面向时空信息云平台的云GIS共享服务体系

郭云嫣，刘全海，冉慧敏

(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)

面向时空信息云平台的云GIS共享服务体系

郭云嫣1，2*，刘全海1，2，冉慧敏1，2

(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)

针对传统GIS共享的局限性和高门槛问题，基于云架构提出了一种新型的云GIS共享服务体系。通过分析智慧城市时空信息云平台用户的使用需求，设计了若干个关键共享技术流程，针对不同专业级别的部门和用户，提供数据生产、服务管理和应用开发的立体化共享服务。提出的一体化云GIS共享服务体系将共享服务内容划分为云数据采集与托管、云服务发布与管理、云应用定制与维护三部分，实现了GIS服务的按需提供、在线服务。最后，通过智慧常州时空信息云平台项目对这一云GIS共享服务体系进行了实践和验证，证明该方式的有效性、先进性。

地理信息共享；云GIS；时空信息云平台；应用定制

1 引 言

在数字城市阶段，地理信息公共服务平台是城市法定的、统一的空间信息基础设施，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[1]。而随着科技不断进步和应用需求快速变化，特别是云计算和物联网技术的快速发展，对地理信息公共服务平台提出了体验性要好、实时性要强、移动性要大、可控性要高和自主性要多的新要求。因此，在新形势下，国家测绘地理信息局提出了将地理信息公共平台上升为时空信息云平台，以适应智慧城市建设的需求，构建智慧城市统一的时空信息基础设施。

智慧城市时空信息云平台是通过泛在网络、传感设备、智能计算等新型高科技手段，实时汇集城市各种时空信息，而形成的更透彻感知、更广泛互联、更智能决策、更灵性服务和更安全可靠的地理信息服务平台，是智慧城市建设的重要的空间信息基础设施[2]。

与地理信息公共服务平台相比，时空信息云平台的本质属性仍然是提供地理信息共享服务，不同的是：①其数据内容和范围除了全覆盖、精细化的现势数据，还扩展了丰富的历史地理信息，实时位置信息，精细三维、全景影像、视角三维、立体街景等多维度可视化地理信息以及智能感知设备获取的视频、RFID、ASCII码、二进制等实时信息[3]；②采用云GIS技术架构[4]，实现将GIS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”基础设施上，以弹性的、按需获取的方式提供基于Web的服务。

本文认为，无论是公共平台还是时空信息云平台，无论有多丰富的数据、采用何种先进的技术手段，若不从共享部门用户的实际需求角度出发，设计平台的共享服务流程，则难以降低GIS的高技术门槛，无法使广大共享部门平滑便捷地享受到地理信息数据红利，无法最大化创造和发挥数据价值。

2 时空信息共享需求分析

随着科技发展，所有高技术含量产品的使用都将越来越亲民化、傻瓜式，让科技产品就像空气和水一样围绕人们身边，取用自如。而一直以来，地理信息共享服务主要都是面向GIS技术开发人员，非GIS的其他开发人员需要学习一定的专业知识才能理解和使用，这使得地理信息的价值发挥空间大大缩小。究其原因，主要是此类共享服务平台的功能体系是从测绘地理信息提供者角度设计的，而不是从共享受众的实际需求角度设计。

时空信息云平台的使用部门主要分为平台运维管理部门、强GIS应用部门、弱GIS应用部门三类，本文通过分部门、分用户类分析了时空信息云平台的共享需求，设计了不同应用场景下的共享技术流程，以此确定时空信息云平台的功能框架。

2.1 运维管理部门

在数字城市阶段，地理空间框架是测绘地理信息部门的责任和担当，而进入智慧城市阶段，地理空间框架具有时空特点，发展为时空信息框架，时空信息数据库和时空信息云平台的建设和运维也由测绘地理信息部门负责。①具有数据运维的需求。将野外测绘、数字化采集、网络抓取等手段获取的时空数据进行规范化处理、入库及更新过程管理，开展数据集中管理及联动更新，对相关数据发布为地图服务，从而接入平台提供共享。②具有平台运维需求。负责平台的日常运行维护管理，包括用户管理、功能使用权限管理、各类共享事宜审批、系统安全管理、示范应用推广等。

2.2 强GIS部门

指信息或数据与地理空间信息相关性较强的部门，例如国土、规划、公安、水利等管理部门，该类部门不仅需要基础空间数据，还需要丰富的本行业专题时空数据和来自于其他部门的共享数据，不仅需要对时空数据进行浏览、查询，还需具备历史数据回溯和时空数据分析等需求。①具有时空信息共享需求。一方面可将本部门的资源、服务或应用接入平台提供对外共享，一方面是获取平台基础空间数据和他部门共享的行业专题时空数据。②具有二次开发需求。该类部门具备特定的与其业务特征紧密结合的应用需求，具备一定的GIS研发实力，需要基于平台二次开发接口进行针对性的GIS应用开发。

2.3 弱GIS部门

指其信息或数据与地理空间信息相关性较弱的部门，例如教育、体育、粮食等管理部门，该类部门仅需要基础空间数据和少量行业专题时空数据，仅需实现时空数据的浏览、查询和简单分析。①具备数据生产需求。该类部门缺乏专业GIS技术和人才，更缺乏GIS数据生产平台，需要在不购买GIS软件平台、无GIS技术人才的前提下，简易、快速地采集GIS数据。②具备应用快速开发需求。由于其系统开发能力较弱，为了建立GIS应用系统，需要依托平台快速定制功能相对简单的专题应用系统。

各类部门下可划分多个用户类，包括管理员、开发技术员、普通用户等，其详细功能需求如表1所示。

共享需求分析 表1

3 关键技术流程

3.1 弱GIS部门共享技术流程

对于弱GIS部门而言，无论是进行专题制图还是专题系统开发，均面临缺乏专业GIS平台及技术人员的问题，因而无法生产空间数据。因而需提供两种解决方案，一种是可直接接受各部门常见的、已有的业务数据(如xls文件)，另一种是可在平台地图展示界面中提供操作便捷的GIS数据生产功能，可将此两种方式形成的数据无缝对接专题制图及系统定制模块，实现一体化流程。弱GIS部门数据生产制图流程如图1所示：

图1 弱GIS部门数据生产制图流程

弱GIS部门专题应用定制流程如图2所示：

图2 弱GIS部门专题应用定制流程

3.2 强GIS部门共享技术流程

对于强GIS部门的共享应用而言，主要包括数据资源的上传/下载共享、数据服务的注册/申请共享、应用开发共享等三方面，其中前二者应用场景是较为通用的，此处不多赘述，仅介绍应用开发共享这一应用场景。

强GIS部门的应用开发按照需求复杂程度分为两种情形：一种是基于相对简单的数据进行通用查询浏览功能的系统开发，则可采用平台的应用定制模块实现快速定制，该方式下的应用开发流程如图3所示；另一种是面向较复杂、较特殊的数据或进行较复杂功能的系统开发，则基于平台提供的二次开发接口，由相应开发技术人员进行自主系统开发，其具体应用开发流程如图4所示。

图3 强GIS部门二次开发流程

图4 强GIS部门专题应用定制流程

4 云GIS共享服务体系

在互联网+和大数据行动的技术驱动下，地理信息共享服务同样应开展新的探索。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，当前正处于面向服务的地理信息共享方式的高峰期。

Goodchild等强调了地理信息共享中的两个重要问题[5]：一是地理信息共享问题；二是GIS服务共享问题。从共享方式来看共享技术研究的发展，地理信息共享大致经过了“空间数据格式转换―空间数据共享平台―地理信息系统互操作-地理信息服务”几个发展阶段[6]。地理信息服务要求地理信息系统由面向数据转变为面向服务，将地理信息系统划分为若干个完成特定功能的服务，这些服务可以独立存在，需要时可以任意组合，以适应地理信息系统集成的要求。

然而在智慧城市建设的背景下，基于地理信息服务的单一共享方式已逐渐暴露出其局限性，需要进一步探讨基于云计算技术的时空信息云服务模式。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[7]。借助最新的云GIS技术构建云GIS地理信息服务平台，可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[8，9，4]。

本文充分调研用户在云环境中托管数据与应用的普遍意图与需求，以应用为边界，作为逻辑上的容器，托管的数据则存在于容器中，不同容器中的数据是隔离不可见的，保证应用系统的数据纯洁度，充分尊重用户对自身数据和应用的管理习惯，提出了一套新型的GIS云服务模式，如图5所示。

图5 GIS云服务体系

(1)云数据采集与托管

时空信息云平台的“数据云”，支持选择特定的时空数据作为采集依据，设定几何类型及属性结构、在线绘制采集、进行属性编辑、在线提交托管或下载至本地，满足个性化数据采集需求，使用户摆脱传统GIS数据处理软件及数据库软件的购买需求，消除GIS专业技术门槛的阻碍。“数据云”形成了一个闭合环的结构，其时空数据内容既是平台数据采集的依据，采集完成的数据又进而丰富和扩充其数据内容。

(2)云服务发布与管理

时空信息云平台的“服务云”，实现托管数据基于开源云GIS平台的服务发布，并可对已发布的服务实现灵活的服务拆分、服务聚合，实现个性化地图服务的快速生成，使用户摆脱传统GIS Server服务器的购买需求和使用屏障。“服务云”实现了传统地理信息公共服务平台的地理信息服务共享，支持OGC和ISO共同推出的基于Web服务(XML)的空间数据互操作实现规范。

(3)云应用定制与维护

时空信息云平台的“应用云”，是指在完成数据托管或服务发布之后，平台提供系列功能，便于用户对其数据进行可视化管理和应用，包括时空数据与业务数据的融合展示与查询、时空数据操作与功能的定制、应用界面的定制等，定制完成的系统提供在线托管发布，并可实现后续数据更新等应用维护管理。其中，应用定制本质上是一种搭建式软件开发[10]，采用了一套GIS构建仓库，实现了一个能驱动构建仓库运行的工作流引擎，利用改进了的工作流可视化编辑器进行可视化搭建。由工作流引擎驱动GIS构建仓库中的构建运行，利用工作流的可视化建模实现构件的可视化复合，从而做到软件系统的积木式搭建。通过“应用云”，可无缝集成数据托管与应用定制，将上述步骤打包成一站式服务，从而避免了对专业GIS开发技术、软硬件基础设施部署等的高难度需求。

笔者在智慧常州时空信息云平台项目中对上述GIS云服务模式进行了实践和检验，搭建了一套一体化云服务流程：基础设施层(IaaS层)采用VMware虚拟化、负载均衡、服务器集群等技术实现虚拟机资源弹性伸缩；平台服务层(PaaS层)除了操作系统、中间件等平台软件外，还采用开源WebGIS服务器软件GeoServer、开源空间数据库PostgreSQL和PostGIS等构建ESB服务总线；软件服务层(SaaS层)提供API、控件、模版等不同级别的服务接口，即智慧城市时空信息云平台软件。

实践证明，这一基于按需服务、在线提供的云服务模式，采用轻盈的全过程在线交互方式，充分实现不同专业层次用户的易操作性，满足了时空数据共享的“去平台化”、“去专业化”需求，可为相关共享部门提供较为理想的时空数据共享解决方案。

5 结 语

城市级时空数据共享部门大多为缺乏专业GIS软件平台及技术人才的弱GIS部门，而传统的地理信息公共服务平台并未顾及这一需求背景，仅提供地图服务、功能服务、二次开发接口等专业共享资源，令非专业共享部门望而却步。本文所提出这一新型共享服务模式，将传统的服务提供、接口提供的共享方式提升为GIS服务及软硬件资源的动态提供，既可满足非专业部门的无门槛使用需求，又可满足专业部门的时空数据深层共享需求，符合智慧城市背景下的时空数据共享发展趋势。

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

[2] 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.

[3] 李明巨，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，(2)：92～94.

[4] Goodchild.M.F，Egenhofer.M.J，Fegeas.R，etal. Interoperating Geographic Information Systems[M]. Boston：Kluwer Academic Publishers，1999.

[5] 贾文珏．分布式GIS服务链集成关键技术[D]. 武汉：武汉大学，2005.

[6] 刘鹏.云计算[M]. 北京：电子工业出版社，2011：1～3.

[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] 吴信才，张成，于海燕. 搭建式GIS软件开发及其对软件工程的影响[J]. 测绘科学，2010(7)：157～159.

[9] 罗荣章，李勃，候至群. 组合搭建式 GIS 快速二次开发框架[J]. 昆明理工大学学报·理工版，2008(6)：41～44.

[10] 彭清山，李黎，郭明武等. “装配式”GIS软件设计与实现[J]. 城市勘测，2015(6)：15～18.

Cloud GIS Sharing and Service System of Spatialtemporal Information Cloud Platform

Guo Yunyan1，2，Liu Quanhai1，2，Ran Huimin1，2

(1.Changzhou Surveying and Mapping Institute，Changzhou 213003，China；2.Changzhou Geospatial Information Intelligence Technology Center，Changzhou 213003，China)

Considering the boundedness and barriers of traditional way of GIS sharing，the paper proposed a sharing and service system based on cloud GIS. Several key sharing technique process have been put forward to satisfied use requirements of deferent professional levels，which can provide GIS sharing services including data production，services management and application development. The contents of sharing services have been divided into three parts： cloud data acquisition and hosting，cloud service publishing and management，cloud application customization and maintenance. Finally，the sharing and service system based on cloud GIS has been applied to a project called “Spatialtemporal Information Cloud Platform of Smart Changzhou”，which proved the methods effective and progressive.

geographic information sharing；cloud GIS；spatialtemporal information cloud platform；application customization

1672-8262(2016)06-5-05

P208.2

A

2016—05—30

郭云嫣(1987—)，女，硕士，现从事空间信息共享时空数据可视化分析研究。

住房和城乡建设部科技示范项目(S5201328)；住房和城乡建设部科技示范项目(S5201329)； 住房和城乡建设部软科学研究项目(R22015171)