)系統(tǒng)Microsoft.Net Frame開發(fā)框架和WebServer服務(wù)技術(shù)。

3）應(yīng)用層。在支撐層提供的技術(shù)平臺基礎(chǔ)上，結(jié)合數(shù)據(jù)層的資源和信息服務(wù)需求，研發(fā)一系列功能為用戶提供信息服務(wù)。提供的服務(wù)功能包括地圖基礎(chǔ)操作、專題分類導(dǎo)航、空間定位展示、專題評價信息展示、專題圖展示等。

4）用戶層。該信息服務(wù)系統(tǒng)面向的用戶主要為各級地方政府、碳排放企業(yè)以及其他相關(guān)部門。系統(tǒng)為這些用戶提供了區(qū)域CO2地質(zhì)儲存適宜性評價成果，為用戶決策提供技術(shù)支撐。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 基于 WebGIS的網(wǎng)絡(luò)發(fā)布技術(shù)

WebGIS解決了GIS數(shù)據(jù)發(fā)布難題，通過定義存取各種地理數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)一接口，普通人可以不需要安裝 GIS處理軟件，而只需要通過瀏覽器去簡單地搜索和瀏覽，就可以訪問到所需要的空間數(shù)據(jù)、 專題圖和影像圖，還可以根據(jù)需要進(jìn)行一些簡單的空間查詢和空間分析，以得到更有價值的信息。通過 WebGIS技術(shù)，不僅可以實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)的 B/S結(jié)構(gòu)，方便普通公眾對空間信息的瀏覽、查詢，另一方面還可以改變傳統(tǒng)局限于地域的電子政務(wù)工作方式，實現(xiàn)多級政府部門和公務(wù)人員協(xié)同工作的新方式，為以各種獨立的政務(wù)系統(tǒng)為中心的工作模式向以數(shù)據(jù)和服務(wù)為中心的新模式的轉(zhuǎn)變打下堅實的基礎(chǔ)。

MapGIS的 Web發(fā)布包括 3個層次的體系結(jié)構(gòu)：瀏覽器層、WebGIS服務(wù)層，GIS數(shù)據(jù)服務(wù)層。WebGIS服務(wù)器層的平臺是由 Windows 2003 Server以及基于MapGIS平臺的 MapGIS Server組件組成。WebGIS服務(wù)器接收到瀏覽器端的請求后，利用 MapGIS Server組件的功能，進(jìn)行處理、分析、計算等，如果需要 GIS數(shù)據(jù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)，則向 GIS數(shù)據(jù)服務(wù)器發(fā)出請求。GIS數(shù)據(jù)服務(wù)器層的平臺是 Windows 2003 Server以及空間地理數(shù)據(jù)庫。完成數(shù)據(jù)的定義存儲、檢索、完整性約束以及有關(guān)的數(shù)據(jù)庫管理工作，接收到 WebGIS服務(wù)器的數(shù)據(jù)請求，并將處理結(jié)果交送 WebGIS服務(wù)器。

2.2 SOA架構(gòu)技術(shù)

為了更好地提升系統(tǒng)的服務(wù)能力和擴展能力，本系統(tǒng)采用SOA架構(gòu)技術(shù)。SOA是一種新的體系架構(gòu)，在基于SOA架構(gòu)的系統(tǒng)中，具體應(yīng)用程序的功能由一些松耦合并具有統(tǒng)一接口定義的服務(wù)組合構(gòu)建起來。SOA的本質(zhì)可以用一個中心、兩個基本點、三個原則、四個變化進(jìn)行概括。其中一個中心是指SOA保持業(yè)務(wù)敏捷性的動機；兩個基本點是指通過高度的軟件復(fù)用和靈活的軟件互操作來保證業(yè)務(wù)的敏捷性；三個原則指服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)化原則、松散耦合原則及合理粒度封裝原則；而四個變化是指通過構(gòu)件化、松耦合化、標(biāo)準(zhǔn)化和編排化來適應(yīng)業(yè)務(wù)模型、體系結(jié)構(gòu)、互操作及開發(fā)方面的調(diào)整及變化。

利用SOA架構(gòu)，可以動態(tài)、快速部署新的服務(wù)資源，并且各類服務(wù)資源可以是異構(gòu)的，掛接到SOA上的服務(wù)對用戶來說無需了解其中的細(xì)節(jié)，僅需關(guān)注訪問接口及返回的結(jié)果，使得整個服務(wù)過程、服務(wù)位置、服務(wù)形態(tài)透明化。

SOA有以下特性：

1）SOA服務(wù)具有平臺獨立的自我描述XML文檔。Web服務(wù)描述語言是用于描述服務(wù)的標(biāo)準(zhǔn)語言。

2）SOA 服務(wù)用消息進(jìn)行通信，該消息通常使用XML Schema來定義。消費者和提供者、消費者和服務(wù)之間的通信環(huán)境可以異構(gòu)。

3）SOA服務(wù)通過服務(wù)目錄列表進(jìn)行維護(hù)，可以通過UDDI對服務(wù)進(jìn)行注冊和搜索，并使用相應(yīng)的服務(wù)。

4）SOA服務(wù)有一個與之相關(guān)的服務(wù)質(zhì)量，QoS包含安全需求（例如認(rèn)證和授權(quán)）、可靠通信、以及服務(wù)主動權(quán)的策略。

系統(tǒng)基于SOA架構(gòu)技術(shù)開發(fā)，保證了數(shù)據(jù)訪問的安全性，易維護(hù)性。

2.3 天地圖服務(wù)

“天地圖”是國家測繪地理信息局建設(shè)的地理信息綜合服務(wù)網(wǎng)站。它是“數(shù)字中國”的重要組成部分，是國家地理信息公共服務(wù)平臺的公眾版。“天地圖”的目的在于促進(jìn)地理信息資源共享和高效利用，提高測繪地理信息公共服務(wù)能力和水平，改進(jìn)測繪地理信息成果的服務(wù)方式，更好地滿足國家信息化建設(shè)的需要，為社會公眾的工作和生活提供方便?！疤斓貓D”網(wǎng)站裝載了覆蓋全球的地理信息數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)以矢量、影像、三維3種模式全方位、多角度展現(xiàn)，可漫游、能縮放。其中中國的數(shù)據(jù)覆蓋了從宏觀的中國全境到微觀的鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村莊，是目前中國區(qū)域內(nèi)數(shù)據(jù)資源最全的地理信息服務(wù)網(wǎng)站。于中國及毗鄰海域CO2地質(zhì)儲存適宜性評價信息服務(wù)系統(tǒng)而言，經(jīng)過授權(quán)后，利用“天地圖”提供的二次開發(fā)接口自由調(diào)用“天地圖”的地理信息服務(wù)資源，并將其嵌入已有的GIS（地理信息系統(tǒng)）應(yīng)用系統(tǒng)搭建新的GIS應(yīng)用系統(tǒng)，可以很好的利用天地圖資源來豐富和完善系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

軟件采用適應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)模式的B/S技術(shù)架構(gòu)，基于開源地理信息服務(wù)平臺，結(jié)合CO2地質(zhì)存儲適宜性評價專題成果數(shù)據(jù)，建立評價成果標(biāo)準(zhǔn)化服務(wù)技術(shù)規(guī)范，實現(xiàn)全國成果、沉積盆地的適宜性評價數(shù)據(jù)管理和展示服務(wù)，展示服務(wù)內(nèi)容包括地圖交互、專題評價信息展示、專題圖展示等，為地方政府和碳排放企業(yè)提供全面的CO2地質(zhì)存儲適宜性評價信息。系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

1）CO2地質(zhì)儲存調(diào)查數(shù)據(jù)的管理。實現(xiàn)對全國成果、沉積盆地沉積盆地等數(shù)據(jù)的錄入、維護(hù)；利用GIS 可視化技術(shù)、空間分析技術(shù)和其強大的空間表現(xiàn)力，快速瀏覽和觀察以上數(shù)據(jù)集、相互關(guān)系和趨勢,判斷地質(zhì)體空間、時間和屬性特征，建立總體的時空分布概念，提高CO2地質(zhì)儲存調(diào)查工作的管理效率。

2）地圖交互。地圖交互功能包括基礎(chǔ)地圖操作、空間定位展示、專題分類導(dǎo)航。

基礎(chǔ)地圖操作可以實現(xiàn)地圖操作：放大、縮小、復(fù)位和移動；分類導(dǎo)航可以通過點擊目錄樹下評價區(qū)或沉積盆地名稱導(dǎo)航到地圖中相應(yīng)區(qū)塊；空間定位展示在地圖上通過鼠標(biāo)停留可高亮并展示當(dāng)前評價區(qū)或沉積盆地信息。

3）專題評價信息展示。專題評價信息展示服務(wù)以全國空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)為地圖疊加全國CO2地質(zhì)儲存評價專題數(shù)據(jù)提供服務(wù)，服務(wù)內(nèi)容包括展示評價區(qū)屬性，如評價區(qū)名稱、評價區(qū)類型、適宜性評價等，如圖2所示。

4）專題圖展示。專題圖展示服務(wù)是在全國基礎(chǔ)上疊加沉積盆地專題數(shù)據(jù)，以沉積盆地評價數(shù)據(jù)為核心提供更加詳細(xì)信息服務(wù)，服務(wù)內(nèi)容包括展示沉積盆地圖件，包括沉積相圖、目標(biāo)靶區(qū)圖、盆地地層綜合柱狀圖、盆地地質(zhì)剖面圖、儲層厚度等值線圖、地殼穩(wěn)定性圖、盆地地質(zhì)圖等。

4 結(jié) 語

毗鄰海域CO2地質(zhì)儲存適宜性評價信息服務(wù)系統(tǒng)的研發(fā)與應(yīng)用為CO2地質(zhì)儲存綜合地質(zhì)調(diào)查提供信息化、網(wǎng)絡(luò)化、標(biāo)準(zhǔn)化、科學(xué)化的管理手段。系統(tǒng)測試運行穩(wěn)定，可以實現(xiàn)全國區(qū)域、沉積盆地的數(shù)據(jù)管理分析和展示服務(wù)。通過毗鄰海域CO2地質(zhì)儲存適宜性評價信息服務(wù)系統(tǒng)的推廣應(yīng)用，將提高CO2地質(zhì)調(diào)查工作效率，對保障CO2地質(zhì)儲存工程的成功實施和地質(zhì)調(diào)查工作順利進(jìn)行具有重大的意義。