时空信息云平台的建设及其关键技术研究

冉慧敏，潘伯鸣，郭云嫣

（1.常州市测绘院，江苏 常州 213003；2.常州市地理信息智能技术中心，江苏 常州 213003）

1 引 言

“数字城市”地理空间框架作为一个城市法定的、统一的空间信息基础设施［1－3］已经在经济社会发展、工业与信息化进程中发挥了重要作用，成为领导科学决策的重要工具、城市信息化建设的基础平台和提高人民生活质量的便利帮手。2012年常州建设完成了“数字常州空间基础信息（共享）平台”，构建了全市统一的空间基础信息共享平台，为“数字常州”建设提供了空间数据支撑，对城乡规划的高效管理、科学决策也起到了重要作用。

如今，在智慧城市建设阶段，随着科技不断进步和应用需求快速变化，对空间基础信息共享的数据实时性、多终端适应性、操作体验性、应用自主性、管理可控性等方面均提出了新要求。常州市作为国家首批智慧城市试点城市，为有效支撑城市的建设和运行，需对城市地理空间框架进一步提升，与新型技术接轨迎接智慧城市新挑战，因而适时提出了智慧城市时空信息云平台建设。

2 建设内容及总体框架

2.1 建设内容

通过项目建设全面推动数字常州空间基础信息共享平台的整合升级，切实提高时空信息在“智慧政务、智慧民生”等领域的应用广度和深度，为政府的科学决策、城市的智能管理、公众的文化生活提供可靠的时空信息保障。同时，通过项目建设深入探索空间基础信息在智慧城市阶段的建设模式、共享模式和服务模式，突破核心技术，凝练工艺流程和标准规范，为后续大规模的智慧城市各类平台建设提供依据，为智慧常州建设奠定良好的空间基础。

按照总体建设目标，时空信息云平台建设内容可分解为6大部分：① 标准规范建设；② 时空数据库建设；③ 时空数据管理软件建设；④ 时空信息云平台建设；⑤ 支撑环境建设及系统集成；⑥ 示范应用建设。

2.2 总体架构

采用云GIS技术体系设计思路［4－5］，对平台总体框架进行如下设计，如图1所示。

图1 时空信息云平台总体技术框架

2.2.1 基础设施层（IaaS）

提供按需服务的硬件资源，采用虚拟化技术把计算资源、网络资源、存储资源虚拟化为资源池，按需向应用提供服务。

2.2.2 大数据层（DaaS）

提供弹性的数据服务，时空信息云平台以丰富的时空信息为基础，包含矢量地形、栅格地形、航空摄影像片、卫星遥感影像、电子地图、专题图以及规划现状等各类数据。

2.2.3 平台服务层（PaaS）

作为时空信息云平台的核心层，它将现有各种业务能力进行整合，包括能力接入引擎、GIS能力宿主、应用服务宿主、业务模型引擎和知识组装引擎5类。平台服务层向下根据业务能力需要测算基础服务能力，通过IaaS提供的API调用硬件资源向上提供业务调度中心服务，实时监控平台的各种资源，并将其通过API开放给SaaS用户。

2.2.4 应用软件层（SaaS）

架构于平台服务层，针对时空数据各类智慧应用所提供的开发API、原子级基础应用、智能分析类应用及基于知识的业务建模框架。

3 技术路线

（1）采用统一的时空数据描述框架，将现状和历史的基础地理信息成果（包括栅格地形地图、数字正射影像图、矢量地形图、地名地址、各类专题图层等）按照有关标准进行处理、整合，并按照空间数据建设与管理原则，对地理信息成果数据进行合理有效的管理，建设一个包含多种数据类型的时空数据库。

（2）基于ArcEngine开发数据库管理系统实现对时空数据的入库、浏览、查询、更新、归档、制图和输出。

（3）基于SOA架构和Flex富客户端技术构建时空信息平台的公众版平台、政务版平台和局内网版平台。

（4）采用统一的时空数据存储和索引框架以及丰富的时空数据展现方式实现对各种类型数据的时空一体化的存储、检索和展现。

（5）B／S应用系统实现二三维联动，在同一界面、两个窗口分别采用二维及三维方式展示同一个区域范围的管线数据，对其中一个窗口的浏览、查询操作将实时映射到另一个窗口，实现二三维展示的无缝融合。

（6）基于全站可配置技术，实现了智能定制系统。支持对界面布局、风格样式、数据内容和功能模块的自定义配置；通过自动容器托管技术，可以将定制出的应用自动托管到平台上，也可将定制好的应用下载到本地部署。

4 关键技术

4.1 在线自助制图技术

根据对制图场景的分析总结提供了针对特定应用场景的自助制图技术。该技术支持用户借助交互制图方式，选用平台提供的多种地图服务为底图，在线采集用户需要的矢量数据并提供下载保存。同时，用户可在线添加本地数据，在线进行符号化等个性化操作，实现专题图件的在线绘制和输出，满足用户在线“看图、用图、制图、出图”的需要。

4.2 多时态空间数据存储与检索技术

提供了包括数据建库与存储、数据索引、数据检索、数据展现的全体系多时态空间数据解决方案。支持矢量数据、栅格数据与瓦片数据的入库归档。每个矢量图层、栅格图层和瓦片图层都对应唯一的元数据，所有数据的时态通过元数据进行描述。

对入库的所有数据同时建立空间索引和时间索引。除常见的空间检索外，还提供时间检索及时空一体化的检索方式。主要的时间检索方式包括时间范围检索、时间点检索、单要素历史变迁检索；时空一体化的检索方式包括指定空间范围和指定时间点的空间要素查询等。

4.3 分布式空间数据集成与展现技术

提供了在线上传、在线注册、实时集成等多种技术手段，支持将分布在各个部门、各个业务系统中的数据集成到平台中。平台提供数据的在线上传接口，可以将分布在各个科室的数据通过在线上传方式将数据存储进平台上。

对于有些不方便放到平台上的数据，或者一些由于更新频率较高难以实现频繁上传更新的数据，为方便供其他应用系统开发过程中调用，平台采用各部门本地维护，以地图服务方式接入共享。对于由各科室维护但并非用来供其他应用系统调用的数据就需要集成后由平台本身使用。处理这些数据可以使用平台内部的服务集成机制，通过配置的方式将服务集成进来，并在平台中直接进行展示和应用。

4.4 智能应用定制技术

允许用户自定义界面、功能与数据，生成自己的应用，并可以将应用托管到平台上。在定制过程中，用户有两种数据选择方式：① 选择平台现有数据；② 添加用户本地图层。除了数据的自定义外，还提供如下方面的定制支持：① 应用基本信息定制。包括应用的标题、logo图片、top背景图片的定制。②界面布局的定制。预先提供多种界面布局样式选择；预先提供多种界面风格选择。③ 功能定制。可以根据自身需要选择需要添加到应用中的功能。定制好的应用可以直接托管到平台上，由平台进行自动部署并生成相应URL地址供外部访问，同时亦可将定制好的应用打包下载后部署到用户本地应用服务器中。

5 结束语

以智慧常州时空信息云平台为案例，探讨了智慧城市背景下城市时空信息的管理、共享及其建设方式，重点探索了时空数据的组织与索引技术，并提出了在线自助制图、在线智能应用定制等新的共享思路，以满足各个共享部门在数据共享、地图共享、服务共享、应用共享等不同层次的GIS共享应用需求。

［1］ 王家耀，刘嵘，成毅等.让城市更智慧［J］.测绘科学技术学报，2011，28（2）：79－83.

［2］ 李成名.从数字城市走向智慧城市［J］.地理空间信息，2013：8－10.

［3］ 李维森.数字中国的建设与智慧城市的探索［J］.地理信息世界，2013，20（2）：1－5.

［4］ 吴边，吴信才.Cloud GIS关键技术研究［J］.计算机工程与设计，2011，32（4）：1342－1346.

［5］ 林德根，梁勤欧.云GIS的内涵与研究进展［J］.地理科学进展，2012，31（11）：1519－1528.