云計算在地理信息系統(tǒng)中的應(yīng)用與研究

王康

（江西省國土空間調(diào)查規(guī)劃研究院，江西南昌 330025）

0.引言

云計算作為一種非常先進的數(shù)據(jù)加工和處理技術(shù)，其可以將海量的服務(wù)器集成在一起，形成一個計算矩陣，并且可以實現(xiàn)存儲器、帶寬、服務(wù)器等資源的按需分配，大幅度提高信息系統(tǒng)的并發(fā)處理能力和訪問接入能力[1]。地理信息系統(tǒng)有效的集成了數(shù)據(jù)庫、計算機圖形等技術(shù)，可以針對地理空間信息進行存儲和處理，有效滿足人們的交通導(dǎo)航、城市建設(shè)和管理、環(huán)境保護與檢測等應(yīng)用[2]。地理信息系統(tǒng)引入云計算技術(shù)，不僅可以擴大地理信息系統(tǒng)處理效率，還可以在邏輯上擴大存儲服務(wù)性能，具有重要的作用和意義[3]。

1.地理信息系統(tǒng)應(yīng)用現(xiàn)狀

地理信息系統(tǒng)是以計算機技術(shù)、通信傳輸技術(shù)為基礎(chǔ)，融合了當前比較先進的空間科學(xué)技術(shù)、遙感信息技術(shù)、地理學(xué)科技術(shù)等，構(gòu)建了一個強大的空間位置服務(wù)系統(tǒng)，是一個綜合性的跨學(xué)科技術(shù)。地理信息系的主要功能就空間數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)加工和處理、可視化應(yīng)用等。地理信息系統(tǒng)可以按照嚴格的空間數(shù)據(jù)劃分模式，采集和存儲空間數(shù)據(jù)信息，并且將這些信息利用建模的方式，確保空間數(shù)據(jù)、行業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)的有效融合，比如導(dǎo)航軟件與地理信息系統(tǒng)融合，能夠?qū)⒚恳粭澖ㄖ虻貥硕颊故驹趯?dǎo)航軟件上[4]。地理信息系統(tǒng)的加工和處理采用了空間數(shù)據(jù)處理技術(shù)、建模技術(shù)和預(yù)測技術(shù)，能夠針對地理位置信息進行加工和處理，并且基于此為人們的行業(yè)應(yīng)用提供決策。地理信息系統(tǒng)還可以引入可視化的交互界面，方便用戶瀏覽和操作。目前，隨著我國“互聯(lián)網(wǎng)+”的普及和發(fā)展，許多領(lǐng)域都引入了地理信息系統(tǒng)，比如導(dǎo)航軟件、旅游管理軟件、地理勘測軟件、公安消防軟件、城市管理軟件等，一定程度上提高了地理信息系統(tǒng)的民用、政務(wù)和商用水平。

1.1 導(dǎo)航軟件

目前，高德地圖、百度地圖、騰訊地圖等均引入了地理信息系統(tǒng)，利用空間數(shù)據(jù)為用戶提供交通導(dǎo)航服務(wù)，并且這些導(dǎo)航軟件系統(tǒng)研發(fā)人員及時的采集各種建筑物承載業(yè)主數(shù)據(jù)，向人們展示商業(yè)用戶、政府機構(gòu)等導(dǎo)航服務(wù)。同時，美團、攜程網(wǎng)等也均在這些導(dǎo)航軟件的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)了應(yīng)用軟件的二次開發(fā)，根據(jù)行業(yè)軟件的應(yīng)用特性，定制化的提高了地理信息系統(tǒng)的可視交互操作水平。

1.2 地理勘測軟件

地理信息勘測是一項科學(xué)的活動，也是實現(xiàn)地理信息測繪和應(yīng)用的基礎(chǔ)。地理勘測軟件可以充分的利用地理信息系統(tǒng)，精準的定位每一個地理位置，建立一個更加全面的地理信息數(shù)據(jù)庫。地理信息勘測也是地理信息系統(tǒng)完善的一個重要舉措，其可以相互促進，利用數(shù)據(jù)對比和分析，可以更新地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫內(nèi)容，確保地理信息系統(tǒng)保持的數(shù)據(jù)是最新的和最準確的。地理勘測軟件與地理信息系統(tǒng)進行有效的結(jié)合，目前已經(jīng)推出了立體形式的數(shù)據(jù)庫，可以更加準確的展示城市三維數(shù)據(jù)或山地三維數(shù)據(jù)。

1.3 公安消防軟件

公安消防軟件是一種非常重要的政務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)，可以為公安消防做出重要的定位功能，可以確保公安消防更加快速和準確。公安消防軟件可以將地理信息系統(tǒng)劃分為各種網(wǎng)格數(shù)據(jù)，比如在火災(zāi)發(fā)生的時候，及時的將其輸出到公安消防軟件上，實現(xiàn)精準的位置定位和導(dǎo)航，并且可以結(jié)合交通實況信息實現(xiàn)位置優(yōu)化，設(shè)置一個最佳的救災(zāi)線路，提高公安消防反映速度。

1.4 城市管理軟件

城市管理軟件可以將每一個城市都網(wǎng)格化，在電子地圖上實現(xiàn)網(wǎng)格信息的管理和服務(wù)，因此地理信息系統(tǒng)可以為城市管理軟件提供基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)支撐，能夠有效的考察和評價每一個城市的具體變化，進一步提高城市管理的自動化、信息化和共享化，讓執(zhí)法者實現(xiàn)更加快速的公共管理服務(wù)。

2.云計算技術(shù)應(yīng)用及發(fā)展

云計算是計算機技術(shù)發(fā)展的時代產(chǎn)物，其可以將海量的設(shè)備及資源連接在一起，形成一個分布式計算矩陣，提高信息服務(wù)和處理能力。云計算服務(wù)類型通常包括3個，分布式基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)、平臺即服務(wù)、軟件即服務(wù)，能夠為不同的計算機用戶提供設(shè)備資源、應(yīng)用平臺和應(yīng)用軟件。因此，地理信息系統(tǒng)作為云計算的一個重要應(yīng)用領(lǐng)域，其可以為用戶提供一個強大的物理存儲服務(wù)器，這些服務(wù)器能夠基于先進的數(shù)據(jù)加密、安全防御等技術(shù)，確保通信服務(wù)器的安全性，同時還可以基于云計算的虛擬化技術(shù)、MapReduce技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)備份的可擴展性，極大的提高地理信息系統(tǒng)的利用率。因此，基于云計算構(gòu)建一個地理信息系統(tǒng)是時代發(fā)展的趨勢，也是云計算的一個重要應(yīng)用革新。

3.基于云計算的地理信息系統(tǒng)設(shè)計

本文采用自頂向下的軟件設(shè)計方法，并且基于面向?qū)ο笤O(shè)計地理信息系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括3個層次，分別是接口層、業(yè)務(wù)平臺層和基礎(chǔ)設(shè)施層。

3.1 接口層

地理信息系統(tǒng)能夠為用戶提供多個接口，比如PC電腦接口、移動設(shè)備接口和平板電腦接口，這些接口能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)操作，并且可以根據(jù)用戶的邏輯業(yè)務(wù)請求，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，為地理信息系統(tǒng)提供一個交互處理界面。接口層還可以為每一個行業(yè)應(yīng)用軟件提供數(shù)據(jù)訪問端口，這樣就可以提高導(dǎo)航軟件、城市管理軟件、公安消防軟件的數(shù)據(jù)接入和處理能力。接口層采用先進的云計算進行分布式處理，不僅可以提高數(shù)據(jù)的并發(fā)訪問能力，還可以條數(shù)據(jù)的信息加工和處理性能。

3.2 云計算業(yè)務(wù)平臺層

云計算業(yè)務(wù)平臺層首先可以為地理信息系統(tǒng)提供一個部署接口，完成地理信息系統(tǒng)的邏輯業(yè)務(wù)加工和處理。同時，這一層又同時提供云計算服務(wù)平臺的關(guān)鍵功能，包括虛擬化功能、MapReduce功能。MapReduce可以實現(xiàn)分片透明管理，將不同地區(qū)的存儲器集成在一起，為用戶提供一個透明的訪問過程，不需要用戶掌握任何底層數(shù)據(jù)信息即可進行二次開發(fā)或使用。虛擬化則可以將硬件存儲采用優(yōu)先級、輪詢算法等，實現(xiàn)熱點數(shù)據(jù)的高速保存，提高數(shù)據(jù)的快速響應(yīng)能力，也可以提高硬件資源的利用率。

3.3 云計算基礎(chǔ)設(shè)施層

目前，地理信息系統(tǒng)建模完成之后，其需要將海量的三維模型、建筑模型、空間位置等信息保存在數(shù)據(jù)庫中，這些數(shù)據(jù)庫需要配置非常高的硬件存儲器才可以完成。為了提高硬件存儲器的利用效率，云計算可以利用虛擬化技術(shù)，提高存儲服務(wù)能力。云計算基礎(chǔ)設(shè)施層則可以部署很多的存儲器，這些存儲器能夠按照用戶的需求為其分配備份空間，確保每一個備份用戶的獨立性和完整性。CPU、網(wǎng)絡(luò)帶寬和服務(wù)器則可以根據(jù)備份系統(tǒng)的業(yè)務(wù)處理需求，結(jié)合虛擬化技術(shù)的應(yīng)用實例，為不同的用戶分配CPU、網(wǎng)絡(luò)帶寬等資源，擴展物理設(shè)備的使用頻次和提高利用率。

4.結(jié)語

基于云計算開發(fā)和設(shè)計地理信息系統(tǒng)，可以有效的提高地理信息系統(tǒng)的并發(fā)處理能力，利用先進的MapReduce實現(xiàn)地理空間數(shù)據(jù)的加工和處理，也可以實現(xiàn)硬件資源的邏輯化和虛擬化，實現(xiàn)地理信息系統(tǒng)的透明存儲和分片處理，透明存儲等，提高地理信息系統(tǒng)的并發(fā)性、高性能。