数字城市地理空间框架建设新模式探索

瞿晓雯，李 林

（1.重庆市地理信息中心，重庆 401121）

数字城市地理空间框架建设新模式探索

瞿晓雯1，李 林1

（1.重庆市地理信息中心，重庆 401121）

数字城市地理空间框架在城市的社会经济发展中发挥了重要作用。随着地理国情普查工作的完成以及云计算技术的成熟，为数字城市的建设提供了新的机遇。基于此背景，对地理空间框架建设涉及的软硬件、数据资源、公共服务平台等内容进行研究，提出了一种新的建设模式，为数字城市的建设提供参考。

数字城市；地理空间框架；地理国情普查；云计算

近年来，数字城市地理空间框架建设工作的推动力度逐渐减弱[1,2]，分析其原因，一方面智慧城市建设正风生水起，一定程度上造成了数字城市势弱的印象。另一方面，由于前期建设推动力度大，有能力、有需求建设的城市已完成建设，未开展建设的城市要么因为财政原因不足以支撑其开展建设，要么因信息化基础水平未达到需要建设的程度。此外，已建成的成果中，由于后续数据更新、运行维护等保障工作跟不上，导致应用情况不甚理想。基于传统的模式开展数字城市地理空间框架建设已不再适应新形势的要求。在这种背景下，本文在分析新的工作形式及技术发展的基础上，探索了一种新的数字城市建设模式，旨在提供一种节约、快速的方式，形成数字城市地理空间框架的初步成果，在此基础上再开展深化建设，向智慧城市方向发展。

1 传统模式的分析

传统的数字城市地理空间框架建设模式一般按照“1+1+n+1”的模式开展，即一套地理信息数据库，一套地理信息公共服务平台软件，n个应用示范以及一套支撑环境[3-6]。其建设框架如图1所示。

一般而言，地理信息数据库包括基础地理信息数据库，空间数据库和专题数据库；地理信息公共服务平台软件包括数据管理系统、共享交换系统、公共服务系统、运维管理系统等；支撑环境包括平台运行和应用的相关政策与规范、硬件环境、软件环境和网络环境等；应用示范则根据城市发展的需要选择典型行业开展建设。

每一个城市都需要建立一套硬件及网络环境，一套公共服务平台软件，而且硬件服务能力以及软件功能大同小异；此外，还要建立一套地理信息数据库，特别是基础地理信息数据库的建设，需要花费大量的人力和经费投入，甚至在大部分数字城市建设中，基础数据的采集、建库占据整个项目经费的一半以上，从经济角度而言，投入产出比较低。

图1 传统的数字城市地理空间框架建设总体架构

2 新形势下的数字城市建设技术路线及架构

2.1 技术路线

1）依托城市云计算中心建立硬件支撑环境。随着信息技术水平的不断发展，以及政府对信息化建设的支持，特别是省会城市，一般而言都已建立起了或大或小的云计算中心，此外，阿里云等商用云服务系统也非常成熟，因此数字城市的建设完全可以依托云计算中心的计算能力提供硬件支撑，实现集约化的建设和管理，实现节约成本和提高效率的目的。

2）依托地理国情普查成果开展数据库建设。众所周知，测绘行业牵头开展的地理国情普查工作已经积累了海量的地理信息数据成果，除1∶500，1∶2 000等传统基础测绘成果外，基本囊括了图1中所表达的地理信息数据库内容，可以提供绝大部分数字城市地理空间框架所需的数据。

3）基于云架构建设地理信息公共服务平台[7]。云技术的发展带来了地理信息软件的变革，目前国内外已有成熟的GIS软件产品支持云架构的建设。如上所述，各城市的地理信息公共服务平台的软件功能大同小异，完全可以建立基于云架构的地理信息公共服务平台，在省域内多个城市共用一套平台，实现集约建设。

2.2 总体架构

新形势下的公共服务平台基于云GIS架构方式建设，利用面向服务的架构理念SOA（Service Oriented Architecture），采用层次化结构建设，包括基础设施层、数据层、平台层、应用层，如图2所示。

图2 基于云架构及地理国情普查成果的地理空间框架

1）基础设施层：构建支撑公共服务平台运行所需的数据处理、存储和服务等硬件基础设施及网络基础设施，利用VMWare 、OpenStack等云基础设施中间件建设计算资源池，实现弹性计算能力，支撑时空信息云平台的运行。这部分内容的建设，可以租用阿里云、百度云等共有服务，也可以根据需要自建。

2）数据层：按照统一的标准规范、空间参考，整合各政府部门现有的信息资源，构建影像数据库、专题数据库，建成权威性高、开放性好、现势性强、内容全面、标准统一的地理空间信息数据库，为后续的平台、应用等提供高效、可靠的地理空间信息服务，全面支撑数字城市的建设。这部分内容主要依托地理国情普查成果开展，大大降低了数据建设成本。

3）平台层：构建公共服务平台的核心服务支撑能力，依托于ArcGIS私有云管理套件、SuperMap iCloudManager等云GIS平台，结合云基础设施中间件的资源池化能力，将平台的GIS数据资源与底层的基础设施资源进行深度整合，构建成GIS资源池，通过预定义的资源调度策略实现对GIS资源池中GIS资源实例的自动化管理。同时还可按需对平台服务类型进行分区管理，如二维地图分区、三维地图分区、地理编码分区、平台管理分区等。

4）应用层：在平台层的基础上，根据对核心组件的需要，通过选取不同功能的分区，实现各区县地理空间框架的组合式搭建。一方面快速完成平台建设，另一方面平台建设所需的资源按需分配，大大节约了服务资源的成本。比如，A区县的平台服务压力增大时，可利用平台层的弹性资源实现服务能力的自主增加，“借用”其他区县平台的资源；服务压力减少时自动“交还”多余的服务资源，供其他平台使用，实现集约建设。

2.3 平台主要功能

2.3.1 门户系统

门户系统是数字城市公共服务平台对外提供服务的窗口，主要展示平台热点服务、功能模块、典型应用、平台相关的新闻以及数据更新动态等内容。此外，还向用户提供平台各子系统的快速入口。系统界面如图3。

2.3.2 云服务系统

提供数据服务、功能化API服务、宿主环境服务等各个层面的服务能力，为各行业应用提供全面支撑。

1） 数据服务：包括矢量、影像、三维、地名地址以及其他数据产品（例如，倾斜摄影）等数据的标准化服务，如OGC标准服务，主流平台的技术标准服务等。

图3 地理空间框架门户系统

2）功能化API服务：提供主流开发平台的二次开发接口服务，对传统的数据服务API进行再次封装，形成粒度更大的功能服务API，进而形成可复用的功能模块。

3） 宿主环境服务：为用户提供智慧应用所需的软硬件宿主环境，直接部署其业务应用即可，不必独立建设网络、硬件等设施，降低了GIS应用门槛。

2.3.3 资源展示

向用户提供平台资源浏览，包括用户登录、地图操作、关键字查询、周边搜索、专题地图、地图纠错等功能，一方面展示平台丰富的数据资源，另一方面为用户直接提供基础的地理信息服务。显示界面见图4。

图4 地理空间框架资源展示系统（审图号为：渝S（2015）012号）

2.3.4 地址编码引擎

地址编码引擎是实现非空间数据向空间数据转化的桥梁，是行业部门开展数字城市建设的关键入口。建立高效、实用的地址编码引擎，可以帮助用户快速集成行业专题数据，开展数字城市应用。地址编码系统包括核心引擎以及地址编码系统两部分内容，核心引擎主要涉及数据处理和匹配算法，形成可用的匹配数据库和匹配接口。地址编码系统基于匹配接口开发，形成界面友好、功能齐备的应用系统，直接提供功能应用，主要包括正向和逆向地址匹配。界面见图5。

2.3.5 运维管理系统

建设运维管理系统，实现资源管理、安全管理、服务管理、系统监控、日志管理、统计分析、信息管理等功能，对平台软硬件设施、数据、功能运行状态进行全面监控和管理，对用户行为特征进行收集和分析，为平台下一步的改进和完善提供充分的依据。界面见图6。

图5 地理空间框架地理编码服务系统（审图号为：渝S（2015）012号）

图6 地理空间框架运维管理系统

3 应用模式设计

根据区县用户的应用需求，建立4种应用模式：

1）在线应用服务模式。用户通过终端应用程序实现地理国情普查数据的在线浏览、查询、分析等应用，终端应用程序可以是移动端，也可以是桌面端。该模式可以让用户快速、直接使用地理国情普查成果，方便快捷。

2）二次开发服务模式。用户可结合自身业务需求，利用云服务系统对外发布标准化数据接口以及二次开发API开展系统开发。该模式可满足用户多样的应用需求，灵活多变。

3）离线数据拷贝服务模式。针对有离线数据拷贝需求的用户，比如独立网络运行、安全保密要求、深度数据应用等，提供离线数据拷贝方式，通过向测绘主管部门申请数据，经过审批后可进行拷贝使用。该模式需用户单位通过完善的审批手续，建立相应的保密机制，承担数据保密的责任，数据成果仅可以在特定的环境中使用。此外，由于非在线使用，数据现势性得不到保障。 4）区县节点部署服务模式。针对应用需求多样、数据精度要求高、数据共享需求强的区县，提供区县节点部署服务模式，按照全市的云平台模式将成果在区县进行部署，由牵头单位进行数据维护、软件维护、运行维护、应用支持等工作，以满足区县个性化的应用需求。该模式需要投入较大的资金开展机房、软硬件支撑环境的建设，同时要配套相应的保障机制、人才队伍，实现区县节点的稳定运行。

4 结 语

从数字城市地理空间框架建设的实际出发，结合地理国情普查工作的成果，以及当前云计算技术的发展，对地理空间框架建设涉及的软硬件设施、数据资源、公共服务平台等内容进行研究，提出了“数据来源主要依托地理国情普查成果，平台技术依托云GIS技术”的新模式。基于该模式，可以在少量资金投入的同时，加快成果建设速度。此外，建设成果的可维护性和扩展性得到增强，有利于成果的应用推广。

[1] 国家测绘地理信息局． 关于加快数字城市地理空间框架建设全面推广应用的通知[EB/OL]．http：//www．sbsm．gov．cn/article/tzgg/201306/20130600127272．shtml，2013-06-14/2015-10-13

[2] 金婧．浅析数字城市地理空间框架建设存在的若干问题[J]．城市勘测,2012(1)：24-26

[3] 李成名,刘晓丽,印洁,等．数字城市到智慧城市的思考与探索[J]．测绘通报,2013(11)：1-3

[4] CH/T 9003—2009．地理空间框架基本规定[S]．

[5] CH/T 9004—2009．地理信息公共平台基本规定[S]．

[6] CH/T 9005—2009．基础地理信息数据库基本规定[S]．

[7] 李明臣,吴勤书,刘昱君．一种基于云GIS技术的地理信息服务新方式[J]．测绘通报,2015(02)：92-94

P208

B

1672-4623（2016）04-0030-03

10.3969/j.issn.1672-4623.2016.04.010

瞿晓雯，工程师，研究方向为智慧城市、数字城市、文本挖掘、空间数据集成与共享等。

2015-12-29。