江苏交通地理云服务平台构建与技术实现

童 剑

（江苏省交通通信信息中心，江苏 南京 210001）

江苏交通地理云服务平台构建与技术实现

童 剑

（江苏省交通通信信息中心，江苏 南京 210001）

基于云GIS技术，结合江苏省交通地理信息应用需求，构建了 “交通地理云”平台，详细介绍了平台技术框架、主要功能、应用模式。实际应用表明该平台可以有效实现全省交通地理信息资源整合与共享服务，增强交通行业地理信息应用的服务能力，提升全行业的地理信息应用水平。

交通；地理云；平台构建；地理信息

地理信息资源作为国家重要的基础性、战略性资源，也是重要的交通信息资源，在江苏省交通运输行业尤其是公路、航道、港口、铁路和民航等交通基础设施建设、规划、行业管理和交通出行中发挥了重要作用。“十一五”以来，开展了地理信息资源与技术的研究实践工作，建立了涵盖基础地理、公路、航道、港口、场站、海事、铁路、机场和公交等交通地理信息数据库，建立了江苏省交通地理信息服务平台，提供了定位检索、地图查询、专题统计、道路实景和三维展示等基本功能，并为交通应急、航道管理、公路管理、运输管理等方面的交通决策、交通规划、建设和行业管理提供地理数据保障和技术支持［1-2］。

随着云计算等信息技术的飞速发展，云GIS技术也取得了长足发展，全省交通运输系统对交通地理信息资源应用的需求也不断扩大，特别对交通地理信息数据资源的共享要求日益迫切，需要构建地理信息共享服务能力强、性能高、利用效率高的地理信息共享服务平台，为全省交通运输部门提供高效的地理信息应用服务支撑。

1 平台技术架构

基于全省交通“一张图”的框架，充分应用云计算和GIS技术，结合交通运输行业的业务应用需求，整合交通地理信息数据资源，构建交通信息化基础设施——“交通地理云”平台，实现多源交通地理信息的聚合、交换、关联分析，促进交通地理信息资源共享与应用，为全省交通行业各部门的交通规划、建设、管理、出行服务等应用提供“一站式”的在线地理信息数据和功能服务。“交通地理云”平台总体架构如图1所示。

平台以省级交通主管单位为顶层节点，汇聚全省交通行业空间数据，并通过统一的接口进行服务支撑。一是提供了统一的交通行业地理信息入口，提供地理信息的访问和相关交通信息的索引和关联服务；二是提供行业地理信息应用开发平台，通过网络应用程序接口（Web API）的方式提供数据与功能服务，用于定制业务应用，内部用户可以将平台的功能、数据、服务无缝嵌入业务系统，降低内部用户共享行业信息资源的成本，提高信息的应用价值［3-4］。

图1　　交通地理云平台总体架构

交通地理云平台由基础设施层（Geo-IaaS）、数据资源层（Geo-DaaS）、应用支撑层和应用服务层（Geo-PaaS）和应用表现层（Geo-SaaS）组成。

1.1 基础设施层（Geo-IaaS）

基础设施层提供平台的基础云计算环境，主要在网络、服务器、存储备份、安全保密系统等硬件环境基础上，结合云计算技术，基于虚拟化软件，实现计算、存储等资源的虚拟化和池化，实现计算资源快速分配，动态伸缩等功能，为搭建“交通地理云”构建基础环境。如图2所示。

图2　 云GIS基础设施层基本结构

通过GIS云管理器软件对云计算环境中的地理信息资源进行管理。GIS云管理软件位于IaaS云平台的上层，通过封装IaaS云平台的API，实现对GIS业务环境的智能部署、运维，提供切图、服务、分析等多种业务环境模板的设置并直接对外提供GIS业务环境，可对多个虚拟节点统一部署GIS业务环境，并对虚拟节点中的GIS应用进行监控管理。

1.2 数据资源层（Geo-IaaS）

数据资源层（Geo-DaaS）主要为“交通地理云”提供空间数据支持，用于管理存储交通地理信息数据，包括电子地图数据、地理实体数据、地名地址数据、高清影像数据、交通专题数据、实景影像数据等各类数据资源。数据资源层结构如图3所示。

图3　 基于云架构的数据资源层基本结构

GIS数据库软件通过IaaS虚拟服务器部署，通过云平台内部网络管理共享存储设备。平台的数据资源本身只通过内部网络向云端的PaaS服务提供直接访问，对外通过采集系统向数据源用户提供信息，通过GIS服务接口向应用用户提供信息。

1.3 应用支撑层和应用服务层（Geo-PaaS）

应用支撑层主要为业务应用层的各类应用系统提供应用支撑服务，通过成熟的商业软件提供应用服务的功能基础，主要包括数据交换平台、中间件、GIS软件和实景服务软件等，借助云GIS管理软件，以GIS业务环境为单位快速在IaaS中实现部署；应用服务层基于云架构下的虚拟化基础设施，通过调用不同的基础支撑平台软件和数据层的标准数据基础，搭建一套交通地理云服务能力体系，通过统一的服务接口向各级交通运输管理部门提供交通地理信息云服务，包含数据采集共享能力、服务运维管理能力、地理信息服务能力等。如图4所示。

图4　 应用支撑层和应用服务层（Geo-PaaS）基本架构

1.4 应用表现层（Geo-SaaS）

应用表现层是涵盖平台门户子系统和各级交通运输管理部门基于“交通地理云”服务开发的各类交通业务应用系统。系统支持部署在“交通地理云”环境中，也可以由运营单位单独部署，通过网络获取交通地理云”的信息资源服务。

2 关键技术与功能实现

2.1 关键技术

近年来，云计算技术日趋成熟，通过将传统计算机技术和网络技术进行融合，实现功能应用的各取所需、按需定制，大大提高系统软硬件的利用效率。与此同时，GIS技术发展日新月异，基于云计算技术的海量数据云存储技术、并行计算技术、智能集群技术、跨平台GIS技术和64位GIS技术等关键技术的发展，实现了资源的自动伸缩、部署、同步以及不同操作系统等异构环境下的数据共享，有效提升了GIS的计算性能，节约计算资源［5］。

交通地理信息平台是对云GIS技术在交通信息化管理方面的深入挖掘与应用，基于云GIS的关键技术，结合交通运输管理中种类繁多的实际业务需求，实现交通空间信息的共建、共享与共用，其关键技术如下：

（1）海量数据云存储技术。随着交通地理信息数据资源的爆炸式发展，云GIS空间数据具有多源、异构、海量等特点。云GIS数据采用海量数据云存储技术即分布式存储方式，利用NoSQL、HDFS（分布式文件系统）等技术，将网络中大量各种不同类型的存储设备通过应用软件集合起来协同工作，共同提供交通地理信息数据存储和业务访问。

（2）并行计算技术。随着地理信息数据规模不断膨胀，空间计算日趋复杂。这种情况下处理海量地理信息数据，存储能力和数据读写能力都面临瓶颈，并且容易成为单点，难以保证可靠性。因此，需要在云GIS中使用GIS并行计算技术，可以加快瓦片生成、网络分析、矢量数据处理和栅格分析与处理等计算的速度，充分发挥计算机尤其是高端服务器的性能优势，缩短数据处理和空间分析时间。

（3）GIS智能集群技术。该技术是指通过集群多台计算机、多套服务器同时提供服务，满足大量客户端的同时访问，使系统具有水平扩展能力，并通过集群提高系统可用性，即使部分服务器故障，其他服务器可以继续提供服务，避免整个系统服务中断。因此，GIS智能集群技术的优点在于：增强负载均衡和容错能力；支撑大并发，支撑高可用和高可靠的云GIS特性；地理信息数据和服务可用自动同步和自动部署；提供了根据负载自动伸缩的能力；支持弹性扩展，支撑按需使用的云GIS特性。

（4）跨平台GIS技术。在云计算环境中，硬件、操作系统、数据库、中间件等多方面存在异构环境的几率大大增加，因此在云GIS体系中，需要跨平台的GIS技术进行支撑。GIS跨平台技术旨在实现基于GIS的应用程序在多异构平台下运行，提高软件的重用性。由于GIS软件需要综合利用空间处理、图形处理、数据库技术、网络技术等多项技术，因此GIS跨平台需要跨越操作系统、数据库管理系统、图形处理以及中间件等多项平台，且在不同层面上有多种跨平台的技术实现。

（5）64位GIS技术。由于64位计算具有更大的计算带宽、内存、数据处理与分析性能强等特点，采用 64位计算的GIS技术可以提高空间数据处理的性能，充分利用内存资源节约计算时间及提供更高的计算带宽和传输带宽。

2.2 功能实现

“交通地理云”平台提供了交通专题信息从采集、审核、加工处理到入库应用、服务发布、应用示范和运维管理的各种功能服务，涵盖了整个信息流程［6］。平台功能架构如图5所示。

图5　“交通地理云”平台功能架构

（1）数据管理子系统。基于C/S模式，依照《江苏省交通地理信息数据模型》规范进行空间数据管理，提供基础空间数据管理、交通专题数据管理、地图管理、数据输出、数据版本管理和元数据管理等功能。

（2）数据采集子系统。基于B/S模式，分为数据在线更新和数据文件更新两种模式，在线更新模式提供针对发布的地图图层数据通过浏览器实现对数据空间位置、形态和属性的编辑；文件更新是通过上传本地数据更新文件到平台实现数据更新。两种模式提交的成果都将通过审核、处理、公示、复核等流程，最后进行入库。数据维护单位可以通过采集子系统向平台提交数据更新内容，经管理人员审核后，可以进入平台并更新发布。

（3）地理信息服务子系统。基于B/S模式，提供多种地理信息服务，根据服务内容分为地理信息基础服务、数据信息服务和交通专业服务功能。

（4） 服务运维管理子系统。主要负责服务平台中核心服务资源管理、用户权限管理以及系统运维管理等工作。通过平台管理子系统可以更方便地管理服务平台的运行状况，保证系统安全可靠地运行。

（5）门户子系统。为平台使用者提供一个对平台提供服务的内容、使用方法的浏览和学习站点，提供对平台数据的浏览、查询和平台信息统计的功能。

3 应用模式

鉴于“交通地理云”平台面向全省交通运输管理部门提供高效稳定的地理信息服务，考虑到交通运输行业各种不同的应用场景和类型，平台提供服务模式和扩展模式两种模式。

3.1 服务模式

各级交通管理部门建设基于GIS的业务应用系统，可以直接调用交通地理信息服务平台提供的服务，实现GIS业务功能，无需自建GIS平台。服务模式主要分为服务调用和服务定制两种。如图6所示。

图6　 服务模式示意图

服务调用模式是各级交通管理部门通过“交通地理云”的API调用已经发布的地理信息服务，服务包括地图服务、空间数据检索查询服务、空间分析服务等，各级交通管理部门通过调用服务获得地图渲染，地图计算结果，并与业务系统关联，实现业务系统中的地理信息应用。

服务定制模式是各级交通管理部门在“交通地理云”提供的基础服务无法满足自身应用要求情况下，通过“交通地理云”开放的功能接口，开发定制满足需要的地理信息服务，并通过“交通地理云”进行发布。服务可以使用已有的数据资源，也可以调用各级交通管理部门自有的数据资源。

3.2 扩展模式

“交通地理云”除了提供服务调用和定制等服务模式外，还提供服务前置部署等扩展模式，以满足各级交通管理部门建设适应自身应用和管理需要的GIS业务系统需求。扩展模式主要分为服务缓存前置和定制数据前置两种。如图7所示。

服务缓存前置模式是各级交通运输管理部门在本地部署“交通地理云”提供的标准化服务缓存和缓存发布软件，并将服务缓存进行缓存转发。通过本地化的缓存发布，解决网络带宽等问题，提高服务响应速度。

图7　 扩展模式示意图

定制服务前置模式是各级交通运输管理部门在本地部署符合规范的GIS服务发布软件，发布自有的定制数据或GIS服务，并对接“交通地理云”的相关服务。通过本地化的定制服务发布，解决各级交通运输管理部门自身数据或GIS业务与服务平台对接的问题。各级交通运输管理部门开发部署的前置服务，必须与“交通地理云”的标准和规范保持一致。

上述两种前置方式也可组合使用，前置服务器可以同时担负服务缓存前置机和定制数据前置机双重角色。

4 推广应用

目前，基于地理云服务建设的江苏省交通地理信息服务平台，已将大量交通地理信息资源以服务形式提供给全省交通运输管理单位，路网连接公路项目动态管理系统、京杭运河苏北航务处航道图应用、常州市交通地理信息服务平台和高淳区交通地理信息系统等通过应用模式进行了地理信息技术的建设。地理信息应用服务架构如图8所示。

（1）路网连接公路动态管理系统。通过平台服务模式，使用平台的地图服务、查询服务、公路定位、数据服务等，将公路现状、规划等信息在地图上叠加，并且通过周边查询、专题图等对规划线路进行分析与评价。最终实现经济节点与交通节点的快速、顺畅衔接，为路网连接公路项目的决策提供科学的支撑手段。系统功能包括目标线位浏览、详细规划制定、规划成果管理等模块，主要为系统综合发展计划处等厅相关机构及省辖市交通运输主管部门提供项目浏览查询、规划项目的制定及规划成果的管理等功能。

图8　 交通应用系统地理信息应用服务架构图

（2）京杭运河苏北航务处航道图应用。利用平台扩展模式，建立京杭运河苏北航务处航道图应用，调用省厅地理信息服务平台基础地理信息和航道专题服务接口，使用平台的地图服务、查询服务、航道图服务、数据服务等，叠加苏北处GIS平台发布航道相关业务数据，提供对航道业务数据的在图浏览、查询、分析、统计、海陆一体化显示等功能。系统调用平台地图服务与电子航道图服务进行叠加，实现水陆路一体的地图显示浏览，调用数据服务、查询服务，实现对苏北运河航道物标、港口码头对象的定位与属性查询。通过查询服务和数据服务，能够将航道物标对象与航道业务信息关联，实现在图管理。

（3）常州市交通地理信息服务平台。利用平台扩展模式，建立常州市交通地理信息服务平台，调用省厅地理信息服务平台基础地理信息和各交通专题服务接口，使用平台的地图服务、查询服务、空间分析、数据服务等，叠加常州市相关业务数据，实现在地图上对所辖区域内交通设施管理、交通运输管理等功能。

（4） 高淳区交通地理信息系统。利用平台服务模式，建立高淳区交通地理信息系统，调用省厅地理信息服务平台基础地理信息和各交通专题服务接口，使用平台的地图服务、查询服务、空间分析、数据服务等，实现在地图上对所辖区域内交通设施管理、交通运输管理等功能，满足局公交、出租、路政执法的运营监控、地图指挥等功能要求。

5 平台特点

江苏交通地理云服务平台具有行业基础性、管理标准化和技术先进性3个方面特点。

（1）构建基础提供公共服务。平台作为全省交通行业提供地理信息服务的公共基础设施，提供了涵盖交通空间信息数据链各环节的数据与服务资源并向全行业开放，基于这些服务资源，交通行业部门构建各类行业应用系统，形成以平台为核心的生态环境，实现交通行业与空间位置信息的深度关联，更好地推进全省交通行业的地理信息应用。

（2）制定标准保证平台生命。为满足交通行业的应用需要，平台的空间数据必须及时、准确，并且能够长期稳定地进行空间信息维护。平台制定了统一的交通基础空间信息资源标准和空间信息服务接口标准。通过标准接口，行业部门获得一致的空间信息资源与空间信息应用能力，保证平台稳定、高效的应用支撑。

（3）架构先进支持未来发展。平台采用先进的云计算架构和开放性的开发框架，提供了可多级部署的分布式扩展模式、弹性动态的基础设施、丰富的底层功能开发接口，保证了系统的计算资源能够动态调配和平滑扩展，以及性能和功能的扩展能力，能够满足未来更多行业应用服务的需要和更多应用的功能扩展需要，为将来更多的业务应用需求提供能力扩展保证。

6 结论

江苏交通地理云的建设，全面按照部省“十三五”交通运输信息化发展规划建设要求，围绕“智慧交通”地理信息应用服务需求，运用了地理信息、云计算等先进成熟技术，以地理信息资源整合为核心，以应用服务为主线，进一步整合完善了交通地理信息数据资源，构建了全省交通“一张图”；建成了面向全省交通运输行业的地理信息服务平台，实现了基于云GIS技术架构的交通地理信息服务功能，完善了交通地理信息服务应用规范，形成了长效的运行维护管理机制，解决了交通运输业务中的权威性、规范性和平台性需求，满足了普遍服务，实现了跨区跨界资源共享，增强了交通行业地理信息应用的服务能力，提高了全行业的地理信息应用水平。

［1］罗军舟，金嘉晖，宋爱波，等.云计算［J］.体系架构与关键［1］技术［J］.通信学，2011（7）：3-21.

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［3］ 范协裕，任应超，杨崇俊，等.基于集群技术的可伸缩云GIS ［1］服务平台研究［J］.计算机应用研究. 2012（10）：3736-3739.

［4］徐德军.基于云GIS架构的“智慧”地理信息共享服务平台［1］的设计与实现［J］.IT时代周刊（296）：270-272.

［5］饶庆云，丁晶晶，苏乐乐，等.基于云计算的分布式切图服［1］务设计与实现［J］.测绘与空间地理信息，2013（S1）：29-［1］35.

［6］王光宇，宋松森.基于服务的数字城市地理信息公共平台［1］设计——以包头市为例［J］.内蒙古科技与经济，2015（6）：［1］49-51.

Construction and Realization of J iangsu Traffic Geographic Information Cloud Platform

Tong Jian
（Jiangsu Provincial Traffic Communications Information Center, Nanjing 210001,China）

Based on GIS cloud technology, this paper constructed Jiangsu traffic geographic information cloud platform combined with Jiangsu transportation geographic information requirements. The technical framework, main function and application patten were introduced detailedly. The practical applications showed that the platform could integrate and share the whole province traffic geographic information, enhance service capabilities of geographic information, and promote geographic information service for the whole traffic industry.

traffic; geographic cloud; platform construction; geographic information

U495

A

1672-9889（2016）04-0068-05

童剑（1976-），男，江苏扬中人，主要从事交通信息化工作。

2016-03-23）