环境空间信息服务模式研究

魏 斌，姜 俊，孙中平，姜青涛

一、引 言

环境空间信息作为国家空间信息的一个重要内容，是国家重要的战略性信息资源，其开发和利用对于提高政府宏观环境管理水平具有重要意义［1］。随着环境保护业务的不断深入和扩展，对环境空间信息共享与服务需求越来越迫切，由于各种空间数据产生于不同业务部门，加之管理机制和体制的约束，很难将分散在不同部门的空间信息统一集中到一个部门，以此来实现共享［2］。近年来，随着空间信息获取和加工能力的不断提高，信息共享方式发生重大变化，信息服务模式就是顺应这种需求而发展起来的。

信息服务模式是对信息服务活动的组成要素及这些要素之间相互关系的描述，其本质就是信息服务在其活动过程中为满足用户对信息需求，调整各构成要素之间相互关系组合而形成的一种信息服务工作模式［3］。信息服务模式包含了服务提供者、服务对象、服务内容及服务的策略与约束，是这几种要素的相互作用。服务提供者负责设计、研制、实现和发布服务；服务内容是环境空间信息服务的具体表现，有多种形式，包括空间信息查询、环境业务数据查询与分析、环境业务模型分析、数据接口调用等；服务使用者（服务对象）是服务内容的消费者，提出信息的请求，并要求返回相应的服务结果或执行相应的操作；服务策略包含了服务提供者以何种方式提供各种服务内容，服务约束则指定了在实施服务的过程中各方需要遵守的一些规定。

本文针对国内环境空间信息共享需求，借助云计算XaaS［4］理念，结合信息服务模式，提出环境空间信息服务模式（SiaaS）和环境空间信息服务平台总体架构，为环境空间信息服务平台的建设和管理提供新的思路。

二、环境空间信息服务SiaaS概念与服务模式

1.空间信息服务SiaaS的概念

空间信息服务即是通过服务的方式提供信息资源应用的手段，而具体的方法就是空间信息即服务（spatial information as a service，SiaaS）。SiaaS 是基于云计算模式XaaS提出的，进一步细化为一系列概念，即空间可视化即服务（SvaaS）、空间数据即服务（SdaaS）、空间应用功能即服务（SfaaS）、应用平台即服务（PaaS）、空间数据产品即服务（SpaaS）等。

空间可视化即服务是承载空间信息并表征出来的一个服务接口、Web插件或者应用服务软件等，通过它们能够提供空间信息的浏览和基本操作的功能。可视化服务包括电子地图服务、三维地图服务、KML服务、OGC标准服务、地图图片服务等。

空间数据即服务是以门户网站或数据调用接口的方式为数据使用者提供数据，数据使用者可以直接进行浏览、互操作，或是以客户应用程序调用所需的数据。

空间功能即服务是将空间信息应用的功能封装为服务，能够被服务方式调用的一类空间信息服务，如地图查询服务、数据处理服务、空间分析服务和专门定制开发的满足一类业务应用的服务接口。

空间数据产品即服务是将空间数据通过加工处理形成固定形式和风格的模板或者模型一类空间信息服务内容。

应用平台即服务是将应用系统整体作为服务内容交付的一类空间信息服务的内容，这类应用系统通常为GIS应用系统，服务的方式是通过平台提供的空间信息资源定制。

2.环境空间信息服务模式

环境空间信息SiaaS服务模式是以先进的网络技术、分布式技术和虚拟化技术等为基础，通过空间信息目录搜索服务和注册服务将分布在网络上与环境空间信息服务有关的信息资源整合起来，以一站式门户网站和二次开发接口的形式为用户提供一体化的环境空间信息服务。提供环境空间信息资源服务的节点构成了一个“云”，“云”中的资源在使用者看来是可以无限扩展的，并且可以随时获取，按需使用，按使用付费，像水电一样使用环境空间信息资源基础设施。环境空间信息SiaaS服务模式由服务内容、服务提供者和服务消费三者构成且互为因果。服务提供者主要通过各类空间信息服务的发布过程完成，而各类空间信息服务的利用则是服务消费的过程，服务内容则是空间数据。三者间循环往复、层次多样的继承与封装，构成了丰富的空间信息资源，简而言之就是空间信息的自动增值模型，是空间信息SiaaS模式的本质。图1是环境空间信息云服务模式的概念模式。

图1 环境空间信息服务模式

（1）数据服务节点

数据节点是在环保专网中发布空间信息服务提供信息资源的服务站点，可以是国家、省、地方、区县任意一级环保部门。环境空间信息服务平台数据节点的部署，是依据IaaS、和PaaS服务模式进行的，其基础设施进行了虚拟化方式的部署和管理。

（2）服务注册和服务发现

依据服务的来源可将服务分为两类，即主动注册类服务和被动发现类服务。服务注册是其他数据节点的服务资源的元数据信息注册到服务平台上，并且被服务平台的目录进行编目的过程。注册后的服务可被使用者正常应用，服务注册的内容包括空间数据服务、应用功能服务、Web接口服务等内容。服务发现是通过服务搜索引擎在互联网扫描发现未注册数据节点的过程。被发现的数据节点上的服务通过注册服务系统自动注册到服务目录中。

（3）环境空间信息服务平台

环境空间信息服务平台是指在环保专网上部署的提供各类环境空间信息服务、空间数据存储服务、空间数据运算处理服务的信息服务平台，通过服务注册系统和服务搜索系统收集和汇集各种环境空间信息服务，形成较为完整的环境空间信息资源和目录服务，通过门户服务系统向用户提供环境空间信息服务。平台主要包括目录资源共享门户系统、用户服务系统、数据管理与发布系统和运维管理系统等内容。

目录资源共享门户系统提供单一身份登录技术，在实现门户内容管理与用户个性化管理的基础上，采用门户界面集成技术，实现同用户服务系统、发布系统及其他系统的集成。目录资源共享门户系统通过自动机制实现共享目录资源信息的实时监测与采集，将采集到的目录资源信息通过SOAP协议进行数据交换。这些目录资源信息能够提供给环保专网的其他系统访问，各系统及各部门用户通过检索这些目录资源信息，可以找到各自感兴趣的数据，实现外部单位共享数据与产品的检索和访问。同时，系统通过整理产品的信息资源元数据，形成对外发布的目录资源信息数据，以满足空间信息资源共享的需求。

用户服务系统实现外部用户信息管理、数据检索、环境信息产品订单管理、用户反馈信息管理等功能。系统不仅向外部用户提供现有环境信息产品的服务，同时按照用户的要求生成产品订单，将用户反馈信息提交给服务平台，实现对用户服务的动态管理。

数据管理与发布系统提供环境空间信息产品的编辑与制作、发布等功能，通过统一的制作模板和业务流程，将环境信息产品以图形、图像、专题图件、表格、文字报告、多媒体等多种形式表示，从而实现信息产品以在线、多媒体、邮件、光盘等多种方式提供给最终用户。

运维管理系统主要是对环境空间信息服务平台上各类服务系统的管理，提供监控数据库运行状态的功能，建立数据访问、服务访问的管理日志，以保障整个平台系统能够为客户端应用访问提供安全、稳定的支撑。

（4）应用模式

应用模式是环境空间信息服务平台的服务消费部分，分别为直接浏览方式、服务定制方式、系统集成方式和接口及二次开发方式。

直接浏览应用方式是利用服务平台的SvaaS直接将数据服务内容进行展示，可直接与大屏连接形成特定应用下的空间展示，如领导汇报、基础信息查询查看等。该类应用无需其他部署，只需连接到服务平台即可。

服务定制应用方式是通过服务平台资源目录，将目录中相关数据、功能、产品、界面Logo等元素定制到单独系统中的过程，定制的结果可形成订单被平台运维系统所管理。用户凭借平台返回的登录名、密码可访问定制后的系统。定制方式可充分体现SiaaS服务模式的优势，使用者无需开发即可获得应用系统。

系统集成应用方式是在定制后的系统中，将已有的信息系统通过数据库、应用、界面等集成方式与空间信息进行关联的过程。被集成的系统必须遵循平台集成响应的规范和要求。

接口及开发应用方式是通过平台提供的服务接口或者空间可视化插件的API接口进行集成后的二次开发过程。平台会提供响应功能服务接口被开发者应用。开发分为两部分内容:一是空间可视化插件的相关开发，这类开发主要利用空间可视化插件API进行；另一类开发是服务接口的开发，将平台上注册的原子服务接口进行开发形成服务产品的过程。

三、环境空间信息服务SiaaS平台架构

基于SiaaS模式，环境空间信息服务平台总体架构设计如图2所示，整个架构分为5个层次，即应用层、应用服务层、平台支撑层、数据层、基础设施层。

1.应用层

应用层是平台与最终用户接口的层面，根据面向服务应用的类型不同，采用PaaS应用模式或者在线应用模式。PaaS应用是通过定制服务平台空间信息资源目录中的内容，并与具体应用需求相结合，开发并集成各类应用功能的方式，该层建立在应用服务层之上，通过“一站式”门户等技术为用户提供人性化的应用界面；在线应用模式是直接利用服务平台空间信息资源目录提供的内容和平台空间展示系统的方式。

2.应用服务层

该层建立在平台支撑层软件基础之上，是服务平台空间信息服务（SiaaS）的宿主和具体实现，包涵了提供数据服务的SdaaS、提供功能的SfaaS、提供空间数据产品的SpaaS、提供可视化服务的SvaaS和提供应用系统的PaaS等。

3.平台支撑层

平台支撑层包括底层平台支撑层和地理信息公共开发平台。其中，底层平台支撑层是整个系统所依赖的GIS平台、三维平台和涉及的其他相关技术平台，包括地理信息系统平台、数据库平台、各类开发环境和管理工具等。平台支撑层所采用的基础软件产品构成了环境空间信息服务平台运行的底层技术支撑环境。

图2 环境空间信息SiaaS平台总体架构

4.数据层

数据层是环境空间信息应用的核心。环境空间服务平台的数据层在统一的数据标准与技术规范的规定下，应包括基础地理信息库、基础地理信息应用库、环境空间专题库、遥感库、主题信息库（产品库）、三维模型数据库、字典库、元数据库和系统管理库等。

5.基础设施层

基础设施层包括计算资源、网络通信、存储等基础设施，是支撑环境空间信息服务平台的软硬件运行环境。基础设施层基于云计算理念和技术，通过环境信息化工程项目建设或整合现有的环境基础设施资源，建设国家环境信息化基础设施（云计算中心），充分利用计算资源，节省投资费用，而且便于实施基础设施资源管理和维护。

四、结束语

环境空间信息服务模式研究是以空间信息服务为需求，借助云计算原理，提出环境空间信息服务模式（SiaaS）和环境空间信息服务平台总体架构，为下一步构建环境空间信息共享与服务平台，实现环保空间信息的“共建共享”，提高信息资源利用效率，满足环保行业对空间基础信息日益增长的迫切需求，提供基础和技术指导。

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［2］ 魏斌.深入推进环境信息化建设［N］.中国环境报，2012-02-24（2）.

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