鹿特丹港的空间信息共享平台建设方案设计.docx
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鹿特丹港的空间信息共享平台建设方案设计
鹿特丹港的空间信息共享平台
建设方案设计
XX信息有限科技公司
2013年10月
第一章背景和现状
1.1建设背景
鹿特丹市为荷兰第二大城市和最大的工业城市，是一个典型的港城一体化城市，素有“欧洲门户”之称。
也是人们公认的新欧亚大陆桥的西端桥头堡。
欧洲第一大港鹿特丹港位于莱茵河支流新、老马斯河交汇入海口处，西依北海，东溯莱茵河、多瑙河，可通至里海。
鹿特丹港就处在世界上最繁忙的大西洋海上运输线和莱茵河水系运输线的交接口，是典型的河口港，兼有海港和河港的特点。
鹿特丹港的管理部门一直以来都在为将鹿特丹发展成为欧洲最先进的港口而努力。
十年前鹿特丹港的管理层做了一个战略性的决策，决定为鹿特丹港建设一个中心数据库系统，为港口的业务服务提供一个综合信息平台。
在这十年中，信息技术发展势头迅猛，运输行业已经完全跨入了数字时代。
信息自动化技术所带来的信息自由流动性使以前各自独立的应用系统有机地联合起来，系统集成化和中心化管理已经覆盖到港口管理的方方面面，促进了各企业各部门之间的紧密合作。
其中，空间信息管理作为一个鹿特丹港信息化管理系统的重要组成部分，在船运导航、商业运作、基础设施管理和战略规划方面起到了很大促进作用。
根据鹿特丹港空间信息部门经理AlbertMulder先生提供的信息，鹿特丹港空间信息系统管理多达2百多万个的空间要素，积累了超过几百个GB的空间数据量。
这就要求，鹿特丹港空间信息部必须发挥部门职能、履行职责，不但要协调基础框架数据和次生数据的共享、避免重复投资、发挥已建系统和待建系统的最大效用，还要对专业数据进行综合处理、产生关于全港的宏观数据。
而且，随着各部门业务规模的扩大和方式的变化，信息流也会随之进行或大或小的调整。
因此，需要一个开放式的、跨平台的、智能的、可定制的、适应性强的空间数据数据共享模式。
1.2鹿特丹港信息化建设现状
鹿特丹港主信息系统HAMIS（HarborMasterInformationSystem是荷兰为满足贸易和运输需求而开发的综合服务系统。
HAMIS最初是由荷兰的几个港口和运输公司联合开发的，包括鹿特丹港务局、荷兰PTT电信公司和一些私营公司等。
1994年以前，鹿特丹港EDI信息主要用于报关，在开发EDI的报文标准方面，HAMIS与UNEDIFACT密切合作，因此其报文标准采用EDIFACT标准。
而现在已经建设了港口网络（Portent）、港口信息网（PortInformation-Net）等信息网络，信息应用的范围就更广了，包括运输指令、国际铁路运单、装运通知、装货清单、货物进出门情况等，大大提高了服务效率。
现在，HAMIS能为用户提供一套覆盖运输基本流程的完整EDI标准信息。
HAMIS的入网连接费为56.7美元，使用费标准取决于上网时间和通过该系统的信息流量。
鹿特丹港的港口信息化建设促进了港口发展，全面应用EDI技术，使鹿特丹港成为欧洲最大、效率最高的港口。
EDI服务系统除了传统的信息传送外，其子系统“HAMIS”已成功推广了“电子商务网络”。
所有贸易和运输环节中的用户都可以很容易地登陆HAMIS网络，目前，与鹿特丹港有业务往来的公司基本使用HAMIS网络。
通过这一信息化的公共服务平台，达到船方、货方、代理方、港方和其他海关、税务、银行、保险等多方资源及时共享和高效运作，实现无纸化作业流程，使其港口竞争力得到进一步增强，并使其继续保持欧洲第一大港地位。
高新技术在鹿特丹港内应用十分广泛，使鹿特丹港不仅能够提供高效的服务，而且能够满足各类客户的个性化需求。
拥有的庞大信息网，能够在世界各主要大港之间实现数据自动交换。
高效的信息化管理方式大大增强了港口的运作效率，使得鹿特丹港历经数百年而长盛不衰。
第二章需求分析
2.1功能需求分析
首先，鹿特丹港的空间信息管理部门负责处理港口的内部流程，包括船只的疏导、贸易处理、基础架构管理和战略规划等。
所以，需要建立一个单一的、面向整个组织的数据库，提供全面的信息和操作。
这个集中化的方式寻求把最新的数据和信息即刻发布给所有相关部门。
宏观上空间信息管理系统是为其重要的数据基础设施，是鹿特丹港信息化的信息基础支撑环境，是各种应用共享和交换信息所必须的基础设施，是建立在IT基础设施之上最为重要的系统组成部分。
根据现实需求，鹿特丹港对现有空间信息系统的改造主要关注以下四个方面：
●新系统必须可以和港口主信息系统无缝衔接
●支持不同的应用部门使用不同的操作界面
●能够直接访问和使用各业务办公室存储的外部数据，不需要导入
●支持模块化的系统架构，保证系统改进的投入量最小，尽可能大的降低服务
器的关机时间
2.2业务需求分析
2.2.1需要更加高效地访问和获取空间地理信息
为了保持高质高效的工作效能，鹿特丹港一直在努力改进不断提升现有系统。
信息化技术使地理信息的获取如此简单方便，更多的人员希望能够更有效地利用空间地理信息。
随着越来越多的信息不断添加到中心管理系统中，对数据的访问和获取速度要求越来越高。
人们通过网络获取和访问信息的能力和知识在过去的几年中快速增长，从信息管理的角度而言，这可以说是促进网络地理服务发展的内在驱动力。
2.2.2需要加强空间数据共享能力
如何支持各业务人员从分散管理的众多空间信息中快速地发现对自己最有用的信息，将不同来源的信息以清晰和简单的方式表现，使得专业和非专业人员都能够方便的使用，这是鹿特丹港目前的空间管理系统所无法解决的。
鹿特丹港空间信息部门经理Mulder先生认为只有采用一个面向服务的信息系统架构才能最终这个问题。
第三章建设目标及策略
3.1建设目标
空间信息管理系统（RuimtelijkeInformatieVoorziening（RIV））这是一个统一的，面向整个组织的空间信息基础架构。
采用新的系统扩展了原有的空间信息系统和鹿特丹港HAMIS系统，构建一个能够持续发展的空间信息共享平台，依托平台提供的共享信息服务，逐步实现各部门全面的共享更多、更便利的各类空间信息数据；为港口管理中心提供科学准确的决策依据。
扩展后的信息系统逐渐形成一套成熟的更新、共享、服务机制，平台在各种保障机制的保障下，形成一套系统的、完备的的共享模式和运营模式。
使得鹿特丹港工作人员在不同的应用处理过程中可以方便地访问和获取空间信息系统存储的任何数据，甚至那些存储在SAP系统中的地块租赁信息。
鹿特丹港的办公室工作人员坐在指挥监控室就可以从HAMIS主信息系统的大屏幕浏览到实时更新的港口地图，观察港口内所有船只移动和位置状况，为航运安全监测提供了一个最有效的实时监测手段。
由于鹿特丹港空间数据管理系统的成功实施，使鹿特丹港的每个业务系统都将从改造后的空间信息系统中获益，鹿特丹港的整体传输效率和个人见识将会大大提高，希望这些变化将在后面几个月中很快地体现出来。
3.2建设任务
为了实现上述建设目标，需要完成以下工作：
1）建设港口空间信息标准体系
2）建设城市空间信息共享数据库
3）建立城市空间信息共享平台
4）建立共享平台运行保障机制
3.3建设策略
在建设方案中，我们看到空间信息共享平台是整个港口全面信息化的共享数据支撑，是整个信息化工作的基础。
本着标准先行、统一规划、分步实施、日趋完善、日渐丰富的原则，遵循“七统一”（即统一部署、统一协调、统一规划、统一标准、统一开发、统一平台、统一数据）目标，强力推动初期建设，以首先满足各委办局信息化建设需求为切入点的建设策略。
在这个建设策略中，共享平台及共享数据库的初期建设非常重要，初始共享数据库中的内容决定了共享平台的运营是否能够进入良性循环的运营轨道；初期平台建设所确定的技术框架决定了平台的生命周期，它是平台能够自我完善良性发展的技术支撑；首先满足建立各部门信息化建设的要求则为日益丰富共享数据库的内容和数据更新奠定了基础，是共享数据库是否拥有旺盛生命力的决定因素。
3.4建设原则
具体而言，在项目建设的过程中，系统的设计和建设要充分体现以下几个原则：
1）实用性原则
共享平台的建设必须首先满足各委办局的信息共享需求，适应各业务角色的不同特点和要求，易于使用、管理及维护，使其成为可以依托的有力支撑。
符合鹿特丹港的基础共享服务的要求，操作简单、易于使用、提高效能是系统建设的根本目标，也是系统设计的基本出发点。
实用性原则规定本系统将：
具有一定范围内灵活的操作功能，优化的系统结构和完善的数据库系统，友好的用户界面等等。
2）先进性原则
空间信息共享平台，必须尽可能采用最先进的技术、方法、软件平台等，确保系统有一定的先进性、前瞻性，符合技术发展方向，延长平台的生命周期，保障支撑的持续性。
3）标准和开放性原则
系统的建设要严格按照行业有关的标准和规范，如各类数据的分层编码、数据的质量、元数据标准等。
在系统构架、采用技术、选用平台方面都必须要有较好的开放性。
系统各个模块之间是开放的，各种数据资源和信息在制度法规的保障下流动，和行业其他专题GIS系统能够顺利对接，构成一个开放的、易扩充的，并具有统一软件平台、统一标准（数据标准和技术标准）、统一数据的开放信息平台。
4）高可靠性的原则
必须在建设平台上保证软件的可靠性，设计中可有适量冗余及其它保护措施，平台和应用软件应具有容错性、稳健性等。
必须有足够的健壮性，在发生意外的软硬件故障、操作错误等情况下，一方面能够保证回退，减少不必要的损失；另一方面能够很好地处理并给出错误报告。
5）可维护性原则
软件设计应标准化、规范化，按照架构分层设计、软件组件和构件化结合的方法来实现。
对于采用的软件开发方式要满足：
一是软件结构分层，业务与实现分离，逻辑与数据分离；二是以接口为核心，使用开放标准；三是提炼封装构件要规范化。
6）可扩展与伸缩性原则
考虑到平台建设是一个循序渐进、不断扩充的过程，因此要采用积木式结构，组件化设计，整体构架要考虑系统间的无缝连接，为今后平台扩展和集成留有扩充余量。
7）数据安全原则
由于鹿特丹港是欧洲重要的港口，它的数据安全，尤其是空间数据安全是安全监控的重点。
因此，在信息化建设中保证数据安全，尤其保障数据不泄漏是项目建设的重中之重。
8）合理投资原则
在总体规划中应综合考虑各种资源（硬件、网络、数据及软件平台）整体配置，空空间数据管理系统将合理利用已有的鹿特丹港主信息系统HAMIS（HarborMasterInformationSystem）的资源配置，不力求节俭但决不允许浪费。
9）规范软件开发原则
在整个建设过程中，必须遵守软件开发过程规范，通过控制过程成果的质量来保证提交最终成果的质量。
第四章空间信息共享数据库设计
4.1设计原则
共享数据库的设计必须满足第二章需求分析中涵盖的数据可扩展性、平台可伸缩性、性能、部署、数据安全、易维护及投资成本控制的等方面的需求，能够支持持续扩展、循序渐进的建设策略。
具体原则如下：
1）低耦合：
减少不同数据类别之间的耦合度，降低后续系统建设的复杂度，以达到易维护、数据易扩展的需求。
2）高效率：
减少应用系统之间的性能干扰、同时保证数据访问效率，以达到平台性能指标。
3）成本适度：
综合考虑硬件投资成本，以满足投资成本控制指标。
4）重实用、可持续：
尽量提高数据库系统的可用性，以满足持续扩展、循序渐进的需求。
4.2设计约束
1）数据库访问方式约束
由于鹿特丹港管理部门工作人员每人一台计算机终端，应将需要获取共享信息的人员分类，根据其获取的用途不同、数据量的大小，分别提供不同的连接方式。
以防止应用系统设计不合理带来的不必要的数据库系统资源的开销。
直接连接：
为了提高复杂数据操作和数据更新的效率、方便工作人员数据操作的事务控制，中心的管理人员、数据库管理人员、空间数据更新人员、和数据同步服务采用直接连接的方式访问数据库，这类用户数量相对较少。
通过应用服务连接数据库：
这类人员主要读取数据库中的内容，本身对空间数据的交互操作要求较低，可以采用通过应用服务方式连接数据库。
这类人员的数量相对较多。
2）坐标系统一约束
建议在共享数据库中将采用统一的坐标系对共享数据进行存储。
即建立在其他两种坐标系下的空间数据进入共享空间数据库之时需进行坐标转换实现共享数据的坐标系统一。
4.3共享数据内容
根据需求分析中各委办局对各类信息的统计结果，我们将在共享数据库中存储以下内容：
●基础空间地理数据类
●专题资源数据类
●社会经济类
●辅助决策
4.4数据库逻辑结构设计
4.4.1设计方法
为了能够支持持续扩展、循序渐进的建设策略，支持后续的建设能够方便对共享数据库中的数据类别进行扩展，建议采用以下设计方法进行数据库的逻辑结构设计：
1）科学分类法
采用科学分类的主要目的是减少分类数据间的耦合度，进而降低后续建设的业务系统的数据模型设计的复杂度，这样有利于实施对数据进行有效的管理，同时，按类别开发利用共享数据，有助于向不同需求的用户提供不同的数据服务。
2）实体关系（ER）建模法
由于目前比较成熟的空间数据管理平台采用的数据库管理系统是关系型数据库，而实体关系（ER）建模法，作为关系型数据库的主要建模方法，可以对某一专题内的不同类别的数据对象及对象之间关系的进行抽象，建立一个几乎没有数据冗余的模型，实体关系模型需满足第Ⅲ范式要求。
3）数据仓库建模法
对于将用于辅助决策支持的数据往往需要对各类业务数据经过提取和统计运算处理，才能形成反映某一方面主题的汇总数据，而每次汇总消耗系统的运行时间往往较长，而汇总数据往往是某一段时间内的统计结果。
因此，类似的决策支持数据的获取不能也没有必要通过即时生成的方式获取。
我们建议，采用数据仓库建模方法根据分析主题的要求，按多维方式组织数据，定期从共享数据和业务系统中提取生成最新的决策支持数据。
注意E/R模型不适合为数据仓库的概念设计建立模型。
第五章空间信息共享平台设计
5.1设计原则
1）满足鹿特丹港总体信息化建设的发展规划要求。
2）逻辑架构能够覆盖需求分析的中短期功能需求，支持长期功能需求的扩展。
3）整体技术架构设计体现鹿特丹港相对稳定的核心需求特征（地域范围小、数据量较小、数据种类及关系复杂、整体系统维护力量相对薄弱等）。
4）技术上符合SOA的设计理念，实现各类客户端（C/S客户端与B/S客户端）对数据文件、数据库、数据发布服务及功能服务的灵活、交互和集成。
5）考虑到鹿特丹港信息化发展过程中的变数，要求硬件、系统软件、平台软件和应用软件能够灵活扩展。
6）尽量避免异构，以减少实现交换的复杂性。
避免异构（数据格式异构、硬件异构、操作系统异构、数据库管理系统异构、GIS平台异构、开发平台异构）因为每一种异构都意味着整合的代价，异构的产生除了技术实现的局限性这一因素之外，也是每个建设单位从个体出发，缺少全局考虑的结果。
5.2总体框架设计
根据共享平台将要实现的功能设计其总体框架结构如图6-1所示：
图6-1平台总体框架结构图
总体框架分为数据层、平台核心层、平台服务层、应用层共四层：
1）数据层
包括所有由数据库管理系统、空间数据引擎、同步复制引擎和文件系统进行管理和驱动的各类元数据、空间、非空间数据和文本数据等。
2）平台核心层
是赖以构建共享平台服务的核心功能模块，它应该遵循主流的软件工业标准。
3）平台服务层
构建在平台核心层基础上，以两种技术进行封装。
一种将核心层的功能模块封装成符合软件工业标准的服务（WebService），以方便其他的应用系统对其的直接调用。
另一种直接封装成C/S客户端――共享数据库管理系统，以方便数据管理员方便高效的管理数据。
4）应用层
包括共享门户网站、管理控制台、消息服务接口、及由各委办局自建的业务应用系统。
其中是共享门户网站、管理控制台、消息服务接口是共享平台的组成部分，由各委办局自建的业务应用系统属于共享平台边界之外。
5.3系统划分及功能描述
根据平台用户的类型我们将平台划分为五个子系统：
共享数据库管理系统、共享平台服务、共享服务门户网站、管理控制台和消息服务网关。
详见图6-2。
图6-2平台系统功能结构图
5.3.1共享数据库管理系统
1、使用者
数据管理员。
2、主要功能
为方便数据管理员维护共享数据库中的数据，提高数据质量检查、数据输入输出、权限维护等日常数据维护的工作效率，这个子系统需要提供以下功能：
✓数据结构维护模块
✓入库更新模块
✓输出打印模块
✓检查浏览模块
✓权限管理模块
✓申请处理模块
✓数据同步管理模块
✓日志分析模块
✓数据备份与恢复模块
✓数据目录管理模块
✓专题图配置模块
✓外网数据解密模块
3、空间数据格式
入库支持的数据格式（即基础空间数据提交格式）为DWG、PGDB（ESRImdb格式）、Shape
转出空间数据格式：
DWG、PGDB（ESRImdb格式）、Shape
管线数据格式：
符合探测规范的mdb
5.3.2共享平台服务
1、使用者
需要使用空间信息数据的各部门及业务人员是通过部署在自己桌面的各类软件系统使用共享数据的。
2、主要功能
主要以服务的方式为各类应用系统提供共享数据。
需包括以下服务：
✓数据目录发布服务
✓基础地形数据发布服务
✓影像数据发布服务
✓共享专题信息操作服务
✓共享业务管理服务
✓统计数据发布服务
✓投影动态转换服务
✓权限验证服务
✓消息服务
✓日志跟踪服务
✓元数据管理服务
4、共享数据类型
空间数据（WMS、WFS、GML）、栅格数据（tif，Geotiff）结构化数据（XML）、非结构化数据（MicrosoftOfficeWord，MicrosoftOfficeExcel，Adobepdf、avi、jpg及其他多媒体格式的数据）
5、服务提供技术要求
空间数据发布服务采用OGC支持WFS及WMS标准。
其他功能服务均采用WebService方式。
6、集成要求
要求后续建立的各类需要获取共享数据的应用系统能够支持对以上数据及功能服务提供方式的集成。
5.3.3空间信息共享服务门户网站
空间信息共享服务网站以下简称共享服务门户被分为部署在外网和部署在政府专网两类。
1、使用者
港口的使用者：
港口全体人员。
2、主要功能
针对专网提供的主要功能有：
✓共享业务申请提交
✓申请处理查询
✓申请处理通知（短信通知、电子邮件通知）
✓共享数据下载
✓数据目录检索查询
✓共享数据浏览
✓延伸的共享业务
✓更新数据通知服务
针对外网用户除了提供专网用户的全部功能外，还需针对公众和企业的某种特殊需求定制专门的企业服务应用或公众服务应用。
3、集成要求
共享服务门户网站需要被集成在部署在鹿特丹港专网电子政务门户网站及部署在外网的公众服务门户网站中。
5.3.4管理控制台
1、使用者
系统管理员。
2、主要功能
为屏蔽系统底层复杂的配置管理工作，降低系统维护的难度，方便系统管理员维护共享平台，保证其能够可靠的、正确的运行，管理控制台需要提供以下功能：
可视化的平台配置管理模块：
用于配置系统运行所需要的参数；
可视化平台监控管理功能模块：
用于监视、控制平台的运行状态，并将运行状态以可视化的方式显示出来；
任务管理功能模块：
用于管理定期执行的系统管理任务；
系统备份与恢复管理功能模块：
用于管理备份策略、备份历史、执行备份及恢复；
日志分析管理功能模块：
将系统日志以可视化的方式显示出来，并能够对日志进行分析。
5.3.5消息服务网关
1、使用者
全部用户
2、主要功能
由于平台服务需要采用多种通信手段和平台的最终用户进行交互，如共享申请处理通知、新数据发布通知及多种信息服务等等，为了第一时间让平台的各个层面的用户了解到最新的平台服务信息和共享申请的处理进度，除了共享门户网站这条被动的信息发布渠道之外，还需建立短信通知、邮件通知等主动服务渠道，以促进平台为更多的共享用户服务。
5.4部署设计
由于鹿特丹港空间信息共享平台将服务于市政府的全体成员和企业公众，市政府的全体成员在政府专网上办公，而企业公众通过外网访问，根据规定政府专网和外网必须逻辑隔离，因此，鹿特丹港空间信息共享平台空间信息共享平台将政府专网和外网分别部署，但须保持由内网向外网发布数据和程序的单向通道。
以下的内容将针对政府专网和外网分别描述。
5.4.1平台部署设计要求
1、物理部署集中
为了减少维护的复杂程度和硬件建设的成本，应用服务器和WEB服务器等硬件集中部署在市政府办公大楼的中心机房中。
2、逻辑分布
为了降低应用软件和数据库逻辑设计的复杂度，建议各委办局的应用软件及数据库的逻辑设计须尽量减少系统间的耦合度，容许适度的设计冗余，对于数据库的逻辑设计以行业专题为单位进行分布设计。
3、满足可用性和性能要求
共享平台及共享数据库将逐渐支撑各委办局的业务系统的应用，随着各委办局信息化的不断推进，对平台运行的可用性的要求越来越高，性能（计算能力、响应速度等）指标不能下降。
为了满足可用性和性能的要求，要求平台运行数据库服务器、应用服务器和WEB服务器必须能够支持集群技术，而数据存储在支持负载平衡功能的存储设备上。
5.4.2部署方式设计
在这个部署中，为了集约资源，在建设初期，由于平台的访问量较小，可以将平台运行所需要的硬件资源和空间信息共享平台整体硬件资源整合，集约使用，降低建设初期的不必要的投入。
随着空间信息共享平台的不断推进，系统负载不断加重，对系统的可用性、可靠性、性能要求的不断提高，可以根据实际情况按年度有计划扩容并重新部署。
根据鹿特丹港目前的状况可选用的部署方案有两种：
集中式和混合式（大集中+小分布），最后由用户根据实际情况选择其中一种实施。
1、集中式
集中式部署是指所有的数据库服务器都部署在一个物理节点，所有委办局不再架设数据库服务器。
部署方式如图6-3所示：
图6-3集中式部署网络结构图
2、混合式（大集中小分布）
如果网络带宽不能满足集中式的要求，可以采用混合式（即总体方案中的大集中+小分布的方式）的部署结构。
目前有可能建立分中心的委办局有国土资源局、建设局和民政局，其他委办局的数据可以托管在数据中心的数据库服务器中。
图6-4混合式部署网络结构图
5.4.3硬件需求
建议硬件满足以下条件：
1、存储设备
建议无论采用集中式部署还是混合式部署，数据中心的存储设备采用有I/O负载均衡功能的磁盘阵列，并把所有的数据（包括数据库的数据文件、其他非结构化的图档文件）和短期备份、应用程序备份存储在磁盘阵列中；具备扩展存储容量的能力。
磁盘阵列可以保证个别存储介质的损坏后，不影响应用系统对数据库的访问，I/O自动负载均衡功能降低了为了平衡I/O负载手工平衡I/O负载的维护难度；磁盘阵列的扩容能力，保证持续不断增加的共享数据全部被存储到磁盘阵列上。
如果采用混合式部署结构，考虑到控制建设成本。
分中心不购置独立磁盘阵列设备，而是采用服务器本地磁盘作RAID的方式来满足磁盘损坏后能够进行数据恢复的目的。
2、数据库服务器群
建议无论采用集中式部署还是混合式部署，数据中心的数据库服务器都要采用支持集群技术的数据库，来实现平台运行的伸缩性和可用性的需求；如果采用混合式部署，考虑到控制建设成本的因素，分中心的数据库服务器不采用集群甚至不考虑双机热备。
一期建设建议使用两台数据库服务器集群，来存储细节数据，当各委办局的信息化工作进展到一定的程度，有能力从细节数据中汇总出支持分析决策的数据能力时，再增加一台数据仓库服务器。
3、应
升级会员 