基于协同的市区两级地理信息平台建设探索

2015-04-08 13:38:23    来源:中国地理信息产业协会

摘要:数字城市的建设如火如荼,不少城市着手开展了平台的区县推广,本文在分析了现行的国内市区两级地理信息平台的建设模式基础之上,找出其中的不足,并提出了基于协同的市区两级平台的建设思路和关键技术。

1 引言

  地理信息是国家重要战略信息资源,在国家安全、政府管理、人民生活等方面发挥着越来越重要的作用。随着地理信息的应用逐渐深入,对共享的需求与日俱增,国家测绘地理信息局早在2006年就着手开展数字城市的建设,力争到“十二五”末,建成各级地理信息共享交换中心,纵向实现1个国家级主节点、31个省级分节点、333个市级信息基地的互联互通[1],目前,已经基于互联网实现了多个地区的省市之间的天地图分节点与国家主节点三级的互联互通,为后续的多个应用场景的共建共享建立了技术依据。

  国家、省的共享需求在数据层级和软件体系上首要目标的是“广”而不是“深”,单就数据层级而言,主要是生产和维护中小比例尺的框架数据,市级平台则依附在体系架构下负责大比例尺数据体系,满足市级的专题应用,横向实现测绘与土地、交通、林业、水利、民政、公安等部门的分建共享、联动更新、协同服务,随着地理信息的深入应用,区级政府对地理信息数据共享愿景,以及精度和时效性的需求越来越高,区级共享平台的建设随即推上了建设的高速路,本文正是基于测绘条线共享需求,对市区两级平台基于政务网的建设开展了一定的研究探索。


2 存在问题

(一) 国内市区两级地理信息平台建设和联动模式

  国内已有不少城市开展了区县级地理信息共享平台的建设,主要存在两种模式:一、在市级地理信息共享平台建设完成并投入使用的基础之上,开展区级平台的建设推广,即:自上而下的整体迁移至区县级平台;二、区县级依照自身的共享需求,自行研制地理信息共享平台。但是无论何种建设模式,市区两级的数据必然存在交流共享、互为补充,提高平台的生命力和领导决策科学性。除了政策保障,不少城市也通过技术和标准体系的研制,实现两级平台的联动交流,如在网络联通的前提下,以标准数据服务和网络联动注册为根基,实现在线的数据服务调用,但是,以介质和网络传输在内的离线共享的方式依然存在。


(二) 现行的模式存在的问题

  从国内的市区两级地理信息共享平台的实施效果看,无论是在基础数据的流转、数据服务的聚合共享、运维保障体系以及平台稳定性等方面还有很大的提升空间,主要不足如下:

  1. 数据流转缺少自动化,依照责任分工,市级平台负责组织公共地理框架数据的生产及更新维护,区级平台负责协助市级平台维护本区域的公共地理框架数据以及各类专题数据,在建立共享平台之后,市级平台负责各区级平台中心基础框架数据的更新,通过暴露各中心服务器连接,采用手工不定时更新,且缺乏依区级范围的自动、主动裁切,造成数据冗余并对数据库的安全性产生隐患,同时,对于区级可汇交至市级中心的地理空间数据(可用于公共地理框架数据生产),存在无序、无章可束的尴尬境地,市级平台缺少技术控制手段,尚未形成从市级一级分发、市区两级服务、市区两级核查、市级更新的公共地理框架数据加工的良性循环机制。

  2. 数据服务主动性推送不够,市区两级平台在日常的运行中,都是以独立的角色对外提供服务,相互之间由于权限的控制无法查询和自动加载其他平台的数据服务,服务的消息机制不畅通,容易造成资源的重复采集,有悖于共享平台的建设初衷。

  3. 7*24小时数据服务缺乏更多技术保障,地理信息的稳定性在一线业务部门的需求尤为突出,一旦宕机或者效率低下时,会直接影响日常业务开展,甚至造成一定的社会影响。目前,各市区平台的硬件环境多数仍独立存放,部分城市建立了统一的政府计算中心集中存放,也只存在物理层面的集中和分散的区别,面对各自业主单位的服务依旧是“点对点”的独自运营模式,造成孤军奋战。

  4. 软件技术更新滞后且重复投入,市区平台的前期搭建耗费了大量的人力物力,但是随着城市化进程的加速和地理信息应用的继续深入,应用单位对GIS的分析和处理功能也会不断产生新的需求,也存在着许多共性,但是,因为现阶段的管理体制和经费紧张等因素,导致现阶段,新增或者完善的功能需求响应速度慢、极有可能造成相同功能重复研发的局面,造成技术资源的又一浪费。[2]

  5. 平台运行维护水平层次不齐、运维成本高,市级平台通常具有专门的维护队伍负责平时的整体运维,主要分为数据生产更新、软件技术支持以及硬件维护等三部分工作,其相互之间也存在资源配置不均衡、协调机制缺乏等问题;区级平台更是人力有限,缺少专业的地理信息应用人才,对地理信息的理解和运用缺乏经验,驾驭庞大的系统平台显得捉襟见肘,无法做到运维信息的早掌握、早预防,主动防御不够。后续,随着市区两级多中心的逐步拓展、多套分布式服务器集群的负载均衡、系统数量的不断增加以及应用范围的不断延伸,将会对原本已是负担承重、资源匮乏的运维体系提出更高的要求。平台的运维可以交由第三方全权负责,不过运维成果过高且对缺少了联系技术与用户的中间需求沟通,影响用户体验。

  6. 专题数据不规范、框架数据标准缺少执行力,区级专题数据多是各自为政,尚未建立从标准制定、数据采集、内业处理以及存储发布的完整体系,数据质量和开放性无法得到保障,在离开自身的软件环境下,不能被业务系统之外的第二人所正确的应用,因为缺少数据元数据的管理标准,同时数据可视化方案也是五花八门,致使后续市区联动调用,其他业务人员对数据的判读缺少直观认识。


3 整体建设思路

  针对上述凸现出来的市区平台联动机制存在的问题,本研究提出了市区两级地理信息平台的建设构想,以建立多级平台松散分布、协同服务为目标,以“统一标准、统一数据、统一架构、市区联动、共建共享”为原则,从软件体系和标准保障两方面具体阐述,软件体系架构除了实现公共服务平台的四大基础功能之外,更侧重于多级中心之间的协同服务,主要包括数据成果推送共享、数据服务的推送共享、市区两级负载均衡、功能服务的推送共享、整体的运维保障等五个方面。标准保障方面也是在参照和执行国家、省市的相关标准制度内容基础之上,结合区级的深入应用继续完善,形成地方特色兼顾行业对接,平台体系架构如下:



图一:平台体系架构


4 关键技术研究

(一) 软件体系关键技术研究

  1. 数据成果推送共享:平台之间的数据流转依据GIS数据类型无外乎矢量和栅格数据两种,以全市一盘棋统筹考虑,建立市区之间的数据更新交换规则,通过中间服务器技术实现数据中转,执行时空一体的数据更新模式,由各共享平台自动的按需索取,在不停止平台运行的状况下,实现各数据成果的更新完善,主要的交换机制实现如下:

  市级至区级的框架数据更新:市级节点给区级共享的数据主要是电子地图、影像等框架数据库,鉴于效率和展现效果考虑,系统服务端部分将采用当前流行的双缓存技术(或称瓦片技术)[3],所以会预先完成对各类数据的切片操作,也就是说,市级节点每次对各区级节点的数据更新,操作对象主要针对瓦片数据集,并且为了便于网络传输,所有瓦片必须以大数据整体组织和存储,市级节点管理员只需要首次初始化区级服务器安全授权、数据范围以及更新图层等基本配置,后续只需要将增量数据放至中间服务器指定位置即可,区级服务器通过定时巡检,再根据更新日志完成数据同步。

  区级至市级的区域数据上报:区级节点共享的数据兼有矢量和栅格两者格式,针对矢量数据原始格式繁多的问题,平台将采用oracle spatial进行存储管理,并开放第三方的元数据信息,区级管理员将需上传的专题数据在中间服务器登记注册,并完成上传操作,再由市级平台自动下载更新。

  2. 数据服务推送共享,在市区统一的目录元数据规范的基础之上,利用服务收割、自动巡检技术为支撑,在各级平台的后台服务管理子系统中收集可供共享的数据服务,并提供综合展示界面,服务的权限控制由服务发布者直接控制。即,各类用户申请数据服务的审核权由服务的发布者管理。

  3. 功能服务推送共享,利用Web Services方式将既有和新研发的地理信息处理软件提供的丰富的地理信息处理功能封装成符合OGC标准的地理信息处理服务(Web Processing Service: WPS)[4],如:缓冲区分析、叠加分析、地图标注、地图量测等,以消息机制通知各级管理员进行注册加载,完成从“功能超市”中引入更新至本级平台,供平台的门户和其他专业系统所用,逐渐降低系统之间的耦合度,也是降低平台运维的难度。

  4. 市区两级负载均衡,这里主要指的是对不同的地理位置、在不同的网络链路及服务器群集之间作的软件层面的负载均衡,实现数据资源的智能分配,其根本是以服务聚合技术为基础,以服务评价体系为支撑,结合弹性计算的理念,将两个或多个来自于不同区域的终端服务器的数据服务实现关联,统一对外提供服务,实现逻辑分散的统一负载。当终端用户请求某一数据服务时,由多中心所组成的调度中心依据评价因子,包含:服务的健康度、来客的访问链路、距离远近以及客户端的配置等情况综合考虑,自动地向客户端推送该数据服务所对应的最优的唯一的访问地址,同时,根据客户端的访问习惯,形成记忆模式,自动计算和匹配满足客户的最佳服务模式,但是由于服务的评价体系涉及众多,且部分因子的获取较有难度,本次研究的负载均衡架构需要分阶段实施,首先,需保障基础数据底图服务的软件灾备,实现一方有难,多方支援,通过技术手段逐步提高平台的稳定性,提高用户对平台的信赖和依赖。

  5. 市区两级运维保障,在建立完善各级运维子系统的前提下,加大力度建设集多平台、多硬件设备监控于一体的市区两级的大运维平台,建立市区协同的两级监控、两级维护的管理和响应运维框架,区级平台负责客户端使用资源的分配管理和异常活动的监控和分析,市区平台负责数据成果的质量监测,数据服务运行状况、所有硬件设备的资源使用情况等,并结合网络、短信等方式,将各类运维信息实时汇集至运维管理员,参考ITIL理论并结合实际情况,将各类事件分等级的流程化管理,由市级平台进行统一指挥、统一调度,在最短的时间内解决故障,提高智能化水平;同时,通过对数据质量监测评价、数据服务监测与宕机恢复评估、区域平台使用评价以及专题应用系统项目跟踪及效益评估,生成综合分析报表,作为平台升级和查漏补缺的重要依据,提高运维效率。[5]


(二) 标准体系关键点研究

  作为应用源泉的地理框架数据标准不能自上而下的灌塑式推广,还需要与“地气”相连,逐步理顺专题数据与框架数据互为补充的关系,市级平台需协助各区级平台建立专题数据的资源目录体系、数据元数据标准、更新扭转流程等,明确各专题数据与公共地理框架数据的对应更新关系,实现自动的更新,包含图层、可视化方案以及数据类型等。


5 结束语

  地理信息共享的关键在于解决“信息孤岛”的同时,拓展地理信息的应用领域,节约和集约社会各类资源。市区两级的地理信息公共服务平台对数字/智慧城市的建设尤为重要,目前,我们还处于建设探索的初级阶段,在后续的建设过程当中,争取形成市级层面的“市、区、街道、社区”的四级互联互通,同步强化与国家、省的三级互联互通,保障平台的持续性发展。


参考文献

  [1] http://news.xinhuanet.com/politics/2010-10/26/c_12702552_2.htm

  [2] 蒋晓京.信息化顶层设计,从应用软件梳理着手[J]. 中国信息化,2010:72.

  [3] 梁建国,徐占华,等. 面向服务的空问信息共享机制设计与实现[J]. 测绘通报,2012,2:58.

  [4] 范协裕,任应超,等. 基于OGC数据服务的空间信息处理服务平台[J]. 计算机应用研究,2012,29(9):3352.

  [5] 刘培,黄诗龙. 系统运维的那些事儿[J].中国传媒科技,2011(3):67-68.


作者简介:赵伟(1982-),男,江苏南京,本科,中级工程师,主要从事城市基本地理信息系统的开发与应用工作。


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