一种基于云GIS技术的地理信息服务新方式

李明巨，吴勤书，刘昱君

(江苏省测绘研究所，江苏南京210013)

一、引 言

地理信息资源是国家信息资源的重要组成部分，也是集成整合其他信息资源的重要基础。地理信息服务方式一直是3S领域研究的热点和重点［1-3］。从软件技术手段角度看，地理信息服务方式经历了面向文件的第一代共享服务方式和面向空间数据库的第二代共享服务两个阶段的发展，当前正在迎来面向服务的地理信息共享方式建设的高峰期［4］。近年来，全国从国家、省、市、县等多个层级，以及各个行业都在建设地理信息公共服务平台，推进着地理信息的数据和功能共享。地理信息服务方式经历了从原来的文件拷贝到现在的在线Web服务，提高了资源分享的效率，促进了地理信息资源的广泛使用。随着云计算的不断发展和深入应用，云GIS技术应运而生，而云GIS发展势必会提升现有的地理信息服务方式。

二、基于云GIS的地理信息服务新方式

云计算具有超大规模、虚拟化、高可靠性、通用性和高可伸缩性、按需服务、极其廉价的特征［5］。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GIS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各种计算密集型和数据密集型的问题［6］。云GIS实质是将GIS的平台、软件和地理空间信息方便、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。

借助最新的云GIS技术，地理信息服务部门可以构建云GIS地理信息服务平台，从而最大限度地拓展地理信息服务能力，为各级政府部门、企事业单位和广大民众提供丰富的云GIS服务［7-9］。从总体上看，根据用户对GIS数据和功能的需求程度不同，可以将用户分为弱GIS和强GIS两个层次，弱GIS部门主要以查图、看图为主，强GIS部门主要以服务发布管理、地理空间分析为主。基于云计算技术，可以将地理信息服务能力延伸到对硬件软件环境(基础设施)服务的层面，而对硬件软件环境的需求有少量的分散需求和大量的集中需求两个方面，分散需求如临时需要一至多台服务器搭建一个业务应用GIS系统;集中需求如需要数据中心环境构建一个较为复杂庞大的GIS平台，其需要大量硬软件资源支持。为了充分满足用户的多层次需要，基于云计算和GIS技术，可以在地理信息服务平台基础上构建一种云GIS四层服务体系，面向不同层次的用户需求，提供不同层级的云服务，如图1所示。

图1 云GIS四层服务体系架构

每一层的服务能力具体如下:

1.Service服务层

Service服务层面向弱GIS部门，为其快速构建简单业务WebGIS站点。用户无须安装应用程序，通过浏览器或进行简单二次开发直接使用云GIS端发布的各种地图资源、空间分析服务和开发API等。

基于云GIS Service服务层，可以将地理信息数据发布成符合OGC标准的各种空间信息服务，如WMTS、WPS、WMS等，以供用户直接调用。空间分析服务WPS网络处理服务提供了一系列常用的GIS操作服务调用接口，可以实现从简单的空间分析操作到复杂的空间计算模型等各种地理处理功能［10］。此外，云端OpenAPI为用户提供了功能丰富的二次开发接口，实现各种自身的业务应用，降低了开发成本和难度。

2.GIS Server服务层

GIS Server服务层面向强GIS部门，为其快速构建强大的WebGIS服务平台。用户无须另行购买服务器和GIS Server软件，通过平台GIS能力的租用，为用户提供搭建一个完整的GIS平台所需的基本资源，包括GIS Server服务器、空间数据库和GIS桌面等，可以实现地理数据管理、制图、地理处理、空间分析、服务发布和其他GIS功能。

3.基础设施服务层

云基础设施服务层面向一般的组织和用户(非GIS功能需求或分散)，为其构建业务Web应用平台。组织或用户可直接租用基本的服务器、存储和网络等服务，快速部署Web应用。云服务器是云计算的核心部分，可以按照用户需求在线定制不同性能的虚拟服务器。云硬盘空间租用服务可满足各种数据资料存储、备份、归档等用途。此外，用户根据自身业务的需要，可选择租用合适的网络带宽。

4.虚拟数据中心服务层

虚拟数据中心服务层(VDC层)面向高级的有特殊需要的组织和用户(集中)，可为其提供一个独立的虚拟资源池。基于该虚拟资源池，组织或用户可以灵活调度、管理各种资源，构建一个具有自主管理权限的虚拟云GIS数据中心。

三、新服务方式的应用实践与特征分析

江苏省基础地理信息中心依托江苏省地理信息公共服务平台(政务版)建设项目，在电子政务内网建设了“测绘·云”GIS平台，构建了如前文所述的云GIS四层服务体系，面向省级政府部门和委办局提供一站式的云GIS服务，如图2所示。

图2 “测绘·云”GIS平台主界面

“测绘·云”GIS平台在江苏电子政务内网搭建了一个由计算、存储、网络资源等构成的云基础资源池，实现由GIS桌面、空间数据库、GIS服务器等构成的丰富GIS计算能力。平台构建了四层服务体系，分别是云GIS Service、GIS Server、基础设施与虚拟数据中心四层服务，可以向电子政务内的组织和用户提供全方位的、立体的、不同层次的云服务。基于云GIS服务租用方式，组织和用户采用一种全新的、按需的、安全的、可配置的地理信息服务应用方式。与传统的地理信息服务方式相比，这种新的地理信息服务方式具有多个方面的新特征，具体分析如下:

1.按需配置

每一种云GIS服务都可以按照用户自身的需要进行按需配置。在Service服务层，用户可以根据自身的业务需要和技术条件，自由选择使用地图服务资源和二次开发语言，从而快速构建业务GIS站点。在GIS Server层，用户选择是否租用云端GIS桌面来编辑处理空间数据、是否租用云端空间数据库来存储管理空间数据、是否租用云端GIS Server来发布各种地图服务，以及自由确定这些GIS能力的各项参数配置，以满足GIS系统建设的需要。同理，云基础设施服务层和虚拟数据中心服务层等，用户根据自身的需要，按需租用相应能力的云服务。通过这种按需配置的云GIS服务租用方式，用户可以定制最适合自身需要的服务资源，从总体上实现各种资源利用的最大化。

2.在线提供

云端的各种服务都可以在线申请、在线交付、在线使用、在线管理，这改变了现有地理信息服务的交付方式。现有地理信息服务以数据拷贝交付为主，部分发展较好的地区开始以构建公共地理信息平台的方式，向用户在线提供地图服务和GIS功能。但是，用户GIS系统所需的软硬件环境的基础设施大部分还是采用自己采购、部署、维护和管理的方式，系统建设周期长、投入资源较大。依托于云GIS的新服务方式，地理信息服务部门可以将地理信息地图服务、各种GIS能力、基础设施资源都以在线服务方式提供给用户，无须用户处理基础地理数据、搭建GIS系统所需的软硬环境，从而大大缩短GIS的建设周期，减少项目资金的投入。

3.高性能计算

依托云计算构建丰富的云端计算资源基础，地理信息服务部门可以为用户提供各种用途的大规模、高性能的地理信息服务，如帮助用户处理海量的矢量数据计算、大范围的影像数据拼接、复杂地理空间分析等需要大量计算资源才能完成的任务。

4.弹性伸缩

云服务能根据服务访问规模和压力进行自动扩容、自动负载，实现自动伸缩。如云GIS Server服务，当访问压力过大时，云GIS Server集群组就会自动创建一个新的GIS Server计算节点，实现在高负载下自动拓展计算节点的能力;当访问压力下降时，云GIS Server集群会自动减少计算节点，并回收释放计算资源。

四、结束语

云GIS地理信息服务提供了一种稳定、高效、环保的地理信息资源使用方式，各种地理数据、功能、基础设施可以在云中共享用，使GIS彻底突破专业的局限，将空间信息的服务和增值带给更多的普通大众，使得更多的组织以更简单、更快速、更低成本的方式构建GIS系统，从而实现地理信息服务方式的革命性突破。

本文提出的云GIS四层服务体系——云GIS Service、GIS Server、基础设施与虚拟数据中心四层服务，可为用户提供一种按需的、安全的、可配置的全新地理信息服务方式。依托云GIS的四层服务体系，可以将传统的地理信息服务延伸到“云服务”层面，从现有的数据提供、服务接口提供上升到GIS软硬件资源的动态提供，将地理信息服务方式从文件、数据库、GIS共享的阶段，提升到面向“云GIS”服务的新阶段。

［1］李德仁，邵振峰.信息化测绘的本质是服务［J］.测绘通报，2008(5):1-3.

［2］罗名海.信息时代地理信息服务方式的转变［J］.地理空间信息，2011，9(6):6-9.

［3］徐开明.地理信息公共服务平台建设与现代测绘服务模式［J］.地理信息世界，2006(3):41-47.

［4］宋关福.Service GIS引发地理信息服务共享与聚合革命［J］.地理信息世界，2008(6):82-83.

［5］刘鹏.云计算［M］.2版.北京:电子工业出版社，2011:1-3.

［6］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.

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

［8］陈维崧，陈庆秋.基于云计算的GIS研究［J］.测绘与空间地理信息，2011，34(1):157-158.

［9］王尔琪.云计算与 GIS技术革新［J］.新经济导刊，2011(10):83-87.

［10］白帆.基于OGC的空间分析服务架构研究［D］.兰州:兰州交通大学，2011:14-19.