基于智慧城市的测绘基准服务平台设计与实现

侯祥意 冯振俭 梁正鑫 范昆飞

【摘 要】地理空间数据是智慧城市建设的基础数据，为了解决南宁市测绘生产单位不能实时将测绘成果转换到2000国家大地坐标系的问题，文章基于南宁市权威、统一的坐标基准转换模型和似大地水准面精化模型，利用Web Service技术、中间件技术、地理信息技术，设计与实现了面向测绘资质单位的南宁市测绘基准服务平台，提供包括CORS账号申请、文本坐标转换、图形坐标转换、似大地水准面转换、控制点查询等服务功能，取得良好的成效。

【关键词】智慧城市；测绘基准服务；2000坐标转换；平台

【中图分类号】P226 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2018）07-0024-03

0 引言

智慧城市是当前城市发展的方向，为城市规划、自然资源管理、基于位置的服务、城市安全应急响应等创造了条件，是大数据时代城市智能发展的重要手段。地理空间数据是智慧城市建设的基础数据，只有在统一坐标基准的地理空间数据的基础上，才能为智慧城市提供智慧规划、智慧出行、智慧决策等基于空间位置的准确的智慧化服务[1]。为此，国家测绘局宣布，2008年7月1日正式启用2000国家大地坐标系（简称CGCS2000）。CGCS2000是国家GPS大地控制网和全国天文大地网及空间大地网联合平差建立的我国新一代地心坐标系，具有三维、高精度、动态等特点，能更好地满足各领域业务工作需要，更好地为经济建设、社会公众服务[2]。

由于历史原因，各测绘数据生产单位的数据主要采用1954年北京坐标系、1980西安坐标系，因此需要转换到2000国家大地坐标系。然而由于转换参数保密要求、技术壁垒等原因，很多地方的坐标基准转换参数与转换技术只掌握在相关职能单位，而且只能在单位局域网特定环境进行转换。基于这一现状，一些小型测绘公司采用网上下载未经权威验证的测绘工具进行转换或自行平移转换，致使转换成果精度无法保障，转换质量参差不齐，严重影响了测绘成果的共享应用。

为此，南宁市在2015年开展了“南宁市2000国家大地坐标系推广应用项目”，建立了全市权威、统一的坐标基准转换模型和似大地水准面精化模型。本文基于该转换模型，尝试利用计算机技术、地理信息技术，设计参数加密方案，建设南宁市测绘基准服务平台，为相关用户提供坐标基准转换、似大地水准面精化等测绘基准服务。

1 系統设计

1.1 平台总体框架

平台软件系统采用4层体系结构设计，从下到上依次为支撑环境层、数据库层、平台层、用户层[3]。

总体框架如图1所示。

（1）支撑环境层。最底层为运行支撑环境，包括硬件设施、软件设施、安全设施、网络设施，软件设施包括平台、软件、防火墙、杀毒软件等，安全设施包括安全审计网关、漏洞扫描、入侵检测及防御设备、网页防篡改系统等。

（2）数据库层。数据库层分外网数据库、专网数据库、内网数据库，3个库之间物理隔离。外网数据库主要存储访问用户信息、授权信息、上传待转换数据、转换成果；专网数据库主要存储经过加密后的虚拟转换参数、用户信息、转换元数据、模型控制范围图、乡镇范围图；内网数据库主要存储经过加密后的虚拟转换参数、模型控制范围图、乡镇范围图。这3个数据库都有相应的访问审计、权限控制策略。

（3）平台层。测绘基准服务平台层实现注册申请、单点转换、高程转换、文本文件转换、控制点查询、GIS数据转换等功能，这些功能的实现依赖于权限管理、范围控制、加密管理、日志记录模块。

（4）用户层。最上层为用户层，主要分为公众用户、各委办局用户、国土用户3类，公众用户通过互联网访问测绘基准服务平台获取服务，主要为B/S模式；各委办局用户通过电子政务专网访问测绘基准服务平台获取服务，主要为B/S模式；国土用户通过国土部门局域网调用测绘基准服务平台API获取服务，主要为C/S模式。

1.2 平台功能设计

平台的总体功能结构主要包括CORS站点查询、控制点查询、坐标转换、似大地水准面精化及系统管理5个部分。

平台软件系统总体功能架构如图2所示。{1}CORS站点查询。实时位置查询：查询现有南宁市CORS站点坐标位置、站点类型、站点名称、站点在建情况[4]。{2}控制点查询。C级GPS控制点查询：查询南宁市C级GPS控制点坐标位置。{3}坐标转换。单点转换：支持多种类型格式的单个坐标点在1954年北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000 3种坐标系间的相互转换。多点转换：支持多种类型格式的多点坐标数据在1954年北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000 3种坐标系间的相互转换。文件转换：支持dxf、Shapefile格式的文件数据在1954年北京坐标系、1980西安坐标系、CGCS2000 3种坐标系间的相互转换。{4}似大地水准面精化。高程转换：支持多种格式的大地高程数据向正常高程转换。{5}系统管理。用户管理：管理平台用户的注册信息。服务管理：管理平台的地图服务、坐标转换服务、查询定位服务、水准面精化服务等。用户服务管理：管理用户的使用服务权限。转换区域审核：管理用户的坐标转换服务使用区域范围。资源管理：管理平台可供下载的资源服务。坐标转换记录：记录用户使用坐标转换服务的用户名称、转换类型、源坐标、目标坐标、转换时间等。文件转换记录：记录用户使用文件转换服务的用户名称、文件名称、文件路径、上传时间、转换时间、状态等。系统日志：记录用户登录时间、登录IP、用户名、操作内容等。

1.3 转换服务中间件设计

转换服务是平台软件部分的核心模块，采用中间件的模式进行构造。中间件位于数据库层和平台客户层之间，向上接受各类客户端的服务请求，向下对数据库发出查询请求并接受查询的数据交换接口[5]。避免了客户端直接访问数据库，总架构上确保了数据的安全。

转换服务中间件体系结构主要分为调度处理、转换处理、转换模型调度、数据访问4个部分，其体系结构如图3所示。{1}调度处理。这是整个系统事务的调度中心，直接面向用户，用户通过调度中心接入中间件。调度处理中心包含了用户权限管理、范围控制、加密狗写入、加密管理等功能。调度处理中心首先核查用户的权限，根据用户的权限、用户服务范围控制请求解析转换模型处理用户请求。{2}转换处理。转换处理主要为用户提供测绘基准转换服务，主要包含单点转换、多点转换、文本文件转换、矢量栅格数据文件转换等。转换处理中心根据用户的服务请求，调度相应的转换模型为用户提供相应的服务。{3}转换模型调度。转换模型调度为系统的核心部分，主要包含坐标转换模型解析和似大地水准面精化模型解析2个部分。转换模型调度中心根据用户的转换请求，调度数据访问中心来获取转换参数，再通过模型解析处理用户请求，最后经转换处理中心处理完成用户请求。{4}数据访问。数据访问中心主要由数据访问引擎和数据访问适配器构成。数据访问中心根据上一层应用的不同请求，通过数据访问引擎，调用相应的适配器，对数据库进行增删查改的操作。

2 平台开发与实现

2.1 平台实现技术

平台采用B/S、C/S的混合架构，基于.NetFramework4.0框架。B/S平台网站采用Web Service服务、MVC方式开发，数据库采用Sql Server 2014；文件转换服务部分基于ArcE-

ngine10.2.2，采用C/S架构开发，部署在服务器后台。部分转换伪参数和转换控制范围图形存储于Oracle 11g。开发平台均采用Microsoft Visual Studio 2015，开发语言为C#。

2.2 参数加密存储

坐标转换模型参数和似大地水准面模型参数保密要求高，为了确保参数的安全，平台使用“参数变换法”的方式进行加密存储，即通过设计参数加密算法对真实转换参数进行加密，将加密后的一部分参数存储在Oracle 11g数据库中，另一部分参数存储在加密狗中，通过硬件地址绑定[6]。服务端的服务接口读取数据库和加密狗的虚拟参数后，通过非线性反函数运算得到真实参数进行模型转换计算。避免了参数直接存储和客户端对转换参数的直接访问，大大提高了参数的安全性，从而达到保密要求。加密存储原理如图4所示。

2.3 平台运行成效

平台的开发严格遵守软件工程的要求，先后完成了需求调研、软件开发、系统测试、用户培训等工作，经南宁市人民政府下文，于2016年4月1日正式上线启用（www.nncors.cn）[7]。经过2年多的在线稳定运行，平台免费为政府各部门、企事业单位提供CORS账号480余个，累计完成点坐标转换12.5万余个、图形文件转换1 340余幅，免费为全市400多个重大项目测绘成果提供了坐标转换服务。

平台的上线，推进了2000国家大地坐标系的推广应用步伐，结束了南宁市没有权威、统一的测绘基准服务平台的历史，为南宁市智慧城市空间数据的统一坐标基准奠定了坚实的基础。此外，在西南区域，南宁市是首个建成市级测绘基准服务平台的省会城市。平台部分运行效果图如图5所示。

3 结语

本文提出了利用Web Service技术、中间件技术、地理信息技术构建在线测绘基准服务平台的思路，为测绘资质单位提供便捷、权威、统一、无偿的测绘基准服务。对于保密要求高的转换参数，提出了采用参数变换法计算伪参数，并将伪参数分两部分存储的方式达到参数保密的要求。通过平台的实现运行，取得了良好的社会效益和经济效益，为智慧城市空间数据的建设应用提供了基础测绘服务支持。实践证明，只有通过构建在线测绘基准服务平台，才能更好地满足各类测绘数据生产单位的测绘服务需求，对2000国家大地坐标系的推广应用至关重要。

参 考 文 献

[1]李德仁，邵振峰，杨小敏.从数字城市到智慧城市的理论与实践[J].地理空間信息，2011（6）：1-5.

[2]程鹏飞，成英燕，文汉江，等.2000国家大地坐标系实用宝典[M].北京：测绘出版社，2008：3-7.

[3]李延旭，刘智敏，李斐，等.区域CORS在线定位系统设计与实现[J].测绘工程，2018（4）：65-70.

[4]谢飞，李昕，张海霞，等.基于天地图的测绘资质查询系统设计与实现[J].测绘技术装备，2018（1）：85-87.

[5]李朝奎，吴柏燕，高振记，等.基于中间件技术的异构数据库集成设计与实现[J].测绘工程，2012（10）：5-12.

[6]韩聪，刘建国，梅伟长.坐标转换及参数加密软件设计与实现[J].长春师范大学学报，2017（6）：85-87.

[7]南宁市人民政府.南宁市人民政府关于发布我市2000国家大地坐标系基准框架的通告[EB/OL].http：//www.nanning.gov.cn/Government/jcxxgk/zcwj/bjwj/whfl/zxwj/201605/t20160509_605907.html，2016-03-23.

[责任编辑：邓进利]