基于地理空间框架的共享服务平台设计与实现

倪锡春

（1.德清县地理信息中心，浙江 德清 313200）

目前，我国“数字城市”建设正如火如荼地展开[1,2]，德清县作为基层的行政机构以及全国唯一开展国家级“数字城市”建设推广的县级城市，与常规城市存在着财力、信息、建设方面的劣势，在管理、组织结构、人力资源、经济基础等方面也存在着较大的区别，因此不能照搬其他城市的建设经验。“数字德清”地理空间框架以信息基础设施为支撑，以地理信息资源为基础，实现了德清县跨部门、跨行业地理信息资源的共享和交换[3]。本文针对统一的地理信息共享服务平台设计问题进行了探讨，为数字城市建设提供思路。

1 一体化的共享服务平台总体结构

“数字德清”地理空间框架由国家、省、市、县分级共建，成果四方共享，采用多层式企业应用构架，实现国省市（县）3级的互联互通。其总体结构分为数据层、管理层、服务层和应用层。数据层包括GIS数据和业务数据，GIS引擎链接GIS数据库后将数据返回给服务层，业务数据则通过数据访问组件返回给服务层。服务层包括服务器框架和服务，服务器框架管理所有的服务逻辑组件，并封装了所有的服务单元。应用层与服务层之间通过SOAP协调通信，服务层所有数据将通过接口通道返回给应用框架，应用层内的所有组件不直接链接服务层接口，而是通过数据管理部件统一管理。所有应用层组件以XML配置组装成终端应用[4,5]。

共享服务平台采用一体化框架设计开发，通过服务框架和应用框架来构建整个平台 （见图1），并为发布、发现和定位空间信息资源和各类空间信息交换服务目录提供信息服务。一体化框架体系将分布在各处的资源综合利用，可以将负载由单个节点转移到多个，从而提高效率，避免由于单个节点开发失效而使整个系统崩溃的危险。应用开发工程师关注应用服务的开发，界面工程师关注界面的设计与实现，他们只需要将自己设计的成果搭建到开发的框架当中进行组合。

2 基于混合模式的共享服务模式

目前，地理空间信息共享服务模式主要分为集中式和分布式2种。集中式共享服务模式（见图2 a）是将服务及其共享数据统一汇聚到一个数据中心，各相关部门定期向数据中心提交更新的数据，再由数据中心统一更新后对外提供服务。数据中心或管理中心统一管理和调度数据，集中存储、管理与发布服务。分布式共享服务模式（见图2 b）由权威部门维护主要数据，各类专题数据分布在各数据生产部门，专业数据由专业部门维护，服务的提供者分布在各个部门，部门间采用共建共享的模式获取、提供服务；再通过统一的门户集中表现，逻辑上统一，不存在主从关系。在访问过程中，站点端应用程序利用了异步调用机制，根据数据需求情况向不同节点的空间信息服务分配请求。

“数字德清”共享服务平台采用集中式与分布式相结合的混合服务共享模式，建立物理分散、逻辑集中的覆盖全市范围的分布式服务集成管理中心。地理空间服务资源由一个主数据中心和多个从数据中心进行生产、管理和维护，这些数据中心逻辑上应统一。建立一个集中管理地理空间服务资源的主中心即数据中心；建立一个地理空间服务资源管理中心即注册中心，支持各类服务的注册、管理和发布等，并管理和维护基础地理信息服务，各政府部门提供并维护自身信息资源服务。在访问过程中，客户端向主结点数据中心提出请求，主中心向从中心分配请求，共同处理一个请求任务，最后由主中心反馈给客户端。这种服务模式呈多级分布式管理，服务安全需通过多级认证。该模式的优点是便于各类数据的管理和更新维护，能有效地整合空间数据生产和管理的人力、物力资源。用户无需再对这些数据进行专门的管理和维护，而且所使用的数据都是生产者所掌握的最新数据，减少了技术难度和使用成本，有利于促进城市各部门之间数据共享，有利于培育数据挖掘和知识发现市场。

图1 “数字德清”共享服务平台总体框架体系图

图2 地理空间信息共享服务模式

3 基于SOA的资源服务管理中心

资源服务管理中心（见图3）是保障平台稳定、安全运行的后台支撑系统，提供对平台服务的管理（远程服务注册、资源服务检索和资源服务申请）、用户体系的管理（用户认证与注册管理、服务节点管理）、后台监控（通过设备监控、网络监控、流量监控等技术手段保证平台的安全与稳定，并对信息资源访问、业务功能调用、系统管理等活动进行记录）等，并及时发现系统隐患、快速恢复系统故障和优化系统管理，为平台稳定运行给予支撑。“数字德清”共享服务平台采用面向服务的体系架构（SOA）设计理念[6]，以服务的方式对外提供地理信息服务，以实现数据和应用的分离。通过SOA，开发者可以对不同的服务或功能进行组合以完成一系列的业务逻辑与展现，最终可让用户像使用本地桌面业务组件一样方便地调用服务或功能。

资源服务管理中心包括的具体内容为：

1）用户管理，要获得地理信息的服务，需先注册成为资源服务注册中心的用户；

2）服务注册，当服务发布后，需要将服务注册到平台中，而基于对服务现实管理的需要，注册的服务需遵循严格的规则流程、满足相应的规范要求才能进行注册；

3）服务管理，对平台中所有本地服务和远程服务进行管理和维护，包括服务浏览、启动、暂停、停止、重启、删除、检索、注册、导入、导出和显示全部服务；

4）服务请求，资源服务注册中心将对用户提交的服务请求进行解析，形成可以完成的各项子任务，并利用管理中心的发现机制发现服务，再根据用户的需求对地图数据进行处理，从而定制满足用户需求的地图服务，以一定的模式将地图服务提交给用户。

4 共享服务接口

“数字德清”共享服务平台所提供的服务主要包括数据服务、应用服务、地名地址服务、目录与元数据服务、安全认证服务、数据交换服务、系统定制服务和二次开发接口（见图4）。

图4 地理信息共享服务平台示意图

1）数据服务。该服务用于提供地理信息空间数据的服务，包括OGC标准服务、瓦片地图服务、矢量地图服务、三维数据服务和其他数据服务等。OGC标准服务指符合OGC标准规范的数据服务，如WMS、WFS、WCS等。地图瓦片服务指切片后的电子地图、影像等。矢量地图服务指可供编辑、查询、分析等功能的电子地图服务。三维数据服务指面向三维应用的数据服务，包括三维影像服务、三维地形服务、三维模型服务等。其他数据服务指可供扩展并提供的特殊数据服务，以满足特定数据需求，如2.5维电子地图服务以及一些特殊的行业数据服务。

2）应用服务。该服务是在地图数据服务的基础上，提供基于地图数据的应用功能服务，根据需要进行选择或定制基于SOAP和REST的接口，主要包括数据处理服务、空间分析服务以及其他的服务。按照复杂性和开发难度，应用服务分为标准版应用服务和高级版应用服务。高级版应用服务是在标准版的基础上添加了一些复杂、高级的分析、处理服务，如地址匹配服务、三维分析服务等。

3）地名地址服务。该服务是基于平台地名地址数据库，通过Web Service接口或REST接口对外发布的服务。实现对平台地名、地址数据的增删、改、关键词查询、周边查询和范围查询等功能，以及对非空间数据的地址匹配服务。

4）目录与元数据服务。该服务负责对地理空间信息资源的元数据和目录以及平台本身提供的服务资源列表进行创建、维护、管理和对地理信息资源的导航访问。通过该服务，用户能够按照需求查找到地理信息资源，并根据所提供资源服务列表按指定方式访问资源。各部门和行业节点通过注册、交换目录与元数据信息，形成统一信息资源共享机制和分布式多源异构地理空间信息资源，实现地理空间信息资源的统一描述与整合发布。

5）安全认证服务。系统用户访问平台提供的其他服务必须携带用户身份信息，否则无法访问。系统用户身份信息主要包括IP、用户名、密码、用户权限和密钥等。认证服务可以采用Cookie或Http头等信息来实现。

6）数据交换服务。主要用于支持公共平台与其他政府部门的数据中心之间的双向数据交换，包括数据上传和数据下载服务。

7）系统定制服务。通过聚合调用平台发布的各种地理信息服务和二次开发接口，为用户提供快速搭建专题应用系统的功能展示。

8）二次开发接口服务。它提供平台二次开发接口，用户可以调用这些接口，组装自己的专题应用系统。

5 平台设计与实现

“数字德清”共享服务平台建设完成了地理信息公共平台门户、信息资源系统（见图5）、服务管理系统（见图6）和三维景观系统（见图7）等。同时基于该平台开发了数字气象三维显示系统、警用地理信息平台、天地图·德清等应用系统，为德清县气象、公安、公众服务和规划决策等提供了丰富的数据资源和技术支撑。

图5 信息资源系统界面

图6 服务管理系统界面

图7 三维景观系统界面

[1]李景文,赵福君,董星星，等.数字城市地理空间框架模式设计[J].桂林工学院学报,2008,28(2):208

[2]魏雪梅.数字黄山地理空间框架建设探讨[J].地理空间信息,2012，10 (4):34-35,39

[3]肖剑平,肖建华,王厚之，等.城市地理信息服务平台体系架构[J].地理空间信息, 2011，9 (1):13-15

[4]张周平,欧长红,马哲元.数字西安地理信息公共服务台的建设与应用 [J].城市勘测,2010 (5):22-26

[5]陈军,蒋捷,周旭，等.地理信息公共服务平台的总体技术设计研究[J].地理信息世界, 2009(3):8-11

[6]卫东.面向服务的山西省地理信息公共服务平台建设[J].地理信息世界,2012(1): 76-79

[7]黄峥.关于数字城市地理空间框架建设和研究[J].测绘与空间地理信息,2012(10): 164-166