“数字奉化”地理空间框架建设总体设计与实现

吕华新，阳经为，李碧裕

(奉化市测绘院，浙江奉化 315500)

1 引言

数字城市地理空间框架是“数字中国”、“数字省区”的重要组成部分，是国家空间信息基础设施的重要内容。根据浙江省测绘与地理信息局和宁波市规划局的要求，奉化市于2012年3月开始启动了“数字奉化地理空间框架建设试点”项目，并在2013年11月顺利通过了浙江省测绘主管部门的验收，成为宁波市第一个通过验收的县级数字城市地理空间框架建设项目。本文介绍了项目的总体架构，并描述了项目技术路线和关键技术，最后总结了项目的技术创新和建设成果。

2 总体架构设计

数字奉化地理信息公共平台采用面向服务架构(Service－oriented architecture，SOA)，总体结构主要由四个部分组成:运行支撑层、数据层、服务层和应用层。并通过建立标准与规范体系、硬件网络基础设施和安全保障体系来保证共享平台数据与服务的共享与交换。框架构成如图1所示［4］:

图1 平台总体架构图

(1)网络层

网络层是公共平台运行的载体，本项目的网络层由规划局局域网、电子政务外网、互联网和现有的基础设施软硬件环境构成，包括网络系统、刀片服务器集群系统、存储备份系统和网络安全设备等物理环境以及标准计算机机房环境等。

(2)数据层

数据层主要由基础地理信息数据构成，包括DLG数据、DOM数据、DEM数据、地名地址数据、三维模型数据和元数据，该数据层是构建服务层公共平台数据集的基础。

(3)服务层

服务层主要是基于公共平台数据集提供各种地理信息浏览、存取、处理和分析等多种服务，并通过应用服务管理系统进行管理。普通用户可以通过门户网站获取在线地理信息服务，专业用户可通过平台提供的二次开发接口，快速构建业务应用系统。

(4)应用层

应用层主要是面向平台服务的对象——政府、企业、公众。应用层搭建了多种电子政务应用，是电子政务系统中面向最终用户的层面。无论是政务外网用户，还是普通公众用户，都可以在应用层获得想要的奉化市地理空间信息。

虚拟现实红色教育不受现实条件制约，内容丰富多彩，形式灵活有趣，线上可以充实红色教育网站资源，为学生提供自主学习和虚拟交互的新载体；线下可以融入和创新已有的活动形式，为学生课外接受红色文化教育提供有效途径。虽然现在虚拟现实技术尚未发展成熟，开发虚拟红色教育资源成本较高，但高校可以充分运用校内大量设备资源，以及计算机和网络技术人才资源，自主开发统一标准的虚拟红色教育资源，建立高校间合作化共享机制，还可以参与社会虚拟红色教育资源开发，使大型虚拟红色教育资源库的建立成为可能，节约教学成本，建立合作化教育模式。

3 技术路线和关键技术

数字奉化地理信息公共平台采用基于SOA的构件化设计思想，通过详细的需求分析，确定软件功能构件的主要内容，并根据应用与管理对象的不同，对构件灵活组装搭建成不同的应用子系统;软件开发采用C#作为主要开发语言，Visual Studio 2008.NET作为开发环境;采用Esri的ArcEngine 10作为空间分析与应用功能开发的平台，使用ArcGISServer 10来发布数据服务;使用自主研发的大数据量矢量渲染引擎;数据库采用SDE for Oracle进行各类数据的统一存储与管理;采用统一建模语言UML作为系统建模语言;采用Visio2007作为面向对象分析与系统建模工具。

项目建设涉及的关键技术有:

(1)地理信息联动更新。地理信息数据必须注重时效性，平台通过建立切片数据与GIS数据之间的联系来实现数据的联动更新。切片直接由数据库中的数据生成。当数据库中的数据发生变化时，切片也能得到相应的更新，为了提高地图切片的效率，采取地图的增量更新方式，即数据更新完成以后，自动获取当前更新的数据范围，判断更新的切片范围，调用切片模块对更新范围内的地图进行重切。

(2)地理编码和地址匹配技术。平台将空间信息与非空间信息进行集成与融合，建立属性数据和空间位置之间的对应关系，通过地理编码和地址匹配技术方便用户的查询与检索，为公众提供直观、生动的基于空间位置的服务。

(3)高效三维图形渲染技术［5］。项目建立了大规模仿真模型的快速访问模型的GPU图形处理及渲染技术是国际最新、功能最强的大规模图形处理技术，它能够对大规模图形数据更快、更精确的处理，使大规模图形数据的数据处理、快速显示成为现实;使大规模图形数据的处理、传输、显示程序的效率大大提高;从而，使以前只能在集群服务器中处理的一些计算工作转移到网络计算机中进行。

(4)GIS与物联网融合技术［2］。项目搭建了若干个以物联网技术为基础、以地理信息为依托的智能化应用。将GIS强大的空间分析能力融入物联网中，在自来水公司管线系统中通过利用GPRS和传感器将管道的实时压力和流量集成到系统中来，并能准确定位，为处理管道爆管等突发事故提供位置服务。在水库三维防洪调度管理系统中将传感设备反应的实时水雨情信息和电厂发电量信息集成到三维系统中，为领导应急决策提供更加科学的依据。

4 建设成果

4.1 数据成果

数据建设成果包括基准控制成果、基础测绘成果和平台数据集成果。

(1)基准控制成果:在奉化市政府东大院楼顶，由宁波市测绘与地理信息局建成了宁波市连续运行卫星定位系统(CORS)基准站1个。

(2)基础测绘成果:在大比例尺地形图方面，完成了 350 km2的 1∶500、1∶2 000地形图测绘及数据库建设，并建立了基础数据库管理系统。

(3)平台数据集成果:制作了政务版电子地图和公众版电子地图，完成了主城区和各镇中心区范围6万多条地名地址采集建库;在三维数据方面，建立了全市域数字高程模型，制作了市区 30 km2的真三维城市模型，详细到每一栋建筑物，相对于平面表达的地图和影像以更直观、更形象表达出城市的真实面貌。

4.2 基础地理信息数据库管理系统

在地方测绘单位，地理空间数据长期存在多种坐标(宁波坐标系、西安80坐标系、WGS84坐标系等)、多种格式(CAD数据格式和空间数据格式)和多种时相数据并存的状况，增加了数据维护和更新的难度。该系统实现了对多尺度、多时相空间数据的入库、更新、查询、坐标转换、格式转换、专题制图和任意范围和任意图层输出等功能。数据统一采用宁波坐标系存储为Geodatabase，系统可实现常用坐标系之间的相互转换，并可按照任意范围或标准图幅输出CAD文件，既满足了不用坐标系和不同数据格式的应用需求，而且最大限度减少了数据维护和更新工作量。

图2 奉化市基础地理信息数据管理系统

4.3 地理信息公共服务平台

共享平台采用数据管理和服务应用相分离的架构原则，对地理信息资源数据进行整合，提供网络化共享的在线服务模式，为政府部门业务应用系统与软件服务平台的集成提供接口，并根据奉化市实际情况建立了政务版、公众版和移动版3套共享服务平台。政务版主要运行在政府外网中，为政府部门提供数据服务;公众版就是天地图·奉化，运行在互联网上，为公众提供地理位置服务;移动版是基于IPAD平板电脑开发，主要为领导提供规划一张图的在线地图服务。图3、图4、图5为3套公共服务平台界面。

图3 政务版公共服务平台

图4 公众版公共服务平台

图5 移动版公共服务平台

4.4 示范应用

项目采用边建设边推广的模式，与平台建设同时启动多个示范应用建设，平台试运行后，凭借数据的丰富和权威性、应用服务的方便快捷性，赢得了用户的欢迎，许多单位主动要求接入到平台中来。目前已有发改、建设、水利局等17个部门采用离线拷贝、专线接入、服务器托管、服务接入、数据交换等多种应用模式实现“数字奉化”地理空间框架建设成果的广泛应用。图6、图7为示范应用系统界面。

图6 奉化市重点项目三维管理系统

图7 横山水库三维防洪调度管理系统

5 结语

数字奉化地理空间框架平台的建设完成只是本项目的开始，建设平台的最终目的是为了平台能够得到广范围的推广应用。我们在平台建设过程中努力探索适合奉化的平台推广应用模式，为了调动各政府部门的积极性，让各单位主动的参与到平台应用建设工作中来，我们采用了先建设、后共建的建设方法，即我们主动给应用单位包揽数据处理、服务发布、应用建设等工作，完成应用系统的上线使用任务。应用后期的数据维护更新和系统维护更新的工作，采用与应用单位共同建设的模式，让他们参与到平台建设工作中来，确保各类专题数据的现势性，保持平台建设工作的活跃性和持久性。

［1］ 王小军，陈慧，刘璐等.关于数字省区地理空间框架建设的研究与思考——以海南国际旅游岛数字地理空间框架为例［J］.测绘通报，2012(6):28～30.

［2］ 李维森.浅析数字城市地理空间框架建设中的创新［J］.测绘通报，2011(9):1～5.

［3］ 宁津生，何保国.“数字湖北”地理空间框架建设总体设计与实现［J］.地理空间信息，2013专刊:4～7.

［4］ 邱儒琼，陈彩军，罗伊.湖北省地理信息公共服务平台的总体设计探索［J］.地理空间信息，2010，8(6):5～7.

［5］ 李成名，王继周，马照亭.数字城市三维地理空间基础框架原理与方法［M］.北京:科学出版社，2008.