基于GISCloud云计算框架的面向时空信息数据大数据平台的设计

刘福刚

（淮南联合大学，安徽 淮南 232001）

建立像Azure这样扩展性的框架，可以实现轻量化的数据服务，人们可以从网页客户端实现对信息的访问和发送等，与购买硬件相比，直接与网络连接会比较容易，而且利用云计算可以实现最大程度上的信息管理，建立无障碍的信息系统，从而实现一系列的系统功能等[1].地理信息系统就是利用GIS给目标用户提供时间和空间的数据属性，利用时空标识可以实现关键数据的获取.地理信息系统（GIS）就是收集各种地理信息数据进行处理，来实现服务，它是一种时空数据处理，对象需要具有空间和时间的特性.

1 时空信息和大数据技术

大数据的发展为时空地理信息的标识提供了新的发展方向，该技术具有显著的3个特征，其中有：高速性、规模性、多样性.处理大数据，其实就是利用软件和工具，通过建构的大数据实现分析、收取、收取、集成等功能.时空信息数据它包含了大数据所有的功能，它是针对特定的数据领域的集合.这种技术还需要依赖大数据技术，在数据平台上设计.时空信息数据云平台的建立，就是在原有的工作平台上，构建一个时空数据处理平台（GISBDPlatform），通过大数据对各种资源进行整合，主要在物理载体基础上实现高效的时空数据处理，实现对资源的高效整合和共享[2].

2 GISBDPlatform大数据平台的设计

2.1 GISBDPlatform架构的设计

GISBDPlatform是一种面向多源异构形式的地理数据，它可以实现动态更新数据，连接共享，实现接收信息等.基础数据的设计需要经过抽取、清洗、融合等方式来处理，实际的应用要根据需求到中心数据中提取.

GISBDPlatform核心的功能就是地理时空标识数据集群，包括共享数据集与核心数据集.地理时空信息是处理空间地理数据的，它将来自不同渠道的资源进行整合，为系统提供资源数据.时空数据有交换数据、基础数据、动态实时传感器、非空间数据等组成.凡是时空数据都是对向上层系统进行服务[3].

GISBDPlatform的分层设计框架：

（1）资源层中包括：储存资源池、计算资源池、网络资源池等3个部分.这里所有的资源都是利用虚拟化将其整合在一起，从而实现资源服务.资源层主要包括计算、储存资源、计算资源等服务，还有就是基础性的硬件与基础硬件上的软件系统等.对于虚拟化的资源，则是建立在GISCloud服务平台上的.而GISCloud则是在虚拟化层对所有资源进行虚拟化，并封装在GISBDPlatform资源服务中.

（2）服务层是由时空数据共享、时空功能信息服务两个重要的子系统组成，主要是为业务逻辑、平台支撑、应用请求等提供服务，在时空信息系统中寻找数据，进行分析、集成、定制、共享、整理、管理等实际操作.时空信息实现公共的服务，是在共享数据集中实现信息服务，它的服务是面向公众平台的.该层系统和服务接口连接，可以对应用数据和业务数据进行封装，在统一的接口上实现对上层数据的服务.时空信息共享系统对于相关业务和平台提供数据的交换和共享的子系统，它是在地理信息数据的基础上实现对各关联数据、中心层进行服务.

（3）应用层就是面向对象：公众和用户.这个系统是在GISBDPlatform层获取资源和服务，给用户提供准确的地理信息.GISBDPlatform数据流转是由系统进行管理和控制.而与云计算相关的则是GIS系统中的服务[4].

2.2 云平台基础设计

云计算是多个服务器组成的具有相同逻辑的云实现资源的计算，从而提供高效的资源分配和安全.首先将底层硬件信息进行抽象化，再给上层进行计算和保存资源，云计算对这些数据进行统一的管理，对于底层基础设施采取屏蔽，对上层用户则是透明的，这样可以保证资源使用的高效性.它就是利用GISBDPlatform云平台实现设计目标.

GISCloud就是对主要资源进行整合和提供服务，GISBDPlatform是在GISCloud基础上建立的，为系统提供一个合理的环境，实现个性化的服务对应用层和用户.

GISCloud应用平台是建立在GIS服务平台上的，具有GIS服务功能.GIS系统可以服务管理设施和平台等，同时也能提供接口给上层的应用或是用户.GIS使用层有两个部分的服务，一个是对面向层提供的GIS服务，二是给面向层提供的GIS服务.GIS层和它的子系统一同服务管理和上层应用，同时也实现云储存、云设施、云计算、云平台等管理和服务.

GISCloud包括GIS应用平台和GIS服务平台两个体系.GIS支撑平台的就是将底层硬件细节资源进行隔离，这样可以保证基础设施进行对外扩展服务.GIS服务平台是在GISCloud云端建立，它可以实现对底层大量的数据进行储存和计算，它可以为用户提供计算机的服务器连接，还能提供储存的服务器连接.底层资源是建立在异构结构中的，利用GIS虚拟化对服务器进行资源的储存和计算，它具有高效可利用的逻辑组织、高的扩展性和可靠性的基础资源系统.

2.3 分层接口的设计

在GISBDPlatform系统中，每个层的功能都是独立，它们是利用接口实现数据的交互.接口的设计使用的CDMI协议.CDMI具有管理和访问云平台的能力，比如：获取、删除、产生等操作，这样就打破了每层之间相互访问的局限性.CDMI也是面向对象管理，它的对象包括：功能、域、列队、容器等对象.容器对象实现目录服务，不能直接保存数值.域对象就是认证用户真实性的方法.数据对象就是保存数值的，实现管理文件的功能.功能对象就是展现CDMI的功能，用户可以直接获取功能列表来得到.CDMI包括的元数据有：HTTP元数据系统、储存系统、用户等.不同的元数据协议也是不同的，比如：HTTP元数据则是HTTP协议.

HTTP是在ISO规范内，实现对数据管理、安全的认证等进行灵活的管理，同时需要获得云储存平台上的认可.GISBDPlatform使用的接口是CDMI，每个层之间的数据互动非常高效且安全，同时还能在平台上进行升级操作.

湖北省时空数据总体框架就是从基础设施层逐渐对开展开的，在各个体系中都贯穿了组织管理、标准规范、政策法规、保障体系等.

（1）数据层：该层的主要资源就是空间数据库，它是根据需求建立“一张图”，这里就是在地理空间数据上进行建立的.它是通过煤层对公众服务、各部门的专题进行汇集，从而实现涵盖全省的，最具有权威的统一性数据库，为实现时空数据服务打下基础.时空数据库包括：调用、入库、资源预处理、更新等一系列的数据管理流程，最终实现时空数据管理的功能.

（2）基础设施层：该层的主要内容有：网络设施、机房环境、服务器集群等操作系统、硬件资源、GIS平台、数据库、中间件等软件资源，是有异构或是同构设施资源构成.基础设施是利用虚拟化技术对数据储存池、服务器、网络资源池进行统一服务，使用虚拟技术对基础层进行资源的有效整合，建立统一的整体，在通用的接口上就可以实现网络、计算、储存功能.

（3）应用层：它是建立在北斗时空基础上，为水利厅、机要局、公安厅、农业厅、北斗等提供用户服务.

（4）平台层：可以为用户提供公共的时空数据服务平台、实现时空数据的交换和共享，同时具有对各类时空信息进行管理、交换、整合、共享、集成等服务.

3 结语

综上所述，时空信息数据是在大数据技术上建立的GISBDPlatform系统，其中GISBDPlatform是基础的云平台，它贯穿在数据层、应用层、资源层、服务层等，使用CDMI接口数据标准，建立一个较为完整的数据服务系统.GISBDPlatform大数据平台的建立，主要是以湖北省建立的时空信息数据框架进行分析，该时空数据信息处理系统，主要实现了数据的处理、流转、共享、融合胆囊管服务功能，对时空信息数据系统进行的升级，实现了时空信息数据的服务.

〔1〕 何亚文,魏海涛,杜云艳.基于云计算的海洋环境数据共享平台设计与实现[J].武汉大学学报(信息科学版),2016,41(10):1307-1312.

〔2〕 Wiener P,Simko V,Nimis J.Taming the Evolution of Big Data and its Technologies in BigGIS:A Conceptual Architectural Framework for Spatio-Temporal Analytics at Scale[C]//International Conference on Geographical Information Systems Theory,Applications and Management.2017.

〔3〕 张庆全,关显明,刘恒飞.黑龙江省、市、县三级时空信息云平台总体框架设计[J].测绘与空间地理信息,2015,38(11):155-157.

〔4〕 Rebelo C,Rodrigues A M,Tenedório J A,et al.Building 3D City Models:Testing and Comparing Laser Scanning and Low-Cost UAV Data Using FOSS Technologies[C]//International Conference on Computational Science and Its Applications.Springer,Cham,2015:367-379.