重庆市基础地理共享服务平台建设与应用.docx
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重庆市基础地理共享服务平台建设与应用
重庆市基础地理共享服务平台
建设与应用
张远1，罗灵军2，张泽烈3
摘要：
按照国家测绘十一五规划，国家测绘局将全面推进数字中国地理空间框架建设，构建信息化测绘技术体系,开发数字城市地理空间框建设，构建城市地理空间信息公共平台。
重庆市基础地理信息中心在过去的多年建设基础地理项目建设中，逐步形成了基础地理信息平台、公众地理信息平台，在2008年中心启动了政务地理信息平台，建设成服务于重庆市数字城市建设的三大核心平台。
本文将介绍重庆市基础地理共享平台的建设模式和应用，重点探讨地理空间框架数据作为基础性、公共性基础设施，以面向服务的框架结构，构建地理信息共享服务中心，形成空间地理信息服务总体架构，分布式服务模式及其运行体制和机制问题。
关键词：
地理信息服务平台地理信息服务聚合分布式服务OGC标准
（1.重庆市规划局，重庆市江北区电测村237号，400020；2.重庆市地理信息中心，重庆市北部新区海王星科技大厦D座4楼，401121；3.重庆市地理信息中心，重庆市北部新区海王星科技大厦D座4楼，401121）
1.引言
为响应国家测绘局在全面推进数字中国地理空间框架建设的号召，重庆市于2008年启动重庆市基础地理共享服务平台的建设，旨在构建权威、统一的、规范标准化重庆市基础地理空间框架，基于基础地理空间框架，建设的地理信息共享服务中心，实现重庆市政务信息的整合、共享交换；采用科学的、实用的分布式服务应用模式为政府部门和社会公众提供信息化基础设施；同时建立基础地理共享服务平台应用的机制和体制；解决重庆市没有统一的共享交换平台，统一的数据共享与服务机制和办法的等问题，实现重庆市基础地理共享服务。
通过空间地理信息服务总体架构的建设及应用，对于提高重庆市核心竞争力，为重庆市政府、公众和行业用户提供公共性信息化基础设施，为城市建设、管理与服务、科学决策和调控提供全新的技术手段，这对促进经济的可持续、快速发展，深化数字重庆的建设，加快推进数字中国地理空间框架的建设有着重要的意义。
下面结合重庆市基础地理共享平台的建设对空间地理信息服务总体架构的建设应用进行探讨。
2.平台建设思路及模式
重庆市基础地理共享平台的建设，立足重庆市现有城市地理空间信息建设应用基础，从重庆市基础地理共享应用实际需求出发，在对重庆市各部门实际调研和充分需求分析的基础上，遵循“长远规划、先进实用、资源重用、节约投资”的原则，采用基于面向服务架构（SOA）的ServiceGIS等技术，按照OGC和ISO的互操作服务规范，实现对重庆市分散的空间信息资源整合、共享和充分利用，建成重庆市地理信息共享服务中心，为重庆市提供公共信息化基础设施；同时通过服务发布的方式实现异构环境下的在线共享与交换服务，形成空间地理信息服务总体架构。
2.1基于SOA的ServiceGIS构建地理信息服务平台
为了确保平台的可持续发展，需要采用先进技术以确保平台的技术架构和技术体系长期不落后，需要通过采用先进的技术延长平台的生命周期。
根据地理信息服务平台公用性和基础性的特点，系统软件架构将必须采用面向服务的软件架构（Service-OrientedArchitecture），SOA是一种组件模型，它通过应用程序功能单元（称为服务）之间定义完善的接口和契约，来联系应用程序中的不同服务。
图14SOA模型
ServiceGIS是一种基于面向服务软件工程方法的GIS技术体系，它支持按照一定规范把GIS的全部功能以服务的方式发布出来，可以跨平台、跨网络、跨语言地被多种客户端调用，并具备服务聚合能力以集成来自其他服务器发布的GIS服务。
ServiceGIS能更全面地支持SOA，通过对多种SOA实践标准与空间信息服务标准的支持，可以使用于各种SOA架构体系中，与其它IT业务系统进行无缝的异构集成，从而可以更容易地让应用开发者快速构建业务敏捷应用系统。
与基于面向组件软件工程方法的组件式GIS相比，服务式GIS继承了前者的技术优势，但同时又有一个质的飞跃。
2.2支持OGC互操作规范服务（WMS、WFS、WCS、WPS）
为了实现空间数据的开放性和互操作，OGC和ISO已经开始制定相应的执行规范，其中有一部分涉及到在网络上提供各种服务。
面向服务空间信息服务的OGC标准支持：
WFS（WebFeatureServices，矢量数据服务），WCS（WebCoverageService，栅格数据服务），WMS（WebMapService，地图服务）等。
WMS的主要接口是GetMap，它将有相同的空间参照系的各个图层组合在一起，给定空间坐标及边界范围，就可以得到相应的地图以及向服务器查询显示在地图上的要素信息。
WFS规范规定了返回的是要素级的GML编码，并提供对要素的增加、修改、删除等操作，是对网络地图服务的进一步深入。
WCS规范面向空间影响数据，它将包含地理位置的地理空间数据作为“覆盖（Coverage）”在网上相互交换。
除了OGC提出的互操作规范外，平台也要支持以下两种ISO服务规范：
进行地理位置搜索与聚合，并可用于地理分析、地理搜索和地理聚合的GeoRss；以及已提交国标标准委员会审核的可描述地物空间信息的标准的KML（KeyholeMarkupLanguage）。
2.3采用地理信息服务聚合实现分布式数据共享发布
在基础地理信息共享应用中，涉及到大量数据的共享访问，“地理信息服务聚合”方式以其强大的数据和服务聚合能力，成为地理信息共享服务过程中最佳解决方案。
从数据层的共享上升到服务层的共享，重庆市各个部门都可以提供各自业务范围的地理信息服务；信息办负责全市接触空间信息库的建设和维护，并发布全市基础的地图服务；交通局负责全市道路交通信息服务的发布。
则应急办可将上述三种服务进行“服务聚合”后，再重新进行发布。
2.4空间信息资源在线共享、交换与整合是平台建设的核心目标
平台建设的核心目标是实现重庆市空间信息资源的整合及异构环境下的在线共享与交换。
在线共享与交换是实现信息资源整合的基础，而信息资源的整合，可以更有效和充分地发挥信息资源在政府和企业管理与科学决策、社会公共服务中的作用，从而进一步促进信息资源的共享与交换。
通过信息资源的整合、共享与交换，开发利用政府的空间信息资源，为企业和公众提供信息服务。
2.5通过服务聚合，提供多源GIS数据和功能集成的共享服务
平台采用基于面向对象服务的ServiceGIS的建设模式，除了提供地图图片引擎服务以外，还提供GIS服务引擎进行深度GIS应用分析与空间表达和服务聚合。
这种模式，不但可以满足重庆市基础地理共享服务的需求，还可以将传统只能在C/S应用模式应用的空间分析功能，在B/S应用模式中进行服务共享。
通过服务聚合功能，可以进一步将重庆市各部门已实现的地理空间服务聚合到重庆市基础地理共享服务平台中再次对外服务，丰富平台服务能力。
ServiceGIS的一个关键特征就是其具有强大的服务聚合能力，能将多源的数据和软件通过Service接口集成到ServiceGIS平台，实现多源数据和软件服务的协同工作。
ServiceGIS通过服务聚合模式，可实现多源GIS软件服务在数据层面、应用服务等层面的集成，同时有效保护第三方数据和节省软件资源的投资，实现多源软件集成共享服务，在最终用户面前表现为统一、标准的软件应用功能和数据共享服务。
图15服务聚合建设模式
平台采用基于SOA的ServiceGIS模式来进行重庆市基础地理共享服务平台的建设。
在重庆市基础地理共享服务平台的建设中，需充分利用重庆市原有资源的原则，在已建成的基础地理信息平台、公众地理信息平台和政务地理信息平台的基础上，利用服务聚合技术，参照OGC和ISO关于互操作规范服务的标准规范，通过重庆市基础地理共享服务平台，实现对基础地理信息平台中的基础数据，以及呈分布式存储在重庆市各部门的基础地理数据进行访问和聚合；对政务地理信息平台中的各部门服务进行服务聚合后，建成适合重庆市各部门公共基础数据的需求和适用于各部门业务应用的服务，最后通过公共地理信息平台，将基础数据和服务进行统一对外发布，方便重庆市各部门对基础数据和服务的访问，为重庆市基础地理框架建设提供基础框架数据，以及基础地理数据共享交换工具。
3.平台设计
在平台建设基础和需求分析的基础上，参考并借鉴国内外基础地理空间框架建设的先进经验，充分考虑当前的技术手段，对重庆市基础地理共享服务平台进行设计，为基础地理共享服务平台的下一步建设提供参考依据。
具体如下所述：
3.1总体框架设计
重庆市地理空间信息系统总体框架建立“1+1+4”的体系结构：
1个共享交换标准规范体系、1个政务地理空间信息数据库、4个共享交换应用子系统。
✧1个体系：
即重庆市地理空间共享交换服务体系，包括共享交换平台数据规范、共享交换平台服务接口规范和共享服务政策办法规范。
✧1个数据库：
即重庆市政务地理空间数据库，包括基础地形图、数字高程模型、遥感影像数据，政务电子地图、政务专题图层、地名地址等数据库。
✧4个共享交换应用子系统：
即用于空间数据管理的“数据管理子系统”、用于数据交换共享的“共享交换子系统”、用于地理空间信息公众服务的“公众服务子系统”和用于后台维护管理的“运维管理子系统”。
图16平台总体框架
3.2数据库设计
基础地理空间框架的一个重要的组成部分是地理空间框架数据，数据库主要实现空间框架数据的存储、管理、维护，是构建地理信息共享服务中心的基础和核心，为重庆市基础地理信息共享服务、政府科学决策、公共服务提供数据设施基础。
平台数据库的设计从重庆市基础地理共享服务平台实际应用需求出发，依据规范化、数据完整性的原则，按照理空间信息共享交换服务规范体系中地理空间信息数据描述、采集、处理、分析、查询、表示、转换的方法的标准规范要求，同时考虑到重庆市各部门对基础地理信息访问的频率，并参考通用的政务数据库建设中基础数据库分类，为政务地理空间数据库建设和系统支撑数据库。
图17系统数据库结构
1
3.2.1政务地理空间数据库建设
以基础地形图库为基础地理框架的核心数据库，为重庆市各部门提供基础地形地图；各部门通过叠加各部门政务业务数据，进行政务电子地图数据库的建设。
在政务电子地图数据库中；通过基础地形数据上进行地名地址标注，完成地名地址数据的制作，实现地名地址数据库的建设。
基于地名地址数据库中的数据，叠加地名，完成政务电子地图数据库的建设。
另外，通过地址匹配，完成进行政务专题图库的建设。
利用遥感影像发现和测定变化，借助其采集周期短、精度高、更新速度快的优势，构建基于已有数字地图和最新遥感影像更新地理空间框架数据的技术系统及工艺流程，实现通过遥感影像数据，对基础地形数据和地名地址数据进行更新，保证数据的现势性，满足重庆市各部门对数据的实时性的需求。
具体实现如下图所示：
图18政务地理空间数据库建设
3.2.2系统支撑数据库建设
✧元数据库
元数据可以实现对存贮在数据库中的数据进行详细说明，帮助用户使用数据；另一方面元数据能支持系统对数据的管理和维护。
目录数据：
基础地理共享服务平台采用目录服务的方式对外发布数据，需要对数据目录进行管理，由于它只基础地理资源的逻辑划分，不涉及具体业务，关于基础地理数据的数据，所以归为元数据。
数据字典：
通常是数据和数据库定义的一种记录，主要用于对系统所覆盖业务中的数据概念的定义和约定，包括数据结构和数据库结构说明等在内，统一用户与开发人员、开发人员与开发人员，明确系统概念，确定系统功能和定义，提高开发效率，降低开发成本。
元数据：
重庆市基础地理数据体系庞大，存在着数据重复性建设、不同部门资源不能共享、互联互通等问题。
借助元数据的基于用户的信息管理功能，帮助各部门快速有效使用数据；另一方面利用元数据可支持系统对数据的管理和维护能力，建立基于元数据的资源管理维护，协调各部门的共享交换机制。
满足重庆市不同部门、行业和公众用户对不同类型数据的需求，同时实现系统数据交换、更新、检索和数据库集成等操作。
实现重庆市不同部门之间资源共享和应用。
✧管理数据库
权限模型：
考虑到平台的安全问题，需要对用户权限进行管理，通过权限保障系统的安全。
同时基于权限，对不同用户访问资源的内容进行设置，保障系统数据的安全性。
机构人员：
由于重庆市属部门重多，人员分散，需对其进行统一的管理，方便分配权限及访问资源；为协同办公提供组织保障；另外，在出现系统故障时，及时协调处理，确保系统的正常运行。
系统配置：
不同部门用户访问基础地理共享服务平台的兴趣点不同，对资源、工具有不同的需求，通过对系统定制，为各部门建立适用于自身业务的应用；满足不同业务部门的需要。
3.3平台子系统设计
3.3.1数据库管理系统
数据库管理系统，是管理基础地理数据和支撑专业应用的基础，通过研究和利用数据资源存储、管理、以及网络共享与服务的数据、技术和服务应用实际需求等，设计空间数据更新、维护、信息展示以及日常管理等，实现基础地理框架数据的高效管理与持续更新，为基础地理共享服务平台对外信息服务提供公共技术支撑。
重庆市数据管理子系统主要由空间数据管理模块、地址编码模块、图片数据库管理模块和交换文件管理等模块组成。
具体如下图所示：
图19数据库管理子系统功能
3.3.2共享交换子系统设计
地理空间信息共享交换子系统的建设，采用共建共享原则，充分利用已有的重庆市政务专网，在其基础之上构建。
进行共享交换的空间数据标准和数据分发、交换和服务机制的建设，实现全市范围内地理数据的广泛共享，服务于重庆市基础地理共享服务平台在重庆市各部门、行业和公众服务中的应用。
✧基于面向服务的共享框架结构设计
重庆市地理空间信息共享交换平台建设的核心，是共享服务交换系统的建设。
数据服务模式如下：
图20数据服务模式
（1）.目录服务接口
用户可以通过目录服务得到系统提供的空间数据分类信息和数据的描述信息，并提供按照符合一定条件的“图层元数据”进行查询。
目录服务提供两个层面的功能：
一种是返回数据分类目录，另一种是返回相应的元数据属性信息。
（2）.专题图层服务
专题图层服务为用户提供重庆基础地形图服务，以及所有图层的属性查询服务。
服务端采用WFS进行地图发布。
（3）.政务电子地图服务
政务电子地图服务规范是指可以为外部系统提供指定范围、年份、不同数据源、分辨率、数据格式的电子地图数据接口服务。
用户获得政务电子地图后可以将电子地图作为背景，在当前用户显示的电子地图中进行叠加显示。
服务提供两种接口HTTP协议和以XML文件为传输内容。
实现符合OGC规范的WMS访问接口。
（4）.影像数据服务
影像服务是指可以为外部系统提供指定范围、年份、不同数据源、分辨率、格式的遥感影像数据接口服务。
用户获得影像数据后可以将遥感影像图片作为背景在当前用户显示的电子地图中进行叠加显示。
（5）.三维晕渲服务
该规范将为用户提供不同类型的DEM数据服务，服务端采用WMS进行地图发布。
（6）.地名地址匹配服务
为用户提供正向地址匹配服务和逆地址编码服务。
3.3.3公共服务子系统设计
重庆市各部门用户在处理日常业务时，可能需要同时访问多个业务处理模块系统，浏览相关信息资源，处理业务，造成用户不断切换业务系统，操作复杂，信息获取与处理速度慢，出现办公效率低等问题；同时，用户登录，需反复输入用户密码带来安全隐患等问题比较突出。
为解决以上问题，重庆市基础地理共享服务平台采用门户网站的方式，提供统一的单点登录，实现基础地理信息的统一接入。
通过权限管理，实现基于角色的、个性化资源访问。
通过实施单点登录，用户只需一次登录就可访问不同的应用系统，提高信息系统的易用性、安全性、稳定性，在此基础上实现多用户、高速协同办公。
重庆市基础地理共享服务信息需要向政府各部门，行业和社会公众发布，另一方面，重庆市各部门、行业和公众需要了解、使用重庆市基础地理共享服务平台提供的信息服务，这需要构建一种信息交互方式，在这里采用门户站点实现。
门户站点中采用目录，对外发布资源，通过电子图、影像图、三维图等多种空间形式展示资源的空间信息；同时实现基础地理数据，和各部门业务数据无缝叠加；同时提供重庆市基础地理信息的浏览、查询、统计、空间分析、三维展示、地图在标注和纠错为各类用户提供完整、详实的基础地理信息服务。
3.3.4运维管理子系统设计
平台建成投入运行后，如何保障平台正常稳定的运行和数据的安全成为最为关心的问题。
平台正常运行需要及时发现并预测可能存在的安全隐患，及时进行处理；在出现故障时，协助系统管理员快速跟踪、处理，及时恢复平台。
平台采取用户权限管理、实时监控和统计分析，以及多重定期备份，确保平台的运行安全。
用户权限管理的方式，通过角色的资源、服务授权，设置用户、密码、分配角色的方式，实现用户访问资源的安全管理。
某一用户访问系统时。
只能访问特定资源，解决用户访问中的安全隐患问题；同时通过业务日志方式，对用户访问平台过程中的操作进行实时监控，记录访问等进行监控，保障实现用户访问平台的安全性，方便维护管理。
另外，系统还提供可有效解决系统安全问题的基于数字证书的PKI安全技术的CA数字证书方式，进行平台的访问。
通过平台监控，实时查看在线用户访问情况，实现平台使用的动态监控。
通过业务统计和平台访问统计分析，结合用户日志分析，实现对数据利用率、有效率评价和空间框架数据的利用评价，方便管理员了解平台运行情况，进行有效管理。
另外，平台设计采用双机热备份、离线脱机备份和异地备份等方式，定期对平台、数据进行备份，为可能的平台故障恢复提供数据、系统安全保障。
4.平台应用
4.1分布式服务模式
由于平台是在重庆市各部门的现有信息系统的基础上进行建设的，现有各部门在数据的存贮和管理方面存在着异构、分布等特征，而且由于各参与共享单位的独立的业务数据的密级等要求，不能提供给数据中心进行无限制的统一共享。
因此，平台采用分布式服务模式，由数据中心仅将各部门共享信息的描述信息或部分关键信息集中起来，采用ServiceGIS服务聚合技术，利用其深度GIS应用分析与空间表达和服务聚合能力，对分散于重庆市各部门的数据和服务进行聚合，然后通过公共服务系统以目录服务的形式，对数据和服务进行统一对外发布。
当某单位提出资源共享需求的申请时，由信息源单位对申请进行审核，审核通过后，将资源信息进行局部共享。
数据中心对此过程进行全程监控，并记录日志。
这样建立了逻辑上一体化的，物理上分散的分布式的平台应用机制。
而且，通过分布式共享服务应用模式，同时建立由重庆市各部门进行日常维护更新的数据更新维护机制。
图21分布式数据共享交换服务
4.2平台运行的体制和机制
重庆市基础地理共享服务平台是数字城市建设的重要基础性工作，其建设的质量和效率对于数字城市的建设关系重大。
为了保障平台建设应用的顺利实施，需要建立必要的平台运行的体制和机制。
4.2.1平台运行体制建设
协调管理机构建设：
建立由重庆市政府领导，市规划局、市发改委、市科委、市财政局、市公安局、市国安局、市国土房管局、市建委、市交委、市信息产业局等部门成立重庆市地理空间信息协调委员会，由地理信息中心负责平台运行日常工作，进行统一规划和组织实施。
主要职责是负责组织研究、制定重庆地理空间信息基础设施、发展规划，拟定相关的政策、标准、规范；协调重庆市地理空间信息基础设施和系统发展中跨部门、跨地区的信息资源的关系，建立全市地理空间信息资源共享机制并监督实施。
数据生产部门：
由于数据分散于重庆市各部门，同时数据的专业性强，这就要求专业人员维护保证数据的准确性、可靠有效性和现势性，因此平台建立了由重庆市各部门进行数据更新维护的机制，实现数据的生产和更新维护。
另外，重庆市地理信息中心也成立了专门的应用服务部门和技术支撑部门，为平台的运行配备了专业的人才队伍，并建立了服务机制，为地理信息共享提供良好的机制保障。
4.2.2建立重庆市基础地理共享服务平台标准规范体系
标准规范体系建设是重庆市基础地理空间框架的重要组成部分，为基础地理空间框架的建设及应用提供需要的必须共同遵守技术、准则，保证系统是在统一的技术规格下建立和共享使用。
遵循充分利用已有标准规范和管理办法的原则进行地理空间信息共享交换服务体系的建设。
首先要充分研究国内现有的标准规范和管理办法，分析适合重庆市基础地理共享服务平台建设的部分，能够直接引用的部分就充分利用；在没有国家标准的情况下，充分考虑行业标准，若无行业标准，可以参考国际标准；对于不太符合西安市实际情况的标准规范，可以通过引用修改后采用，避免与相应的国家标准、行业标准和地方标准的冲突；同时根据重庆市的实际需要，参照借鉴国内外在基础地理共享建设应用方面的先进的、实用有效的管理制度和方法，制定重庆市地方和暂行的标准规范和管理制度办法。
最终建成重影在市基础地理共享服务标准规范体系，主要内容如下图所示：
图22重庆市基础地理空间信息共享交换服务规范体系
4.2.3运行机制建设
制订城市地理空间信息共享交换管理办法：
提供实现地理空间信息共享的基本规则和重要保障。
通过管理办法的执行，对信息共享各个环节起到约束和规范行为作用。
通过重庆市基础地理共享服务平台的共享交换服务标准与规范的建设，为重庆市基础地理共享服务平台的建设和应用提供统一的标准规范化指导，确保共享服务的顺利实现。
4.3平台子系统的应用
4.3.1数据库管理子系统应用
重庆市数据管理子系统是管理基础地理数据和支撑专业应用系统的基础平台，主要负责提供对空间数据进行更新、维护服务、信息展示以及日常管理。
图23数据库管理子系统应用界面
4.3.2共享交换子系统应用
共享交换子系统是建立相应的空间数据标准和数据分发、交换和服务机制，实现全市范围内地理数据的广泛共享，实现重庆市基础地理空间信息在各委办局及行业单位的应用。
图24共享交换子系统应用界面
4.3.3公共服务子系统
公共服务子系统，通过目录实现数据访问，快速查找资源；实现地理空间数据二维、三维自由切换，专题信息既能在政务电子地图上叠加显示也能在三维地表模型上叠加显示；空间分析和数据字典和地图标注等功能。
图25资源查询
4.3.4运维管理子系统
运维管理子系统主要实现对用户、角色、服务等内容的授权、动态监控、分析平台等。
结合系统运行日志，实现对数据利用率、有效率等分析评价。
系统主要功能主要包括：
用户管理、授权，服务管理与授权、用户日志分析，空间框架数据使用情况统计分析与动态监控，空间框架数据的利用评价等。
图26运维管理子系统
5.结语
通过重庆市基础地理共享服务平台建设，研究探讨基础地理空间框架建设，采用面向服务的SuperMapServiceGIS的建设模式，以面向服务的框架结构，通过服务聚合，实现对重庆市数字城市中原有的基础地理信息系统和公共信息系统中的基础地理数据和服务的聚合和发布，建成了满足重庆市对基础地理数据和服务的需求的地理信息共享服务中心。
基础地理数据库和数据库管理子系统：
实现对重庆市各部门的基础地理和业务数据的整合，完成以基础地理框架数据为主的重庆市信息化基础设施的建设，完成了和地理基础框架数据的建设，解决了重庆市基础地理数据分散，标准不统一问题，为重庆市社会和经济可持续发展提供城市规划、建设、管理与决策及社会各行业提供完善、优质和高效的地理空间数据服务。
平台共享交换系统的建设：
实现重庆市基础地理数据和服务的共享，构建了重庆市基础地理空间框架应用的实现机制，解决了基础地理数据不能互通互联、共享的问题，方便重庆市各部门对资源进行查询、浏览
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