SuperMap平台下综合地理信息保障云服务系统建设

顾华奇，梅承华，廖明伟

(1. 江西省测绘地理信息工程技术研究中心，江西 南昌 330209； 2. 江西省基础地理信息中心，江西 南昌 330209； 3. 南昌市测绘勘察研究院，江西 南昌 330038)

近些年来，我国各类突发公共事件与自然灾害频繁发生，据统计，江西省平均每年因灾害造成的直接经济损失高达80～120亿元，占全省GDP的5%～8%;突发公共事件给人民生命和财产带来重大损失，严重影响江西省的国民经济全面协调可持续发展,为了提高自然灾害综合防御能力和对各类突发公共事件的快速处理能力，建设江西省综合地理信息保障服务系统势在必行。依托地理信息公共平台支撑系统和综合数据库建立江西省主要职能部门联合执法服务系统及公安、农业、林业、水利、交通、环保、国土、商务等部门的专题服务系统，提升自然灾害综合防御能力和对各类突发公共事件的快速处理能力显得十分必要。

1 系统总体设计

1.1 系统目标设计

本系统以江西省地理信息公共服务平台为依托，利用云计算技术实现对江西省突发事件和自然灾害的智能预警、快速处置突发事件等服务，为实时预测事故、消除隐患、分析形势和及时决策提供服务。

1.2 系统总体架构设计

本系统依托跨平台GIS内核的云GIS应用服务器SuperMapiServer 8C搭建而成，把握“以地理信息为中心”原则，整合和广泛关联各种保障服务业务数据及在线信息，建立多时相、高精度、高时空分辨率、多层次的江西省综合保障地理信息数据库，具有二三维一体化的服务发布、管理与聚合功能，开发多层次的保障服务功能，采用面向服务的地理信息共享方式，在SuperMapiServer 8C[3]的基础上构建基于SOA[4]的综合地理信息保障服务专有云系统，实现江西省综合地理信息保障服务系统中的数据采集、维护、发布、查询、展现、统计、分析、应急指挥等功能。整个系统逻辑架构主要包括4个层次：数据资源层、基础设施层、GIS平台层及门户应用层，如图1所示。

图1 系统总体架构

1.3 系统数据资源构架

数据资源主要是1∶10 000、1∶5000、1∶2000、1∶1000、1∶500基础地理数据及公安、农业、林业、水利、交通、环保、国土、商务、地震、卫生、气象等部门的国情普查及相关的专题数据，在这些已建成的基础地理空间数据库基础上，通过数据扩充，添加时间属性及数据重组实现从基础地理信息数据到时空信息数据的升级。完善基础地理空间库和专题业务库，建立具有时空特征的数据资源体系，包括数据历史版本等信息。数据资源总体架构如图2所示。

图2 数据资源总体架构

1.4 系统基础设施层设计

本系统的云架构GIS平台层是整个系统的核心部分，是所有用户访问资源的平台，对整个系统的建设和日常运行至关重要。如图3所示，它依托于底层IT基础设施，对外提供稳定的GIS平台能力。基础设施层设计包括以下内容：

图3 云架构GIS平台

1.4.1 计算池规划设计

(1) 将现有的刀片服务器进行底层虚拟化，建立数据中心，其中一台机器规划创建6台虚拟机，满足管理端的计算需求。

(2) 另外两台物理机进行虚拟化，建立标准的GIS服务器资源池。

(3) 后期根据需要对计算性能需求的差异化，建设高并发资源池、高计算资源池以及应用资源池。

1.4.2 网络架构设计

网络条件依托于现有环境，主要是与网络相关的网络设备，根据服务器的配置，每台主机配置4～6块千兆网卡，每块两个网口。

1.5 综合地理信息保障服务系统技术架构设计

GIS平台层采用先进的云计算架构支撑整个系统的用户访问。通过VMWare虚拟化解决方案构建整个平台硬件设施虚拟化资源池，采用vCloud Director搭建云计算资源调度和管理基础设施，在此基础IT架构下，部署SuperMap云管理系统软件，实现GIS计算资源接受云环境的调度和管理。

1.6 综合地理信息保障服务能力设计

综合地理信息保障服务系统平台能够生动、直观、多维地反映利用文字、数字、图表无法准确表达的地图信息，系统中的资源、环境、人口、地质灾害等专题信息服务与基础地理信息结合，有利于及时预测、预防灾情，能够显著提高灾情应急响应速度、处置能力和灾后恢复重建能力。系统提供的服务包括：二维/三维地图服务、要素服务、GIS功能服务、路径分析服务[5]、影像服务、目录服务、资源服务以及其他OGC服务等，具体如图4所示。

图4 GIS平台服务类型

系统提供的这些综合地理信息保障服务基于后台SuperMap GIS资源，建立相应的对应关系，当后台资源更新时，服务能够自动更新，并且提供统一的调用接口。

1.7 综合地理信息保障服务系统运维管理设计

云端运维管理系统通过整合GIS平台管理功能和底层云计算基础设施调度功能，实现对系统的资源监控、资源管理、身份认证等功能。平台即可以按需提供GIS站点，而站点所消耗的硬件资源可以自动依据前段用户访问情况进行弹性调整。

1.8 综合地理信息保障服务系统门户应用层设计

门户应用层是在GIS平台层基础上搭建的成熟的SaaS应用以及对综合地理信息保障服务业务应用系统整合、支撑的架构层，是本系统资源汇集与共享协同的中心，基于云计算技术的GIS门户平台，实现了对地图、服务、应用、数据等各种综合地理信息保障服务资源的整合和统一管理，提供多种方式快速对目标资源进行定位、应急保障服务，利用整合的资源进行协同创作与分享。通过与 SuperMap iServer的组合，实现虚拟化平台下的分发、部署、迁移和管理，可以协助快速开发江西省综合地理信息保障服务系统云门户，其详细设计架构如图所示。

图5 系统功能结构

1.9 江西省综合地理信息保障服务系统云门户详细功能

1.9.1 江西省综合地理信息保障信息维护管理

基本信息包括：江西省整体概况，包括概况视频、人口信息、社会综合管理相关信息等其他信息[6]、江西省鄱阳湖区域重大权属争议、江西省鄱阳湖区域曾发案(事)件、江西省鄱阳湖区域当前存在隐患地理位置、分布、内容等数据。

1.9.2 综合管理功能

该模块主要是为加强江西省主要职能部门执法能力建设，建立健全联合执法机制，提高社会管理科学化水平的客观要求。对公安、农业、林业、水利、交通、环保、国土、商务、地震、卫生、气象等各类信息进行分类管理并在电子地图上进行区域定位，用户查看其地理位置以及详细的业务信息，已经采取的相关应急保障措施。

1.9.3 实时监控功能

鄱阳湖区域水位与面积的动态监控如图6所示。

图6 鄱阳湖区域水位与面积的动态监控

1.9.4 实时GPS动态监测

GPS动态监测如图7所示。

图7 GPS动态监测

1.9.5 应急指挥决策模块

(1) 突发事件监控调度。为了快速响应解决突发事件，快速抵达事发现场，系统还提供分析调度的功能(如图8所示)。

(2) 环境监测快速响应。主要是针对水污染监测，并做出快速响应。如某区域发生船只油污泄露，可根据泄露规模，以该区域为中心建立水域污染缓冲区，以供相关部门快速处理。

图8 突发事件调度

(3) 环保专题图显示。系统能够叠加环保专题图件，如等值线、面图，柱状专题图或等级专题图等，同时对历年某事件或多事件，按地区进行专题统计分析，主要是柱状专题图或等级专题图。

(4) 环保事件态势跟踪。可以从时间维度上描述整个环保事件的发生、变化和影响，操作者可以干预展播的进度、播放状态(开始、暂停、停止)和展播内容的开关，展播内容主要是该事件的媒体文件，如视频、文本和图片。

(5) 应急指挥地图快速打印。实现对当前视窗范围内地图的打印，设置好相应的打印标题和子标题，即可将应急人员制定好的应急决策地图打印出来。

(6) 用户管理模块。用户管理主要包括角色管理和权限管理，如图9所示。

图9 用户管理

2 系统关键技术

系统采用基于跨平台、二三维一体化、云端一体化三大技术体系的SuperMap GIS 8C地理信息平台进行开发,提升江西省综合地理信息保障服务系统的服务能力; 基于SuperMap GIS 8C丰富的PC端、Web端、移动端产品与开发包，开发强云富端、互联互享、安全稳定、灵活可靠的多种跨平台的客户端以对接云GIS服务平台；运用三维仿真技术、多媒体技术等高新技术手段，构建更加绚丽和实用的真三维应用。

B/S端采用SuperMap iClient for HTML5开发,C/S端采用Visual Studio2015和iDesktop 8C进行插件式开发,移动端 采用HTML+CSS+avaScript技术开发。

2.1 虚拟化技术

虚拟化技术是实现云架构平台的关键技术之一。服务器虚拟化技术可以将物理资源等底层架构进行抽象，使得设备的差异和兼容性对上层应用透明，从而允许云对底层千差万别的资源进行统一管理。

2.2 面向服务架构技术

面向服务架构是一种IT架构设计模式，通过这种设计，用户可以快速创建适合自己的商业应用，并通过流程管理技术来加速业务的处理，促进业务的创新。面向服务架构还可以为用户屏蔽掉运行平台及数据来源上的差异，从而使得IT系统能够以一种统一的方式提供服务。

2.3 标准OGC服务支持

系统提供标准OGC服务，OGC定义了几种服务类型，致力于服务不同类型的数据和地图，在搭建应用系统中，常用的几种类型OGC服务有：Web Map Service(WMS)，服务于地图图像的图层集合；Web Map Tile Service(WMTS)，服务于缓存地图切片的地图图层；Web Feature Service(WFS)，服务于矢量要素的数据；Web Coverage Service(WCS)，服务于栅格数据；Web Processing Service(WPS)，服务于地理空间处理。

2.4 GIS服务弹性调整

基于网状集群结构管理GIS 服务，是实现云架构下GIS服务弹性调整的关键技术，结构如图10所示。

图10 GIS服务弹性调整结构

用户请求发送到Web Server(Adapter)，Web Server根据Cluster中各个GIS Server的运行状态，动态的分发请求，接收请求消息的GIS Server机器完成相应的处理任务。当Web Server或所有的GIS Server都处于繁忙状态时，平台自动管理系统会开启新的虚拟机，加载预定义的模板镜像，增加新的节点，以响应当前的用户请求，提升处理能力。随着访问用户数下降，更多的GIS Server服务器处于闲置状态，平台自动管理系统根据设定的资源回收机制，动态关闭虚拟机，释放资源，减少能耗。

2.5 金字塔图片服务引擎与GIS功能服务引擎一体化集成与联动[8]

运用多级智能缓存技术研发金字塔图片引擎，实现金字塔图片服务引擎与GIS功能服务一体化集成与联动，有效解决图片服务引擎无法进行深度GIS功能分析的难题。

3 结 语

本文就江西省综合地理信息保障服务系统基于全新架构的新一代云端一体化架构设计，创新平台服务架构，构建地理空间信息服务总线，提出多层次、多级别的服务模式。系统基于跨平台、二三维一体化、云端一体化三大技术体系，提供功能强大的云GIS门户平台、GIS应用服务器与GIS分发服务器，以及丰富的PC端、Web端、移动端产品与开发包，强云富端、互联互享、安全稳定、灵活可靠的GIS系统，研发了地理编码与匹配技术，形成一个统一的、标准的、复合的、多源的空间信息服务体系，为社会管理提供综合地理信息保障服务平台。

参考文献：

[1] SuperMap.SuperMap GIS TC(2015)产品概述[EB/OL].[2017-08-03].http:∥www.supermap.com.cn/html/Software.html.

[2] 田彦,张猛.基于WEBVR和RIA技术的三维虚拟社区研究与应用[J].电脑知识与技术，2011,7(20):4988-4990.

[3] SuperMap技术资源中心.iServer简介[EB/OL].[2017-08-05].http:∥support.supermap.com.cn/product/iServer.aspx.

[4] 刘敏,严隽薇.基于面向服务架构的企业间业务协同服务平台及技术研究[J].计算机集成制造系统,2008,14(2):306-314.

[5] 朱耿青,陈崇成,唐丽玉,等.三维最短路径分析算法的实现及其可视化[J].计算机工程与应用，2007,43(33):105-107.

[6] 司存瑞,苏秋萍.数据信息动态生成图表的方法[J].现代电子技术,2005,28(21):65-67.

[7] 严俊.基于ArcGIS金字塔模型按区域取图的算法设计与实现[J].电脑编程技巧与维护,2012(14):118-120.

[8] 李京伟.关于“天地图”合作建设与商业运营模式的思考[J].地理信息世界 ,2011(4):33-34.

[9] 蒋学文,代劲,宋娟.基于MVC模式的WebGIS架构设计[J].重庆邮电大学学报(自然科学版),2010,22(3):365-370.

[10] 廖通逵，李琦，殷崎栋，等.基于服务总线的空间信息服务集成技术研究[J].遥感信息,2010(4):105-111.

[11] 江洲，李琦.地理编码(Geocoding)的应用研究[J].地理与地理信息科学,2003,19(3):22-25.