省級空間地理基礎(chǔ)信息系統(tǒng)建設(shè)與實施
——以貴州為例

薛蘭格，郭振華

(北京新興華安智慧科技有限公司，北京 100071)

1 引 言

多年來，由于部門管理的條塊分割、大量的地理空間信息資源始終未能按照地理空間信息自身的特點進行整合和管理，導(dǎo)致地理空間信息在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、時效性、數(shù)據(jù)完整性、數(shù)據(jù)質(zhì)量、信息化程度等方面存在很大差異，使得信息資源也條塊分割，難以發(fā)揮數(shù)據(jù)效應(yīng)，基于“云上貴州”基礎(chǔ)平臺開發(fā)的貴州省基礎(chǔ)地理信息平臺，有效整合了分散的地理空間信息資源，形成可以利用的信息產(chǎn)品，作為國土資源定位、空間分布、空間分析以及日常空間相關(guān)業(yè)務(wù)的辦理基礎(chǔ)、背景數(shù)據(jù)來源，為貴州省國土資源信息化工作發(fā)揮基礎(chǔ)作用。

貴州省基礎(chǔ)地理信息平臺的建設(shè)主要是為貴州省國土資源云提供基礎(chǔ)空間地理信息數(shù)據(jù)和服務(wù)支撐，能夠為政府部門、企業(yè)及社會公眾提供底板數(shù)據(jù)，并完善示范數(shù)據(jù)應(yīng)用。貴州省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)量大，包含全省4D數(shù)據(jù)(DEM、DOM、DLG、DRG)、航攝數(shù)據(jù)、國情普查數(shù)據(jù)、各行業(yè)專題數(shù)據(jù)、統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)、真三維影像數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)等等，因此信息系統(tǒng)平臺數(shù)據(jù)管理格外關(guān)鍵。

2 構(gòu)建與實施

2.1 系統(tǒng)框架

貴州省基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)平臺總體上由基礎(chǔ)設(shè)施、數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)三部分組成。系統(tǒng)平臺總體結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 平臺總體結(jié)構(gòu)

(1)基礎(chǔ)設(shè)施

基礎(chǔ)設(shè)施主要依附于貴州省國土云，包括計算資源、存儲資源、網(wǎng)絡(luò)資源、安全設(shè)施四部分。計算資源主要為系統(tǒng)提供基礎(chǔ)的計算負(fù)載能力，存儲與網(wǎng)絡(luò)主要提供數(shù)據(jù)的存儲空間與數(shù)據(jù)傳輸通道，安全設(shè)施則為整個系統(tǒng)從基礎(chǔ)數(shù)據(jù)到頂層系統(tǒng)應(yīng)用之間的各項安全性保證。

(2)數(shù)據(jù)庫

主要包括地形地貌、遙感影像、地表覆蓋、地理要素、專業(yè)專題要素數(shù)據(jù)、地理信息統(tǒng)計分析成果、地表三維模型庫七個子庫。數(shù)據(jù)庫主要對不同數(shù)據(jù)的分類存儲，以方便統(tǒng)一管理、數(shù)據(jù)更新及數(shù)據(jù)維護。此外還包括為系統(tǒng)層提供關(guān)系型、非關(guān)系型、空間數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一的訪問接口。

(3)數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)主要包括桌面應(yīng)用系統(tǒng)和WEB應(yīng)用系統(tǒng)，是集成數(shù)據(jù)管理、二三維集成展示、信息查詢分析、成果應(yīng)用服務(wù)、數(shù)據(jù)更新維護、系統(tǒng)安全管理等為一體的對內(nèi)對外出口。桌面應(yīng)用系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)對數(shù)據(jù)的更新及系統(tǒng)安全管理，數(shù)據(jù)的更新必須經(jīng)過數(shù)據(jù)的質(zhì)檢達(dá)到入庫的標(biāo)準(zhǔn)，同時對數(shù)據(jù)更新做日志記錄，記錄操作人員、更新內(nèi)容及時間戳。WEB應(yīng)用系統(tǒng)主要以成果展示為主，包括二三維聯(lián)動展示、查詢與分析、成果應(yīng)用服務(wù)等，可分為面向公眾、面向企業(yè)和面向政府政務(wù)的三大應(yīng)用類型。

2.2 建設(shè)目標(biāo)

貴州省基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)建設(shè)項目將提供GIS管理服務(wù)、目錄服務(wù)、分發(fā)服務(wù)、在線服務(wù)等支撐能力，且能夠與國土“一張圖”“天地圖貴州公眾版、政務(wù)版和涉密版”“云上貴州”平臺進行對接，提供數(shù)據(jù)與服務(wù)支撐，在滿足現(xiàn)有其他平臺需求能力的基礎(chǔ)上，進一步改造提升計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源能力，以提高系統(tǒng)運行和服務(wù)效率。

2.3 總體技術(shù)路線

采用構(gòu)件化的設(shè)計思想，在需求分析抽象的基礎(chǔ)上，先進行軟件功能構(gòu)件的設(shè)計，然后根據(jù)應(yīng)用與管理對象的不同，對構(gòu)件靈活組裝搭建成不同的應(yīng)用模塊；按照統(tǒng)一時空框架、面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)組織和管理的基本原則進行系統(tǒng)開發(fā)。

采用B/S架構(gòu)，并采用OGC服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)，以ArcGIS Server作為地圖服務(wù)發(fā)布引擎，B/S應(yīng)用系統(tǒng)服務(wù)代理采用Tomcat。

2.4 關(guān)鍵技術(shù)

系統(tǒng)建設(shè)關(guān)鍵技術(shù)主要有基于服務(wù)聚合與拆分的地圖服務(wù)調(diào)用，數(shù)據(jù)庫索引建立、地理底圖制作、分布式存儲技術(shù)、基于插件框架的功能模塊實現(xiàn)、性能加速優(yōu)化技術(shù)。性能加速優(yōu)化技術(shù)包括ArcGIS API for Java Script技術(shù)、Spring MVC框架技術(shù)等。云服務(wù)總線可提供強大的服務(wù)整合和服務(wù)綜合治理功能，主要面向SOA/WOA應(yīng)用領(lǐng)域，提供快速響應(yīng)，高吞吐量、高可靠性消息中介引擎和服務(wù)中介引擎。同時云服務(wù)總線還支持事件發(fā)布與訂閱，支持DB2、Oracle、MSSQL、MySQL、H2等關(guān)系數(shù)據(jù)庫訪問，支持將數(shù)據(jù)庫存儲過程封裝成服務(wù)，提供服務(wù)動態(tài)發(fā)現(xiàn)(WS-Dicovery規(guī)范)等。

2.5 系統(tǒng)實施

貴州省基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是數(shù)據(jù)進出口的平臺，其功能包含成果數(shù)據(jù)入庫質(zhì)檢工具、入庫預(yù)處理工具、數(shù)據(jù)庫集成管理系統(tǒng)、基本統(tǒng)計分析系統(tǒng)、成果應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)。功能結(jié)構(gòu)圖如圖2所示：

圖2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

(1)入庫質(zhì)檢工具

加快各種基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)整合，包括多尺度DEM、地表覆蓋分類數(shù)據(jù)、地理國情要素數(shù)據(jù)、遙感影像解譯樣本數(shù)據(jù)等在數(shù)據(jù)成果入庫前需要進行入庫檢查，主要檢查成果數(shù)據(jù)中影響入庫的數(shù)據(jù)質(zhì)量，包括文件與結(jié)構(gòu)一致性檢查、空間拓?fù)錂z查、邏輯一致性檢查、空間參考正確性檢查、數(shù)據(jù)接邊檢查。除了以上必要的檢查項外，系統(tǒng)還提供了可選檢查項：

①空值檢查

②圖形檢查

③精度檢查

④標(biāo)準(zhǔn)化檢查

⑤縣界檢查

⑥鄉(xiāng)鎮(zhèn)檢查

……

(2)數(shù)據(jù)預(yù)處理工具

數(shù)據(jù)質(zhì)量是信息平臺建設(shè)的關(guān)鍵，深度挖掘數(shù)據(jù)價值。為保證基礎(chǔ)地理信息各種成果數(shù)據(jù)順利入庫，對基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)進行入庫前預(yù)處理，生成滿足基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)建庫與統(tǒng)計分析的數(shù)據(jù)成果。包括投影轉(zhuǎn)換模塊、屬性結(jié)構(gòu)調(diào)整模塊、基本預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)派生提取模塊(圖3)、要素對象化處理模塊、路網(wǎng)與水網(wǎng)數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、數(shù)據(jù)邏輯分區(qū)處理模塊、元數(shù)據(jù)空間化處理模塊、專題數(shù)據(jù)整合處理模塊、規(guī)則格網(wǎng)生成模塊等。

圖3 數(shù)據(jù)派生提取模塊

(3)數(shù)據(jù)庫集成管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫集成管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)入庫、管理、更新、檢索和提取等功能，可對預(yù)處理后的成果數(shù)據(jù)(包括其他擴展的數(shù)據(jù)內(nèi)容)和其他專題數(shù)據(jù)進行批量自動化的數(shù)據(jù)入庫。同時還支持用戶自定義數(shù)據(jù)模型，實現(xiàn)DLG、DEM和DOM數(shù)據(jù)的入庫、管理、更新、檢索和分發(fā)等功能。包括以下模塊：數(shù)據(jù)入庫模塊、數(shù)據(jù)更新模塊、綜合查詢模塊、元數(shù)據(jù)查詢模塊、數(shù)據(jù)提取模塊、用戶管理模塊、運行監(jiān)控模塊、備份與恢復(fù)模塊、基本統(tǒng)計分析模塊、綜合統(tǒng)計分析模塊、變化分析模塊、專題分析評價模塊、目錄服務(wù)模塊、在線服務(wù)模塊、分發(fā)服務(wù)模塊、接口服務(wù)模塊、二維模塊、三維模塊、二三維聯(lián)動模塊、系統(tǒng)幫助模塊、系統(tǒng)反饋模塊，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)庫集成管理系統(tǒng)

(4)統(tǒng)計分析系統(tǒng)

基本統(tǒng)計分析模塊。實現(xiàn)地形地貌統(tǒng)計分析、植被覆蓋統(tǒng)計分析、荒漠與裸露地統(tǒng)計分析、水域統(tǒng)計分析、交通網(wǎng)絡(luò)統(tǒng)計分析、居民地與設(shè)施統(tǒng)計分析、地理單元統(tǒng)計分析；

綜合統(tǒng)計分析模塊。實現(xiàn)地表要素空間分布形態(tài)、地表覆蓋空間格局、地表覆蓋程度、基礎(chǔ)設(shè)施配置水平、地面交通通達(dá)性、地表要素空間相關(guān)性；

專題分析評價模塊。實現(xiàn)區(qū)域生態(tài)協(xié)調(diào)性空間分析、城市空間發(fā)展?fàn)顩r分析評價、經(jīng)濟區(qū)域地理空間發(fā)展、基本公共服務(wù)設(shè)施布局空間發(fā)展。

(5)門戶系統(tǒng)

門戶網(wǎng)站是平臺面向公眾最直接和最佳的表現(xiàn)形式與服務(wù)窗口，因此整體布局將圍繞莊重大方、簡潔美觀，網(wǎng)站功能框架脈絡(luò)清晰，突出功能定位來展開。設(shè)計元素強調(diào)抽象、極簡、符號化，去除冗余的裝飾效果，突顯應(yīng)用的文字圖片等內(nèi)容，完美兼容PC網(wǎng)站、Andoid、iOS等不同系統(tǒng)的平臺和不同屏幕分辨率的設(shè)備，適應(yīng)性強。

門戶界面主要提供平臺所有功能的入口和用戶登錄的入口，數(shù)據(jù)服務(wù)和功能服務(wù)的縮略圖，提供友好的用戶服務(wù)界面，界面如圖5所示：

門戶首頁為用戶提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、基礎(chǔ)服務(wù)、電子地圖服務(wù)、平臺應(yīng)用的入口，界面如圖6所示：

圖6 門戶首頁

用戶登錄后，門戶首頁的資源中心為用戶提供數(shù)據(jù)服務(wù)目錄。圖7為貴州省資料館的管理員權(quán)限登錄的界面。

圖7 用戶權(quán)限登陸

門戶首頁功能如下：

①特色功能輪播：一體化平臺、云平臺、信息時空匯聚、共享互通；

②數(shù)據(jù)服務(wù)：智能地圖、矢量數(shù)據(jù)服務(wù)、影像數(shù)據(jù)服務(wù)、三維數(shù)據(jù)服務(wù)等；

③功能服務(wù)：緩沖區(qū)分析、數(shù)據(jù)空間聚合分析等；

④電子地圖服務(wù)：二三維地圖服務(wù)、影像對比、交通導(dǎo)航；

⑤平臺應(yīng)用：第三方集成，開發(fā)中心。

3 結(jié) 語

本文基于云計算和大數(shù)據(jù)體系關(guān)鍵技術(shù)，統(tǒng)一管理和安全防護多層次實踐，全面闡述貴州省基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)平臺解決方案，為貴州省自然資源和空間地理基礎(chǔ)信息庫建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。通過省級層次的自然資源和空間基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫建設(shè)，建立起地理空間信息采集、加工生產(chǎn)、共享服務(wù)的機制和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，開發(fā)典型特色應(yīng)用，助力城市治理，將大大豐富國家地理空間信息基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)容、不斷提升其對自然資源、社會精細(xì)化管理綜合能力，具有重要意義。