应急管理GIS的数据管理

田宇驰

（成都理工大学，四川 成都 610059）

应急管理GIS的数据管理

田宇驰

（成都理工大学，四川 成都 610059）

面对国内外自然灾害频发的现状，GIS的应用越来越广泛，尤其是在应急管理中的应用。本文主要通过分析应急管理GIS系统数据管理现存的问题，提出一种基于DOA架构的数据一体化管理方法。最后，基于WebService技术，在省级应急指挥GIS系统中验证该方法，使空间数据得到了一体化管理。

GIS；WebService；数据管理；数据注册中心；XML

1．引言

近年来，在全国乃至全世界的范围内，自然灾害时有发生，给人民生命财产安全带来严重威胁。在这样的大背景下，GIS应用越来越广泛和深入，在各行各业都得到了体现。然而，在GIS系统应用中，涉及到的数据种类繁多、结构复杂，尤其在数据存储以及系统架构上都存在一定程度的不同，致使数据管理成为GIS应用的重要问题之一，直接影响GIS应用的效果。现有的解决办法多为分布式数据存储管理办法。这样的方式不仅增加了数据的冗余，也增加了数据更新维护的代价，影响了数据显示的效率。本文基于DOA架构，G/S访问模式，采用数据注册的方式，为应急管理GIS系统的数据管理提供一种可行的方案。

2．应急管理GIS系统中数据管理现存问题

应急管理GIS应用中数据量巨大。同时，因数据采集方式、技术的不同，产生的数据种类和格式也不同，如结构化/非结构化、空间/非空间数据。如何有效管理海量、异构数据，成为GIS应用的关键问题。

通过对现有GIS系统的构建分析可知：2．1 应急管理GIS系统存在的问题(1)应急管理系统需要整合以空间信息为主的各类数据，对异构数据的交换、共享和协同要求高；

(2)空间信息的数据处理过程复杂，专业性强；(3)空间信息的网络服务能力差，数据管理效率低下；(4)基于空间信息的建模、评估、分析、辅助决策过程复杂。

2．2 应急管理GIS大众化应用特点

(1)便捷性：用户可以方便快捷地利用GIS得到所需的空间信息服务；

(2)真实性：为用户提供数据和服务，真实地表达地理环境和周围的事物及实时状态；

(3)体验性：用户能够在GIS的三维可视化环境中任意漫游和交互；

(4)自主性：用户可以按照自己的需要对GIS提供的数据和服务进行访问、定制和发布；

(5)并发性：允许多个用户对GIS进行同时访问，用户数量不断增长；

(6)分散性：GIS提供的数据和服务具有分布的特性。

针对上述问题，现有架构C/S、B/S模式无法一一支持。G/S模式借鉴了C/S和B/S模式的优点，基于数据注册中心，设计统一数据交换命名规范，利用元数据对各类数据（结构化/非结构化、实时/非实时、空间/非空间数据等）进行标识和注册，为客户端提供快速查询、定位等服务，有效地解决GIS系统应用中存储管理、服务响应、信息表达、操作控制、技术复杂、分析服务等空间信息服务的瓶颈问题，真正实现数据一体化管理。

3．DOA架构——面向数据的体系架构

DOA架构，即棉纺数据的体系架构，是一种用于解决大数据管理和服务问题的面向海量异构数据组织管理架构。它包括了云端，即物理采集云、网络采集云和存储云；客户端，即移动通讯设备、个人电脑、服务器等设备；以及数据注册云平台。DOA以大数据注册机制为核心，通过统一数据标识和数据交换规范，实现对多系统中海量、异构、实时数据的有效管理，为数据服务在客户端的动态聚合提供支持。G/ S（General-Browser/Service-Cloud，通用浏览器/服务云）模式，是基于DOA架构的网络信息访问与服务模式，以HGML（Hyper Geographic Markup Language，超地理标记语言）为核心，以基于XML的数据注册与数据交换机制为主线，通过云服务下的海量数据管理及客户端聚合服务机制，有效解决存储管理、服务响应、网络带宽、信息表达、操作控制、技术和分析等瓶颈问题。（DOA架构示意图，如图1）

该架构中的“存储云”、“物理采集云”和“网络采集云”的数据向数据注册云平台中进行注册。使用者通过向数据注册云平台请求有关元数据来请求数据服务，通过在数据注册云平台中的查询结果返回元数据信息。则使用者根据元数据内容对服务器进行访问，并实现数据的交互。“存储云”和“物理采集云”、“网络采集云”有着如数据转储、交换等等紧密数据关联。

该架构以应急管理为应用背景，以基于HGML的海量、异构数据交换标记语言EMML（Emergency Management Markup Language）为核心，在分布式普适计算环境下构建而成。在此说明基于XML的HGML、EMML等关系，如表1：

表1HGML、EMML、XXML关系

4．应急管理GIS系统的数据管理实现

4．1 基于HGML的数据注册中心

DRC（Data-Registration Center，数据注册中心）是一种管理环境，用于统一管理数据的定义与命名规范。通过元数据对各类数据（空间/非空间数据、结构化/非结构化数据、实时/非实时数据等）进行标识和注册[26]。通过对数据进行统一管理，为客户端和云端（服务器群）提供数据查询和定位服务。数据注册中心DRC使用HGML管理元数据。存储数据资源的地址，是实现数据统一管理的基础。DRC主要由数据分级管理、元数据注册发布、数据信息查询、定位管理模块组成。HGML作为空间数据共享交换规范，在海量异构空间数据的交换和管理中起到重要作用。

基于G/S模式，在空间信息服务云中，数据注册中心在空间信息资源的管理和应用中发挥着至关重要的作用：

(1)提供统一的数据注册与管理平台

数据注册中心用于解决分散数据集中管理的问题。DRC通过以HGML为载体的数据交换规范实现分散数据的集中管理和维护，从而实现海量异构数据的统一管理与访问。

(2)提供可靠的数据查询定位机制

数据注册中心要为数据访问者提供数据查询定位机制，保证客户端快速查询数据，同时准确定位，便于空间信息资源的高效访问。

数据注册中心用于实现分布式数据注册以及为查询请求返回服务地址。下面，以应急管理应用为大的背景，以基于HGML的EMML为核心，数据注册中心简单工作模型如图2所示：

图2 数据注册中心简单工作模型

EMML作为应急管理应用中空间数据统一交换规范，结合Web服务等技术，及数据注册中心工作模型，解决分布式异构环境下的空间数据共享和系统互操作等问题。EMML（是XXML的一种，具体关系见表1）因其简单灵活的标准化格式，具备较强的实用性和广阔的发展前景，已经被GIS相关行业认可和使用。值得注意的是，由于利用Internet传输数据，数据的安全性需引起重视，本文将不作进一步研究。

4．2 Web Service技术

Web Service相关协议简单介绍如下：

(1)XML

XML（Extensible Markup Language），作为一种数据交换标准，是Web Service跨平台的基础。XML是信息描述、信息交换的标准手段，它以标准化的文本格式将复杂数据进行格式化。XML可以独立使用，也可以与多种相关技术组合。用户可根据需求基于XML定义元素标记或其它属性。XML具有易移植性和可读性好等特点。

(2)SOAP

SOAP（Simple Object Access Protocol），是基于XML为消息载体的Web Service的核心成员之一，用于信息交换，以保证消息的正确发送和接收。SOAP主要有文件头（Header）和消息体（Message Body）组成，文件头是可选择的部分，消息体是SOAP中必须定义的部分。

(3)WSDL

WSDL(Web Service Description Language)，是Web Service描述语言，是Web服务的接口定义。通过WSDL可以说明具体如何与Web服务进行通信。基于XML规定用户调用Web服务位置、支持协议、参数信息等。WSDL主要包括消息类型（Type）、消息（Message）、消息参数（Part）、操作（Operation）、端口类型（Port Type）等基本元素。

4．3 应用实例

DOA架构的特点是以数据为中心，以标示为主线作为基础，在应急管理GIS平台上通过EMML实现数据的统一管理。通过Web Service技术，实现对应急数据的一体化管理。基于DOA的一体化数据管理方案在省级应急指挥GIS系统中进行了验证，确定该方案为可行性方案。

在省级应急指挥GIS系统中，数据注册中心是服务器到客户端之间联系的纽带，它以EMML为数据载体，标识资源位置以及共享数据存储，是实现数据交换的核心，通过数据注册中心提供的数据服务，客户端获取数据资源位置并进行数据访问。应急管理GIS中一体化数据管理的技术实现流程如图3所示：

图3 应急管理GIS中一体化数据管理的技术实现流程

5．总结

传统色数据管理方法对于如何在存储系统中有效组织空间数据，如何充分利用云服务的高计算能力、高分析能力等问题并没有得到有效的解决。本文基于DOA架构，G/S访问模式，采用数据注册的方式，为应急管理GIS系统的数据管理提供一种可行的方案。

[1]陈恳．基于DOA的应急管理指挥系统设计与实现[Z]．北京：中国地质灾害与防治学报,2013．

[2]Martin Kalin．Java Web服务构建与运行[M]．任增刚译．北京：电子工业出版社,2009．

[3]苗放，袁宏永，杨文晖等．应急管理空间信息云服务体系架构[J]．2011,11．

[4]刘霞，严晓，刘世宏．非常规突发事件的性质和特征探析[J]．北京：北京航空航天大学学报(社会科学版)，2011，03．

[5]苗放．支持空间信息应用的海量数据管理体系结构及机制研究[J]．国家自然科学基金申请书，2012．

[6]Ken Chen,Fang Miao,Wenhui Yang．Research on a New Digital Earth Platform Service Mechanism Based on G/S Model．7th International Symposium on Digital Earth Secretariat(ISDE2011),2011．

Research of Data Management in Emergency Management GIS

Tian Yuchi
(Chengdu University of Technology,Chengdu 610059,Sichuan)

With the frequent natural disasters at home and abroad,the application of GIS is used more widely,especially in emergency management.This paper analyzes the existing problems of data management in GIS system of emergency management,proposes a method of integrated management based on DOA.Finally,based on WebService technology,this method is checked in GIS system of provincial emergency management,enabling the spatial data to be in integrated management.

GIS;WebService;data management;data registry Center;XML

田宇驰，女，四川华蓥人，硕士研究生，研究方向：计算机软件与理论。