基于宁夏电子政务公共云平台(阿里云)的地理空间基础信息共享库研究

赫 瑞(宁夏国土资源地理信息中心,宁夏 银川 750002)

基于宁夏电子政务公共云平台(阿里云)的地理空间基础信息共享库研究

赫 瑞
(宁夏国土资源地理信息中心,宁夏 银川 750002)

在云计算和宁夏电子政务公共云平台架构的基础上，详细阐述了基于阿里云平台的宁夏地理空间基础信息共享库的框架结构和功能设计。宁夏地理空间基础信息共享库是基于宁夏电子政务公共云平台(阿里专有云)ECS、RDS及其API，使用ArcGIS私有云套件、Prtal for ArcGIS定制和集成，使用户可以按需获取自己所需要的硬件、基础地理信息数据、GIS软件等资源，监控度量这些资源并动态扩展，解决了传统GIS使用门槛高，建设周期长的痛点。

阿里云; 宁夏电子政务公共云; GIS云计算; ArcGIS

0 引 言

宁夏回族自治区政府出台了《政务民生信息化建设发展规划》着力打造宁夏智慧云，《规划》明确要求，地理空间基础信息共享库作为“一库”中的核心共享库。地理空间基础信息共享库基于宁夏电子政务公共云平台建设。

以前各政府部门使用基础地理信息资源比较困难。各部门很难获取地理空间资源，需要协调拜访很多部门；获取到的数据比例尺、坐标系不一致，需要大量的精力整理数据；需要投入大量的资金建设硬件环境，购买GIS基础软件，开发GIS系统，还需要专人维护系统等。宁夏地理空间基础信息共享库依托GIS云计算技术和宁夏电子政务云平台很好的解决了这些问题，在PaaS层和SaaS为用户提供所需即所得的服务。

1 宁夏电子政务云(阿里专有云)与GIS云计算

宁夏电子政务公共云平台是阿里云专门为政府部门定制的大规模云数据中心解决方案。平台基于阿里集团自主研发的飞天云操作系统和大数据解决方案，平台经受了双十一的考验，是国内比较成熟的云计算平台。宁夏电子政务公共云平台提供了ECS用于部署应用系统，MySQL、SqlServer等云数据库存储结构化数据，ODSS存储非结构化数据，SLB用于负载web程序或服务。宁夏地理空间基础信息共享库基于宁夏电子政务云构建，但又与宁夏电子政务云云管平台并行的一套GIS私有云管理系统。

宁夏地理空间基础信息共享库主要基于ECS、RDS和其API搭建。如图1所示，政务云平台的总体架构包括四个部分，分别是IDC机房、云平台、应用体系和管理体系。政务云平台将IDC机房作为云计算资源的一部分，统一进行管理，并形成异地灾备能力；管理体系包括各类管理流程，实现对资源、运维、安全保障以及项目组织协调的管理能力；云平台采用阿里云计算平台，将底层物理资源进行虚拟化，向上层应用提供各类服务；应用系统基于政务云平台进行部署，在云平台之上承载自治区、市、县各级应用系统并实现统一接入、统一运维和统一安全防护[1]。

图1 宁夏电子政务公共云整体架构[2]

云GIS，是将云计算的各种特征用于支撑地理空间信息的各要素，包括建模、存储、处理等，从而改变用户传统的GIS应用方法和建设模式，以一种更加友好的方式，高效率、低成本的使用地理信息资源[3]。云计算具有以下特征: 按需服务、高可用性、自动化程度高、弹性、伸缩、并行计算、无限扩展、随时随地可访问、低成本等。由于GIS空间数据处理和信息服务具有海量数据(包括缓存)存储、高计算强度分析等特点，可以利用云计算的无限扩展、并行计算、弹性伸缩等特性解决。

2 系统设计

2.1 基础设施即服务层

平台的基础设施即服务层以宁夏电子政务公共云平台提供的软硬件为基础，利用阿里云飞天虚拟化技术进行IT资源的统一整合、管理。并提供平台自动部署配置模块简化基础云平台的安装管理。基础设施即服务层能够为政府各部门的业务用户提供云端宿主的工作环境。

虚拟化服务包括资源存储、资源监控及管理等。虚拟化服务帮助用户完成了对底层基础设施的虚拟化、自动化和流程化的工作，为用户提供弹性服务，平台运行环境的性能也是可伸缩的。当平台负载较大时，可以按需分配合适的资源支撑运行，做到资源的弹性动态调配。这些功能由ArcGIS私有云套件调用阿里云ECS的API实现，资源的调度和监控由ArcGIS私有云套件完成。

2.2 地理信息服务层

地理信息服务层是在IaaS基础上，将GIS数据资源、GIS平台资源进行深度整合，可面向用户直接提供各种类型的云GIS服务，为用户开发GIS业务系统提供支持。这些云GIS服务主要包括三种类型：地图资源服务、空间查询服务、空间处理服务。针对这些云GIS服务，平台即服务层为用户提供了统一的平台开发接口，使用户能够在平台上能够完成与业务系统建设相关的各项工作，包括资源服务的发布、身份认证管理、访问控制、应用搭建、应用部署等工作，而不用维护和考虑平台本身。

云GIS服务与普通的GIS服务不同，是弹性可扩展的，能够根据上层业务应用对GIS服务的使用情况，按需的进行计算能力的调整。云GIS服务，由云GIS运维管理系统进行统一的管理，包括：对云GIS服务的监控、弹性服务管理、任务调度管理、资源度量等功能。

此外，通过云GIS平台自服务门户系统，用户可以通过此门户，按需、自服务的申请使用各种云GIS服务。同时，自服务门户中为用户提供了应用模板、业务建模服务，用户可以基于云GIS平台提供的基础云GIS服务，结合自身的业务应用，建立专业的、复杂业务分析模型服务，直接使用或结合应用模板创建更加专业的业务系统。

2.3 应用即服务层

应用及服务层(SaaS)是基于平台即服务层，围绕宁夏回族自治区各个行业应用，搭建的上层云业务应用服务，包括：对接宁夏地理信息共享服务平台、污染源环境监测信息发布系统、地质灾害信息发布系统、水利水情信息发布系统。在此基础上，后续可为全区提供相应应用的地理空间基础信息支撑。

所有的云GIS业务应用都支持桌面端、Web端、移动端等多种终端访问，能够满足规划行业建设中各种应用模式的需要。只有构架在云GIS平台之上的所有业务系统才能够确保7*24h安全稳定运行，同时减轻相关运维管理人员的工作压力，可以实时对整体的硬件、软件、服务、业务系统等进行实时监控。

3 系统功能

3.1 系统功能框架

系统功能框架如图2所示。

图2 系统功能框架图

3.2 共享库服务资源目录管理

共享库服务资源目录管理子系统，支持ArcGIS Services及OGC标准的服务协议，提供了完整的地理资源(包括地图服务、地理工具、应用程序、文档等)搜索、注册、访问和管理等功能，用以实现用户与“目录”之间的交互、访问的需要。本模块基于Portal for ArcGIS二次开发定制而成。

3.3 云服务访问统计

能够对地理空间基础信息共享库中的GIS服务资源进行监控统计，包括各类用户的服务调用、并发访问、热点服务发现等内容；能够统计、分析服务调用状态(调用时间、调用次数)，以便地理信息服务管理人员对服务内容和服务性能等方面进行优化调整。本模块包含服务运行状态概览和服务访问统计两个功能。

(1)服务运行状态概览

以图表的形式统计出平均响应时间图、响应最慢服务、服务访问量统计、服务运行状态，整体掌握平台服务运行情况。

(2)服务访问统计

服务流量统计以条形图和服务列表方式对每项服务的流量进行统计。

3.4 云GIS资源管理

用户可以往云门户中上传自己的GIS资源并在业务工作中使用。云GIS资源管理模块为用户提供了先进、科学、合理的资源管理功能，主要包括：GIS资源上传、管理GIS资源、GIS资源搜索、云GIS资源共享。用户可以把云GIS资源设置为私有或公有，或者共享给特定的用户组。云GIS资源共享不仅实现了数据的共享，同时还提供了协同工作的环境。

(1)GIS资源上传

可通过“资源管理”功能分类管理不同部门，不同类型的资源(空间数据、图件、文档资料)，对资源进行“分门别类”的管理。

(2)GIS资源管理

资源管理用于管理用户上传的各类资源，并可将这些资源在平台中进行统一的管理。

(3)GIS资源搜索

可根据资源名称进行模糊查询，也可按照资源类型或者上传时间、长传人中的一个条件或者多个条件组合查询。

(4)GIS资源分享

通过平台您可以在组织内与其他人共享地图、应用程序和其他地理信息。共享的内容通过网站传送。

3.5 云GIS应用搭建

通过云门户可以直接搭建自己的云GIS应用，整个过程可在Web上完成，无需开发和编程。其主要功能包括：创建智能网络地图、创建Web应用。

(1)创建智能网络地图

创建智能网络地图能够创建交互式的智能地图，用户可往地图中添加专题数据或者服务，创建的地图可以具备可视化、编辑、分析等功能，并支持时态数据，还可以利用弹出窗口对地图进行交互式操作。

(2)创建Web应用

云门户应提供多种不同类型的应用模版供用户使用，用户可以无需开发就选择自己喜欢的、符合应用需求的模版进行直接发布。也可以将自行定制开发的模板上传使用。只有制作并保存好的智能网络地图才能直接套用Web应用模板。

3.6 云GIS站点服务

云GIS站点服务以云GIS站点为中心，通过该服务用户从多个角度实现了对云GIS站点的监控和管理，保证了实际工作中云GIS站点以及站点中云GIS服务的性能和稳定。云GIS站点服务主要包括：云GIS站点管理、云GIS服务管理。

(1)云GIS站点管理

云GIS站点管理模块，实现了对云GIS站点资源服务的管理功能，主要负责为用户提供申请、使用、管理云GIS站点资源服务的操作入口。主要功能包括：云GIS站点基本管理、弹性资源调度管理、云GIS站点监控功能。

1)云GIS站点基本管理:云GIS站点基本管理功能，为用户提供了云GIS站点的常规管理操作，主要包括：新建站点，删除站点、启动站点、停止站点、站点续租、修改密码、属性查看。

2)资源弹性调度管理:为用户提供了弹性调整云GIS站点计算节点的能力。它提供两种资源弹性调整模式：人工模式、智能模式。

人工模式：用户可手动的为云GIS站点添加或删除GIS计算节点。主要功能包括增加节点和删除节点。

增加节点，用户根据云GIS站点运行的实际情况，手动为其增加GIS计算节点。该功能只有在人工模式下才可用。

删除节点，用户根据云GIS站点运行的实际情况，手动为其删除GIS计算节点。该功能只有在人工模式下才可用。

智能模式：云GIS站点则会根据设定好的调整策略参数，自动的实现云GIS站点中GIS计算节点的添加/删除操作。调整策略参数，只有在智能模式下才有效。

3)云GIS站点资源监控:为用户提供了对云GIS站点、GIS计算节点等GIS资源的实时监控功能。用户可通过该模块，监控其创建的所有ArcGIS Server站点资源、及其内部GIS计算节点的运行状态和工作情况。

(2)云GIS服务管理

实现了监控、管理用户托管在云GIS站点当中的GIS服务的功能。主要功能包括：GIS服务基本管理、GIS服务浏览、GIS服务监控。

1)GIS服务基本管理:提供了托管在云GIS站点中的GIS服务的常用管理操作，包括：启动服务、停止服务。

2)GIS服务浏览:实现了对云GIS服务的浏览，用户可以快速的对GIS服务的地图内容进行查看。

3)GIS服务监控:提供了对云GIS服务状态的监控能力。用户可以通过该功能查看托管到云GIS站点当中所有GIS服务的运行状态和工作状态。

3.7 云平台GIS服务运维监控管理

云GIS服务运维管理系统，主要面向数据中心的管理人员，管理人员通过此模块可以监控、管理、维护云端的所有云GIS站点资源服务，从而保证行业应用部门的用户能够正常的使用云端的站点资源。主要包括的功能有：服务监控、服务度量、配额管理、租户隔离、日志管理。

(1)云GIS资源池管理

云GIS资源池管理为管理人员提供了云GIS资源池的配置和管理功能，让管理人员能够根据单位的组织架构、实际应用等情况，合理的对GIS资源池进行资源规划。

(2)服务监控

服务监控功能，负责为管理人员提供云GIS站点资源服务的相关监控信息。管理员可用该模块从多个角度来监控和管理云GIS站点的各项内容。从而保证整个云GIS平台资源的合理化使用以及各用户能够从平台中获取到与其需求相符合的服务。服务监控的主要内容包括：站点资源监控、异常监控。

1)站点资源监控:在云GIS服务运维管理系统当中包含了对用户的云GIS站点进行监控的功能模块，管理员可使用该模块监控云GIS环境中所有云GIS站点的运行情况，监控内容包括：状态、CPU使用量、节点个数。

2)异常监控:资源服务监控功能为管理人员提供资源信息报警的功能，在报警区域能够对发生异常的资源列出报警信息，通知运维管理人员。例如，站点资源紧张、更新许可等信息。

(3)服务度量

服务度量功能为管理人员提供基础设施资源的统计分析功能。该功能能够为管理员提供任意时间段内不同层面下用户对云GIS资源使用情况的度量信息。这些信息能够帮助管理员对整个云GIS环境的运行状态做出科学合理的判断，并以此为依据做出相应的调整和改进，用以保证整个云GIS环境的顺利运行。服务度量模块的功能主要包括：资源使用情况统计、报表度量。

1)资源使用情况统计:资源使用情况统计功能能够对任意时间段内用户创建的云GIS站点所使用的基础设施资源情况进行统计分析。资源使用情况统计的指标主要包括：请求处理量、GIS节点使用量、用户数。

2)报表度量:报表度量功能，能够对用户在任意时间段内，使用的云GIS资源服务情况进行报表度量，主要功能包括：资源使用情况统计报表、云GIS站点汇总报表、云站点统计报表、GIS服务统计报表。

①资源使用情况统计报表。实现了对任意时间段内，云GIS平台中某组织对资源使用情况的汇总统计，指标包括：云GIS站点个数、用户信息列表、处理量信息、工作时间信息。

②云GIS站点汇总报表。实现了对任意时间段内，某个用户创建的云GIS站点的资源使用情况的汇总统计，指标包括：云GIS站点总数、站点信息列表、处理量信息、工作时间信息。

③云站点统计报表。实现了对任意时间段内，某个用户创建的云GIS站点的资源使用情况的汇总统计，指标包括：云GIS站点总数、站点信息列表、处理量信息、工作时间信息。

④GIS服务统计报表。实现了对任意时间段内，用户发布的某个云GIS服务的资源使用情况统计，指标包括：GIS服务信息、处理量信息、工作时间信息。

(4)配额管理

运维管理人员可以根据用户的实际需求和整体的资源规划，为用户分配一定的站点的资源配额(即：GIS节点个数)，并对站点配额进行管理。管理员可为整个组织设定预设的配额配置参数，也可在具体的云GIS站点管理页面重新修改和设定某一个云GIS站点的配额。配额管理具体包括：默认配额参数设置、配额参数更改。

1)默认配额参数设置：管理员可在云GIS站点默认参数设置页面设置平台中云GIS站点的基本参数。这些参数就是每一个平台用户的默认配额参数，具体包括：节点最大数、节点最小数、用户拥有站点最大数。

2)配额参数更改：管理员可在云GIS服务运维管理系统中为用户更改云GIS站点的配额，以满足用户的实际需求。由更改结果的影响范围划分，可分为：更改用户云GIS站点配额、更改云GIS站点配额。

(5)租户隔离

租户隔离能为使用云服务的每个组织提供独立的资源空间，并实现了对组织帐户使用云GIS平台资源服务的权限进行管理。管理员通过权限管理，实现了对组织账户的资源分配，包括GIS资源池组、SDE存储、文件存储等。云GIS服务运维管理系统的租户隔离模块包含：常规管理和资源使用权限管理。

1)常规管理：常规管理用于对平台中的组织进行基本的管理操作，管理员可根据用户所属组织的基本情况在这里设定相应地组织，方便用户的归属和管理。主要功能包括：新建组织、移除组织、启用组织、停用组织。

2)资源使用权限管理：管理员能够根据需求对已有组织使用云GIS平台资源的权限进行分配，使用户能够获得满足其需求的云GIS平台资源。主要内容包括：GIS资源池组配置、数据存储配置等。

(6)日志管理

日志管理模块用于实现平台日志的存储、提取和信息挖掘，完成相应日志的收集、分析及管理功能。管理员能够根据日志的类型、以及具体日志信息的内容进行查询。日志信息可划分为：监控日志、警告日志、错误日志。

(7)用户管理

在云GIS服务运维管理系统当中包含了对平台中的用户进行监控管理的功能模块，管理员可使用该模块监控用户的基本信息及状态并进行相应的管理操作，主要内容包括：状态、启用、禁用、审核。

3.8 信息管理、应用示范系统

提供各种数据更新信息公告和平台应用信息及示范应用的链接。

3.9 门户用户账户管理

提供对云端自服务门户的日常维护功能。用户在第一次登陆云端自服务门户系统后，系统会同时启动账户管理模块，管理模块的主要功能包括：日志管理、账户设置。

4 结束语

宁夏地理空间基础信息共享库(一期)的建设，降低了全区政府部门使用专业GIS资源的经费和技术门槛，基于宁夏电子政务云平台、ArcGIS私有云套件、Portal for ArcGIS很好的解决了基础地理信息共享的问题，是宁夏基础地理信息资源的集散地。各政府部门除了可以调用GIS数据服务、租用GIS服务器，还可以快速制图和快速搭建应用。

[1] 周洪波. 云计算技术、应用、标准和商业模式[M]. 北京: 电子工业出版社, 2011.

[2] 《宁夏电子政务公共云平台用户使用及迁移指导手册》[Z].2016.

[3] 《ArcGIS云计算解决方案——触手可及的云》[Z].2016.

Geospatial basic information based on Ningxia e-Government public cloud platform (Aliyun) shared library research

HE Rui
(NingxiaLandandResourcesGeographicInformationCenter,YinchuanNingxia750002,China)

On the basis of cloud computing and Ningxia e-Government public cloud platform architecture, the frame structure and function design of Ningxia Geospatial basic Information sharing database based on Aliyun platform are elaborated in detail. Ningxia Geographic spatial basic information sharing database is based on the Ningxia e-Government public cloud platform (Ali proprietary Cloud) ECS, RDS and its API, with ArcGIS Private Cloud suite, Prtal for ArcGIS customization and integration, users can access the hardware they need, basic geographic information data, GIS software and other resources, monitor the measurement of these resources and dynamically expand, solve the traditional GIS use of high threshold, construction cycle of pain points.

Aliyun ;Ningxia e-Government public cloud; GIS cloud computing; ArcGIS

2017-05-10

1001-9383(2017)02-0007-08

TP311.5

A