云GIS在境外矿产资源信息集成与服务模式中的应用研究

周丙锋，李玉龙 ，王杨刚，何学洲

(1.首都师范大学资源环境与旅游学院,北京 100048；2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

信息技术的发展推动了地质行业的数据共享和信息服务水平的提高，我国“走出去”企事业单位对境外矿产资源数据资料的需求也日趋强烈，各支撑单位对境外矿产资源数据资料的专业化、准确化、信息化的服务程度也越来越高。随着互联网技术的发展，基于多种客户端的境外矿产资数据资料服务慢慢进入普通公众人们的生活，同时为各行各业的业务应用提供信息化基础服务。云GIS是近几年发展起来的新兴概念,是将云计算的各种特征用于支撑地理空间信息的各要素，包括建模、存储、处理等等，从而改变用户传统的GIS应用方法和建设模式，以一种更加友好的方式，高效率、低成本的使用地理信息资源[1]。

境外地质矿产资源信息集成与服务模式综合考虑当今先进的云GIS架构，构建基于云GIS的境外地质矿产信息集成与服务模式，考虑从事境外地质矿产勘查开发的企事业单位的需求，从用户出发，整合数据资源，对已有的数据、资料、成果进行网上服务和信息的交换共享。

1 云GIS与境外矿产资源信息数据的特征

云GIS是基于云计算的理论、方法和技术，扩展GIS的基本功能，从而进一步改进传统利用GIS平台开发软件的结构体系，以实现海量空间数据的高性能存取与处理操作，使其更好地提供高效的计算能力和数据处理能力，解决地理信息科学领域中计算密集型、数据密集型、并发访问密集型和时空密集型的各种问题。其实质是将GIS的平台、软件和地理空间信息能够方便、高效地部署到以云计算为支撑的“云”基础设施之上，能够以弹性的、按需获取的方式提供最广泛的基于Web的服务[2]。

境外矿产资源信息数据的本质特征，从数据类型方面来看，数据类型多样，包括各种格式的矢量和栅格图件、文档以及视频资料等。从数据量方面来看，数据量巨大，随着我国矿业企业“走出去”政策的制定和完善以及矿业企业到海外勘查开发矿产资源的观念增强，越来越多的企业走出去[3]。境外矿产资源资料数据积累量从GB级别，跃升到TB级别，并将会快速跃升到PB级。从数据的共享方面来看，处理速度快，海量的多样化数据堆积在一起，要想利用数据或对数据进行二次加工必须要能够提供快速处理数据的环境。

境外矿产资源信息数据外部特征，从获取数据方面来看，分为原始数据和成果数据数据。从汇交数据方面来看，由于矿业企业承担的项目分布在世界各地,在项目实施的过程需要提交各个阶段的成果及报告,如年报、半年报及专报等。从数据利用率方面来看，全国各地的矿业企业承担的项目获取的原始资料和成果资料，目前管理部门收集后简单的堆积在一起，不能有效的利用和充分共享。

2 云GIS技术在境外矿产资源信息集成与服务模式构建中的可行性

把境外矿产资源信息集成与服务中的资料借阅系统、数据管理系统等相关业务系统部署在云GIS环境中,是云GIS架构的一种软件即服务(SaaS)和数据即服务(DaaS)层次的实例化。

云GIS环境下境外矿产资源信息集成与服务模式构建完成后，这片云的所有用户、提供的服务以及云中的数据均是云GIS的组成部分，两者均具有社会属性[2]。前者表现为用户权限，后者表现为空间数据的社会属性，如行政区划等。云GIS环境下境外矿产资源信息集成与服务模式呈现集中性特征。云GIS环境下境外矿产资源信息集成与服务平台由中国地质调查局发展研究中心来创建基础设施和使用平台，其所有用户使用本平台提供的服务，可以达到境外矿产资料信息资源的有效控制和合理使用的双重目的。

对境外矿产资料信息的海量数据进行存储或者大规模任务进行划分时，需要对基础地理数据、成果数据(包括矢量、栅格等)以及其他的境外矿产资源信息数据进行划分，而这种划分过程必然保存原有的空间信息和非空间的属性信息，在需要对原有的数据进行操作时，如可视化、查询检索等，被划分的数据则依据划分时的索引信息或者空间信息进行合并，呈现原来的完整状态。上述特征与大数据的分布式存储的思想一致。

从传统的境外矿产信息数据使用向提供服务方向转变；要实现原始数据的使用、半成品和成品数据使用、数据统计分析汇总等的服务化；云GIS环境下境外矿产资源信息集成与服务模式为用户提供了常规的GIS功能。如GIS计算资源、可视化服务、空间分析、遥感影像操作、地图互操作等。用户在使用本模式构建的平台时如使用桌面系统那样简单、方便，改变了用户传统的GIS应用方法和建设模式。

3 云GIS环境下矿产资源信息集成与服务模式的构建

3.1 总体设计思想

构建云GIS环境下境外矿产资源信息集成与服务模式，能对境外矿产资源信息的数据安全性和服务质量进行有效的控制，而且与传统的集成与服务模式相比，新的集成与服务模式可以支持动态的增加减少基础设施，降低原有架构的复杂度，使各种数据资源和服务得到整合和标准化。云GIS环境下境外矿产资源信息集成与服务模式在基础实施部署上，不在考虑节点。只需要建立一个统一的基于云GIS的境外矿产资源信息集成与服务平台，针对各级各类用户提供不同的数据和服务资源。云GIS环境下境外矿产资源信息集成与服务模式的构建旨在实现如下目标。

1) 真正实现境外矿产资源信息数据和服务一体化。在中国地质调查局发展研究中心引入云GIS技术,通过云GIS环境下的境外矿产资源信息集成与服务平台实现平台上的所有业务系统及平台本身都是一个个可调用、可访问的服务，一切都是开发性的、以服务的形式展现，最大限度满足未来几年境外矿产资源数据管理与服务信息化对软硬件等基础实施的需求。建成云GIS环境下的境外矿产资源信息集成与服务平台能够覆盖全国地调系统，各级各类的地调系统内机构和公众可以通过网络获取平台提供的各种服务，如原始数据和成品数据服务、资料借阅服务、GIS平台服务以及存储服务等等。

2) 实现超大容量境外矿产资源信息数据的处理、分析和存储，提供高性能计算资源。境外矿产资源信息数据涉及的地理范围较广和地理要素之多，所以涉及的数据是超大容量的，因此在境外矿产资源信息集成与服务平台中需要高性能计算成为必然。在云GIS支持下的境外矿产资源信息集成与服务可以很好的实现境外矿产信息资源服务的这种需求，还可以随着计算资源需求的增加，可以弹性动态地扩展高性能计算能力。

3) 实现基础数据、原始数据、成品和半成品数据的存储、共享和管理能力,包括遥感影像数据,基础地理数据、境外矿产项目的成果数据以及和境外矿产资源相关业务的其他数据。

3.2 基于云GIS技术的境外矿产资源信息集成与服务体系结构

境外矿产资源信息集成与服务的体系结构如图1所示,本结构共包括四层,自下而上分别为：基础设施层、资源池层、服务管理层、客户端层，以及横跨多个层次的安全保障和标准规范[4]。

图1 境外矿产资源信息集成与服务体系结构

1) 基础设施层：该层是境外矿产资源信息集成与服务体系结构的最底层，也可以称为物理层，有硬件设施和基础软件搭建。硬件设施包括普通PC或者高性能服务器、大容量的磁盘阵列、网络连接设备以及安全防护设备等。基础软件包括能够驱动硬件发挥作用的操作系统，如windows、Lunix等；存储各种空间和非空间的数据的数据库，如Sql server、Oracle等；实现GIS功能的软件，如ArcGIS，SuperMap等；实现IT资源的逻辑抽象和统一表示的虚拟化软件，如Vware、Eucalyptus等。

2) 资源池层，是境外矿产资源信息集成与服务的体系结构的核心层，可以分为四个部分，自下而上分别是，基础设施资源、数据资源、平台资源和应用软件资源。

基础设施资源，把基础设施以服务的形式提供给用户，对应云计算服务中的基础设施即服务(IaaS)，在服务层次上是最底层服务，接近物理硬件资源，通过虚拟化的相关技术，为用户提供处理、存储、网络以及其他资源方面的服务，以便用户能够使用和部署操作系统和运行软件。

数据资源，把数据以服务的形式提供给用户，用户只有使用权，而没有所有权，对应云计算服务中数据即服务(DaaS)。数据资源包括基础地理数据、遥感影像数据、境外矿产资源原始、成品和半成品数据等。用户不需要购买遥感影像和基础地理数据，也不要购买和部署GIS软件，使用平台内的业务数据在平台上的GIS环境中叠加基础地理数据或遥感影像数据，进行空间计算等操作就可以得到需要的结果。而且这些服务只需要通过申请，审批通过后就可以使用。

平台资源，对应云计算服务中的平台即服务(PaaS)。在支持虚拟环境宿主操作系统上安装虚拟机管理软件，在客户端操作系统上搭建部署Web服务运行环境、GIS运行环境、空间数据库及其他业务应用系统如境外矿产信息资料借阅系统等。然后把这些服务提供给用户，用户可以只专注自己的业务，无需花时间精力放在环境搭建上，也无需购买费用昂贵的基础软件如数据库、GIS软件等。

应用软件资源，对应云计算框架服务中的软件即服务(SaaS)，是应用软件的一种全新的用户使用方式。包括GIS软件功能的使用和与业务系统相关的应用系统，如境外矿产资源资料借阅系统等。地调系统内的用户根据用户权限使用各业务系统，无需自己花人力物力去重复开发或购买这些业务系统。

3) 服务管理层，是境外矿产资源信息集成与服务体系结构的关键层，为应用提供服务目录并负责管理所有需要调度管理的内容。包括和与业务相关数据的存取服务、在本系统体系结构中开发业务系统，应用系统的搭建部署、用户的管理和身份认证、用户访问的负载均衡、系统运行的服务监控等。

4) 客户端层，基于境外矿产资源信息集成与服务体系结构可以提供不同的服务用于支持不同的客户端系统，包括C/S架构桌面系统、B/S架构下的Web系统、移动系统等。

4 云GIS环境支持下的境外矿产资源信息集成与服务的优势

云GIS技术在境外矿产资源信息集成与服务的模式构建中应用，改变了境外矿产资源信息数据集成与服务的传统方式，如数据表、栅格图件数据、矢量数据及文档附件数据的集成管理和借阅服务等。基于云GIS的境外矿产资源信息集成与服务体系平台的搭建将打破全国地调系统内的单位区域分布、机构独立和分散的模式，实现集中、统一、规范的业务平台建设和优质资源充分共享，由分散建设、管理和使用向大集中、大共享机制转变，关键在于它是一个动态的、易扩展的虚拟化计算服务[5]。

4.1 提高了境外地质矿产资料信息共享程度，改变了向用户提供服务的传统方式

目前我国境外地质矿产资料的管理及服务机制存在一些问题，主要表现在以下几个方面：①境外地质矿产资料分散在各地勘单位、企业和科研机构，资料不能充分共享。②目前的元数据标准制定与数据库建设主要还是以部门为单位，为国家层面的元数据共享与服务造成一定困难。③信息采集与服务各自为战，缺乏统筹与协作，并且很容易造成重复投资与建设，在一定程度上阻碍了我国“走出去”的步伐。

通过云GIS技术支持的境外矿产资源信息集成与服务体系平台的搭建，能够进一步提高境外地质资料信息化管理和信息化服务水平，实现了馆藏地质资料电子文档在线的管理，为持证借阅者提供地质资料目录查询、全文阅览、打印收集等服务。云GIS环境下境外地质矿产资料信息集成与服务体系建立在目录数据库、图文数据库、涉密资料库之上，集地质资料汇交、地质资料管理、涉密资料管理、地质资料借阅、地质资料统计汇总分析等功能于一体的综合信息平台。云GIS技术架构的引入解决业务系统中的计算密集型、数据密集型，并发访问密集型和时空密集型的各种问题。

实现个地勘单位部门间的统筹协调和统一管理，统一标准，打破部门间信息壁垒，组织空间信息共享与服务的联盟机制，为空间数据共享实施提供保障，使共享与服务成为规范化的行动。调动社会各界包括政府部门、私营企业、非赢利部门、学术界和一般社会公众等各个阶层的积极性，争取社会广泛参与。

4.2 降低了获取境外矿产资料数据信息资金的投入和数据管理平台的运营成本

境外各个国家的政策、地理位置以及自然环境决定了境外地质矿产资料数据的获取需要投入巨大人力、物力以及财力，并且根据管理部门的要求,承担项目的地勘单位在境外实施项目过程中，需要及时提交阶段性成果和相应的原始资料。采用云GIS模式，项目承担单位很方便的提交境外矿产资料数据，管理部门可以集中对资料数据进行维护，通过共享的方式为系统内所有用户提供境外矿产原始数据、成果数据资料和各种业务应用软件的服务。避免了国家立项投入资金获取重复的境外矿产资源的资料数据和重复建设数据资料的管理平台。通过云GIS，只需要构建一个数据中心，集中统一维护，地调局系统内部共享该云GIS的服务，硬件、人力和维护资源都可以从成本中大大减少。

4.3 简化了境外矿产资源信息集成与服务模式系统的构建和运营

对于一个传统的境外矿产资源信息集成与服务系统构建和运营来说,需要一个基本的周期:硬件维护、硬件安装、信息系统安装、软件安装、应用和数据装载、测试等。在云GIS环境下，前四个过程在中国地质调查局发展研究中心进行，构建的周期大大缩短，既提高了效率，又节省了人力和资源。采用云GIS模式，地调系统内的用户可以把更多的精力放在的数据使用和再生产的业务上，而不是放在原始与成果数据的获取和基础架构的运营和维护上。

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