“数字珠江”基础地理信息框架平台构想

朱长富，高爱民

(1.中水珠江规划勘测设计有限公司，广东广州510610;2.广西大藤峡水利枢纽有限责任公司，广西南宁530021)

一、背 景

随着我国社会信息化建设的不断深入，基础地理信息作为一种重要的信息资源，越来越受到社会各界的普遍重视，日益得到广泛的应用。流域信息化的建设也日新月异，珠江流域各水利部门根据自己的业务需求开发了不同的地理信息应用系统，在实际工作中发挥了很大的作用。但是，由于存在着基础地理信息以及信息应用参差不齐、标准不统一、缺乏信息共享、缺乏统一规划等问题，部门之间各自为政，分别安排相应的经费，进行地理信息数据的生产和信息系统的建设，很多工作是低水平上的重复，这不仅造成了宝贵资金的大量浪费，还导致了数据的相互矛盾，使得不同部门的系统之间不能进行互连和共享，严重阻碍着流域信息化的进一步发展。

为了解决上述问题，根据国家关于“加快国家基础地理信息系统建设，构建‘数字中国’地理空间基础框架”的政策，适时提出建设“数字珠江流域基础地理信息框架平台”的构想。

二、概 述

珠江流域基础地理信息框架平台采用4层架构体系，由运行支撑层、数据层、服务层和应用层组成。是基于SOA的全新的服务型地理信息系统，是位于珠江流域底层空间信息数据库和珠江水利委员会各部门(企业)上层应用信息系统之间的一种中间件(Middleware)，它一方面通过空间数据引擎(SDE)对珠江流域基础地理信息数据进行统一采集、建库和维护更新，以便为所有部门提供统一标准、统一内容的地理信息参考框架;另一方面又为珠江水利委员会各部门和企业的上层应用系统提供统一的运行和开发环境，包括统一的访问平台基础地理信息数据的接口。在基础地理信息平台数据的框架体系结构之下，各部门的专业数据可以找到自己的准确地理定位，从而在基础地理信息数据的基础上对专业数据进行管理、维护和应用。“由以系统为中心向以数据为中心，实现空间数据共享与服务的转变”的特点，是流域地理信息系统应用的最新发展方向，也是数字流域的核心。

三、关键技术

1.服务型GIS共享方式

服务型GIS，采用面向服务的软件工程方法，在组件式GIS功能强大的组件群基础上，把GIS的全部功能封装为网络服务，从而实现被多种客户端跨平台、跨网络、跨语言地调用，并具备了服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的GIS服务。

基于SOA的全新的地理信息系统顶层设计将会为“数字珠江”的建设带来强大的生命力，并为各部门形成的信息孤岛现象找到了治愈的良方。通过OGC标准等通用网络服务接口，基于服务型GIS平台开发的地理信息共享服务平台，其发布的服务可以被其他GIS平台使用或开发的应用系统集成应用，有利于充分利用业务部门已有的GIS平台，从而降低了在信息化应用的成本。

2.目录服务应用

目录服务是建立在元数据之上，由客户端和服务器所组成的多级系统。目录服务的功能组成分为：发现、访问和管理3部分。发现服务允许客户端定位描述基础地理数据的元数据;访问服务提供客户端获取基础地理数据共享数据集的服务;管理服务提供客户端方法，来改变目录中所包含的元数据。

3.空间服务的无缝聚合

服务聚合是指通过地理信息公共服务平台，聚集地理信息资源的数据服务和功能服务，整合各种信息、内容和应用，将不同主体提供的业务与服务有机地结合在一起，一站式地提供给客户，从而满足客户一体化需求的一种服务能力。基于空间服务的无缝聚合技术，地理信息公共服务平台解决了不同数据源、异构GIS平台的服务聚合问题。

4.缓存切片

缓存切片，即地图缓存，是使网络地图运行更快的一种非常有效的方法。基于缓存技术，地理信息公共服务平台提供基于B/S模式的缓存构建模式，用户可以自定义缓存参数、可以实时查询缓存构建状态，迅速响应在线地图请求。

5.支持一键抽取的空间数据ETL技术

空间数据ETL，即空间数据的提取、变换和加载功能，提供空间数据整合的解决方案。基于空间数据ETL技术，地理信息公共服务平台的数据交换系统可以实现对基础地理信息数据的抽取功能，生成平台公共地理框架数据，大大减少人力成本并降低物力成本。

6.单点登录

单点登录是指用户在同一台机器上登录多个应用系统时，用户只需要在其中一个应用系统中登录后，登录其他的应用系统就不再需要输入用户信息，系统将默认该用户为信任用户。它包括可以将这次主要的登录映射到其他应用中用于同一个用户的登录机制。

7.负载均衡的集群技术

负载均衡的集群技术，即通过将GIS应用服务器组合起来，为任意数量的应用程序或用户提供GIS服务，获得更好的可伸缩性和可用性。基于有效的负载均衡集群架构，地理信息公共服务平台提供了有效的负载均衡的集群解决方案，根据平台访问情况可实时增加负载均衡服务器，以此来解决平台性能问题。

8.基于RIA富互联网应用的在线用户体验

RIA，即富互联网应用，是近年发展非常迅猛的网络应用技术，既具有交互迅速、体验良好、功能强大等桌面软件特性，又享有Web应用的跨平台、集中管理、快速部署、使用简单的优点，为用户提供前所未有的、丰富的网络GIS使用和开发体验。RIA可以帮助提供多元化的重要业务效益，包括提高站点忠诚度、延长网站逗留时间、较频繁的重复访问、减少带宽成本、减少支持求助以及增强客户关系等。

四、基础地理信息框架平台构想

1.总体架构设计

珠江流域基础地理信息框架平台采用4层架构体系，由运行支撑层、数据层、服务层和应用层组成，采用分布式的物理架构，见图1。

2.基础空间数据库建库方案

珠江流域基础地理信息框架平台的核心是海量地理空间数据的集成，即要通过各种类型空间数据和属性数据的有机组合来真实地描述珠江流域，如高分辨率正射影像数据、数字高程模型数据、城市基本要素矢量数据库、地名数据库、流域社会经济数据库等，并且通过空间元数据库技术来实现对这些数据库的组织和索引，从而形成统一的数据库系统。整个空间数据库的建库方案涉及众多珠江流域基础地理信息分层分类编码等标准，以及空间数据引擎一体化存储管理空间和属性数据、分布式空间数据库技术，是整个珠江流域基础地理信息平台的基础之一。

3.元数据平台方案

为了提高数据共享和交换的效率，还需要采集上述基础地理信息数据(特别是空间数据)的元数据。元数据是对数据的描述，空间元数据用于描述空间数据的内容、质量、表示方法、空间定位、管理方式及其他特征，它用来组织和管理空间信息，挖掘空间信息资源，帮助数据使用者查询所需的空间信息，用来建立空间信息的数据目录，提供数据转换方面的信息。为了科学地抽取基础空间数据的元数据组织成元数据库，并建立相应的元数据平台来实现对该元数据库进行集中管理和操作，元数据标准、分布式的元数据平台的结构和功能也就成为整个珠江流域基础地理信息平台的基础之一。

4.平台权限和安全管理机制

珠江流域基础地理信息框架平台为珠江流域各部门提供一个资源共享的框架。这个框架结构在方便部门间空间信息交换的同时，也带来了跨部门的用户管理和跨部门的空间数据资源的管理的问题。原则上，各部门用户在未授权的情况下只能访问本部门的数据，不同比例尺的图形数据的安全级别也不一样等。这一系列安全机制都需要构建。此外，平台空间数据在万维网上的发布还涉及了公共数据在Internet网络环境下的安全问题。跨部门的数据安全和权限的整体解决方案的制定也是整个流域基础地理信息平台的基础之一。

5.框架平台主要功能设计

珠江流域基础地理信息框架平台是搭建一个功能较为强大的基础地理信息平台，再通过应用专题来充分展示框架平台的功能，平台提供数据接口支持应用部门多方面应用，主要的功能如下：

图1 平台总体架构图

1.多源数据的集成功能

基础地理空间数据的集成：集成全珠江流域1∶250 000、1∶100 000、1∶50 000 的基础矢量地图、TM影像和DEM数据;1∶10 000 DLG、DOM和DEM数据;珠江流域中心线 6 km 宽，1∶2000、1∶10 000 DLG、DOM和DEM数据等的加载工作。充分利用珠江流域历年在基础测绘、防洪规划测绘、数据库建设方面的成果以及其他测绘成果资料。

专题地图数据的集成：集成珠江流域各业务部门水利信息化建设中的专题数据库数据及收集的其他专业地理信息数据，包括水利设施分布、水利工程专题图、水资源分区、水环境专题数据等的加载工作。

统计数据：有选择地利用近几年《珠江志》中的数据、珠江流域水利普查的成果数据以及收集整理的有关专题的其他统计数据。

2.基础空间数据的显示、查询和浏览功能

该功能包括珠江流域 1∶250 000、1∶100 000、1∶50 000的基础矢量地图、TM影像和DEM数据;1∶10 000和1∶2000 DLG、DOM 和 DEM 数据的入库、叠加、无缝显示，缩放时自动取舍，多比例尺、多分辨率、多角度的三维地形显示。

3.专题地图数据的显示、查询和分析

包括各类水利专题图与基础矢量和栅格地图叠加;水利工程、水资源、水环境等分布图的显示和查询以及主要属性查询和简单的分析功能。

4.专题应用功能

专题应用功能包括：多媒体查询、图表显示、图查库、库查图、地名查询;对比分析、统计分析、趋势与预测分析、分级显示、统计制图、地图查询、空间分析和综合分析功能;提供地图、专题图、各种统计表格和查询统计结果打印输出功能。终端用户使用IE浏览器实现数据显示和分析查询等功能。

5.元数据库管理功能

元数据库管理功能是对空间数据的元数据库进行编辑、检索、查询、统计、输出等管理的应用系统，元数据库包括DLG、数字栅格图、DEM、DOM、综合管线数据等各类地理信息的相应的元数据。

6.地理数据发布功能

主要是通过WebGIS技术及现在日益普及的网络，将空间数据(地形、影像及规划、管线等专题数据)通过Internet/Intranet发布，向用户提供基础地理信息服务。为实现信息共享、政务协同、综合分析等奠定基础。

7.三维虚拟现实功能

利用虚拟现实技术及网络技术，将二维空间数据(地形、影像、数字高程模型及规划、设计等专题数据)生成三维虚拟场景，并与珠江流域三维模型相结合，提供珠江流域形态、水利工程、水库和大坝建筑的三维浏览功能。

8.数据更新与维护功能

提供数据更新功能，实现对数据库以及各系统的维护工作，方便系统管理员对各个子系统的维护。

五、结束语

建设数字珠江流域基础地理信息框架平台将为整个珠江流域管理部门提供统一的地理空间信息和数据访问服务，从而既避免数据生产的重复投资，又可解决数据之间的相互矛盾问题，而且还使得应用系统的构建有了共同的基础，为珠江流域的防洪规划、防洪调度、灾害评估、工程建设、水利信息化提供服务，为珠江水利委员会的各种决策支持系统提供数字化、高质量、标准化的基础地理信息;使实现珠江流域空间信息数据共享成为可能;为珠江流域水利信息化建设和“数字珠江”提供“一张地图”服务。因此，数字珠江流域基础地理信息框架平台的建设势在必行，任重而道远。

［1］龚健雅.基础地理信息公共服务平台及关键技术［EB/OL］.［2012-04-15］.http：∥news.3snews.net/gundong/20120420/19767-2.shtml.

［2］荐军.城市基础地理信息平台框架及关键技术研究［D］.北京：中国科学院研究生院，2005.

［3］李德仁，龚健雅.我国地球空间数据框架的设计思想与技术路线［J］.武汉测绘科技大学学报，1998(4)：297-303.

［4］周晓霞.空间信息共享服务平台的建设思路，湖北民族学院学报：自然科学版，2009(3)：344-347.